从复杂性科学看生物进化论

有关专家统计近地小行星有1300颗左右,其撞击概率为116×105年一次。

联想到1994年木星受到小行星群撞击事件,这种灾变也是地球生态环境突变不能忽视的因素。

达尔文生物进化论只强调渐变,把自然环境视为相对静止的、无波动、无突变、无灾变是不全面的。

三、生态平衡是生物圈自组织自恰结构的理想形式
生态平衡是指:能量生消并能循环往复的平衡;各生物种群时空占有的平衡;各生物种群食物分配的平衡;生长率、死亡率与物质增产率的平衡。

生态平衡是物质、能量、空间充分利用的一种平衡状态。

所以生态平衡状况是自组织程度的一种指标。

在生态平衡状态下,并非是优胜劣汰,而是各个种属的合理匹配,各不同级别的生物链条的完备组合,各种群互补、协作、谐合,共同对生态平衡做出相应的贡献。

四、关于适应性的讨论
适应性是指生物种群对环境振荡范围内,在食物摄取、生存能力、生育能力的耐受程度。

优越的生态环境容易养成对环境依赖性、偏食性的定格式生态,恶劣的生态环境下容易养成节食省能、耐受性强的可塑式生态。

适应性有自身变易的适应性,有群体防护的适应性,有借助其他生物种群力量的适应性,还有创造条件对环境进行抗御的适应性。

依据各生物种群对环境适应状况而形成了不同形式的小生存环境,构成了生物地域分布的分带性。

甚至在极其恶劣的特殊环境,也有适应性生物种群活动与繁衍,如海洋中缺氧环境,深海沟裂谷附近高温、高压、高硫环境,都有特殊的生物种群活动,并对整个地球生态环境默默做出贡献。

总之,生物进化是在由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈、人类圈共同组成的生态环境中,经历着亿万年的风雨骤变,由不同种属生物共同构成一个复杂巨型生态平衡系统,并为这一系统做出贡献。

在这个系统的演进、调整、变革中形成一股生命洪流。

在这洪流中,有的种群发展了,有的种群变革了,有的种群进入回流,有的种群衰落甚而灭绝,有的种群历经劫难又获得新生。

这是一个动态、多途径演进、种群相互关联协同共进的自组织自恰体系。

从复杂性科学看生物进化论
亢宽盈
(中国科学院科技政策与管理科学研究所　博士,　北京　100080)
关于复杂性科学目前还没有公认的统一的定义,不过一般认为复杂性科学是研究复杂性和复杂性系统的科学,它的基本内容大致包括系统论、耗散结构理论、突变论、协同学、超循环论、自组织理论,以及分形理论、混沌理论、孤立子理论、非线性科学等。

复杂性科学虽然目前还处于初步发展的阶段,但已被有些科学家誉为“21世纪的科学”。

复杂性科学理论对自然、社会和思维领域提供了与传统科学不同的思想和研究方法,解决和说明了一些用传统科学所不能解决和说明的问题和现象。

我们知道,1859年达尔文发表了《物种起源》,创立了生物进化论。

他认为生命的形成和发展是以自然选择为动力,自然选择通过遗传、变异,推动生命存在形式由低级向高级、由简单向复杂的进化。

达尔文的这种自然选择进化论所描述的进化是一种渐变的、连续的线性过程,人们称它为“生物进化的线性模式”。

自进化论创立以来,人们将“物竞天择、遗传变异、适者生存”作为普遍性原理来认识自然。

古生物学在过去一个多世纪里,试图寻找达尔文所预言的渐进式、线性进化的历史事实,然而人们发现的却是大量非线性进化的史实。

生物在绝大部分的时间内,其形态大体上是保持不变的,这样的现象在生物的进化史上非常普遍,古生物学家把它称为“长期的形态停滞”现象。

与此相对照,在生物进化史上的某些时刻,生物的形态却在突然之间发生了显著的变化,与此同时,整个生物群的面貌也常常随之发生相应的改变,许多旧的种类消失了,它们被另一些新的种类所代替。

这被古生物学称为“生物进化的突变性事件”。

尤其是发生在5.3亿年前的寒武纪大爆发式进化事件对达尔文进化论提出了严峻的挑战。

而1984年发现的澄江化石群(Chengjiang fauna )
为“寒武纪大爆发”
(Cambrian Explosion )的存在提供了可靠的依据。

最近研究表明,寒武纪大爆发不仅是一次・9・第4期孙关龙,任振球,陈恩志等:达尔文进化论的困惑与出路(笔谈)
大规模涌现的爆发性事件,更为重要的是这一事件是极为明显的生物自发性进化行为。

