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自组织与发展
我们栖身于一个演化的宇宙中，并且从总体而言，宇宙一直在朝着退化，从有序向无序的方向演化。那么为什么会有生命呢？为什么有生命的进化呢？虽然我们现在知道，像生命这样的自组织系统，它的行为并不违反热力学第二定律，它通过消耗有序能量来保持自己的稳定和发展，但即便如此，它似乎不应该从自然界自发地产生出来。生命能够从坚定地向着无序、向着混乱迈进的宇宙中产生并长期保持有序甚至发展的趋势，这确实是一个耐人寻味的谜。
从20世纪60年代开始，主要以普里高津为首的布鲁塞尔学派发展起来的关于复杂系统的自组织理论，对生命系统的形成机制提供了一些发人深思而且基本可以令人接受的解释。谜底还没有被完全揭开，但管中窥豹，仍可略见一斑。自组织理论告诉我们，热力学第二定律并不等同于宇宙将千篇一律地在空间的每一个点上随时间的进行而退化。平衡和最大限度的无序固然是宇宙的最终状态，但在此过程中，宇宙的某一局部却反过来可以利用热力学定律，长时间地保持非平衡态，保持有序，甚至产生向远离平衡态转化的发展趋势。这就好比大河奔涌向下，但正因为有着这样强大的向下趋势，所以导致某些局部可以产生壮美的浪涛，而浪涛中的水分子可以有逆行向上的强大力量。
一、自组织系统的形成
所谓自组织，是指一个系统通过与外界交换物质、能量，从而降低并维持其低熵状态，保持内部处于一种有序状态的过程。耗散结构理论认为，一个远离平衡态的非线性、开放系统通过与外界交换物质和能量，可以提高自身的有序度，降低熵含量。当然，任何表现出自组织特性的系统，无论是复杂的生命系统还是普通的物理化学系统，都必须要通过耗散高品质有序能量来维持自身的自组织过程（所以称为“耗散结构”）。“非平衡”是有序之源，宇宙是非平衡的，这才导致像生命这样的自组织系统能够形成。
自组织系统的形成是有严格条件的，是偶然的，但也是很常见的。自组织与振荡有关，在布鲁塞尔学派所做的一个称为“化学钟”的自组织实验例子中，化学反应的结果显示出美丽的漩涡结构，反应的过程是连锁反应，里面包含着反馈、自催化等比较复杂的行为，其结果最终表现为一种化学振荡。这个化学模型后来被命名为“布鲁塞尔振子”。其他所有的有关自组织的例子，也都表现为振荡，自组织行为其实就是共振行为。对“布鲁塞尔振子”这样的例子，它比较复杂，用来类比生命这样的自组织系统可能更具说服力，但纯粹为了便于读者能够轻松理解自组织的概念，我乐于用“共振”这一常见的物理现象来说明什么叫自组织。比较典型的例子就是单摆的共振。
设想有一个单摆，当单摆的摆动幅度很低（摆角不超过5°）时，这个单摆有其固有频率 ，固有频率 与单摆的摆幅无关，只与单摆的长度L有关，（ ），这叫简谐振动，简称谐振。静止的情况下，单摆处于平衡态，即单摆摆锤位于最低点，摆幅为零。如果外界给摆锤一个很轻微的作用，单摆就开始摆动起来。一般情况下，对处于平衡态的系统来说，外界给一个小的作用，即使这个小的作用力持续不断，系统也将只作出小的反应，于是此时单摆将处于近平衡态，并且其摆动相位并无规律可循。但如果这个外界的作用力是周期性的，并且和单摆系统的固有频率 保持一致，单摆的摆幅就会越来越高，单摆系统离开平衡态就越来越远。这个过程物理学上叫做共振。共振系统存在一个“自组织”的过程，这个过程说明如下：
