以所有的植物為例,時間條件放寬不考慮,植物有沒有可能進化出思維和文明?人類的存在是加快了植物進化的過程還是阻擋了進化的過程?


對於進化,很多人認為,就是生物從低等到高等的發展過程,就像數碼寶貝的進化,幼年期-成長期-成熟期-完全體-究極體這樣,是一個必然趨勢,從最低級單細胞到最高級的有智慧和文明的趨勢。

迪露獸進化圖(來自網路)

不過,自然界的進化並不是這麼回事。

首先,進化並不區分低級和高級。進化以種群為單位(所以數碼寶貝個體的「進化」並不是真正的進化,更類似於某些動物的變態),是一個種群在其所在的環境下,哪個個體的某個性狀更加適應環境,其生存和繁衍後代的概率自然更大,因而使決定這個性狀的基因,在整個種群的基因庫中的頻率越來越高的過程。當然還有漂變和分子進化,這裡暫且不提。

也就是說,進化的方向,是取決於環境對種群的壓力的,並不是一個打怪升級的過程。

比如說,很多人認為,動物從魚進化到哺乳動物,因此哺乳動物比魚類更先進。但是,從肉鰭魚登陸陸地開始,進化完全是為了適應陸地各種不同的環境,而不是低級和高級。甚至,鯨類是由一類偶蹄類,河馬的親戚進化而來的,卻重新具備了很多魚類的特徵(雖然不是魚),這也是進化而不是「退化」(而且請注意退化並不是進化的反義詞)。

p.s.關於肉鰭魚類演化這一點,也是一個有意思的故事,有興趣可以看這裡https://www.zhihu.com/question/277903940/answer/630316975

所以,進化的結果只是,生物更加適應環境。

那麼我們再看植物。

植物登陸陸地以後,它們一直是利用太陽能,聚集土壤的營養而生存的。從三四億年前的泥盆紀至今,植物賴以生存的陽光和土壤條件沒有根本的改變,它們最基本的生活方式也沒有理由改變。相反,自泥盆紀以來,陸生植物的進化使它們高度適應環境,在進化上來說,是成功的。並沒有迫使植物產生智慧的環境條件存在,它們也就毫無理由產生智慧。

而人類則不同,在新近紀的環境下,一支猿類失去了它們本來生存在樹上的環境,被迫下到地上,依靠前肢採集和狩獵,並且不得不依靠複雜的分工合作才能在猛獸林立的地面立足,因而產生社會性和高智商。那麼人類在適應環境上也是成功的。

智慧和文明不是進化的終極目標,只是適應環境的無數種途徑之一。我們都是成功適應環境的類群,走在兩條截然不同的進化路徑,但是並沒有高低之分。


有的朋友覺得我沒有回答問題?其實我想看了上面的,這個問題也有答案,也顯而易見了吧。不過還是再根據上面的內容,直白地總結一下吧。

Conclusion

鑒於智慧並不是生物進化的終極目標,而植物雖然經過複雜的輻射進化和分化,佔據極其廣泛的生態位,但是其初級生產者的地位是從來沒變的。其固著生長聚集營養物質和能量的基本形式可以說高度適應其生態位,因此能夠在數億年中持續繁盛,這種形式一直沒有改變且不需要改變。因此,無論給多麼充足的時間(其實已經夠充足了,四億年左右了,古猿到人類演化的時間大概只有幾十萬年),植物都沒有理由進化成為智慧生物。


光合生物可以產生思維和文明。

人類的存在對地球植物的演化有積極意義,也有一些不利因素,整體上利大於弊。

思維基本上是記憶、理解、創新。其中,認識、理解客觀事物並運用知識、經驗等解決問題的能力稱為智力。光合生物產生智力的基本路線有兩條:

1.在地球植物已經表現出的生理功能基礎上發展

2.由同時具有動物與植物特徵的物種產生智力

此外,「進化」是不確切的。地球生物的演化沒有目的性。

1.1 地球植物有產生思維的潛力

現實中,地球上的植物能感覺並對很多環境變化做出回應,比如光照、水分、重力方向、溫度、土壤結構、營養、毒素、微生物、食草動物、來自其他植物的化學信號。大量研究表明許多植物能彼此進行交流,一些物種能通過編製氣味與昆蟲交流。它們能記住過去的感染和所經歷的天氣條件,然後根據記憶改變當下的生理狀況。

