14生命系统的1号模型

　　但是为什么会有人呢？一个简单的生命系统如何通过一系列因素变化为一个复杂的系统，最终产生今天的人类呢？从进化的角度讲，不论何时，一个生命体成功延续都起源于这个生命系统在一系列时间序列下不间断的成功复制。人的问题属于生命问题，我们需要看看人类祖先从类人猿变异到智人的时间序列，再往前回到哺乳动物第一次从鱼类爬行到陆地的时刻，或许我们可以更进一步思考生命之初，纯粹的物理系统如何产生一个能够自我不断复制的微小原始生命实体。从初始的生命实体到人类今天的文明，地球生态系统花了40亿年，这种生命诞生，从简单系统到复制系统的过程无疑需要以达尔文进化思想作为解释的基础，从进化的角度来看，正是初始的简单生命系统在上亿年时间里努力让自己生存才演化出了历史上以及今天丰富多彩的动植物与形成文明的人类。
　　针对简单的生命系统，我们可以建立一个初始的一号模型，通过模型的方式模拟复杂生命系统的产生，以及思考人类的产生。并通过模型思考，一个生命系统还有哪些关键特征？为了简单有效的表达生命进化的过程与特征，我们采用奥卡姆剃刀＂如无必要，勿增实体＂的方法，用最小的底层逻辑和基础构建。
　　生命的诞生跨越了多个整体与部分的层级，不同的层级之间相互影响，低层级的整体展现不同的表型，数量众多的底层级整体相互组合影响构成新的上层整体，众多的上层整体又再次相互组合影响形成更为复杂的整体。模型的起点就是生命之初的原始生命体，一个点＂.＂表示生命系统的原子级别的基本单元，众多的原子构成记录生命特征以及遗传、变异、生存偏好等信息。每个原子在自然状态下具有运动的趋势，但是在生命系统中形成有序的运动趋势，正是内部部分的有序产生生命系统外延的表型特征的有序。我们用＂->＂表示原子的运动的方向，系统内的运动受限于系统自身形成边界，这也是原子形成生命系统的基本条件。＂=>＂表示运动的距离与方向。那么我们用＂ ＂表示原子的运动边界。这样我们就有了第一个出发点，原子级别的整体作为生命系统的部分在受限条件下的运动模型：
　　这是去中心化的模型，基本单元可以在边界内的任何一个区域进行运动。生命系统由众多的这样的基本单元构成几个最原始的能够在内部互动的单元群组，各个群组之间相互协调完成生命的偏好以及维持系统热力循环的做功。想象一下一列蒸汽式火车沿着铁轨上运动，火车由发动机、车厢、传动装置、散热装置、蓄电池等各个组件构成，机车需要以煤炭为燃料不断产生热能驱动火车前行，各个部分相互配合完成做功运动，沿着铁轨运动。获得燃料后，发动机内部的各个组件不断做着活塞式的行程运动，再通过传动装置传递动力到火车的车轮，车轮做着圆周运动，从而不同的组件相互配合使得火车前行。各个部件的运动方式并不一致，这是一个高效协同系统，产生沿着铁轨运动的趋势。生命系统同样也需要完成热力循环做功，由内部各个不同的组件构成，组件的运动趋势可能并不一致，但是生命整体产生协同的外部性。不同的是，生命系统在运动趋势下能够适应外部环境，占有一定环境的生存资源并以此为生存边界。再次构建生命系统的模型，由于内部组件的运动方式不一致但对系统的效果是一致的，用＂->＂进行抽象，＂->＂既为环境变化的方向也为生命系统协同方向与外部性偏好方向，此时＂=>＂表示生命系统维持自身存续从外部获得资源与排出资源。那么我们可以画出生命系统的模型（…表示无法确定的群组数量）：
　　为了便于描述模型的性质特点与模型指向的实际自然，当我们把一个生命系统整体作为研究对象，其运动趋势为偏好；当我们深入系统内部的群组，分析是哪些群组的运动趋势引起整体的外部运动趋势，这些内部群组的运动趋势为本能。比如作为整体的动物都拥有食欲，动物作为一个生命整体，具有＂找食＂的偏好；而＂找食＂的产生必定由生命系统内部某些群组的运动趋势引起，这些运动趋势则为本能，常被描述为＂食欲＂。偏好与本能是相对的概念，如果对生命系统进行还原拆解，部分为独立研究对象，相对于整体的本能也就是内部部分的偏好。对本能的研究往往属于心理学范畴，由于部分被封闭在整体内部，属于黑盒，研究者无法获知黑盒内的群组结构，这使得对本能的研究困难重重。现代认知神经科学一定程度深入到内部部分的群组结构，对内部群组的功能进行分析，一定程度上反应了人的本能的运转模式，但是还原到更深层次的群组也是困难重重。