当“共振”系统接受外界给予它的周期性作用的时候，它表现出远离平衡态的倾向，但其自身在这个过程中当然也要不断消耗其储存的有序能量（因为系统振动过程中总会有阻尼），从而显示出向平衡态转变的倾向。两种倾向正好相互抵消的时候，系统就处于一种有序的动态平衡，叫做稳恒态。但有时候，某种偶然的来自系统内部或外部的因素，譬如一个偶然的内部作用，或者系统受到外力的突然干扰，使摆锤的相位发生了改变，导致摆锤摆动的相位和外界作用力的相位不一致，这时候系统的稳恒态会丧失，系统表现出混乱。但只要这种干扰不太大，没有导致单摆系统本身结构的改变，而且外界给予的周期性作用继续存在，单摆的摆动相位会不断自我调整，并最终与外界作用力的相位保持一致，系统重新恢复到有序的稳恒态。这个稳恒态的恢复过程，我们就称之为“自组织过程”，这种自我调整以抵抗干扰的能力我们称之为“自组织能力”。显然，单摆系统的自组织过程是通过单摆调整其相位，使之与周期性外力的相位最终达到一致来实现的。
如果“共振”系统本身的阻尼过程不足以抵消外界的周期性作用，自组织系统会逐渐离开平衡态越来越远（也就是单摆的摆锤越摆越高），这就是一个我们称之为“发展”的过程，在发展过程中，系统将一直保持其自组织能力。发展到达一定地步，系统本身的耗散过程刚好抵消外界的周期性作用，系统就达到一个一个新的稳恒态，不会再继续发展下去了。也存在这样一种可能，外界的作用太强大，系统离开平衡态越来越远，在达到稳恒态之前就最终自我崩塌了。历史上有过齐步走过桥梁的军队将桥“踩”塌的事例，就是因为军人走步的频率与桥梁的固有频率正好一致，引起共振，结果桥梁离开平衡态越来越远，最后导致坍塌。
当然，只有在摆角很小的时候，才可以将单摆看成为谐振，当单摆“发展”到一定的程度，摆锤的摆角太大，我们就不能再将其看成为谐振，也就是说它的固有频率将发生变化。这时候为了维持共振，外界作用力的频率也要相应进行调整，以便与系统的固有频率保持一致，否则系统的自组织能力就会丧失。
按照耗散结构理论，如共振系统这样的耗散结构都存在一个称为“吸引子”的东西。共振系统的运行总是最终趋于确定的状态，这个状态与初始条件独立。不管初始条件如何（即不管初始的相位如何），运动以一个过渡期开始，一般时间比较短（但对地球这样比较大的耗散系统，时间就不会太短，有可能达数十亿年以上），然后系统维持到与外界作用力的相位一致。这个过程在耗散结构理论中有专门的说法，叫做：相轨迹趋向“吸引子”。这是为什么机械手表能够精确计时的原因，因为其运动独立于初始条件，然后一直保持同一性。
单摆系统的“自组织能力”取决于各方面的因素，比较重要的有两个：
首先，单摆的振动频率与外力的作用频率要恰好一致，这种一致性就体现在，系统频率与外力的频率二者之间有一个简单的数字比率（即其中一个频率是另一个频率的整数倍）。而且当系统的固有频率发生变化，外力的固有频率也要相应调整，而且仍然要保持这两个频率的一致性。当然绝对的一致性是没有的，少许的不一致是必然存在的。但任何时候，一致性越好，系统的自组织能力就越强。
第二，单摆离开平衡态越远，其抵抗干扰的能力就越强，也就是说其自组织能力越强。当单摆处于近平衡态时，少许的外界干扰就能破环处于稳恒态系统的稳定性，但当系统远离平衡态时，就需要足够大的外界干扰才能破坏这种稳定性。因此，只有在远离平衡态，我们才看到比较显著的自组织行为，而且越是远离平衡态，就越是容易观察到自组织行为，这正是耗散结构理论所得出的结论。显然，近平衡态并非不能产生自组织行为，只不过所产生的自组织系统，其自组织能力非常弱而已。
我们看到，仅仅产生“共振”这样一个非常简单的自组织系统，条件已是相当苛刻。要维持系统的“共振”，首先系统本身要具有合适的能产生共振现象的内部结构。按照耗散结构理论，要产生自组织过程，系统内部应当存在非线性相互作用。非线性导致反馈，反馈使系统具有相干和耦合的特点，从而消弭系统产生的随机“涨落”和外部的干扰，使系统的“相轨迹”趋于吸引子，这是使系统产生新的性质和功能的前提。共振系统正是这样一种具有反馈能力的非线性系统。共振中，如果单摆摆锤的位置离开平衡态越远，反馈到系统，则摆锤受到的地球引力作用就越大，而地球引力的作用试图将单摆摆锤的位置“拉”回平衡位，于是最终的结果使单摆处于一个固定不变的有序状态。
