意识的由来——关于人和宇宙的设想(9)

1. 引言
我们在前面证明,生命起源于一对圆柱螺线形态的线形分子,给出了生命起源的几何图景,从中可以看到:生命从哪里起源?从可耦合分离的线形分子中起源。生命如何起源?在环境线性作用下通过圆柱螺线线形形态产生的自适性起源。生命起源后为什么能生存下去?因为圆柱螺线线形形态的均匀同一性允许进化发生。

这些结果可能有一些应用,例如用来证明,在所有几何维数的宇宙中,生命唯一可能存在于3维宇宙中。这虽然是一个现实不可及的“理想问题”,但是揭示出我们的宇宙存在生命的一个基本原因。本文试图再讨论一个与我们人人有关的问题:意识的由来?

作者不是这方面的研究者,对于意识仅有一个简单的概念:意识与生命不可分,不存在没有意识的生命,也不存在没有生命的意识。讨论生命起源,自然涉及初始生命的意识问题,它在哪里?与我们人的意识,人的“智慧”有什么生物学上的联系?等等,作者仅从一个局外观察者的角度,根据生命起源的几何图景给出一个可能的答案。

2. 初始生命对环境的选择

生命是从分子组织最简单的曲线形态的线形分子中起源的,生命起源需要外界环境提供物质能量等资源,几何上存在三种可能的资源分布情况,资源从一个源点发出,资源沿一条曲线发出,资源分布在一个空间中。

我们前面仅讨论过资源沿曲线发出的情况,先简述一下这种情况,从中也可以看到生命是如何从非生命世界中起源的。资源沿曲线分布,数学上可归结为资源沿一条直线分布的情况。设J为直线,如果在J周围形成了一条线形分子L,那么,在那些与L相对J有相同空间位置关系的路径上都能够形成线形分子,因为在这些路径上受到J的物理化学作用与L等效。数学证明,如果把L沿J平移、或绕J旋转、或两者任意组合进行,将得到所有可能的与L等效的线形分子路径,其中包括与L相差半个旋转周期的线形分子L',L可与L'侧向耦合形成线形分子对LL'。

在这些线形分子中,哪些线形分子可能构成我们生命的初始分子生命?

生命不但要适应外界物理化学环境,还要主动适应生物学环境,在与其它生命互动中生存下去,其中也包括生命对自身的适应,因为同一种生命组成一个群体,群体中的生命互相之间不可影响生存,简言之,必须有自适性。初始生命环境中只有初始生命一种生命,所以这时生物学适应只有自适应。由此,在上面的线形分子世界中,只有满足自适性的线形分子才有可能是我们生命的初始生命。

线形分子满足自适性,几何上就是要求所有初始生命的线形分子线形不可发生相交或粘结成体的情况,因为在生物学上,相交即妨碍线形生命生长,粘结成体则线形生命没有进行侧向耦合繁殖的空间,不能生长繁殖,生命无法生存下去。这样一来,就把自适性化为一个数学问题,从而推导出结果:初始线形分子生命LL'中的线形L、L'必取圆柱螺线(圆及直线除外)形态。因此,在资源沿曲线分布的情况下,生命能够起源,第一个线形分子生命通过圆柱螺线形态产生的自适性从非生命的物理化学世界中脱颖而出。

第二种情况,资源从一个点源均匀发出,这时是否同样能够产生初始生命?设资源从点o均匀辐射开来,若在空间某处产生一个线形分子L,我们来寻找L的所有等效路径,即相对o的空间位置与L的情况相同的路径。首先,如果L不在一个以o为球心的球面上,即非球面曲线,作o到L上所有点的连线,形成一个扇形面f,我们令f绕o任意旋转到另一位置形成扇形面f',则f'的弧形边L'与L有等效的物理化学效应,故在L'上也可产生线形分子,所有等效路径都可以这样产生。但是,f绕o旋转将形成一个3维区域即两个同心球面之间的球环体。所有与L等效的路径线形分子粘结成体,不满足自适性,线形分子在这种环境中无法展开自适性产生生命。

其次,如果L在以o为球心的球面上即球面曲线,仍作L的扇形面f,绕o任意旋转扇形面f,将产生L的等效路径L',注意L'也在以o为球心的球面上,如此,L的等效路径将复盖整个球面,通过一点有两条以上(实际上有无穷多条)相交的路径,故L也不满足自适性。因此,在点资源情况下不可能起源生命。

