進化是偶然的還是定向的?

對某些生物學家來說，趨同性的出現不過是統計學上的新鮮事，就像遇到別人名字和出生日期與你相同。的確古怪，但那又如何？如果有足夠多的物種和時間，你也一定會遇見兩個形態碰巧相似的物種。但是相似特性實際上是生物學法則。大多數相似點是不可見的，只出現在近緣物種間。近緣物種自然共享某些特性，而非近緣物種的相似特性較少，因此非近緣物種的同源性更有價值，更值得注意。不管怎樣，生命用過的大多數方法不止一種有機體使用，也不止一個門類使用。

沒有被自然界重複使用的特性才是罕見的。理察·道金斯對博物學家喬治·麥加文將只發生過一次的進化命名為生物「創新」提出質疑，麥加文能夠收集的只有很少的例子，如投彈手甲蟲，它在需要時可以混合兩種化學物質，向敵人射出毒液；還有潛水鐘蜘蛛，通過水泡呼吸。同時發生的獨立創新似乎是自然界的法則。我將在下一章中論述，同時發生的獨立創新似乎也是技術元素的法則。在自然進化和科技進化這兩個領域，趨同性導致必然性。必然性引起的爭議甚至比可複製性還要大，因此需要更多的證據。

回到重複進化的眼睛這個話題。視網膜上有一層專用蛋白質，用於執行感光的工作。這層蛋白質被稱為視網膜紫質，將射入光的光能轉化為活躍的電信號，沿著光學神經傳送。構成視網膜紫質的古老分子不僅出現在照相機似的眼睛視網膜上，在低等蠕蟲的大多數無透鏡原始眼點上也能找到。這種分子在動物王國隨處可見，因為性能很好，所以無論在哪裡發現，其結構都相同。它可能數十億年保持不變。其他若干種與之競爭的光敏分子團（例如隱花色素），在效率或者耐久性方面有所欠缺，這表明經過20億年的視覺進化後，視網膜紫質確實是自然界可以找到的最佳感光分子。不過令人驚訝的是，視網膜紫質是又一個趨同進化的例子，因為在遙遠的過去它曾經分別在兩個獨立物種王國中進化，一次是太古代細菌，一次是真菌。

這一事實讓我們震驚。可能存在的蛋白質鏈數量是個天文數字。組成所有蛋白質「單詞」的字母表包含20種基本符號（胺基酸），這些單詞平均下來估計有100個符號——或者說100個「基」——那麼長。（實際上，很多蛋白質鏈要長得多，不過對於本次估算，100足矣。）進化能夠產生（或發現）的可能蛋白質鏈總數是10020，或者1040。這意味著可能存在的蛋白質鏈數量比宇宙中的恆星還要多。讓我們來作簡化處理。因為100萬個胺基酸「單詞」中只有1個合成為功能型蛋白質，我們可以大規模減少數量，並假定潛在的功能型蛋白質數量等於宇宙的恆星數量。找到特定的蛋白質就等同於在廣袤太空隨機尋找特定恆星。

按照這樣的類比，進化經過連續跳躍後發現了新蛋白質（新恆星）。它從一個蛋白質鏈跳至「鄰近的」相關鏈，接著到達下一個新型鏈，如此反覆，直至抵達某種極不相同的獨一無二的蛋白質鏈，此時已距離起點很遠，就像人們在星際間跳躍，遠行至另一個恆星。可是在一個像我們的宇宙那麼大的空間裡，經過上百次隨機跳躍，在某個遙遠星球上著陸後，絕無可能重複同樣的隨機過程而再次完成相同的過程。從統計學意義上說是不可能的。然而進化對視網膜紫質卻做到了。在生命宇宙的所有蛋白質星球中，進化兩次發現這種數十億年從未改良的蛋白質。

這種「兩次擊中」的不可能事件在生命領域不斷發生。進化學家喬治·麥吉在論文《趨同進化》（Convergent Evolution）中寫道：「魚龍或海豚形態的進化並不是無關緊要的。應該這樣描述才正確：它完全稱得上奇蹟，一群陸生四足動物，具有完整的四肢和尾巴，可以使肢體和尾巴退化成像魚那樣的鰭[qí]。如果不是完全不可能，至少可能性非常小，不是嗎？而這在爬行動物和哺乳動物——兩種譜系不是很近的動物——身上重複發生了兩次。要尋找它們的共同祖先，就必須回到石炭紀這樣古老的年代。這說明，它們的基因傳承非常不同。雖然如此，魚龍和海豚都有獨立再進化的鰭。」

是什麼引導這種不太可能的現象發生了？如果說這同一種蛋白質，一種「偶然」出現的形態，進化了兩次，那麼這一過程的每個步驟顯然不可能是隨機的。這些相似旅程的主要引導因素是它們的共同環境。太古代細菌的視網膜紫質和真菌的視網膜紫質，以及魚龍和海豚，都漂浮在同樣的海洋環境中，都擁有自適應產生的優勢。就視網膜紫質的例子而言，因為包圍原始分子的漿液基本相同，自然選擇壓力往往有助於每次朝同樣的方向跳躍。實際上，環境生態位的匹配常被用於解釋趨同進化出現的原因。不同大陸的乾燥沙漠都出產大耳朵、長尾巴、蹦蹦跳跳的嚙齒類動物，這是因為氣候和地形塑造了一系列相似的壓力和優勢。

這個例子沒問題，可是為什麼不是世界上所有相似的沙漠都生活著袋鼠和跳鼠？為什麼不是所有沙漠齧齒動物都是袋鼠的其他版本？正統的答案是，進化是偶然性很大的過程，隨機事件和運氣會改變進程，因此即使在類似的環境中，也很少產生同樣的形態結果。偶然性和運氣的影響力在進化過程中如此巨大，以至於趨同事件這樣的奇蹟出現了。可能存在的形態由生命分子、發揮核心作用的隨機變異和成形過程中的染色體片段缺失諸因素合力構成，根據這些可能形態的數量，從獨立源頭發展而來的有效趨同現象應該像奇蹟一樣罕見。

但是，上百甚至上千獨立的有效趨同進化表明還有其他因素在發揮影響。某種力量推動進化的自組織過程向重現事件運動。一種與自然選擇的抽籤方式不同的動力駕馭進化過程，導致它可以不止一次地到達不太可能的遠方目的地。這不是超自然力量，而是基礎性動力，其核心就像進化本身一樣簡單。同樣是它，將趨同性注入科技和文化。