其次，需要环境给这个系统持续不断地提供物质或者能量，这也是为什么自组织系统也叫做耗散结构的原因，因为它要消耗外界的物质和能量。这个能量不能太大，太大就会如同上面提到的那座坍塌的桥一样，系统很快就自我毁灭，也不能太小，太小就不足以抵消系统的耗散作用，系统就不会有或者只有很小的发展。而更主要的，也是最难以实现的，是环境提供给系统的能量必须是周期性的，而且其频率必须要和系统的固有频率一致，如果频率不一致，共振现象就不会发生，这时候系统将趋于“混沌”，不会表现出“自组织能力”。
所谓“混沌”，意味着系统对初始条件的极度敏感性，意味着一些非常非常细小，甚至小到我们无法察觉的细微扰动，在一段时间后，通过系统的相干和放大，将对系统运行的结果造成非常显著的影响。混沌学说的创始人，美国气象学家洛仑兹把这称作“蝴蝶效应”。他形容说，一只在巴西丛林里扇动翅膀的蝴蝶会在大气中激起几个月后有可能改变伦敦天气的小旋风。任何处于非平衡态的封闭系统都存在混沌效应，即便是我们认为非常稳定的太阳系，它的稳定性也只能延续数百万年，数百万年以后的事情就难说得清了。丹麦物理学家巴克认为，复杂的具有自组织功能的事物存在于“混沌的边缘”，意即处于稳定与混沌变化的分界线上。
混沌是更常见的物理现象，而耗散结构则比较少见。简单得如单摆这样的自组织系统，要让它自发存在也许不难，自然界的共振现象确实很常见，但它一定昙花一现。我相信没有谁有这么好的运气，能够在自然的无机世界中看到自发形成且长期存在的任何自组织系统。那么，要产生像地球系统这样更加复杂得多，而且能够长时间存续的自组织系统，其条件肯定更加严格，因而其形成也就更加“艰难”得多，其可能性因此更加微乎其微。而这，也正是在一百多亿光年的时空范围内，在一千多亿个星系中，我们迄今还只发现地球这么唯一的一个非常复杂的自组织系统的根本原因。要感谢上帝！我们实在是运气太好了，太阳光的照射与地球自身结构正好有一致的“频率”，地球系统发生了类似共振现象一样的耦合作用，地球系统中的生命，就像共振中单摆的摆锤，离开平衡态越来越远，它长时间地表现出了发展的趋势！
关于地球生命系统形成的条件，我们可以通过和别的行星进行对比，从别的行星所不具备的条件来大致予以说明：
1、外部条件。地球和太阳的距离适中，不远也不近，这保证地球的温度是适当的。我们对生存环境的温度实在是非常敏感的，只有很窄的一个温度范围适合人类生存。君不见，气温的少许变化会引起人们多大的不适。科学家估计，地球与太阳的距离只要再近5%，或者再远15%，地球上就不适于复杂生命居住。
2、内部条件。水和大气是必不可少的，并且大气和水的成分必须非常的特别，含有组成生命物质并适合生命存在的特殊化学成分。还有一些其他的条件可能也是必需的，比如地球自转的速度，地球自转轴的23.5度角偏斜和摆动。很多科学家相信，地球是一颗很不寻常的行星，其中特别不寻常的是，它是双子星。地球有一颗大质量的卫星，月球的直径将近达到地球直径的1/4，质量为地球的1/81。科学家认为，月球的存在有利于保持地球和月球这个双子星系的稳定性，因此对地球生命的形成和长期存在起到了非常关键的作用。太阳系的其他行星也有卫星，但没有这么大，因此对母星的作用就不会很显著。这么看来，宇宙中能够产生复杂生命的星球也许比我们想象的要更少得多，人类实在是太幸运了。
所有这些很难全部满足的内部和外部条件在“需要”它们出现的时候正好就偶然出现，这些条件的同时出现导致了非常复杂的协同作用，成就了地球的自组织功能，于是地球表现出发展，即向远离平衡态转变的趋势，生命就这样产生并发展起来了。
