黎日工博客

摘要：本文从生物学原理出发证明初始生命是双螺旋形态线形分子，从此结果推导出生物意识起源于第一个生命的自适性。在意识起源过程中，我们发现意识产生于生物的全适性物理拓扑结构。在这个意识生物学基础上，我们讨论初始生命到细胞的意识进化及细胞意识到人的自我意识进化。最后，推导一个细胞进化中的意识度量。

1.从JGL图景论推导初始生命几何形态

地球生命从几何上最简单的线形分子中起源，线形分子是小分子沿空间曲线分布串连起来的可延伸分子组织。我们记线形分子或其曲线为L、L’等，每个小分子相应曲线上一段曲线。初始生命是与第一个生命有相同可能性起源的生命群体，我们将证明初始生命是一个线形分子对L―L’，L―L’由两条形态相同且有相同机会产生的线形分子L、L’通过侧向对应小分子键(记为“―”)耦合而成，初始生命即初始线形分子生命。

随着线形延伸及分离耦合的“生长繁殖”过程反复进行，初始生命中出现多种多样小分子序列式样的L―L’，最终有一个L―L’第一个或第一时间延伸到一定的长度，线形上小分子序列引发的生物学功能使之第一个变为细胞生命。

初始生命是唯一的直接从物理世界产生的生物，因此，初始生命生存问题完全决定于是否适应生物学环境。初始生命的生物学环境中只有初始生命本身，所以初始生命只需要自适应即可。自适应是生命个体对本身的要求，每个个体要适应另一个体，彼此互相不妨害生存，就既适应物理环境又适应生物学环境而获得生存，故自适应的初始生命是(完)全适应环境的生物。

几何上看，一个可以不断延伸的L―L’(连同L、L’在内)总是沿一条曲线走向延伸，最简单的情况是沿一条直线延伸，我们先讨论直线情况然后再讨论曲线情况。

记此直线为J，则空间中形成L―L’的物理资源必定也沿直线J分布，否则L、L’、L―L’不可能一直沿直线延伸。地球生命起源的物理背景恰与此几何要求一致，初始生命是在太阳光照、闪电、地热、放射性、海底火山等释放能量物质过程中产生的，这些过程中能量物质等关键资源沿直线或切向作用到空间中，空间中也可能有资源分布，最后沿一段直线周围形成线形段L―L’，我们将证明，这些线形段的几何形态使之能够互相串接，形成任意长的直线走向的线形L―L’，因此，如果设沿直线J分布的资源充分，便可在J周围形成任意长的L―L’。

设在沿直线J分布的资源作用(以下简称直线作用J)下产生一条线形L，则在那些与L有相同相对于J的位置的路径上，也只有在这些路径上，因为受到同样的资源作用，有相同可能性产生与L形态相同的线形，这些有相同可能性形成相同线形的路径称为等效路径，L―L’中的L’与L是等效路径。同样，在L―L’的等效路径上，也有相同可能性产生相同形态的L―L’。

如果线形L―L’是初始生命，则L―L’有自适性，在L―L’的任意一条等效路径上也有相同可能性产生初始生命L―L’。容易证明，L―L’具有自适性的必要条件是线形L滿足以下几何条件：

(1)L的等效路径不得相交，如果相交则必定是同一条路径，否则相互阻断线形延伸，彼此妨害生存，发生不自适。这个要求几何上等价于：通过空间一点仅存在唯一的等效路径。

(2)L的等效路径不得充满一个3维体，否则不可能键合为初始生命线形对L―L’。

我们来看一个不自适线性的例子。如果直线作用J可以形成平行于J的直线形L，则在任何一个以J为中轴线的圆柱面的直母线路径上都同样可能形成直线形，所有直母线都是L的等效路径，这些等效路径将粘合成体，故直线形是不自适的。