　　单个生命系统具有一定＂寿命＂，从上个生命系统成功＂复制＂出，开始经历成长、成熟、衰老的生命周期。如果需要在时间的长河中延续并长期延续，需要二个基本偏好，分别是生存偏好与繁衍偏好。生存偏好保证了在当前周期生命系统能够成功存续，繁衍偏好则保证了未来的继续存续。生存偏好指向环境能够提供生命系统的生存资源（简称生境），温度、湿度、＂食物＂（或物质）等，时间空间的某一个片段中的环境能够提供的生存资源可以看作是固定值，在进化论中一般被称为＂适应的＂。＂适应＂是一种静态的描述方式，如果环境是不变的，那么用＂适应＂这个词是合适的。但是从长期动态地看，环境是处于同时被生命系统改造的不断变化之中，真实的大自然并非是静态的，环境与整个生命体系构成了最大的协同演化系统。地球在不断自转并围绕太阳公转，每一天，每一季，每一年，生命都必须要围绕宇宙中更大的有序整体带来的气候变迁进行适应。生命改造自然，自然进化生命。生命系统是＂自私＂的，唯一目的是让自身存在并长期存在，也就是＂活着＂。为此生命系统在改造环境的同时也需要协同改造自身，这需要初始生命系统能够提供足够的自身复制副本，同时不同的副本之间需要有一定的差异，大自然的适应的剃刀对差异进行筛选从而不断抉择出适应的进化副本。今天能看到的丰富多彩，多层级的生态系统都只是最初的生命系统为了＂活着＂而不断复制的适应体，地球上曾经出现的物种绝大部分都已经灭绝了。早期的地球刚开始形成，温度很低，外部围绕着大量的气体，可能是氢与氦；之后形成由二氧化碳、甲烷、氮气、水蒸气等组成的原始大气，氧的含量很低，但是已经具备了原始生命产生的条件。生命诞生了，开始了对大自然漫长的适应与改造的协同过程，经过几十亿年的时间成为今天看到的自然环境。这样，每一个生命体都必须＂努力＂与不断变化的生境保持适应。
　　如上图，假设在一时期内，生境可能从o变化为a、b、c、d中的任何一种，实际为生境b。而生命系统通过变异的方式，原来的偏好O成为了A、B、C、D四种，只有偏好B能够适应新的生境b，而其他的偏好由于无法适应新的生境而被大自然残酷的淘汰。为了更好的描述动态的适应，我们改用＂协同＂一词。生命系统通过繁衍进行着不断地变异，环境除了自身处于不断变化之中，也被生命系统不断地改造，如果一个变化时期后，生命系统能够 ＂适应＂新的生境，那么我们说二者是＂协同＂的，具有协同性。而生命科学是一门研究生命如何协同的科学，环境协同（三大协同之一）是生命体系最外部群组的协同方式。
　　整个生命系统中，整体与部分是相互嵌套与独立的，高度协同的运动体系。我们用上方的＂->＂表示环境变化的方向，那么在不同的表述环境下，生命系统的模型可以简化为：
　　作为生命系统的外部性特征偏好必定由系统内部的本能决定的，变异本质上是由系统内部的某一群组发生结构性改变，能量交换形式变化，最终引起偏好的类型、强度等性质发生改变。再考虑蒸汽式火车的例子，火车在运转一段时间后，速度变快了，如果去查找原因可能会发现维修人员把火车的蒸汽式发动机替换成先进的内燃机，做功效率提高了动力更强了，体现为火车整体的速度更快。生命系统的变异也是同样的情况，内部群组本能的变异可能是结构增加的、结构形式改变的、结构减少的，无论是哪一种形式，本能变异最终引起偏好的改变需要与环境协同。
　　如上图，假设原生命系统通过变异产生结构增加的可能情况为A、B、C、D，增加的部分可能引起其他原有结构的协同性的改变，也就是本能的改变。如果本能改变进一步影响到生命系统的偏好，那么系统内部本能的协同性受到外部环境协同的约束。在变异的各种情况中，只有与环境协同的情况A、情况G能够顺利适应，情况E可能会适应的比较困难。结构增加的变异为生物进化由低级到高级、简单到复杂的过程提供了可能。这类似于一个不断增加的机械手臂，每变异一个部分相当于增加一个机械臂，引起功能的改变，需要不断的经受外部环境协同的考验。生命系统内部由各个群组构成，所有相互嵌套的各层级群组需要依赖于生命系统唯一的入口获得能量，并依赖唯一出口排出废物。更像一个连续直线运动物体，一部分获得动能，另一部分也会同步获得动能。那么我们称这种依赖于体系内部能量交换方式形成的协同为结构协同（三大协同之一）。生命从某种程度上说就是一个通过进化产生的不断做着热力循环运动的复杂协同体。
　　我们可以用结构协同解释无论一个动物的内部群组如何的复杂，都是在环境协同下形成的结构协同，比如大多数的动物都具备心脏、脑、肺、胃、胆、肾等内部群组、以及拥有能够让身体运动的腿或鳍等身体结构。这些内部群组能够相互协作交换能量，彼此满足，在偏好的驱动下完成一系列的生命系统运动（行为）探索环境，寻找食物，发现食物，捕获猎物，从而拓展自身的生存边界。
　　最后，根据1号模型，我们可以得出这样一个结论，如果一个生命系统存在，那么需要满足二个条件，对内部分结构协同与对外整体环境协同。整体与部分之间相互关联，部分协同产生整体的协同，整体的协同构成部分协同的约束条件。