第三种情况,假设资源均匀充满一个3维区域G,若在G内产生一个线形分子L,因为G内任意处都有等效的资源,故L也可以在G内任意处产生,与L等效的线形分子充满G,故L不满足自适性,在这种情况下显然不可能起源生命。

资源均匀分布仅是理想状态,实际情况总是在空间中出现资源主要沿一些曲线分布的情形,数学上可将这些曲线连成一条曲线考虑。理想状态让我们看到,即使存在资源,一旦线形分子不能展现自适性,仍然不能起源生命。这意味着,生命通过自适性实际上也在选择环境,仅仅在适当的环境中才能起源生命,表现出圆柱螺线形态产生的自适性所持有的生物学功能。

3. 意识在生物进化树上的轨迹

有学者提出,意识可能与质量之类物理概念一样,属于大自然的基本属性,世间万物从量子到星系都有意识,此说没有任何根据。

实验证明,意识是生物体内神经组件如大脑、神经系统、神经元或者神经肽之类生物学分子活动产生的生物学效应。意识最基本的作用,一从整体上调节好生物体与非生命物理化学世界的关系,二从整体上调节好与其它生物体的关系,得以保障生命生长繁殖,保障生命群体持续生存下去。生命与意识不可分。

“意识”与“生命”一样,不是凭空从天上掉下来的,意识走到今天是有轨迹的,从我们每个人开始就可以追溯生物的意识变化。我们现在看枝叶繁茂的生物进化树,我们所在的物种是现代人又称智人,“智人”即有智慧的人,公认意识水平最高,位于进化树一枝的顶点T,树根部是初始生命。我们往树根方向移动T,将通过许多节点,节点处至少有两个分枝,分枝表示朝不同方向进化的物种。我们主要关心意识变化,所以不一路走下去,仅在进化树上从上到下选取一些生物体或物种,看看有什么趋势,直到初始生命。

T经过的第一个节点,另一枝是黑猩猩,是最接近现代人的物种,同是人属,基因组相似度98.8%,两者大约在600万年前分家(本文所引数据等均来自维基等公开网页)。相对生命起源迄今40多亿年,600万年很短,可以看到黑猩猩与现代人有很多相似的意识表现,有实验表明,黑猩猩有主动对未来做预计的能力。黑猩猩是否具有智慧,这个问题可以讨论(作者觉得有),当然水平不如现代人,我们设计实验观察黑猩猩意识表现,黑猩猩不可能反过来做这样的事。

从现代人与黑猩猩的例子可以看到,两者内部结构及活动接近,所以意识相似度也高,表明意识完全是生物体内部结构及其活动产生的生物学效应。两者都有类似的神经系统包括脑及脑皮质,就是这些东西产生了意识。至于两者神经系统的差别,主要表现在神经元数量上。

我们看生物体的脑神经元数量,T一路上遇到的分枝,除了个别例外,现代人的脑神经元总数最多,特别是脑皮质神经元数量最多。黑猩猩脑神经元总数280亿,远少于人的860到1000亿,黑猩猩脑皮质神经元数62亿,远少于人的160亿。一个例外是非洲象,非洲象脑神经元总数2570亿,几乎是人的3倍,但是非洲象98%的脑神经元都位于小脑,皮层神经元的数量仅56亿,仅为人的三分之一,有人用这个原因来解释为什么非洲象没有人聪明,非洲象意识智能方面水平当然也没有人高。另一个例外是长鳍领航鲸的大脑皮层神经元数量达372亿(没有找到长鳍领航鲸的脑神经元总数数据),比现代人大脑皮层神经元两倍还多,说明大脑皮层神经元的数量并不是决定意识内容及其水平的唯一因素,可能还要考虑到神经元连接式样及整体活动等等。无论如何,长鳍领航鲸正因为有这么多的大脑皮层神经元,使之成为海洋中最聪明、意识水平最高的动物之一。

我们说,现代人的智慧标志生物意识发展的一个高峰,可能仅限于智能方面尺度。从意识的内容、功能与作用来说,生物体意识其实难以比较,从人到细菌,意识没有严格的高下之分,我们说意识水平高低仅是习惯性的从智能角度做的评价。黑猩猩生活在热带深山雨林中,一定会发展出与现代人不同的意识功能以利于他们的生存。我们甚至不能排除即使在一些相同意识的表现中,黑猩猩可能胜过人,长鳍领航鲸也是一样。大概只有适合生物体生存的具体意识,没有脱离生物体生存的抽象的意识。