显然，我们可以通过将L沿J平移、绕J旋转或两者任意组合(简称为平移旋转)得到所有的与L有相同相对于J位置的等效路径。

设L不是完全在一个以J为中轴线的圆柱面上，我们沿J平移L，L的等效路径轨迹将产生一个曲面，此曲面必不在任何圆柱面上，否则L也在圆柱面上，然后，将此曲面绕J旋转，注意只有以J为中轴线的圆柱面绕J旋转才会产生圆柱面，所以曲面不可能在一个圆柱面上，L的等效路径将粘合出一3维体，故这种形态的L不自适。因此，仅当L在一个以J为中轴线的圆柱面G上，才有可能出现自适等效路径。

我们证明：圆柱面上的自适等效路径必历经圆柱面所有直母线。

因为自适等效路径非直线，在等效路径上总能取到一段端点为p、q的路径不在直线上，通过平移旋转将p点移到q点，按自适等效路径性质，这条旋转一个非0弧段而延伸的路径仍为原路径，如此延伸下去，自适等效路径将历经圆柱面所有直母线。

设L是圆柱面G上自适等效路径，当L对J作平移旋转时L的运动轨迹一直在G上，a是L上任意一点，我们把L绕J旋转任一角度α到位置L*，这时a移动到a*，a与a*在不同的直母线上，因为L历经G的所有直母线，设L与a*的直母线交于点b，现在平移L*使a*移动到b，等效路径L*与L相交，则L*与L是同一条路径。这就证明，L绕J旋转任一角度后与原线形路径至多相差一高度。

在一个以J为z轴的坐标系o-xyz中，可将L表示为：

x=rsint
y=rcost
z=f(t)

上式中t为参数，f是t的函数。L绕J旋转任一角度α后与原线形至多相差一高度，故

f(t+α)–f(t)=d(α)，

这里d(α)是仅与α有关，两边对t求导

df(t+α)/dt–df(t)/dt=0

注意存在等式

df(t+α)/dt=df(t+α)/dα

故有

df(t+α)/dα=df(t)/dt

令t=0，得

df(α)/dα=df(0)/dt

又令

df(0)/dt=v

则有

f(α)=vα+c

式中v为常数，c为积分常数，这表示f为线性函数。我们不妨取c=0，最后得

x=rsint
y=rcost
z=vt

当v趋于无穷大时趋于直线，排除之，v等于零时为圆，圆不可延伸，也排除之，故L为圆柱螺线，v>0时为右旋圆柱螺线线形，v<0时为左旋圆柱螺线线形。因此，包括第一个生命在内的初始生命是由圆柱螺线线形分子L、L’组成的线形分子对L―L’。

在以上推导自适等效路径过程中，只关系到L上任意两点处线形，因此，推导结果对任意非0段长的线形都成立，所产生长度非0线形分子生命段L―L’中线形段L、L’都在同一个圆柱面G上，都是同形态的圆柱螺线线形分子，因此，这些同形态短段圆柱螺线线形分子能够互相串接，形成任意长的同形态圆柱螺线线形分子。

我们从以上结果立即可以推论：线形分子生命L―L’的圆柱螺线线形L、L’平分一个旋转周期，也就是说，L、L’与圆柱面G上任一圆的两交点p、p’连线为圆的直径，圆心恰在J上，L与L’相位差为π。

用反证法证明：假使L―L’的L、L’相位相差小于π，那么L在圆的另一半弧上存在一点p’’，而p、p’’与p、p’等距，过p’’的等效路径L’’同样可能形成与L―L’等效路径的线形对L―L’’，于是过L出现两个等效线形对路径，发生不自适，这就反证了线形分子生命L―L’的L、L’必定相差半个旋转周期。从这里看到L自适仅是L―L’自适的必要条件。

