进化的进化：从基因、模因到技因的通用进化概论

黄欣 郭丽萍 木慧建

1.赣州市政府办公厅, 江西 赣州 341000

2.大连民族大学信息与通信工程学院, 辽宁 大连 116600

3.浙江时代商务律师事务所, 浙江 温州 325000

1983年，理查德·道金斯定义了普适达尔文主义（universal Darwinism）：存在于太阳系外的任何生命形式都能经由地球上一样的自然选择而产生[1]。自然（或人工）选择只能发生在种群或集群事物中，且若种群满足一些条件（个体间有特性变化；这些特性对个体生育率、繁殖力或存活能力带来差异；这些特性能从亲代传递给子代），进化效果就必然出现[2]。

道金斯指出，任何系统中只要个体完全产生或依赖于一种信息体，且该信息体具备遗传性（Heredity）、变异性 （Variation）、选择性 （Selection），则进化必然出现；因此进化算法的实现方式并不局限于生物基因这一物理介质，而任何事物要构成一种进化的复制因子（replicator）必须具备遗传、变异和选择三个特征。据此他分离出“脱离基因进化”的第二类复制子——“模因”（meme，又被音译为米姆、拟子、谜米、迷因等），这是一种文化传播单位或模仿单位[3]；苏珊·布莱克摩尔则分离出“脱离模因进化”的第三类复制子——技因（teme）[4]，即电子（或光子、量子）机器存储、复制、改变和选择的数据信息。尤瓦尔·赫拉利以《人类简史》构建了基于“共同虚拟”的新历史演化框架[5]，揭示出模因体系和技因体系“进化的进化”之规律。

苏珊的“技因”定义强调“进化的介质”，是基于复制子的物理载体差异而非抽象的信息结构进化模式差异，亦非各进化模式迭代速度差异的划分；凯文·凯利的“技术元素（Technium）”[6]定义涵盖了技因，且强调了不同进化模式的迭代速度差异（如电脑程序和电子设备因迭代速度比生物繁殖和灭绝周期更快而具有“介质-载具”带来的进化速度优势），但未考虑单位周期内信息增量差异，而且他与苏珊都未把依赖于自主思维的科学理论和技术从不依赖自主思维的模因中分离出来，因而认为技因的“自主”是“不以人为主体”的。尤瓦尔则用“数据主义”理论来表述苏珊和凯文·凯利所述的技因，以区别于“科技尚不能脱离人类自行进化的科技人文主义”[7]。

苏珊虽然指出了三层进化体系中的共性，但将模因和技因进化视为基因进化模式的简单重现，把“通用进化理论”等同于基因进化理论的同构扩展，未区分其中达尔文式进化与拉马克式进化所带来的进化时钟差异，所以未深入分析为何新的复制子具有进化速度意义上的优势，为何人类作为模因进化的核心代表可横扫世界，以及为何驱动技因进化的科学革命能取得近一百年来的巨大成就。

本文重新划分了模因与技因的边界，将需要自主思维理解和创新的科学和技术归入技因范畴，与无须自主思维介入的文化习惯区的模因分开，技因进化正是怀特海所谓的“精神主导的演化”[8]，是人类自主思维驱动下的进化，而非数据主义和强人工智能（能以自主意识、自主思维主动进化的尚未出现的人工智能）等不依赖人的独立进化过程。

1 进化的热力学和信息学视角

1.1 进化院复杂适应性系统对熵增定律的反抗

熵增定律：即热力学第二定律，孤立系统存在自发朝向熵增加方向运动的趋势，其中，熵表示能量的不可用程度，即系统的无序程度。据此，里夫金等人推论未来将走向秩序混乱、技术退步、能源枯竭、经济衰亡[9]。然而，有机体正是以负熵（即取负号的熵，是有序的量度）为生——新陈代谢的本质是生物吸引一串负熵去成功抵消存活期间所有必然产生的熵，而维持自身稳定低熵[10]，而且顺着进化的指针，信息认知和提取可辅助系统更有效做功[11]，实现热力学熵减。但道金斯认为，生物追逐热力学负熵只是为基因机器扩增和传播其遗传信息结构；基因编码的信息结构才是生物进化的基本单位，而非承载基因的DNA实体或种群[12]。进化之道就是不断从绝境求生，通过不断建构新的信息结构层次从熵增中开创低熵的世界。虽然这会加速整体（系统与环境之和）的熵增，但低熵的世界正由此而生。

1.2 进化院系统创造信息结构以摆脱不确定性的探索

信息论的创始人香农和韦佛指出：凡是在一种情况下能减少不确定性的任何事物都叫作信息；信息熵是事件发生不确定性的度量衡。进化就是降低信息熵的努力，是在熵增的世界里通过创造信息结构来降低不确定性的过程。原子如此小而生命如此大，就因为要大量样本减少布朗运动的随机性；而意识是进化范畴内的现象，是这个宇宙通过产生新的形式来照亮自己。生命是宇宙理解自身的方法[13]，而意识层面的理解是获取信息负熵的终极方式。人类理解世界的方式是信息熵减的过程——人对客观事物的理解就是信息的负熵，理解世界的方式就是构建故事体系的虚拟过程，由此从混乱的无穷多的可能性中找出线索，就像侦探从无穷多的可能性中找出最可能的逻辑，通过编出一个故事体系使可能性锐减，创造出被系统接受的因果联系。

