反驳本书：虚幻的“不可简约复杂性”
2016-04-03
达尔文曾经对一个问题感到苦恼：眼睛是怎么进化来的？眼睛作为一个整体结构而言比较精巧，少了任何一个部件都很难发挥视觉功能。可是按照达尔文的想法，生物进化是渐进的，眼睛应该是一个部件一个部件地累积进化而来，可在它们累积为一个完整眼睛之前，这些部件都没有功能。那么这些部件的进化优势何在？难道进化预先就“知道”眼睛这个整体将来的功能吗？如何解释这个事实呢？
后来，为了让这个难题更明显，信徒朋友们提出了另一个例子：放屁虫的防御机制。
放屁虫体内有几个空腔，空腔里面分别装有三类化学物质：过氧化氢，醌类物质与催化酶。此外，它还有一个由括约肌构成的喷口。当遇到危险时，放屁虫就将三类物质混合，产生剧烈的化学反应，类似于微小爆炸，同时喷口迅速运动，将这些反应物喷出去，令敌人受伤。从进化论观点看，放屁虫的防御机制很难理解，首先，如果它渐进地一步步进化，那么它分别进化出那三种化学物质中的任何一种，都没有防御作用，因而单独地看，任何一种化学物质（视为一个部件）都没有进化优势可言，只有三种具备了，才能产生剧烈反应用于防御。其次，即使三种物质都具备了，还必须要具备括约肌构成的喷口，否则如果反应物喷不出去，它自己就会被炸死。可是当反应物不具备时，单独一个喷口也没什么进化优势可言，为什么会进化出来呢？
美国神创论者迈克尔·贝希在《达尔文的黑匣子》一书中，将眼睛和放屁虫的这种例子总结为一个逻辑模型：不可简约的复杂性。意思是说，在生物体内存在某些整体结构，这些结构由许多部件构成。单独拿掉一个部件，这个结构就失去功能了。单独看一个部件，它也没有功能。只有同时把所有部件组装成结构，才能发挥功能。因此，用进化论式的累积渐变是形成不了这种结构的，它只能是神的创造。
在神创论者看来，这个说法是如此漂亮。在进化论者看来，不可简约的复杂性的确比较头疼。它困扰了不少学者。不过，生物学经过几十年发展，进化论者已经找到了不同的破解方式。在进化论者看来，其中有些方式堪称精彩。
破解之道一：原来以为单独的部件没有某项功能，后来发现其实有这项功能。
例子：眼睛。眼睛的最基本部件就是感光细胞，后来科学家在研究早期生命形态的过程中发现，早期海底生物会在某些部位进化出感光细胞（由体细胞变异而成），它们能感知有限的光亮，从而比那些完全“瞎”的生物更有进化优势。此外，后来的某些生物会在感光细胞周围形成凹陷，帮助这些生物定位光源方向，从此比那些不能定位的更有优势……就这样，科学家发现了眼睛进化的一步步线索。因此我们可以说，眼睛的渐近式进化到今天已经基本搞清楚了。另一方面，白内障等眼病患者会在手术后摘除晶状体，但拿掉如此重要的一个部件，并不会导致眼睛彻底失明。
破解之道二：原来以为单独的部件不具有某项功能，但后来发现它具有别的功能。
例子：放屁虫（更准确地说，并非放屁虫，而是屁步甲）。我们从三种化学物质说起。
过氧化氢，这是很多昆虫细胞的正常代谢产物而已，即使没有任何功能或优势，过氧化氢也会产生。
醌类物质，研究发现，这种甲虫有许多较原始的近亲，这些近亲已经能产生醌类物质，这种物质十分恶臭，能令捕食者敬而远之。因此，醌类产生时虽然没有“与其他物质混合产生剧烈反应”的功能，却具有“让自己变得超级难闻难吃”的功能。此外，为了更高效地阻退敌人，这一类昆虫还演化出括约肌构成的喷口，让醌类物质更快的“喷出”，而不是之前那种低效地“流出”。看到了吗，喷口君也出现了。
催化酶，屁步甲的祖先有了过氧化氢和醌类物质后，很容易就会让两者在自己体内溶和，但这个溶和反应却是缓慢而平稳的放热氧化反应。后来，屁步甲进化出了催化酶，加入反应后，反应立刻变得剧烈，屁步甲同时把剧烈反应物快速喷出，于是之前的“被动防御”变成了“主动防御”。进化完成。
类似于这种“单独部件具有别的功能，因此可以分别先后进化出来”的过程，生物学上叫做“前适应”或“预适应”。到了今天，对前适应现象的研究已经有了很多进展。类似的例子还有：细菌的鞭毛，鸟类的羽毛，鱼类登陆时的肉质鳍和肺等等。
破解之道三：进化不仅可以累积加上部件，也可以累积减去部件。因此，可以首先渐近地累积许多部件，进化出一个十分复杂的结构，再逐渐丢掉某些部件，“退化”为“不可简约的复杂结构”，即：退化也可以是一种进化。
例子：马的蹄子等。不过生物学家对这种方式的研究不如前两个透彻。但我们可以用建筑来类比。许多建筑中都有拱形构件，如拱桥的桥面，教堂的圆形穹顶等等。在这些拱形构件中，为了节省材料，组成拱形的小石块们都以某种恰当方式排列，使得小石块之间的互相挤压的推力，刚好能够平衡整体的重量。此时，如果拿掉任何一块小石块，整个拱形结构就塌了。看起来，似乎必须把所有石块同时拼好，拱形才能稳固。可是我们知道，真正的建造过程不可能这么做。而是首先在地面搭一个拱形大土堆或大架子，然后将小石块一块块地沿着土堆顶部排列，全部排好后，再撤去土堆或架子就可以了。可见，真实的建造过程也是“先添加后减少”的累积渐近法。
目前，大批生物学家正在从化石，形态，基因甚至计算机模拟等各个层面研究以上三种破解方式。相信不远的将来，许多难题也会得到解决。今后我们再谈到“不可简约的复杂性”时，不妨从以上三方面做一些学习和研究，就不至于迷惑不解了。
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