从以上结果可以观察初始线形分子生命的形成过程与形态：

(1)因为任一L―L’中L、L’平分旋转周期，p、p’连线是L、L’间最短距离，p、p’作为等效路径L、L’上的点有相同可能性在p、p’产生小分子，小分子仍记为p、p’，如果在这个圆上小分子p、p’首先耦合为p―p’，键“―”与直径重合，圆上其它直径端点小分子对就不再形成线形对，否则，因为小分子对的键都通过圆心将引起键相交，所以在J的这一段上只存在p―p’。

(2)记n个小分子串联成的线形为L(n)，n对小分子组成的初始线形分子生命为L(n)―L’(n)，形似一架有n个踏板“―”的梯子，两条n个小分子连成的线形L(n)、L’(n)是梯子两边框架。

(3)如同p―p’，L(1)―L’(1)与圆柱面G的圆的直径重合，由于圆柱螺线L与L’相位相差π，从第一踏板L(1)―L’(1)开始，踏板一方面循着两边框架线L、L’沿J做平移，另一方面绕J旋转，上升(或下降)到L(2)―L’(2)，如此重复平移旋转直到L(n)―L’(n)，展现出旋转对称平分圆柱体空间G的双螺旋形态。RNA、DNA遗留着这样的双螺旋形态。

(4)我们回到(1)中情况，如果在所有p―p’中，p―p’作为L(1)―L’(1)第一时间通过延伸或连接另一个单个或多个小分子线形对，成为两个小分子对L(2)―L’(2)或多个小分子对L(n)―L’(n)，形成双螺旋结构，立即展现出自适性生物学现象，正是在这一时刻，地球上第一个生命起源。

用同样的方法可以进一步证明线形分子生命不可能由3条及更多的线形分子组形成。

现在讨论J非直线时即曲线作用下的情况。初始生命L―L’形态在外界作用下发生变形，只要变形不破坏小分子间的连接关系及等效路径自适性，就能继续保持L―L’的生物学功能，这表明在曲线作用下也可以产生初始生命。这种变形可用拓扑学的拓扑变换描述，可以将拓扑学空间设想为一个橡皮体，这个橡皮体在任意拉伸、任意压缩之下空间中的点不会撕开为多个点、也不会把多个点粘合为一点。所谓拓扑变換，就是在这个橡皮体中有的地方做拉伸、有的地方做压缩，把橡皮体中一个图形变換为另一个图形，例如把正方形拓扑变換为圆、把立方体拓扑变換为球，所以正方形与圆、立方体与球在拓扑学中是同形的几何形。

我们证明：在拓扑变換f下，线形L、L’、L―L’的等效路径自适性保持不变。

设两等效路径相交于一点p，若在f变換下不再相交，表示p对应两个不同像点，点被撕开，与拓扑变換性质矛盾，又若不相交的两等效路径在f作用下交于一点p*，则表示p*对应两个不同的原像点，点被粘合，也与拓扑变換矛盾。再者，若无粘合的等效路径在f变換下变为粘合，则必有像点对应一个以上的原像点，发生不同点粘合，同样与拓扑变換矛盾，又若粘合的等效路径在f作用下变为无粘合，则必有原像点对应一个以上的像点，出现点被撕开，也同样与拓扑变換矛盾。

因此，在拓扑变換下不可能把自适的线形变成不自适的，也不可能把不自适的线形变成自适的，故等效路径自适性在拓扑变換下保持不变。这意味着，如果一个曲线走向的L―L’是初始生命，我们做一个拓扑变換把L―L’变为直线走向，L―L’必定是两条圆柱螺线组成的双螺旋几何形。因此，曲线作用下形成的与直线作用下形成的线形分子生命，两者之间仅差一个拓扑变形。

因为拓扑变換不改变线形的连结关系，所以短段线形分子生命L―L’串连成更长段L―L’的线形分子生命的过程不受影响，曲线作用形成的L―L’是在一条沿着曲线走向的变形管道体中延伸，做一个拓扑变換拉成直线走向后即变为在圆柱体中延伸。