我们继续看进化树,随着T向下移动,虽然分枝生物的神经元数量可能出现一些波动,但是大趋势是一定的,生物体结构越来越简单,结构组件数量越来越少,神经结构也越来越简单,我们主要看神经元的数量,也越来越少。

狗的脑神经元数约22亿5千万,脑皮层神经元约5亿3千万,猫的脑神经元数约7亿6千万,脑皮层神经元约2亿5千万,狗的意识水平比猫高,狗比猫聪明。往下看节肢动物蜜蜂、蚂蚁,已没有脑皮层神经元了,蜜蜂的脑神经元数约96万,蚂蚁的脑神经元数约25万,蜜蜂的意识水平高于蚂蚁。如果把意识比作塗层,随着神经组件越来越少,生物体的意识塗层越来越薄。

再往下到无脑结构的生物,一种水母的体神经元数约5600,秀丽隐杆线虫的体神经元更少,302,而侏儒雄性蠕虫体神经元仅66,最后,一种海绵(Sponge)神经元数为0。

这里出现一个疑问,海绵体内没有神经元了,它又不运动,怎么能确定海绵有意识?一个回答不妨考察一下进化树,在进化树上还有很多生物位于海绵下面,它们都更古老,其中包括我们熟悉的单细胞生物草履虫,我们都知道草履虫的应激反应,能够根据环境情况用鞭毛敏捷地移动身体,草履虫当然也没有神经元,但通过神经元的“前身”氨基酸短链即神经肽之类分子活动进行应激反应,表明草履虫意识塗层厚度非0,这就倒推出海绵意识不可能为0,即使我们不知道海绵体内情况的话。事实上海绵体内神经肽含量高于草履虫,意识水平要比草履虫高。

草履虫下面不远就到细菌了,细菌是是现存最古老的生物,进化树上最接近树根的一枝。生物学家发现细菌也有意识表现,例如一种海洋细菌离散活动时不发光,但形成一个较密的群体时会同时发光,每个细菌个体能够通过体内的生物学分子活动觉察到其它细菌的存在。

T走到这里如海绵情形一样,进化树上在细菌下面也有生物,包括第一个细胞及初始生命在内,然而与海绵那里不同的,这里都是未知的。如果没有生命起源的几何图景,我们走到这里就走不下去了,现在则可以将旅程进行到底,从而得到以下以前得不到的结果:

第一,在进化树上,从细菌到初始生命的大趋势是生物体进行生长繁殖的生物学结构组件的数量越来越少,产生意识的生物学结构组件数量当然也越来越少,这是一个数量趋势上不断递减的过程,直到出现最小值1,即只有一个生物学结构组件为止,这时产生意识的生物结构组件与进行生长繁殖的生物结构组件为同一组件。假如有一个生物结构组件数量0,既不能进行生长繁殖也没有意识,当然是非生命的假生物了。

第二,虽然一路都是未知的事项,生物体及生物结构等均未知,但是终点的初始生命几何形态,现在搞清楚了,我们已证明它是一对圆柱螺线形态的线形分子。初始生命的结构组件数为最小值1。

第三,我们看到,初始生命通过圆柱螺线形态产生的“自适性”,使初始生命从非生命的物理化学世界中起源,使生命群体中的初始生命互相适应,互相相容,可以互相连接、互相分离耦合,保障了初始生命生长繁殖,保障了初始生命群体持续生存下去。这正是意识所起的最基本作用,而且我们也看到,没有自适性就不可能起源生命,初始生命与“自适性”不可分,除自适性之外,初始生命再没有其它可能的意识来源,故“自适性”就是初始生命的唯一的意识。

至此,我们终于找到了现代人意识的由来,也是其它生物意识的由来,来自初始生命的自适性。我们现在爬上进化树,再从初始生命走到现代人,回程比来时多了一道风景,原来生物意识的最底层是自适性,每一个物种都在底层的自适性上塗上一层新的意识塗层,直到产生智慧的意识最高层。(2019年4月15日)

参考文献
[1]黎日工,生命唯一存在于3维宇宙的证明——关于人和宇宙的设想(6)
[2]黎日工,为什么我们的宇宙存在生命?——庞加莱猜想的一个应用(关于人和宇宙的设想(7))

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