为什么人类可能注定要在地球上行走

果时间之手在我们的进化历史中被转回任意点并且我们重新启动时钟会发生什么?美国古生物学家斯蒂芬杰伊古尔德在20世纪80年代后期提出了这一着名的思想实验 - 而这仍然是当今进化生物学家的想象力。

古尔德认为，如果时间倒流，那么进化会把生命推向一条完全不同的道路，而人类永远不会重新进化。事实上，他认为人类的进化是如此罕见，以至于我们可以重播生命的录像带一百万次，我们也不会看到像智人再次出现的那样。

他的理由是，偶然事件在进化中起着巨大的作用。这些包括巨大的大规模灭绝事件 - 例如灾难性的小行星撞击和火山爆发。但偶然事件也在分子尺度上运作。遗传突变是形成进化适应的基础，依赖于偶然事件。

简而言之，进化是随机变异的产物。罕见的少数突变可以提高生物体在某些环境中生存的机会。从一个物种到两个物种的分裂始于这种罕见的突变，随着时间的推移变得普遍。但是进一步的随机过程仍然会干扰，可能导致有益突变的丧失，并随着时间推移增加有害突变。这种内在的随机性应该表明，如果你重播生命的录音带，你会得到不同的生命形式。

当然，实际上，以这种方式倒转时钟是不可能的。我们永远不会确定这个时刻到达的可能性有多大 - 我们已经写过这篇文章，并且让你阅读它。然而，幸运的是，实验进化生物学家确实有办法用细菌测试Gould的一些微观理论。

微生物分裂和进化非常迅速。因此，我们可以及时冻结数十亿个相同的细胞，并无限期地存储它们。这使我们能够获取这些单元的子集，挑战它们在新环境中成长并实时监控它们的自适应变化。我们可以从“现在”到“未来”再次回到我们喜欢的次数 - 基本上重播试管中的生活磁带。

进化命运的证据

许多细菌进化研究或许令人惊讶地发现，进化通常在短期内遵循非常可预测的路径，同时经常发现相同的性状和遗传解决方案。例如，考虑一个长期实验，其中由单个克隆建立的12个独立的大肠杆菌群体自1988年以来一直在不断发展。这已经超过65,000代 - 自现代智人出现以来仅有7,500-10,000代。在这个实验中，所有进化的种群都显示出比它们的祖先更高的适应性，更快的生长和更大的细胞。这表明生物体对它们如何进化有一些限制。

有进化力量可以使生物进化为直线和狭窄。自然选择是进化的“指导手”，随机突变的混乱和教唆有益突变。这意味着许多遗传变化将随着时间的推移而逐渐消失，只有最好的持久性。这也可以导致在完全不相关的物种中实现相同的生存解决方案。

我们在进化历史中找到了这方面的证据，其中物种没有密切相关但具有相似的环境，形成了类似的特征。例如，已灭绝的翼龙和鸟类既有进化的翅膀也有不同的喙，但不是来自最近的共同祖先。因此，由于进化压力，基本上翅膀和喙同时进化了两次。

但遗传结构也很重要。并非所有基因都是平等的：有些基因与其他基因相比非常重要。基因经常被组织成网络，与电路相当，具有冗余交换机和“主交换机”。“主开关”中的突变自然导致更大的变化，因为其控制下的所有基因都感受到了敲入效应。这意味着基因组中的某些位置将比其他位置更频繁地或更大地影响进化 - 偏向于进化结果。

物理定律

但是基础物理定律怎么样 - 它们是否支持可预测的演化?在很大的范围内，它看起来如此。我们知道宇宙的许多管理定律是确定的。例如，我们欠海洋，厚厚的大气层和阳光下的核聚变，为我们提供能量的重力是一种可预测的力量。Isaac Newton的理论基于大规模的确定性力量，也可用于描述大规模的许多系统。这些描述了宇宙是完全可预测的。

如果牛顿的观点仍然完全正确，人类的进化是不可避免的。然而，这种令人欣慰的可预测性被20世纪量子力学的矛盾却又充满幻想的世界的发现所打破。在原子和粒子的最小尺度上，真正的随机性正在发挥作用 - 意味着我们的世界在最基本的层面上是不可预测的。

这意味着无论我们重播磁带多少次，进化的广泛“规则”都将保持不变。对于收获太阳能的生物来说，总会有进化优势。那些利用大气中丰富气体的人总是有机会。从这些改编中，我们可以预见到熟悉的生态系统的出现。但最终，随机性被纳入许多进化过程，将完全确定地消除我们“展望未来”的能力。

天文学中存在一个问题，它可以作为拟合的类比。在18世纪，一个数学研究所提供了解决“ 三体问题 ” 的奖项，涉及准确描述太阳，地球和月球的引力关系和合成轨道。

胜利者约瑟夫 - 路易斯拉格朗日基本上证明了这个问题无法完全解决。就像随机突变引入的混乱一样，一点点的起始误差将不可避免地增长，这意味着你无法轻易确定这三个物体将来会在哪里结束。但作为主导伙伴，太阳在一定程度上决定了三者的轨道 - 允许我们将身体的可能位置缩小到一定范围内。

这很像进化的引导手，它将生物体适应熟悉的路线。如果我们重新开始时间，我们可能不完全确定我们最终会在哪里结束，但可用于进化生物的路径远非无限。也许人类永远不会再出现，但任何外星世界取代我们的世界都可能是一个熟悉的地方。对话