2.解决意识起源问题及意识的生物学基础

人有意识已是共识。意识涉及生物个体的体验，至今没有统一的定义。直观上看，人失去意识就变成僵尸，不能对外界刺激做反应，因此，意识至少有协调、整合生物体活动以适应环境的生物学的功能。但意识究竟是什么？什么是意识生物学基础？解决这些问题的第一步是解决意识起源问题。

实验证明，人的意识是1000亿大脑神经元的活动产生的，人的智慧是意识最高水平的表现。那些在生物进化树上接近现代人的物种都存在相当水平的意识，如黑猩猩，实验发现也有相当的智慧。

进化树上支条互不相交，我们可以把进化树画在一个o-xy平面上，原点o:(0，0)对应进化树根部的包括第一个生命在内的初始生命，进化树上任一端点物种对应平面上一个位点p:(x，y)，对所有的生物p，从o出发，都存在一条由支条及节点形成的进化路线上行连接到p，反过来说，任何p都可以通过这条路线溯源下行移动到原点o。如果将生物出现时间t计入位点，这时p:(x，y)便扩充为p:(x，y，t)。

人与黑猩猩的分支点是进化树上从现代人开始下行经过的第一个节点，两者的神经系统结构及意识功能都由分支点的生物进化而来。人有1000亿大脑神经元，黑猩猩有350亿大脑神经元，人比黑猩猩表现出更高的意识水平。我们在进化树上继续下行，可经过狗、猫、蜜蜂、蚂蚁等，大脑神经元数依次递减，生物意识水平随之下降，再到水母、海绵、单细胞草履虫、细菌等，脑神经元回溯到前身的体神经元，体神经元又回溯到前身的神经肽，通过现有实验方法已经很难观察到比“对外界刺激作反应”更高水平的意识表现。

我们不妨取o到现代人的进化路线做代表，意识在进化路线上的存在状况有两种可能性。一种可能是路线上的生物都有意识，另一种可能是，意识仅是现代人等足够复杂的神经系统才能产生的功能，而结构简单的低等生物如水母、细菌等，也有人把植物包括在内，这些生物不存在也不需要意识。

认为第一种可能性成立的人提出理由是：在同一条进化路线上，“有意识的人失去意识就变成僵尸”，而“无意识的低等生物反到是活的生命”，是矛盾的。他们认为实际的情况是，生物作为活的生命都需要意识，人的脑神经元活动既然能产生意识，其进化前身的体神经元、神经肽、生物学分子活动过程一样能产生意识，仅意识水平高低不同而已。

这种可能性隐设着一个推论。因为追溯意识进化前身的过程可以不断进行下去，比如一种海洋细菌个体通过体内前神经肽的生物学分子活动能觉察到其它细菌的存在而群体同时发光，表示化学分子也能产生意识，从分子再追到电子，观察电子与环境互动的行为也难以排除电子没有意识，甚至有人提出意识本质是量子纠缠，如此推演下去，最后走到极限：凡物质皆有意识，宇宙万物都有意识。

认为第二种可能性成立的人认为，水母、海绵、草履虫、细菌的自发运动、应激反应等，这些在高等生物身上是意识起的功能，在低等生物则是DNA小分子编码引发物理化学活动过程表现出的生物学功能。这些可以进化出意识的功能，当然与一般的物理化学活动过程产生的效应有不同，从进化来看，应是意识前身的“前意识”。

持这种观点者认为，意识是脑主导的神经系统展现出的特殊功能。这里出现一个问题，这些功能同样也是由DNA小分子引发的物理化学活动而成，那为什么不存在意识的“前意识”生物能进化为意识生物？类似问题还有，为什么不存在智慧的“前智慧”生物能进化为智慧生物？为什么无意识的生命化学分子活动能起源“前意识”生物？有人提出在进化过程中发生自组织涌现现象，也有人提出是量子力学活动的附加效应，等等，总之是一个未知Y。

