以所有的植物为例,时间条件放宽不考虑,植物有没有可能进化出思维和文明?人类的存在是加快了植物进化的过程还是阻挡了进化的过程?


对于进化,很多人认为,就是生物从低等到高等的发展过程,就像数码宝贝的进化,幼年期-成长期-成熟期-完全体-究极体这样,是一个必然趋势,从最低级单细胞到最高级的有智慧和文明的趋势。

迪露兽进化图(来自网路)

不过,自然界的进化并不是这么回事。

首先,进化并不区分低级和高级。进化以种群为单位(所以数码宝贝个体的「进化」并不是真正的进化,更类似于某些动物的变态),是一个种群在其所在的环境下,哪个个体的某个性状更加适应环境,其生存和繁衍后代的概率自然更大,因而使决定这个性状的基因,在整个种群的基因库中的频率越来越高的过程。当然还有漂变和分子进化,这里暂且不提。

也就是说,进化的方向,是取决于环境对种群的压力的,并不是一个打怪升级的过程。

比如说,很多人认为,动物从鱼进化到哺乳动物,因此哺乳动物比鱼类更先进。但是,从肉鳍鱼登陆陆地开始,进化完全是为了适应陆地各种不同的环境,而不是低级和高级。甚至,鲸类是由一类偶蹄类,河马的亲戚进化而来的,却重新具备了很多鱼类的特征(虽然不是鱼),这也是进化而不是「退化」(而且请注意退化并不是进化的反义词)。

p.s.关于肉鳍鱼类演化这一点,也是一个有意思的故事,有兴趣可以看这里https://www.zhihu.com/question/277903940/answer/630316975

所以,进化的结果只是,生物更加适应环境。

那么我们再看植物。

植物登陆陆地以后,它们一直是利用太阳能,聚集土壤的营养而生存的。从三四亿年前的泥盆纪至今,植物赖以生存的阳光和土壤条件没有根本的改变,它们最基本的生活方式也没有理由改变。相反,自泥盆纪以来,陆生植物的进化使它们高度适应环境,在进化上来说,是成功的。并没有迫使植物产生智慧的环境条件存在,它们也就毫无理由产生智慧。

而人类则不同,在新近纪的环境下,一支猿类失去了它们本来生存在树上的环境,被迫下到地上,依靠前肢采集和狩猎,并且不得不依靠复杂的分工合作才能在猛兽林立的地面立足,因而产生社会性和高智商。那么人类在适应环境上也是成功的。

智慧和文明不是进化的终极目标,只是适应环境的无数种途径之一。我们都是成功适应环境的类群,走在两条截然不同的进化路径,但是并没有高低之分。


有的朋友觉得我没有回答问题?其实我想看了上面的,这个问题也有答案,也显而易见了吧。不过还是再根据上面的内容,直白地总结一下吧。

Conclusion

鉴于智慧并不是生物进化的终极目标,而植物虽然经过复杂的辐射进化和分化,占据极其广泛的生态位,但是其初级生产者的地位是从来没变的。其固著生长聚集营养物质和能量的基本形式可以说高度适应其生态位,因此能够在数亿年中持续繁盛,这种形式一直没有改变且不需要改变。因此,无论给多么充足的时间(其实已经够充足了,四亿年左右了,古猿到人类演化的时间大概只有几十万年),植物都没有理由进化成为智慧生物。


光合生物可以产生思维和文明。

人类的存在对地球植物的演化有积极意义,也有一些不利因素,整体上利大于弊。

思维基本上是记忆、理解、创新。其中,认识、理解客观事物并运用知识、经验等解决问题的能力称为智力。光合生物产生智力的基本路线有两条:

1.在地球植物已经表现出的生理功能基础上发展

2.由同时具有动物与植物特征的物种产生智力

此外,「进化」是不确切的。地球生物的演化没有目的性。

1.1 地球植物有产生思维的潜力

现实中,地球上的植物能感觉并对很多环境变化做出回应,比如光照、水分、重力方向、温度、土壤结构、营养、毒素、微生物、食草动物、来自其他植物的化学信号。大量研究表明许多植物能彼此进行交流,一些物种能通过编制气味与昆虫交流。它们能记住过去的感染和所经历的天气条件,然后根据记忆改变当下的生理状况。

尚未发现任何地球植物具有意识或制造工具,因此认为地球植物已经有智力的观点仍有很大争议。但也有意见认为意识不是智力的必要组成部分。

植物的根尖有一个厚度不到1毫米的特定区域,这个小区域消耗植物体中最高比例的氧气,产生向前生长的信号。虽然一个根尖只有几百个细胞能显现出这种功能,但是植物的根尖非常多,比如黑麦有1150万个根尖。100多年前,植物的根系迷住了达尔文。他和儿子弗朗西斯进行了巧妙的植物学实验,证明了植物可以感受到光、水分、重力、压力等环境状况,确定根生长的最佳轨迹。弗朗西斯是世上第一个植物生理学教授,任教于剑桥大学。在他的协助下,达尔文于1880年写了一本名为《植物运动的力量》的书,讨论植物的每一个动作。在最后一章中,达尔文写道:「毫不夸张地说,植物的根尖有指导毗邻部位运动的力量,就像低等生物的大脑。」

已经在植物体内发现了电信号系统和化学信号系统。植物细胞会通过电信号来传递信息,植物体内也发现了动物体的神经递质:乙醯胆碱、五羟色胺、多巴胺、谷氨酸等。植物的脱落酸也可能在一些场合发挥神经递质的功能。

当植物受伤或者感到压力,它们就会制造乙烯,工作原理类似动物的麻醉剂,能让植物进入反应迟钝的状态,在这样「打盹」的时候,捕蝇草会错过路过的昆虫。

2006年8月,美国纽约植物园的Brenner和华盛顿大学的Van Volkenburgh等人在植物学权威杂志Trends in Plant Science撰文[参考文献1],提出植物神经生物学的概念,在此之前也有人提出过类似的概念。很多学者反对这种提法,2007年便有学者在同一杂志撰文建议植物学科研共同体开除植物神经生物学,因为植物并没有神经系统。植物神经生物学的倡导者则称他们只是说有类似结构。

1983年,科学家声称树木可以彼此警告食叶昆虫即将到来。植物通过气味进行通讯的现象已经在很多植物身上得到了反复验证,包括大麦、绢蒿、桤木在内。金合欢树会产生丹宁酸以阻止动物啃食自己,被啃过的金合欢树叶会释放一种气味,周围其他金合欢树会识别出这种气味,在捕食者到来前释放出丹宁酸。直接用剪子切掉叶片则不会导致这种气味释放。

牛津大学的科琳·凯利进行了一项长达15年的研究:将寄生植物菟丝子移植到营养状况不同的树上,观察它对宿主的选择。结果发现,菟丝子在从宿主身上吸取养料之前就选择性地识别了宿主散发的化学物质,调控自己根尖的NADPH氧化酶基因表达和生长素输出蛋白PIN合成,缠绕到营养状况好的树上而拒绝营养状况差的树。

节选自《植物神经生物学研究进展》
节选自《植物神经生物学研究进展》

反对植物神经生物学的耶鲁大学生物学家斯莱曼(Clifford Slayman)不认为植物具有智力,但他相信它们有「智力行为」,就像蜜蜂和蚂蚁那样。他说,他不知道什么构成了智力。他定义智力行为是「能够适应环境变化的能力」。如果植物神经生物学家愿意在「智力」前面加上「植物特有的」,那么很多争议都会消失。

总之,地球植物现有的生理机能有潜力产生思维或集团思维。

1.2 地球植物的记忆

地球植物有多种不同形式的记忆:短期记忆、免疫记忆、跨代记忆。

捕蝇草的一对叶片的触发毛如果有两根被触动,叶片就会闭合,也就是说它要记住此前有一根被触动过,不过这种记忆只能维持20秒。捕蝇草的短期记忆是基于电信号的,非常像动物的神经活动。