自组织行为的本质在于，自组织系统能够吸取环境的有序能量并转变成为自己的有序能量，这些有序能量一方面用来抵抗干扰，维持自组织过程，并最终耗散而变为热能；如果还有剩余，那么剩余的有序能量能够被系统囤积起来，使系统得到发展。共振系统吸取环境的动能并转化为自己的动能，动能是一种有序能量，共振系统就用这些动能来维持自己的自组织过程，如果维持自组织过程还有剩余，共振系统将得到发展──摆锤的幅度得到了提高。与此类似，地球生命系统每时每刻都从太阳吸取光能，并将其中的一部分通过光合作用转变成了生物能，光能和生物能也能都属于有序能量，这些有序能量用来维持生命的存在，如有剩余的话，生命将得到生长。置于火中的水壶也吸收光能，但这些光能没有经过一个被系统利用的过程就全部直接转化成了热能，热能是一种低品位的无序能量，所以水壶里面的水一般不会发生什么类似“自组织”现象这么有趣的事情来（不过有时候水壶里面的水由于对流会显示出规则的多边形来，这是光能转变为动能，从而产生“自组织”现象的另外一个例子）。
显然，发展和自组织不是一回事，但它们确实是密切相关的。系统的发展是以其自组织过程来保证的，没有了自组织作为保证，系统会顷刻间土崩瓦解，更不用提任何的发展了。对于单摆而言，所谓的发展，体现在摆锤缓慢地越摆越高的过程，在此过程中，系统要不断进行自组织，以应对那些来自系统内部的或外部的干扰。一般说来，像生命这样的自组织系统，其发展的过程是相当缓慢的，慢到人们有时候根本察觉不到，而自组织过程则要相对明显得多。比如我们每个人天天都有呼吸、进食这样一些明显的自组织行为，但个体的生长就相对缓慢得多，不经过一定的时间间隔，我们根本感觉不到。
二、发展的动力与发展的终结
再一次重申，所谓的发展，是指系统离开平衡态越来越远的过程，也等价于系统趋于有序的过程。对于人类社会组织形态的变更，这与发展是两回事。地球上生命系统的发展水平与是否出现像人类这样高度复杂的生物无关，也与人类社会的组织形式是否高度有序无关，地球生命系统的发展水平应该这样来评价：地球上整个生物圈总是努力将太阳能蓄积为自身的生物能（生物能是有序能量），蓄积的能量越多，表明整个生物圈离开平衡态越远，也就表明地球生命系统的发展水平越高。如果将整个人类看成一个自组织系统，那么养活的人口越多，发展水平就越高。一百万人进入共产主义社会与一千万人处于原始社会，我们说，后者的发展水平更高，因为后者蓄积了更多得多的有序能量。当然，共产主义社会应该能够比原始社会养活更多的人，所以两种社会并行发展的结果，共产主义社会最终一定会处于更高的发展水平。
自组织过程是系统不断调整自身的状态以克服来自内部和外部的干扰，从而保持与环境的协同，并继续保持发展趋势的过程，从这个意义上说，事物得以发展的根本原因或动力在系统的内部而不是外部。这大概就是“辩证法”所说的“内因是变化的依据，外因是变化的条件，外因通过内因起作用”（当然，这里所说的“内因”和“外因”，在概念上与辩证法应该有些区别）。考察一场战争，我们可以将战争的一方（甲方）作为一个自组织系统，那么对甲方而言，乙方就是环境。甲方战胜乙方，那就是甲方利用自身的自组织能力克服环境的干扰并继续保持发展的结果；甲方战败的话，那是甲方自组织能力不够，自组织失败的结果；如果有第三方将乙方消灭，甲方坐享其成，这种情况可以看成环境发生了突变，环境帮助甲方完成了其自组织过程。一般而言，甲方得以发展的主要动力是自己内部的自组织力量，那是它不竭的力量源泉，环境的因素只是偶然的因素，所以内因可以被认为是事物发展的根本性的原因。
当然，无论是 “内因”还是“外因”，他们都不是事物发展终极的原因！前面说过，自组织系统的存在是宇宙间十分偶然的现象，它的形成需要多方面的因素，而且这多方面的因素要有严格的配合，这样才能形成系统的自组织过程，从而促进系统的发展。所以，事物发展的终极的原因是多方面的，我们不能将使系统得以发展的功劳主要归于环境，虽然如果没有太阳的照射，地球生命也不会存在；但也不能主要归因于系统自身，因为虽有太阳的照射，火星却并不发展。只有当系统和环境的激励作用碰巧产生了“耦合”，出现了协同作用，事物发展的“内因”（即其自组织功能）才能够得以出现，所以在这许多的原因中，最根本的或者说最为难得的原因，我认为是系统与环境的“耦合”作用（如同单摆的共振作用）。当然，要说最为终极的原因，那只能归于宇宙大爆炸和无数的好运气（概率）。