进化的突变性、突发性、多样性和突变的自发性作为大爆发理论的两大要点与达尔文“物竞天择”进化论带有根本性的冲突。

澄江化石群作为“寒武纪大爆发”理论的重要支柱,它揭示了:(1)进化的突发性、自发性和多样性;(2)动物门一级分形结构的自我选择和演化;(3)以金字塔式结构的能量有序传导作用为特征的生物大尺度统一场的自发产生和演化。

自20世纪40年代,特别是60年代以来,随着耗散结构理论、突变论、协同学、自组织理论、分形理论、混沌理论、孤立子理论、非线性科学等复杂性科学的兴起,它们为进化论的进一步发展开创了良好的、新的科学哲学环境,以及随着大量的非线性进化史实的发现,如寒武纪大爆发的提出并迅速成为科学的热点,古生物学在此推动下,重新活跃起来,导致了“点断平衡理论”、“宏进化”、“微进化”等理论的产生。

这些理论表明:(1)生物的进化是渐变与突变的统一,是偶然性与必然性的统一。

在生物的进化过程中,渐变和突变在时间上、空间上分别都表现为互为镶嵌的进化模式,其中突变又可以进一步分为绝灭和复苏两种表现形式,这两种形式在时间和空间上同样也是互为连锁的。

生物的演化实际上是长期、缓慢、相对平稳变化的时期与短期、快速、剧烈突变的时期相互交替的过程,在地球历史的重大转折时期,生物的爆发、灭绝、复苏、辐射是生物宏演化进程中有机联系的四个重要环节。

(2)生命系统是自组织系统,并具有极为复杂的内部结构和无穷多的子系统。

生命系统以及一切子系统都是能量和物质的受体、载体和导体,它无时无刻都在与环境进行物质或能量的交换。

生命的进化以能量、物质源源不断补给为基本前提,各系统内、各系统间以及生命系统与外界环境之间所进行的相互作用(如物质、能量和信息的交换等),是推动进化的基本动力。

(3)生物的进化是生物的自发性、自组织行为,而自组织是生命这种复杂系统的固有属性,生命系统能够从非常无序的状态,自发地“组织”成高度有序的状态。

生命系统这个多层次等级的体系,从分子、细胞、个体、社群、群落以至到整个生物圈各个层次,都有相应的进化驱动机制存在,对系统的各种涨落和外界信息起“感知”和放大作用,当这种作用超过一定的临界值,通过相互竞争和协同,经过一定的选择机制,系统自发地创造出模式选择,导致系统突变,产生出新的组织结构或功能。

(4)协同和竞争是生命系统相互作用的表现形式,而选择机制通过对生命自我过程的响应和反作用参与进化过程,进化———这个生命的自我过程导致了生命系统分形结构的产生和演化。

认识生物演化难在机制和量化
陈瑞平
(中科院自然科学史所　研究员,　北京　100005)
科学要向“深、广、综”三度发展。

其中认识生物演化难在机制和量化。

认识和利用生物演化,有着悠久的历史。

古代表现较为零散和笼统,近代有很大发展。

达尔文说有待客观上补充和说明以外,还缺乏微观上的阐释。

此后至今,逐步深入于微观遗传基因领域,而且在具体机制和量化上,有待继续努力。

一般说来,需要宏观与微观结合上,继续探索。

为着这种探索,可以提出许多有待研究的问题:
11环境是怎样程度上选择生物,机制如何?
21无机界和有机界对生物的生存效应,与生物内部的生存竞争,各自机制有别,而各自强度如何?哪种占主导地位?所涉地区差异性如何?
31有些生物物种能长期存在?其特殊机制如何?
41生物对环境引起的哪些变异具有遗传性?哪些不具遗传性?机制如何?自然界引起生命基因的变异为什么有的得到储存或记忆,有的则不存在储存或记忆?基因对它们怎样决定取舍?机制如何?
51生物体内因性变异与外因性变异,在遗传上有什么不同?机制如何?
61一般细胞中储存或记忆遗传信息,与生殖细胞核中储存或记忆遗传信息,是否存在差异?如果说没・01・太原师范学院学报(社会科学版)第2卷。