科学家揭开大自然缺失的进化定律

物理定律——例如运动定律、重力定律、电磁定律和热力学定律——编纂了跨空间和时间的各种宏观自然系统的一般行为。在《国家科学院院刊》上发表的一篇新论文中，康奈尔大学教授 Jonathan Lunine、卡内基科学研究所的 Robert Hazen 博士及其同事提出，需要一个额外的、迄今为止尚未阐明的定律来表征熟悉的宏观现象我们复杂的、不断发展的宇宙。从本质上讲，新的“功能信息增加定律”指出，复杂的自然系统演变成更大模式、多样性和复杂性的状态。换句话说，进化不仅限于地球上的生命，它也发生在其他大规模复杂的系统中，从行星和恒星到原子、矿物等等。

“这是科学家和哲学家之间真正的合作，旨在解决宇宙中最深刻的谜团之一：为什么包括生命在内的复杂系统会随着时间的推移进化出更强大的功能信息?” 卢宁教授说道。

例如，与力和运动、重力、电磁力和能量相关的自然法则早在 150 多年前就已被描述。

这项新工作假设了“功能信息增加定律”，该定律指出，“如果系统的许多不同配置经历了一个或多个功能的选择”，那么系统就会进化。

新定律适用于由许多不同成分(例如原子、分子或细胞)形成的系统，这些成分可以反复排列和重新排列，并受到自然过程的影响，导致形成无数不同的排列，但其中只有一个这些配置的一小部分在称为“功能选择”的过程中幸存下来。

无论系统是有生命的还是无生命的，当一种新颖的配置运行良好并且功能得到改进时，就会发生进化。

就生物学而言，查尔斯·达尔文将功能主要等同于生存——活得足够长以产生可育后代的能力。

“查尔斯·达尔文雄辩地阐明了植物和动物通过自然选择进化的方式，个体具有许多变异和特征以及许多不同的配置，”哈森博士说。

“我们认为达尔文理论只是一个更大的自然现象中一个非常特殊、非常重要的例子。”

“功能选择驱动进化的概念同样适用于恒星、原子、矿物和许多其他概念上等效的情况，其中许多配置都受到选择压力。”

这项新研究扩展了这一观点，指出自然界中至少存在三种功能。

最基本的功能是稳定性——选择原子或分子的稳定排列来继续。

同样选择持续存在的是具有持续能源供应的动态系统。

研究人员认为，第三个也是最有趣的功能是“新颖性”——进化系统探索新配置的倾向，有时会导致令人惊讶的新行为或特征，比如光合作用。

同样的演变也发生在矿物王国中。最早的矿物代表了特别稳定的原子排列。这些原始矿物为下一代矿物奠定了基础，这些矿物参与了生命的起源。

生命的进化和矿物质是交织在一起的，因为生命利用矿物质来制造贝壳、牙齿和骨骼。

就恒星而言，论文指出，只有两种主要元素——氢和氦——在大爆炸后不久形成了第一批恒星。

那些最早的恒星使用氢和氦来制造大约 20 种较重的化学元素。

下一代恒星以这种多样性为基础，产生了近 100 种以上的元素。

“这项研究对于寻找宇宙生命具有重要意义，”卢宁教授说。

“如果不断发展的物理和化学系统的功能不断增加是由自然法则驱动的，那么我们可能会期望生命成为行星进化的共同结果。”

卡内基科学研究所的 Michael Wong 博士说：“在这篇新论文中，我们从最广泛的意义上考虑进化论——随着时间的推移而发生的变化——其中包含了基于‘改良后裔’细节的达尔文进化论。”

“宇宙会产生原子、分子、细胞等的新颖组合。那些稳定且可以继续产生更多新颖性的组合将继续进化。这就是生命成为进化最引人注目的例子的原因，但进化无处不在。”