正如恩格斯所说，“一切产生的东西都会灭亡”。发展不可能是无止境的，这就如同单摆的摆幅不可能无限增加一样。即使没有外力的强制破坏，任何复杂的自组织系统和单摆这样简单的“共振”系统一样，发展的最终结局一共只有三种。一是系统的耗散作用和外界的激励作用达到相互抵消，系统处于稳恒态，停止发展，但也不会倒退，它一直就这么“自组织”着，可能会有小的变化，但总体上说来，系统是静止的。而这种相对静止的稳恒态也不可能永远存续，因为自组织过程总会导致系统结构的磨损，并最终导致系统的崩溃，譬如吊绳由于长期的磨损会断裂，最终会导致单摆系统崩溃。二是如果系统的耗散作用永远不足以抵抗外界的激励作用，系统就会一直“发展”，直到最后系统崩溃，但只要崩溃后系统的组织结构没有发生大的变化，系统崩溃之后就将在一个低很多的起点重新进行“自组织”，自组织完成后，系统重新开始走向发展；三是外界的激励作用太过强大，系统离开平衡态的趋势无法阻挡，最后系统同样也是崩溃瓦解，但这次的崩溃并且导致了系统的组织结构也发生了破坏，整个系统就如同发生了“共振”的军人脚下的大桥，完全崩塌，走向了彻底的毁灭，系统将永远不会再有任何的发展迹象。
生命个体从出生到死亡的过程是一个典型的自组织系统从发展到平衡再到死亡的过程。未成年的生命个体从环境获取有序能量──食物（或通过光合作用摄取太阳能），这些有序能量绝大部分用来维持生命活动，但有少许结余，结余的少许能量囤积在生命个体里，使之得以成长，能量囤积的过程就是生物学上的同化过程。日积月累，婴儿就这样长成了少年，少年变成了成年，这时候系统和环境基本达到动态平衡的稳恒态，不会再有同化作用。稳恒态可能会维持比较长的时间，但不可能无限久，至少自组织过程难免会产生对系统的磨损，所以时间一长，系统终究会崩溃，任何生命都难免一死。
当然，也有来自外来的力量将自组织系统完全毁灭的可能。6500万年前小行星对地球的撞击，曾导致了地球生命的大灭绝，地球上95%以上的生命物种灭绝了，生命系统的“发展”严重倒退了，不得不暂时处于无序的状态。好在这次撞击没有造成地球结构和运行轨道的变化，太阳也还照样天天升起，它发出的光和热也没有太大的变化，所以地球与环境的耦合作用还存在，地球与环境发生“共振”的条件还没有改变，也许还变得更好。所以撞击事件发生后，系统又能够重新开始自组织过程。显然，没有理由相信类似的事件不会再一次发生，如果类似事件再一次降临，而且规模更大得多，甚至将地球大大撞离它在太阳系的公转轨道，那么可以相信，地球的发展将“从终点又回到起点”，而且会永远处于“起点”──发展终结了。
对复杂的自组织系统，其自组织能力的变化十分频繁，它每时每刻都在变化之中。一方面，系统自身和环境都是变动不拘的，不可能完全保持静止不变，关于系统自身的变化，例如生命系统物种的“变异”，关于环境的变化，例如太阳黑子的活动。另一方面，也是更主要的方面，自组织过程使系统本身得到发展，但发展的结果会导致系统自身结构的改变，并进而制约系统的自组织能力。对于单摆的共振过程而言，随着单摆系统的发展，摆幅越来越大，结果单摆自身的固有频率发生变化，其自组织能力必然要降低，系统变得不稳定。除非这时候外界作用力的频率发生变化，否则，得到了较大发展的自组织系统会突然间崩溃瓦解。恩格斯提到的大麦种子发芽的例子（恩格斯《反杜林论》，《马克思恩格斯选集》第三卷第478页，人民出版社1994年）就是如此，大麦种子在地下发展，发展到一定地步就发芽，发芽的种子与地下环境是不适应的，如果它继续待在地下，面临的就是死亡。正好发芽的过程使之破土而出，得到一个与之相适应的新环境，于是麦芽得以长大成为麦株。这个过程恩格斯称为“否定之否定”。