以上意见，实际上是人们在不知道生命起源过程情况下就“意识”所有可能性做的设想。现在，我们证明初始生命是由圆柱螺线线形分子L、L’组成的双螺旋线形分子对L―L’，在证明过程中我们能够观察到生命起源的几何图景，看到哪些是物理形成的生物学现象，哪些是独立于物理的生物学现象，不但可以检验以上设想，而且可以看到，这个双螺旋证明是解决意识起源问题的关键。

关于生物的结构与功能，无论人的神经系统还是初始线形分子生命，都是DNA或其前身线形分子生命L―L’上有限个小分子序列引导的活动产生的，小分子组合的数量无论如何之大都是有限的，所以生物体结构件诸如系统、组织、细胞直到生物化学活动过程数量在内都是有限的，从而表现出的生物学功能数量也是有限的，都是可计数的。

进化树上从任意一条进化路线的最高端点生物p出发，如现代人，可通过一条逆进化下行路线移动到原点o，因为生物体生物学功能数量有限，当我们不断在进化树上下行到细菌时，大趋势是生物体结构件数量越来越少，所表现出的生物学功能数量也越来越少。尽管进化树上从细菌到细胞出现一段尚是未知部分，但最后从第一个细胞出现下行到第一个线形分子生命L(2)―L’(2)，也就是进化树根部的生命起源过程，通过JGL图景论，我们已经得到充分的信息，可以从中发现生物的第一个意识。

我们记A(p)是位点p处生物的小分子序列产生的生物体结构件数，X(p)是p处生物的所有生物学功能数，因为一个结构件可能产生不止一个功能，结构件之间不同组合也可产生不同功能，生物学功能数总是大于生物体结构件数。令

p→o，

表示在进化树上从A沿进化路线下行移动到o的过程。因为A(p)有限，大趋势上越来越小，我们已证明，当p=o时，生命起源于第一个产生的两小分子对L(2)―L’(2)，如果第一个产生的是n个分子对的L(n)―L’(n)，n≥2，我们任取其中一个两小分子对作为L(2)―L’(2)，这时只剩下一个结构件：圆柱螺线组成的双螺旋线形L(2)―L’(2)，因此L(2)―L’(2)结构件数

A(o)=1，

第一个生命L(2)―L’(2)形成时刻，在线形上小分子还未及引发物理化学活动(包括分离耦合在内的生物学功能)之前，L(2)―L’(2)双螺旋几何形态已展现出自适性的生物学功能，注意自适性与组成双螺旋的物质如碳基或硅基等无关，独立于物理而仅与双螺旋几何形态有关，因此，当p=o时，有唯一解

X(o)=1，

第一个生命只有1个生物学功能即自适性。

如按第一种可能性设想，生物都有意识功能，则L(2)―L’(2)应有意识，而L(2)―L’(2)仅有自适性这1个生物学功能，所以自适性就是第一个生命L(2)―L’(2)的意识，因此，生物意识从自适性起源。

这一设想正确。因为我们已证明，L(2)―L’(2)双螺旋形态产生的自适性使其既适应物理环境也适应生物学环境，是全适应外界环境的生物，第一个生命的自适性实际上是“全适性”，因此，生物意识实际上是从全适性起源的。如果我们观察第一个生命L(2)―L’(2)的生物学行为，因为全适性，L(2)―L’(2)做的任何运动都是“自我”主动的生物学活动，对外界作用做的任何反应都是有利“自我”生存的反应，我们无论怎样理解或定义意识，自适性都是意识。

我们注意到，自适性(即全适性)由线形分子双螺旋物理网络结构产生，而这个网络连接关系在拓扑变化下不变，看到意识原来是网络上的物理活动产生的生物学效应。

我们证明意识与生命同时起源，等于证明了进化树上出现过的所有生物都具有意识。

我们又证明第一个意识是第一个生命L(2)―L’(2)的双螺旋网络产生的，表明只有生物个体才有意识，意识是生物固有的特征，在生命起源前不存在意识。因此，所谓宇宙万物皆有意识的泛意识论是没有根据的。