尚未發現任何地球植物具有意識或製造工具,因此認為地球植物已經有智力的觀點仍有很大爭議。但也有意見認為意識不是智力的必要組成部分。

植物的根尖有一個厚度不到1毫米的特定區域,這個小區域消耗植物體中最高比例的氧氣,產生向前生長的信號。雖然一個根尖只有幾百個細胞能顯現出這種功能,但是植物的根尖非常多,比如黑麥有1150萬個根尖。100多年前,植物的根系迷住了達爾文。他和兒子弗朗西斯進行了巧妙的植物學實驗,證明了植物可以感受到光、水分、重力、壓力等環境狀況,確定根生長的最佳軌跡。弗朗西斯是世上第一個植物生理學教授,任教於劍橋大學。在他的協助下,達爾文於1880年寫了一本名為《植物運動的力量》的書,討論植物的每一個動作。在最後一章中,達爾文寫道:「毫不誇張地說,植物的根尖有指導毗鄰部位運動的力量,就像低等生物的大腦。」

已經在植物體內發現了電信號系統和化學信號系統。植物細胞會通過電信號來傳遞信息,植物體內也發現了動物體的神經遞質:乙醯膽鹼、五羥色胺、多巴胺、谷氨酸等。植物的脫落酸也可能在一些場合發揮神經遞質的功能。

當植物受傷或者感到壓力,它們就會製造乙烯,工作原理類似動物的麻醉劑,能讓植物進入反應遲鈍的狀態,在這樣「打盹」的時候,捕蠅草會錯過路過的昆蟲。

2006年8月,美國紐約植物園的Brenner和華盛頓大學的Van Volkenburgh等人在植物學權威雜誌Trends in Plant Science撰文[參考文獻1],提出植物神經生物學的概念,在此之前也有人提出過類似的概念。很多學者反對這種提法,2007年便有學者在同一雜誌撰文建議植物學科研共同體開除植物神經生物學,因為植物並沒有神經系統。植物神經生物學的倡導者則稱他們只是說有類似結構。

1983年,科學家聲稱樹木可以彼此警告食葉昆蟲即將到來。植物通過氣味進行通訊的現象已經在很多植物身上得到了反覆驗證,包括大麥、絹蒿、榿木在內。金合歡樹會產生丹寧酸以阻止動物啃食自己,被啃過的金合歡樹葉會釋放一種氣味,周圍其他金合歡樹會識別出這種氣味,在捕食者到來前釋放出丹寧酸。直接用剪子切掉葉片則不會導致這種氣味釋放。

牛津大學的科琳·凱利進行了一項長達15年的研究:將寄生植物菟絲子移植到營養狀況不同的樹上,觀察它對宿主的選擇。結果發現,菟絲子在從宿主身上吸取養料之前就選擇性地識別了宿主散發的化學物質,調控自己根尖的NADPH氧化酶基因表達和生長素輸出蛋白PIN合成,纏繞到營養狀況好的樹上而拒絕營養狀況差的樹。

節選自《植物神經生物學研究進展》
節選自《植物神經生物學研究進展》

反對植物神經生物學的耶魯大學生物學家斯萊曼(Clifford Slayman)不認為植物具有智力,但他相信它們有「智力行為」,就像蜜蜂和螞蟻那樣。他說,他不知道什麼構成了智力。他定義智力行為是「能夠適應環境變化的能力」。如果植物神經生物學家願意在「智力」前面加上「植物特有的」,那麼很多爭議都會消失。

總之,地球植物現有的生理機能有潛力產生思維或集團思維。

1.2 地球植物的記憶

地球植物有多種不同形式的記憶:短期記憶、免疫記憶、跨代記憶。

捕蠅草的一對葉片的觸發毛如果有兩根被觸動,葉片就會閉合,也就是說它要記住此前有一根被觸動過,不過這種記憶只能維持20秒。捕蠅草的短期記憶是基於電信號的,非常像動物的神經活動。