三、地球的发展
地球的年龄约有46亿年，而生命约诞生于38.5亿年前。地球表面是直到大约39亿年前才变成固态的，生命能够这么快就产生出来，这非常令人惊奇。按照美国古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德1996年在《纽约时报》上的说法：“我们只能从这么快的速度推断，细菌级的生命在有合适的条件的行星上演化并不‘困难’。”“生命一有可能就会产生，这是化学上势必会发生的事。”（转引自《万物简史》第260页，[美]比尔·布莱森著，严维明、陈邕译，接力出版社2004年）也许，像地球这么高度发展的自组织系确实非常难以寻觅，因为这需要系统与环境耦合得非常精妙，在整个过程的各个环节都恰到好处，这自然非常困难，但耦合得不那么精巧，因而发展程度不那么高的星球或许还是比较多见的。不管怎样，共振中的单摆必然会有自组织行为，单摆一定要“发展”，只要地球与环境具有“共振”的条件，那么地球上生命的产生就是自然的、不可避免的，也是“急不可耐”的。
自从地球上出现了生命，在长达20亿年的时间里，细菌一直是唯一的生命形式。在这么长的时间里，地球一直原地踏步，不肯向前发展吗？当然不是，在这段时间里，地球一直在毫不迟疑地发展着。一方面，细菌的数量在缓慢但不可逆转地增长着，地球上到处充斥着微生物，它们活着，它们繁殖，它们不断地自组织，这使得地球上有机物质的总量不断增加；另一方面，细菌们还干了一件很有意义的事情，它们不断排出氧气，大气中的氧气含量也不断增长。地球表面原本主要是一些化学性质很不活泼的惰性物质，如水、二氧化碳、氮气、二氧化硅和碳酸钙等。但自从有了生命，情况就完全不同了──世界开始充满氧气，还有大量的有机物质。氧气是非常活泼的具有氧化性的化学物质，而有机物质都是具有还原性的碳氢化合物。所以生命活动的直接后果是：太阳光将地球上的部分惰性物质分解成活泼的氧化物和还原物两大类，这和电离过程将水分解成氢和氧是一样的过程，是一个使地球不断远离平衡态的过程。今天，如果所有的生命都停止工作，它们不再进行自组织活动，那么大气中存在的氧气必定要和地面上的有机物质发生化学反应，世界很快就要变成一个死寂的无机世界，热力学第二定律规定了这样的事情必然发生。我们可以大胆猜测，现今地球上的有机物和他们产生的氧气的摩尔量是大致相当的，如果将地球上所有有机物燃烧变成二氧化碳和水，那么空气中的氧气可能恰好回到太古代时期的极为稀薄的氧气浓度。所以，空气中的氧气浓度甚至可以作为地球远离平衡态到底有多远的标志，也就是地球发展水平的标志。
在生命出现的最早期，细菌们并不直接利用太阳能，它们利用太阳能是间接的，它们很可能以海洋里大量存在的游离氢或者其他的由太阳能制造的活性物质作为食物，并且通过消耗食物排出氧气。这是很低效率的利用太阳能的过程，所以在这段时间里，地球系统只表现出微弱的不断远离平衡态的发展趋势。后来的某个时候，藻青菌（或称蓝绿藻）发明了光合作用，光合作用是一个直接利用太阳能的过程。光合作用的发明是地球生命发展史上具有里程碑意义的大事件，它标志着：地球系统完成了最初的自组织过程，即完成了与环境的“耦合”，其相轨迹正式掉入到“吸引盘”（所有“吸引子”的集合），系统从此开始走上快速而稳步发展的轨道。自此以后，地球上的生命物质不断发展壮大，地球上的氧气也不断累积。
细菌们通过繁殖而制造的碳氢化合物有多少呢？由于存在各方面的困难，我们对此难以准确估计。但我们知道，细菌的生命力十分旺盛，只要是适合生命生存的地方，必定有细菌，它们无所不在。一滴口水里就含有几百万个细菌。在岩石深处，在大洋底部，在沸腾的烧碱池里，在灼热的海底火山喷气口，甚至在核反应堆的废罐中，到处都有细菌活动的足迹。细菌有极强的繁殖力，干劲大的在不到10分钟里就产生新一代。以这种速度，要是给予充分的营养，一个细菌在两天内产生的后代比宇宙里的质子还多。据说，生活在我们脚底下的细菌很可能多达100万亿吨，要是把地球内部的细菌统统取出来放在地面，那么就可以把这颗行星压在15米深处，相当于五层楼的高度。这样的说法或许有点夸张，不过，细菌是生命最主要的存在形势，我们所赖以生存的地球是细菌的世界，这却是不争的事实。