将盆栽的含羞草从安全高度摔落在地上几次,它们会记住这是安全的而不再关闭叶片。这种记忆可以持续几个月。这个状态下的含羞草若被抚摸,仍然会关闭叶片。

跨代记忆:一些受到恶劣环境、病害等压力的植物的后代对同样的压力有更高的抵抗力。这基于表观遗传,能够改变基因的活性而不像基因突变那样改变基因编码,也能传递到后代中。

Whitehead生物医学研究所的一组研究人员发现一种植物蛋白在插入到酵母中后功能会变得像朊毒体一样。研究人员推测,这种错误折叠的蛋白可能可以解释植物是如何存储和传递记忆的。这一研究成果发表在2016年4月25日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。

每年春天,植物都能根据水合作用、温度和具有冬季记忆的春化作用等因素而开花。过去,科学家们对于植物记忆的分子机制并不十分了解。在这项研究里,研究人员利用一种分析酵母朊毒体样蛋白质域的演算法筛选了拟南芥的整套蛋白质序列。从中识别出了474个候选蛋白,之后他们把筛选结果缩小到了3种涉及开花相关基因表达的蛋白,使用酵母计算方法测试了这些蛋白质的朊毒体样属性。在这些蛋白中,Luminidependens (LD)满足了朊毒体的某些定义标准,即:维持一种低聚物自我复制状态的能力,可以在实验室中持续而可遗传地改变一种相关酵母蛋白质域的功能。此外,当移植到酵母朊毒体Sup35的时候,LD朊毒体域取代了这种酵母朊毒体域的功能,这表明LD可能是一种真正的朊毒体,而且很可能是首次发现来自植物的朊毒体。研究人员表示,植物区分冬季和非季节性寒潮的能力可能与诸如LD等蛋白有关,这类蛋白质可能帮助触发或调控了与春化和开花有关的表观遗传学变化。为了验证这一结果,研究人员还需要进一步更多的实验。研究组在该篇论文中也提出了这些错误折叠的蛋白也许能作为植物记忆的一种基本形式。

从同一个母体植物上切下来的两个切片或从同一个母体植物上克隆的两株小植物,即使在相同条件下对它们进行培育,它们也会表现各异。植物的行为不是被脘毒体简单地操作的。

1.3 人工干预与仿植物机械

人为选择可以比自然演化快得多地筛选出更具环境交互能力的植物个体并大量培养它们。辐射育种等手段可以大量诱发突变,且许多植物承受辐射的能力强于大部分动物。基因工程可以选择性地强化植物的环境交互能力。

人类也可以制造出具有和植物根尖类似的功能的机器。每一个根尖都能同时且持续地侦测和监测至少15种不同的化学和物理参数。这可以帮助人类研制能监测土壤污染、探索矿物质、寻找水分的感测部件,应用在农业、探矿、环保、行星探测器等方面。

2.1 光合动物

眼虫是眼虫属生物的统称,在植物学中称为裸藻、绿虫藻,是一类介于动物和植物之间的单细胞真核生物。体小,长梭形。前端钝圆,后端尖削,中央有一大的胞核。体外表膜具细的斜纹。眼虫体通常因含大量卵圆形叶绿体而呈绿色。有鞭毛2条,1条自胞口伸出,生活时常打动。在运动中有趋光性。淡水产,春夏季节常在有机质较多的污水内大量繁殖,使水质成绿色,被作为有机物污染环境的生物指标,对净化水中的放射性物质也有作用。

眼虫主要通过叶绿素在有光的条件下利用光能进行光合作用,把二氧化碳和水合成糖类,这种营养方式与一般绿色植物相同,称为光合营养。制造的过多食物形成半透明的副淀粉粒储存在细胞质中。在无光的条件下,眼虫也可通过体表吸收溶解于水中的有机物质。这种营养方式称为渗透营养。