將盆栽的含羞草從安全高度摔落在地上幾次,它們會記住這是安全的而不再關閉葉片。這種記憶可以持續幾個月。這個狀態下的含羞草若被撫摸,仍然會關閉葉片。

跨代記憶:一些受到惡劣環境、病害等壓力的植物的後代對同樣的壓力有更高的抵抗力。這基於表觀遺傳,能夠改變基因的活性而不像基因突變那樣改變基因編碼,也能傳遞到後代中。

Whitehead生物醫學研究所的一組研究人員發現一種植物蛋白在插入到酵母中後功能會變得像朊毒體一樣。研究人員推測,這種錯誤摺疊的蛋白可能可以解釋植物是如何存儲和傳遞記憶的。這一研究成果發表在2016年4月25日的《美國國家科學院院刊》(PNAS)雜誌上。

每年春天,植物都能根據水合作用、溫度和具有冬季記憶的春化作用等因素而開花。過去,科學家們對於植物記憶的分子機制並不十分了解。在這項研究里,研究人員利用一種分析酵母朊毒體樣蛋白質域的演算法篩選了擬南芥的整套蛋白質序列。從中識別出了474個候選蛋白,之後他們把篩選結果縮小到了3種涉及開花相關基因表達的蛋白,使用酵母計算方法測試了這些蛋白質的朊毒體樣屬性。在這些蛋白中,Luminidependens (LD)滿足了朊毒體的某些定義標準,即:維持一種低聚物自我複製狀態的能力,可以在實驗室中持續而可遺傳地改變一種相關酵母蛋白質域的功能。此外,當移植到酵母朊毒體Sup35的時候,LD朊毒體域取代了這種酵母朊毒體域的功能,這表明LD可能是一種真正的朊毒體,而且很可能是首次發現來自植物的朊毒體。研究人員表示,植物區分冬季和非季節性寒潮的能力可能與諸如LD等蛋白有關,這類蛋白質可能幫助觸發或調控了與春化和開花有關的表觀遺傳學變化。為了驗證這一結果,研究人員還需要進一步更多的實驗。研究組在該篇論文中也提出了這些錯誤摺疊的蛋白也許能作為植物記憶的一種基本形式。

從同一個母體植物上切下來的兩個切片或從同一個母體植物上克隆的兩株小植物,即使在相同條件下對它們進行培育,它們也會表現各異。植物的行為不是被脘毒體簡單地操作的。

1.3 人工干預與仿植物機械

人為選擇可以比自然演化快得多地篩選出更具環境交互能力的植物個體並大量培養它們。輻射育種等手段可以大量誘發突變,且許多植物承受輻射的能力強於大部分動物。基因工程可以選擇性地強化植物的環境交互能力。

人類也可以製造出具有和植物根尖類似的功能的機器。每一個根尖都能同時且持續地偵測和監測至少15種不同的化學和物理參數。這可以幫助人類研製能監測土壤污染、探索礦物質、尋找水分的感測部件,應用在農業、探礦、環保、行星探測器等方面。

2.1 光合動物

眼蟲是眼蟲屬生物的統稱,在植物學中稱為裸藻、綠蟲藻,是一類介於動物和植物之間的單細胞真核生物。體小,長梭形。前端鈍圓,後端尖削,中央有一大的胞核。體外表膜具細的斜紋。眼蟲體通常因含大量卵圓形葉綠體而呈綠色。有鞭毛2條,1條自胞口伸出,生活時常打動。在運動中有趨光性。淡水產,春夏季節常在有機質較多的污水內大量繁殖,使水質成綠色,被作為有機物污染環境的生物指標,對凈化水中的放射性物質也有作用。

眼蟲主要通過葉綠素在有光的條件下利用光能進行光合作用,把二氧化碳和水合成糖類,這種營養方式與一般綠色植物相同,稱為光合營養。製造的過多食物形成半透明的副澱粉粒儲存在細胞質中。在無光的條件下,眼蟲也可通過體表吸收溶解於水中的有機物質。這種營養方式稱為滲透營養。