在长达20亿年的时间里，细菌们日复一日，月复一月地辛勤工作、繁殖，它们在壮大自己队伍的同时，也使得地球大气里的氧气增加了大约20%。据估计，即便在今天，海藻和海里的其他微生物每年大约吐出1500亿立方公里的氧气，它们配合多细胞植物，是氧气的主要来源。可以肯定的是，在生命的初期，是细菌而不是植物为我们提供了供呼吸用的绝大部分氧气并使大气保持稳定。
当然，大气里的氧气浓度不可能无限度增长，地球上存在的有机物总量也不可能无限度增加，这就如同单摆的摆幅不可能无限度增加一样──发展是有限度的。大气里氧气含量的增长与地表碳水化合物的累积所造成的化学势最终一定会限制地球的进一步发展，即必定存在一个负反馈的过程。
对早期的细菌而言，氧气是它们的排泄物，而氧对它们又是剧毒的。我们觉得氧是好东西，那只是因为我们已经习惯于利用氧气来维持自己的自组织过程，就好像我们讨厌自己的排泄物，但狗觉得它是好东西一样。对厌氧细菌来说，氧是十分可怕的东西，事实上，我们的白血球就是利用氧的毒性来杀死入侵的细菌的。这样，地球产生细菌，并藉由细菌们的辛勤工作制造氧气和有机物质，使自己不断远离平衡态，而氧气又将杀死细菌，并和所杀死的细菌的“尸体”发生氧化还原反应（很可能有些细菌死后来不及与氧气发生反应就被埋入地下，由于当时还没有出现以其他有机物为食的生命体，所以它们无法被降解，于是最后逐渐转化成石油），从而遏制地球远离平衡态的趋势，阻碍其发展。这就是一个负反馈的过程。
不仅如此，由于地球大气里存在的氧气和地表由细菌组成的碳水化合物之间存在着高强度的、稳定的化学势（这可能是导致氧气之所以具有剧毒的根本原因），这导致细菌们发生了分化。剧毒的氧气迫使厌氧的细菌有的撤退到厌氧环境（如海底和湖底），有的学会了在有氧环境中自保的技能（藻青菌即属于此类成功者）。而且，和太阳能催生低级的细菌生物相类似，氧气和碳水化合物之间稳定的化学势环境也还催生出一类新的自组织系统──一种能够利用氧气和碳水化合物之间的化学能来维持生命的生物。这样的生物肯定是从那些学会了在氧气中生存的原核生物中蜕变产生的。某些学会了与氧气打交道的原核生物“发现”，在氧气十分充足的环境中，利用氧气和其他生物的“尸体”之间化学反应所提供的能量来维持生存也是很不错的“谋生”之道，于是它们改变了自己的生物结构和生存习性，变成了“猎食者”，专门靠猎获其他生命的身体作为自己的食物和能量来源。
于是，生命活动分化成两大类，第一类是直接利用太阳能，将太阳能转化为生命物质的过程，这是有机物的“生产”过程，这个过程制造氧气，使地球得到发展；另一类是利用第一类制造的化学势环境而生存的“具有攻击性”的生命过程，这是有机物的“消费”或者“收割”的过程，这一过程消耗有机物和氧气，产生二氧化碳和水，它们成为地球发展的负反馈环节，竭力遏制地球的发展。植物的生命活动以第一类为主，其主要生命活动是光合作用，但也存在有第二类生命活动，即呼吸作用；而人类以及所有的动物则只有第二类生命活动，处于负反馈环节内。这两类生命活动共同作用，最终将地球动态地维持在远离平衡的稳恒态。当然，处于稳恒态的地球也仍会有涨落。