按第二种可能性来看，现在看到的情况是，从第一个生命的自适性进化到低等生物的“前意识”，再从“前意识”进化到意识，所以现代人及其它高等生物的意识归根结底也是从自适性起源的。这与意识从自适性起源仅差一个进化过程，在生物学意义上没有分别。

从不存在意识的分子活动中形成第一个生物的意识自适性，无需引用自组织涌现也无需引用量子力学，是始料未及的。这提示出，正如我们上面注意到的，生物的意识能够由物理结构与活动形成的拓扑结构(拓扑变換下不变的结构)上的活动产生，而这个物理结构与活动产生了生物体的全适性。因此，我们得到一个特别的解：

Y=一个几何拓扑结构上物理活动产生的生物学效应，这个几何拓扑结构由产生生物全适应(生物个体生存时刻既适应物理环境又适应生物学环境)的物理活动形成。

简言之，全适性物理拓扑结构产生意识。

在进化树的从初始生命到现代人的进化路线上，随着物理拓扑结构复杂度增加，从自适性进化到“前意识”，进化到“前智慧”，最后进化到人的智慧，都是全适性物理拓扑结构产生的意识。自适性、“前意识”、意识、“前智慧”、智慧，都是同样的生物学效应，对应不同水平的意识。因此，不可能在进化路线上找到“前意识”与意识的断点，也不可能找到“前智慧”与智慧的断点。

我们得到结论：

(1)意识与生命同时起源，意识起源于第一个生命双螺旋网络产生的自适性。

(2)生物都有意识，意识是生物个体作为生命存在的特征，生物死亡意识消失，物理之物不存在意识。

(3)意识的生物学基础：意识是由全适性物理拓扑结构的活动产生的生物学效应。这个生物学效应为适应环境在自然选择驱动下进化，从第一个生命的自适性进化，直到现代人的智慧。

3.在意识生物学基础上推演初始生命到细胞的意识进化

进化树上从根尖o:(0，0，0)沿进化路线到任一位点p:(x，y，t)，生物p在t时刻必定既适应物理环境也适应生物学环境(严格的说，除了初始生命，全适性都是t-全适性)，否则不存在p，我们称p在t有“t-全适性”，或者说“当前全适性”或“当时当地全适性”。按结论(3)，正是p个体中形成t-全适性的物理拓扑结构活动产生p的意识。实际上，进化路线上每一点都应该存在生物，否则进化出现中断，故可设对任意t，位点p:(x(t)，y(t)，t)上都有生物p(t)，p(t)的进化路线在o-xy平面上是进化树上从(0，0)到(x(t)，y(t))的路径。

从物理世界起源的初始生命没有物理环境适应压力问题，一旦第一个生命L(2)―L’(2)或多小分子对L―L’上小分子开始引发周围区域中的分子活动，便第一次面对物理环境适应压力，这些分子活动如以分子为节点、分子间键或作用为连线，便形成一个包围L(2)―L’(2)的动态网络。L(2)―L’(2)的双螺旋网络是最简单的网络，我们将带有动态网络的L(2)―L’(2)记为(L(2)―L’(2))，双螺旋与动态网络合记为Φ，按结论(3)，Φ中一个“t-全适性”物理拓扑结构产生(L(2)―L’(2))的意识。

关于从L(2)―L’(2)开始的进化，因为已知进化终点是细胞，所以我们能够推演一下进化的图景。

生物学适应压力来自两方面：一是(L(2)―L’(2))的Φ本身内部要自适，即Φ网络分子活动不发生自干扰，是一种“内适应”，(L(2)―L’(2))存在并继续进化，表示这个内适性问题已经解决。二是要求不同Φ、Φ’之间互不干扰网络的分子活动(进行L―L’延伸及分离耦合活动过程时除外)，即Φ、Φ’在相交或碰撞发生变形时保持各自网络连接关系不变。这虽然是初始生命之间的适应，但从生命个体的(L(2)―L’(2))或Φ看来是对外部作用的适应，是一种“外适应”。