眼蟲是成功的物種,在地球上已經延續了5億年,世界性分布,體內含有大量營養物質,可以有效駁斥「一個動物還能進行光合作用,肯定會浪費太多能量在合成各種酶上面,這不合理」論者。已經有人製成了養殖眼蟲來製造食物或燃料的裝置。當然,也就有人開始宣傳吃它可以「大補」或「排毒」,甚至吹噓成「水中冬蟲夏草」,這是沒什麼實際功效的。

一些多細胞生物通過與藻類共生分享光合作用的成果。珊瑚與蟲黃藻。朝天水母與蟲黃藻。桶狀海綿與藻青菌。巨蛤與共生藻。海葵與共生藻。阿克爾扁形蟲與共生藻。帆水母與共生藻。綠水螅與小球藻。一些兩棲動物產下的卵外面的包裹體中也有藻類共生。斑點鈍口螈的胚胎細胞中有單細胞藻類共生。其中一些藻類已經基本失去獨立生活能力,快要變成共生對象的葉綠體了,例如小球藻的細胞分裂周期已經跟綠水螅同步化。

還有一些多細胞生物使用後天獲取的葉綠體進行光合作用。綠葉海蝸牛將吃到的綠藻的葉綠體放入自己的細胞來進行光合作用,並維持這些葉綠體的活性直到自己的壽命終結。研究表明,綠葉海蝸牛的基因組裡已經整合了關於怎樣維護保養葉綠體的基因。

如果有人堅持「只有動物能產生思維和文明」,不妨問他能進行光合作用的動物行不行。

人類也可以用基因工程將具有智力的物種轉變成光合生物。

2.2 人類對地球生物圈的其它促進作用

人類從化石燃料里釋放了巨量的碳。

3.1 光合生物與文明

無論碳基生物演化得如何適應地球的環境,在太陽變成紅巨星之前,太陽的輸出在徐徐上升,大氣中、陸地上和海洋里的碳基生物終究會被烤死的。紅巨星太陽可能把地球吞掉。即使沒吞,太陽總歸會熄滅,哪怕是居住在地殼深處、靠化學能或輻射生活的細菌,不離開太陽系也造不出永動機的話,都會凍死。當然永動機在目前的科學體系下是造不出來的。

那麼,要讓地球生物圈離開太陽系或掌握永動機,怎麼做比較容易?我們是努力演化成能跳進太空、肉身改變軌道、在真空中半永久地生存、抵禦天體碰撞、不怕恆星的炙烤和接近絕對零度的低溫、無畏宇宙射線、細胞裡帶永動機的超級物種,還是演化成智慧生物、造些工具來使?顯然後者更容易。

(有些泛種論者會說:巨型植物往太空噴射孢子就可以宇航!唉,您在大氣里噴射孢子噴多了罷。)

在此基礎上,對一個自然演化的物種來說,是自己產生文明容易,還是跟別的文明物種共生容易?顯然後者更容易,因而可以期待它更頻繁地出現,在地球上就是如此。

植物作為生產者,要跟本生物圈誕生的文明物種共生是容易的。在生產者的功能方面,太空時代早期文明大抵會研究怎麼讓植物為他們的太空居住設備製造食物、進行氣體循環,以及參與可居住化改造。雖然會有製造食物的機器、進行氣體循環的機器,但大家互相選擇了那麼多年,從口味和感情上就不那麼容易割捨:無論機器多麼先進,那個文明大抵總會有復古主義者堅持植物製造的食物才是好的、植物製造的氧氣才是香的、工廠造出的食物不健康、工廠造出的氧氣導致不孕不育、能宇航也一定要帶著植物到新天地去播種。也可能有誰把葉綠體相關的整套基因融入他們的身體——其實葉綠體和線粒體的起源跟這是很相似的。在其他方面,太空建築和載具里養動物一般不如養植物安全,想要心靈安慰的人們可能會帶些盆栽或氣生植物。