在地球生命的初期发展阶段，氧气和碳氢化合物的化学势并不强，地球这个共振系统的负反馈力量不足以抵抗其发展趋势，所以它一直向前发展。随着地球的发展，其自组织能力也越来越强。从生命诞生过了漫长的20亿年，地球大气里的氧浓度终于基本达到了现在的水平。然而，地球的发展并未就此止步，到了古生代泥盆纪和石炭纪（大约3亿6千万年前），随着陆地生命的大幅度增加，大气中的氧浓度增加至35%，这时候的地球才算是达到了发展的最高点。随后的2亿多年是地球生命最繁盛的时期，是地球上有机物总质量最多的时期。到处都是茂密的森林、高大的植物，高浓度的氧气和充足的食物也同时促使动物数量繁多并且个体高大，出现了像恐龙这样庞大而威武的爬行动物。恐龙繁盛并统治地球达1亿6千万年，是霸占地球最长久的大型生物。这时候地球上虽然没有出现象人类这样富有主见的智慧生命，但地球无疑比现在要更加欣欣向荣得多。自恐龙灭绝以后，地球的发展又逐步回落，地球大气层中的氧浓度逐步减少，最后变成了现在的不到20%。
随着地球的不断发展，地球的环境也发生着翻天覆地的变化，这使得地球的“固有频率”和开始的时候变得有些不同。对一个单摆系统而言，如果外界作用力与其谐振频率一致并保持不变，那么单摆首先将表现出“共振”，这导致系统的发展，摆幅越来越高。但随着摆幅的增加，单摆的固有频率发生变化，外界作用力与单摆固有频率之间的一致性将丧失，于是共振不能再维持，系统变得极不稳定。这时候我们会看到，单摆在有规律性的摆动过程中会因为某个偶然的扰动而突然丧失规律性，成为混沌运动。随后，处于混沌中的单摆会重新开始自组织过程，在一个比较短的时间内即趋向有序，接着又因发展水平太高而变得不稳定，于是转瞬间变为混沌，如此循环往复。地球生命系统的演变过程也与此类似，由于地球的“固有频率”随发展而变化，但外部环境（即太阳光的照射）却相对固定，因此地球的自组织能力不是总能保持的。它首先将自组织并发展，到了一定地步就会崩溃，然后重新自组织，再崩溃，形成一个大致周期性的过程。
地球在大约5亿年前（寒武纪）就发展到了这样的地步，它的“固有频率”与环境的作用力“频率”已很不一致，从而地球系统变得很不稳定。自那以后，地球上接连发生过5次大规模的系统崩溃事件──生命大灭绝事件，依次在奥陶纪（4.4亿年前）、泥盆纪（3.65亿年前）、二叠纪（2.45亿年前）、三叠纪（2.1亿年前）和白垩纪（0.65亿年前），其中还伴随很多小的灭绝事件。每一次生命的大灭绝都造成地球上70%或90%以上的物种永久地消失。每一次灭绝后，都接着一个缓慢而艰难的自组织过程，之后又是灭绝。生物灭绝的直接原因各种各样，可能是气候的突然变化（变冷或变暖），也可能是太阳耀斑的作用，具体的情形我们不得而知，但我相信，大部分的生物灭绝事件都可以归结为一个深层次的原因，即整个生态系统已经丧失了初期的稳定性，这才使得它不堪一击。当然，对外星球撞击地球这样的外力因素而导致的灭绝，显然就与系统的稳定性无关了。
可以肯定的是，灭绝是所有生命物种都无法逃脱的宿命，人类也将不能例外。地球上曾经存在过的生命物种，其中的99.9%已经灭绝，人类没有理由可以例外。也许就在“不远”的将来，也许仅仅只是“短短”的数千年光景之后，到那时候，夜晚的天空依然繁星闪烁，黎明的太阳仍将光芒万丈，地球上那些劫后余生的生命也还将欣欣向荣，但是，它们都将失去人类目光的注视。我们每个人都只是地球上的匆匆过客，而整个人类也同样只是地球上短暂的存在，想到这些，我们心中不免悲怆而苍凉，但大自然本来就是这样的，它从来不会迁就我们的感受。
再一次强调，对生命物种而言，所谓的发展，则指的是物种离开平衡态的水平，其实也就是该物种生命体的数量，或者更严格地说是其有机物的总质量。显然，凡是能够适应环境的将最终达到较高的发展水平，它们离开平衡态更远，有机体数量更多；而那些对环境的适应性稍差一些的，发展的程度就十分有限。如同单摆的自组织能力决定其最终的摆幅，那么物种适应环境的能力，也将决定该物种所具有的发展或远离平衡态的潜力。
（摘自《哲学与科学反思录》）
[ 本帖最后由 抡锤子的人 于 2009-5-12 10:08 编辑 ]
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