物理环境适应压力方面，要求Φ在外界物理作用下保持网络连接关系不变。对Φ来说也是外适应，不同的是这个外部作用来自范围无限的物理环境，所以(L(2)―L’(2))的t-全适性压力都来自外适应。

这个外适性问题在这一细胞进化阶段要等到细胞膜出现才得到完全解决，而解决外适性在此等于解决了全适性。细胞生命延续至今表明细胞膜基本结构获得的不止是“当前全适性”，而是适应地球时空的超全适性。

(L―L’)外适性主要与Φ最外围网络有关，外围网络物理特性越接近细胞膜，越有生存优势，这个趋势与过程会在初始生命群体中普遍化，形成一个正反馈，直到细胞膜出现终止。

细胞膜是由Φ最外围网络s进化而成，故可从s的几何性质推得细胞膜的性质。首先，s要容纳双螺旋网络L―L’自由活动，故s在自由状态即无外界物理作用下应是一个球面。但Φ仍受到其它球面网络Φ’的作用，s越小，Φ被干扰的机会越少，因此最优的s应是容纳L―L’自由活动的最小空间，这样的空间恰好存在，取一个以L―L’直径(L―L’直线走向时线形上两点间最大距离)为直径的球面作为s，s即满足最小空间要求。对任意的Φ’，如此相互协同进化的结果都获得相应的自由活动最小空间s’，若(L―L’)第一个变为细胞，记为((L―L’))，则((L―L’))的细胞膜即是(L―L’)的最外围网络s。

我们从进化结果看到，正因为有这个最小自由空间的规范，在(L―L’)进化到细胞((L―L’))的同时能够进化出L―L’(这时可能是DNA)的半保留复制功能及细胞对称一分为二又合二为一的分裂繁殖功能。

直线走向L―L’的自由活动可接触到最大范围的空间，这对生存有利。但是一旦细胞膜建成，L―L’有了一个稳定的生物学活动空间，直线走向不再必要，线形便进化出不影响线形延伸的主动折叠功能，所以DNA折叠应是从第一个细胞开始起源的。

为(L―L’)产生t-全适性的物理拓扑结构来自Φ中的Y，Y如何组成？我们现在只能估计，两头是确定的，一是Φ最里面的双螺旋网络，二是Φ最外围网络s，未知的第三部分是连系s与双螺旋网络的中间分子活动网络，这三部分组成Y，換言之，正是这三部分产生(L―L’)的意识。

由此可推得，细胞((L―L’))的意识是由细胞膜、双螺旋及未知中间网络组成的物理拓扑结构产生。

4.人的自我意识从细胞内外意识进化而来

细胞膜将空间分隔为内部空间与外部空间两部分，细胞物理拓扑结构相应产生细胞的内适性及外适性，形成不同的生物学效应，故细胞必定有分辨细胞内部外部的意识。这个分辨内外的意识，从Φ应对外适应时就萌芽了，到细胞膜出现后固定下来，细胞膜是一个确定的座标，我们不妨约定分辨内外的意识从细胞膜开始。

这个分辨细胞膜内外意识与双螺旋自适性意识是生物两个基础意识：初始生命因有双螺旋自适性意识而起源，细胞生命因有分辨细胞膜内外意识而形成地球的生物世界。

因为细胞有分辨内部与外部的意识，我们观察细胞，细胞这个闭曲面小球在外部的外界作用下做的运动不会完全按照物质小球运动的物理规则进行，做的都是有利于内部空间中生物学活动即有利于细胞“自我”生存的反应，例如，当异物接触细胞膜时，小球会自动变形，当异物试图进入细胞时，小球会主动逃避。