眼虫是成功的物种,在地球上已经延续了5亿年,世界性分布,体内含有大量营养物质,可以有效驳斥「一个动物还能进行光合作用,肯定会浪费太多能量在合成各种酶上面,这不合理」论者。已经有人制成了养殖眼虫来制造食物或燃料的装置。当然,也就有人开始宣传吃它可以「大补」或「排毒」,甚至吹嘘成「水中冬虫夏草」,这是没什么实际功效的。

一些多细胞生物通过与藻类共生分享光合作用的成果。珊瑚与虫黄藻。朝天水母与虫黄藻。桶状海绵与藻青菌。巨蛤与共生藻。海葵与共生藻。阿克尔扁形虫与共生藻。帆水母与共生藻。绿水螅与小球藻。一些两栖动物产下的卵外面的包裹体中也有藻类共生。斑点钝口螈的胚胎细胞中有单细胞藻类共生。其中一些藻类已经基本失去独立生活能力,快要变成共生对象的叶绿体了,例如小球藻的细胞分裂周期已经跟绿水螅同步化。

还有一些多细胞生物使用后天获取的叶绿体进行光合作用。绿叶海蜗牛将吃到的绿藻的叶绿体放入自己的细胞来进行光合作用,并维持这些叶绿体的活性直到自己的寿命终结。研究表明,绿叶海蜗牛的基因组里已经整合了关于怎样维护保养叶绿体的基因。

如果有人坚持「只有动物能产生思维和文明」,不妨问他能进行光合作用的动物行不行。

人类也可以用基因工程将具有智力的物种转变成光合生物。

2.2 人类对地球生物圈的其它促进作用

人类从化石燃料里释放了巨量的碳。

3.1 光合生物与文明

无论碳基生物演化得如何适应地球的环境,在太阳变成红巨星之前,太阳的输出在徐徐上升,大气中、陆地上和海洋里的碳基生物终究会被烤死的。红巨星太阳可能把地球吞掉。即使没吞,太阳总归会熄灭,哪怕是居住在地壳深处、靠化学能或辐射生活的细菌,不离开太阳系也造不出永动机的话,都会冻死。当然永动机在目前的科学体系下是造不出来的。

那么,要让地球生物圈离开太阳系或掌握永动机,怎么做比较容易?我们是努力演化成能跳进太空、肉身改变轨道、在真空中半永久地生存、抵御天体碰撞、不怕恒星的炙烤和接近绝对零度的低温、无畏宇宙射线、细胞里带永动机的超级物种,还是演化成智慧生物、造些工具来使?显然后者更容易。

(有些泛种论者会说:巨型植物往太空喷射孢子就可以宇航!唉,您在大气里喷射孢子喷多了罢。)

在此基础上,对一个自然演化的物种来说,是自己产生文明容易,还是跟别的文明物种共生容易?显然后者更容易,因而可以期待它更频繁地出现,在地球上就是如此。

植物作为生产者,要跟本生物圈诞生的文明物种共生是容易的。在生产者的功能方面,太空时代早期文明大抵会研究怎么让植物为他们的太空居住设备制造食物、进行气体循环,以及参与可居住化改造。虽然会有制造食物的机器、进行气体循环的机器,但大家互相选择了那么多年,从口味和感情上就不那么容易割舍:无论机器多么先进,那个文明大抵总会有复古主义者坚持植物制造的食物才是好的、植物制造的氧气才是香的、工厂造出的食物不健康、工厂造出的氧气导致不孕不育、能宇航也一定要带著植物到新天地去播种。也可能有谁把叶绿体相关的整套基因融入他们的身体——其实叶绿体和线粒体的起源跟这是很相似的。在其他方面,太空建筑和载具里养动物一般不如养植物安全,想要心灵安慰的人们可能会带些盆栽或气生植物。