至於光合生物自己產生文明,它並不比純粹的消費者或分解者產生文明更困難。演化沒有目的,「它沒必要OO」是沒什麼意義的,哪個天生殘疾的人都沒必要天生殘疾。不能阻止隨機出現OO性狀,重要的是突變出了OO性狀的個體對環境的適應力是否足以生存下來、它的繁殖能力是否完好。設想一個母恆星輻射較強、潮濕多雨、幾乎被濕地覆蓋的類地行星,帶有碳基生物圈,一次猛烈的天體撞擊打破了原有的平衡,讓行星高速自轉,天氣變得反覆無常,晴天時陽光強到陸地動物只能藏起來,陣雨時大風可以撂倒任何樹木,對光合生物來說能更靈敏地移動變成了重要的優勢。撞擊後6000萬年,一種能靈活運動、可抓握物體的光合生物每天在晴時爬到高處接收陽光、風雨來時躲進石洞,並在雷暴過後意外地發現和掌握了火。它創造的初等文明和人類文明的黎明期不會有本質的差別。

參考文獻:

[1]. Brenner ED, Stahlberg R, Mancuso S, Vivanco J, Baluska F, Van Volkenburgh E. Plant neurobiology: an integrated view of plant signaling. Trends Plant Sci. 2006 11:413-9.


沒有可能!

思維、智能、文明……這些都是高耗能的能力。從現在高級哺乳動物的神經系統可以看出,要做到相對自由的信息處理分析需要長時間維持高度的能量供給,這種能量需求遠遠高過個體植物獲取能量的能力。

據說,維持人類個體生存所需的食物能量供給,大概需要30平方左右的薯類植物。如果換成禾本植物效率可能還會更低。即便以薯類為準,一個植物個體達到30平方的光合作用面積並非難事,但要維持這種巨大的個體,往往需要巨大的木本根莖枝幹,製造大量纖維素組成木本這也是一個很耗能量的工作,顯然與維持神經系統的物質需求發生了衝突。假設不用木本材質,那麼這株植物會非常脆弱,風吹草動都可以摧毀它,這種植物不用說進化了,肯定老早就死絕了。

即便不說外部的風吹草動致死,微生物的存在也是致命的!動物為了保護自己的神經系統,進化出了一套免疫系統。植物的新陳代謝效率完完全全跟不上,養活免疫系統也是不可能的了。放棄免疫系統的話,神經系統又無比脆弱,微生物分解神經系統可比分解樹榦容易多了,這種植物肯定在進化出來之前就死絕了。

或許說,無菌環境養植物是否可行?答案也是不可行!地球上曾經就因為植物數量太多而導致大滅絕!當然是植物大滅絕。僅依賴分解者來不及處理生長過快的植物,活體植物搶資源搶得太厲害,最終資源不足導致植物餓死了一大票。所以這才需要動物來平衡這一問題!動物可以快速分解植物,而微生物可以快速分解動物,動物短暫的生命也可以加快自然界的物質能量代謝速率。世界還是選擇以這種方式來維持。並不是我們給植物的時間不夠長,而是因為植物真的做不到,甚至還把自己賠進去了,差點讓生物全部滅絕,這才促進了動物的出現。

通過增加獲取能量的光合面積來提高獲取能量效率的方式可以說沒有絲毫可行性,面積越大,其他負面消耗就越多,進化的可行性就越低。如果不提高能量獲取率,生物根本養不起神經系統,即便有一代發生超級突變,或者說用人為的方式為它搭載了神經系統,它也會在當代就當場去世,不可能有時間繁殖。最終,這個能量獲取能力與進化可能的函數圖像,永遠都留在「不可能」的區間。

只有動物的生存方式可以彌補植物的種種弱點,從而為生物圈進化出思維、文明。就是因為單一類型的物種做不到,所以才需要其他物種來互助!這是萬物的根本屬性,一切事物可以有優點,也必然存在缺點。

鑽石堅硬的同時,不可能柔軟。

有光的地方,就不是黑暗。

大貓反應速度快,就做不到緩慢的新陳代謝。

……

這個宇宙的規則很簡單,並沒有那麼複雜。一切事物都是遵照著這些簡單的規則去運作。所以可能性就是這麼簡單的東西,有便是有,無便是無。不要把問題想複雜了。

這裡擴展一個「無限猴子」的答案。

「無限猴子」說的是,給猴子足夠長的時間,猴子們是否有可能在鍵盤上按順序敲出一套《莎士比亞全集》。

目前世界上唯一公認的答案是「不可能」。

肯定派(能敲出莎士比亞派)認為,地球給了有機物幾億年,不是還是進化出了莎士比亞其人嗎?猴子比有機物先進得多,那麼猴子敲出莎士比亞合集的概率肯定高得多了!