随着从初始生命进化到现代人，细胞网络Φ进化到人的神经网络系统，初始生命的自适性意识进化到细胞的内外意识，相当于“自我意识”的细胞内外意识最后进化到现代人的“我”、“I”、“Ich”、“Je”等等的自我意识。

5.推导细胞意识进化中的意识度量

假定意识量C与Φ中产生意识的物理拓扑结构复杂度有关，这个复杂度可用物理拓扑结构中节点间连接数量φ表量，即Φ的意识C是φ的函数C(φ)。

如果Φ网络进化到Φ+Φ’，Φ’的复杂度为φ’，Φ’的意识为C(φ’)，意识是物理拓扑结构产生的生物学效应，其功能是协调生物学活动减少不确定性，作用相当于一种指令信息，从Φ到Φ+Φ’，减少不确定性，生物学效应相加，意识从Φ的C(φ)增加到Φ+Φ’的意识C(φ)+C(φ’)。另一方面，从两个网络加起来后网络连接数量来看，可达数量φ·φ’，相应意识又可为C(φ·φ’)，故有，

C(φ)+C(φ’)=C(φ·φ’)，

因此解得，

C(φ)=c·lnφ，

不妨取常数c为1，最后有，

C(φ)=lnφ，

第一个生命L(2)―L’(2)的双螺旋网络φ=4，意识C为ln4，所以生物第一个意识C>0。再求导上式，

dC(φ)/dφ=1/φ，

给出意识变化与物理拓扑结构复杂度变化的关系。

现在可以看到L(2)―L’(2)到细胞的进化图景。当L(2)―L’(2)进化到(L(2)―L’(2))或多小分子对(L―L’)，第一次面对物理环境适应压力时，Φ网络简单，φ数量少，意识lnφ相对小，内层外层都直接处在外界作用之下，网络不稳定，这时意识增速1/φ相对大，表示产生意识的物理拓扑结构在适应压力下加速复杂度进化以获得t-全适性。当(L―L’)继续向细胞进化，φ数量增大，Φ网络外层趋近细胞膜结构，与外界互动中越来越利于生存，这时网络稳定，意识增速1/φ相对变小，表明适应压力消退下物理拓扑结构变化走向平缓，当φ足够数量，1/φ~0，产生意识lnφ的物理拓扑结构稳定下来，细胞膜进入收工阶段，最后细胞膜出现，线形分子生命时代宣告结束，细胞生命世界大幕开启。

第一个生命到细胞的进化是地球生命最关键阶段，因为地球所有生物是以细胞为单元构成的。从细胞开始意识如何进化？是一个等待回答的问题。有一点可预言，意识应该是以细胞为基本单元的全适性物理拓扑结构产生的。(2021-05-10，2021-05-28)

作者思考历程稿文(从“关于人和宇宙的设想”系列文开始计入)：

[1]人类归去来，2013-01-02
[2]世界可知的意义，2013-01-12
[3]宇宙中第一个生命的形态，2014-01-02
[4]生命起源与进化的几何图景，2015-08-07
[5]细胞起源的草图，2017-05-06
[6]生命唯一存在于3维宇宙的证明，2017-09-08
[7]为什么我们的宇宙存在生命？——庞加莱猜想的一个应用，2018-12-28
[8]细胞起源的时间，2019-20-20
[9]意识的由来，2019-04-15
[10]生命起源几何论及其应用：意识的起源、生命唯一存在于3维宇宙中，2019-09-10
[11]生命起源几何论及其应用：意识的起源、生命唯一存在于3维宇宙的证明(修订版)，2019-09-30
[12]生命起源几何学——JGL图景论及应用，2020-09-18
[13]4维宇宙中不存在生命的证明及生命起源与生物进化不同时发生现象，2021-05-20