至于光合生物自己产生文明,它并不比纯粹的消费者或分解者产生文明更困难。演化没有目的,「它没必要OO」是没什么意义的,哪个天生残疾的人都没必要天生残疾。不能阻止随机出现OO性状,重要的是突变出了OO性状的个体对环境的适应力是否足以生存下来、它的繁殖能力是否完好。设想一个母恒星辐射较强、潮湿多雨、几乎被湿地覆盖的类地行星,带有碳基生物圈,一次猛烈的天体撞击打破了原有的平衡,让行星高速自转,天气变得反复无常,晴天时阳光强到陆地动物只能藏起来,阵雨时大风可以撂倒任何树木,对光合生物来说能更灵敏地移动变成了重要的优势。撞击后6000万年,一种能灵活运动、可抓握物体的光合生物每天在晴时爬到高处接收阳光、风雨来时躲进石洞,并在雷暴过后意外地发现和掌握了火。它创造的初等文明和人类文明的黎明期不会有本质的差别。

参考文献:

[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.


没有可能!

思维、智能、文明……这些都是高耗能的能力。从现在高级哺乳动物的神经系统可以看出,要做到相对自由的信息处理分析需要长时间维持高度的能量供给,这种能量需求远远高过个体植物获取能量的能力。

据说,维持人类个体生存所需的食物能量供给,大概需要30平方左右的薯类植物。如果换成禾本植物效率可能还会更低。即便以薯类为准,一个植物个体达到30平方的光合作用面积并非难事,但要维持这种巨大的个体,往往需要巨大的木本根茎枝干,制造大量纤维素组成木本这也是一个很耗能量的工作,显然与维持神经系统的物质需求发生了冲突。假设不用木本材质,那么这株植物会非常脆弱,风吹草动都可以摧毁它,这种植物不用说进化了,肯定老早就死绝了。

即便不说外部的风吹草动致死,微生物的存在也是致命的!动物为了保护自己的神经系统,进化出了一套免疫系统。植物的新陈代谢效率完完全全跟不上,养活免疫系统也是不可能的了。放弃免疫系统的话,神经系统又无比脆弱,微生物分解神经系统可比分解树干容易多了,这种植物肯定在进化出来之前就死绝了。

或许说,无菌环境养植物是否可行?答案也是不可行!地球上曾经就因为植物数量太多而导致大灭绝!当然是植物大灭绝。仅依赖分解者来不及处理生长过快的植物,活体植物抢资源抢得太厉害,最终资源不足导致植物饿死了一大票。所以这才需要动物来平衡这一问题!动物可以快速分解植物,而微生物可以快速分解动物,动物短暂的生命也可以加快自然界的物质能量代谢速率。世界还是选择以这种方式来维持。并不是我们给植物的时间不够长,而是因为植物真的做不到,甚至还把自己赔进去了,差点让生物全部灭绝,这才促进了动物的出现。

通过增加获取能量的光合面积来提高获取能量效率的方式可以说没有丝毫可行性,面积越大,其他负面消耗就越多,进化的可行性就越低。如果不提高能量获取率,生物根本养不起神经系统,即便有一代发生超级突变,或者说用人为的方式为它搭载了神经系统,它也会在当代就当场去世,不可能有时间繁殖。最终,这个能量获取能力与进化可能的函数图像,永远都留在「不可能」的区间。

只有动物的生存方式可以弥补植物的种种弱点,从而为生物圈进化出思维、文明。就是因为单一类型的物种做不到,所以才需要其他物种来互助!这是万物的根本属性,一切事物可以有优点,也必然存在缺点。

钻石坚硬的同时,不可能柔软。

有光的地方,就不是黑暗。

大猫反应速度快,就做不到缓慢的新陈代谢。

……

这个宇宙的规则很简单,并没有那么复杂。一切事物都是遵照著这些简单的规则去运作。所以可能性就是这么简单的东西,有便是有,无便是无。不要把问题想复杂了。

这里扩展一个「无限猴子」的答案。

「无限猴子」说的是,给猴子足够长的时间,猴子们是否有可能在键盘上按顺序敲出一套《莎士比亚全集》。

目前世界上唯一公认的答案是「不可能」。

肯定派(能敲出莎士比亚派)认为,地球给了有机物几亿年,不是还是进化出了莎士比亚其人吗?猴子比有机物先进得多,那么猴子敲出莎士比亚合集的概率肯定高得多了!