而否定派的理由則更加充分,他們認為,如果給有機物幾億年,照樣有可能進化出莎士比亞。如果猴子可以進化成莎士比亞,那獲得莎士比亞合集的概率也高得多了。但很可惜,題目中負責敲鍵盤的是猴子。

這個答案的邏輯倒也簡單。如果是全隨機,那任意情況都是有可能出現的,只要時間夠長機會夠多。但假如這題不是全隨機,那麼有可能有相當一部分情況永遠不會出現。

舉個例子:

  1. 從第一次丟硬幣到第一百次丟硬幣,前十次都為正面的概率為多少?
  2. 從第一次丟硬幣到第一百次丟硬幣,在第一次硬幣為反面的前提下,那麼前十次都為正面的概率為多少?

第一題大家算個開心就好了,算錯了也沒事。總之答案大於0。

第二題就有趣了,答案始終為0。

如果將豆子,一顆一顆隨機丟到鍵盤上,我們砸出莎士比亞全集的概率大於0。

而讓猴子敲鍵盤,我們獲得莎士比亞全集的概率就是0。

猴子有腦子,它們是有想法的,它們的行為並非是全隨機行為。也許它們敲鍵盤敲的第一個鍵是全隨機,但接下來它們怎麼敲就不是全隨機了,它們的想法和邏輯會直接偏離莎士比亞。如果有無數個平行世界,那麼連續N個平行世界中,猴子敲的第一個鍵可以組成莎士比亞全集的概率那還是有的。但如果只有一個世界,同一群猴子,那就沒這個可能了。

聽說有科學家對猴子進行了這個實驗,得到的結果貌似是……猴子們基本不去搭理鍵盤,好不容易戳一戳,還是戳同一個鍵……動物警覺地試探,很有可能會多次戳同一個地方,為的是確保排除風險。而動物隨機性地一拍,鍵盤上應該會同時擊出毫不相干的一摞字母。因此對於猴子來說,莎士比亞什麼的……還是把問題留給進化論吧。


誰又能說植物沒有進化出思維和文明,不過是沒有進化出和人類一樣的思維文明。思維這個事不好說,就說文明,人類會改造自然環境,植物也會改造,改造的目的都是為了自己更好的生存;人類有詩詞歌賦,但在植物看來和其他動物的吼叫沒什麼區別,同樣的人類也不能確定植物之間的交流。而且有一點,雖然要付出一部分種子被吃的代價,糧食類植物換來的是人類的精心伺候。地球磁場顛倒,冰河世紀再臨,小行星撞擊地球……各種災難來臨之際,植物的生存能力肯定比人類強


首先,人類對於什麼是智慧,什麼是思維,了解甚少。關於智慧和思維的一切,都是用人類作為參照來類推的,原理什麼的一概搞不清楚。

所以如果,在這個定義下,植物是難以發展出思維和文明的,因為促使思維的是行動,植物不能動,它就算會思考,它的思考有什麼意義么?

但是如果,把智慧和思維的範疇擴大,不限於人類所知的思維和智慧,那麼植物完全有可能出現思維和智慧,更何況說不定已經有了但人類感覺不到呢。比如一種科幻小說中常見的設定,集體思維,就在植物身上適用,作為一個植物個體,一輩子動都動不了,思維還有什麼意義,能為自己創造出一絲益處么。但如果把一個植物群落共享一個集體思維,那麼就不一樣了,自己繁殖的後代和自己共享思維,那麼植物也可以通過繁殖後代來對環境施加影響再讓這種硬性回饋到自己的後代身上,這樣,思維就有了意義。


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