而否定派的理由则更加充分,他们认为,如果给有机物几亿年,照样有可能进化出莎士比亚。如果猴子可以进化成莎士比亚,那获得莎士比亚合集的概率也高得多了。但很可惜,题目中负责敲键盘的是猴子。

这个答案的逻辑倒也简单。如果是全随机,那任意情况都是有可能出现的,只要时间够长机会够多。但假如这题不是全随机,那么有可能有相当一部分情况永远不会出现。

举个例子:

  1. 从第一次丢硬币到第一百次丢硬币,前十次都为正面的概率为多少?
  2. 从第一次丢硬币到第一百次丢硬币,在第一次硬币为反面的前提下,那么前十次都为正面的概率为多少?

第一题大家算个开心就好了,算错了也没事。总之答案大于0。

第二题就有趣了,答案始终为0。

如果将豆子,一颗一颗随机丢到键盘上,我们砸出莎士比亚全集的概率大于0。

而让猴子敲键盘,我们获得莎士比亚全集的概率就是0。

猴子有脑子,它们是有想法的,它们的行为并非是全随机行为。也许它们敲键盘敲的第一个键是全随机,但接下来它们怎么敲就不是全随机了,它们的想法和逻辑会直接偏离莎士比亚。如果有无数个平行世界,那么连续N个平行世界中,猴子敲的第一个键可以组成莎士比亚全集的概率那还是有的。但如果只有一个世界,同一群猴子,那就没这个可能了。

听说有科学家对猴子进行了这个实验,得到的结果貌似是……猴子们基本不去搭理键盘,好不容易戳一戳,还是戳同一个键……动物警觉地试探,很有可能会多次戳同一个地方,为的是确保排除风险。而动物随机性地一拍,键盘上应该会同时击出毫不相干的一摞字母。因此对于猴子来说,莎士比亚什么的……还是把问题留给进化论吧。


谁又能说植物没有进化出思维和文明,不过是没有进化出和人类一样的思维文明。思维这个事不好说,就说文明,人类会改造自然环境,植物也会改造,改造的目的都是为了自己更好的生存;人类有诗词歌赋,但在植物看来和其他动物的吼叫没什么区别,同样的人类也不能确定植物之间的交流。而且有一点,虽然要付出一部分种子被吃的代价,粮食类植物换来的是人类的精心伺候。地球磁场颠倒,冰河世纪再临,小行星撞击地球……各种灾难来临之际,植物的生存能力肯定比人类强


首先,人类对于什么是智慧,什么是思维,了解甚少。关于智慧和思维的一切,都是用人类作为参照来类推的,原理什么的一概搞不清楚。

所以如果,在这个定义下,植物是难以发展出思维和文明的,因为促使思维的是行动,植物不能动,它就算会思考,它的思考有什么意义么?

但是如果,把智慧和思维的范畴扩大,不限于人类所知的思维和智慧,那么植物完全有可能出现思维和智慧,更何况说不定已经有了但人类感觉不到呢。比如一种科幻小说中常见的设定,集体思维,就在植物身上适用,作为一个植物个体,一辈子动都动不了,思维还有什么意义,能为自己创造出一丝益处么。但如果把一个植物群落共享一个集体思维,那么就不一样了,自己繁殖的后代和自己共享思维,那么植物也可以通过繁殖后代来对环境施加影响再让这种硬性回馈到自己的后代身上,这样,思维就有了意义。


推荐阅读:
相关文章