1.3 通用进化算法院进化算法自身进化的元模式

1.3.1 进化算法：系统探索可能性空间的路径

算法是进行计算、解决问题、做出决定的一套有条理的步骤，是计算时采用的方法，而非单指某次计算。据此，生物也是算法，而动物（含智人）都是各种有机算法的集合，经自然选择而形成稳定的质量控制，因为只有算法正确有效的动物才能留下后代。这种用系统方法解决问题的机制，即进化在探索可能性空间时留下的路径。算法的核心就是按照设定程序运行以期获得理想结果的一套指令[14]，其本质是信息意义上的逻辑结构运行模式，而非实现算法的具体物理实现形式。图灵机(Turing Machine)就是各种物理形式的逻辑同构实例。

1.3.2 通用进化论：同构逻辑下的多重实例化

进化是在不同领域普适的具象和抽象过程，而非局限于生物体。从信息论和计算科学出发，进化是可进行遗传（传播）、变异、选择操作的算法。任何复杂适应性系统对该算法的实现，都可视为进化过程；任何具有遗传（传播）、变异、选择机制的系统都可视为进化系统，生物进化只是一例，而文化（模因体系）进化和科技（技因体系）进化是更重要的实例。

1.3.3 进化算法的三重实例

（1）基因：通过DNA序列传递的生物信息结构的遗传模式。生物基因进化是对可能性空间的探索，进化在寻找可能形式空间时，会不时发现一种能扩大自身可能性空间的形式——通过这种方式，进化进程便创造出所寻找的空间；生命就是在所有可能形式里探索寻找新生存形式的自适应系统，贯穿可能性空间的道路如此稀少，以至于地球生命是所知的贯穿那片空间的唯一路径[15]。基因本能要在生命活动过程中实现进化。

（2）模因：通过模仿和经验积累传递的行为结构模式，属无意识行为模式，即不经自主思维就能产生和传播的行为模式。《牛津英语词典》将Meme定义为：文化的基本单位，以非遗传方式，特别是模仿而得到传递。除了基因影响，文化习惯更多属于模仿塑造的虚拟产物，例如宗教情感就是通过后天模仿熏陶习得而非基因编码产生，宗教教义也非关于真理的经典，而是希腊神话一样的故事集。模因习惯要通过人的行为活动过程实现进化。

（3）技因：科学和技术进化的功能单位，通过有意识学习和交流、理解和建立理论模型来传递，并依靠“自主思维”创新和迭代。科学和技术的同源性[15]，体现在都能被“不断重复的独立实验”证实，并被不同人共同理解、认知和利用，得以传播和集聚，所以被归纳为“技因”。技因是人类思维的产物，与人脑共享深层次根基，正如思维必须遵循认知规律及支配生命和自组织的定律一样，技因也必须服从思维、生命和自组织（包括人脑）的定律[16]。技因体系要在人的思维活动过程中实现进化。

1.3.4 进化时钟：系统间进化速度对比的尺度

当已存在的信息结构能把其属性传递给别的结构（受制于偶然的变异），类似结构就能形成和扩增；抽象的秩序因此发生进化，转变形式——这就提供了一个新维度：时间之箭。在以标准时钟来衡量传统时间之外，还有另一种方式以新结构的“变化”来衡量时间，即哲学家所谓“关系时间”，若事情总保持不变，就无变化来标注事情正在过去，“时间”也就因无变化来标注而保持静止；一旦事物结构变化，“时间”就会显现。进化中，变化是基于信息结构的改变，时间的尺度由信息结构变化快慢来衡量。例如，“中性学说”提出进化“分子钟”，即生物分子水平的进化速率（如核苷酸和氨基酸代换率）是恒定的[17]，可据不同物种的同源DNA序列或同源蛋白质分子差别，估算物种的进化历史。

分子钟只是从分子物理介质视角衡量进化时间的一种方式。但进化并不局限于具体物理实现形态，系统信息结构的变化模式才是进化的核心。要研究不同系统信息结构的进化模式及具体实现形态，就要衡量和比较其各自进化速度。本文引入通用“进化时钟”概念作为比较信息结构进化速度的度量衡，以衡量不同系统在“基因—模因—技因”三个不同维度探索可能性空间的速度差异。

假设：系统进化时钟的速度为VA→B，N个进化周期内的信息熵的变化量为△HA→B。在这N个进化周期经历了时长为t的物理世界时间之后，系统随时间从周期起始信息结构A演化到周期结束信息结构B，A状态时子系统（个体）集合为a，信息结构A事件发生的概率为 A，系统熵值为A；B状态时子系统（个体）数集合b，信息结构B事件发生的概率为B，系统熵值为B；则有：

以信息结构载体生灭之间的信息熵减量来定义时钟的步长，以稳定迭代的循环重复过程来定义进化的单位周期，以“存在或消亡”的选择运算节点作为进化的周期边界。分析系统进化时钟与物理时间的关联，则有：进化时钟的速度（探索信息意义上可能性空间的速度），取决于单位物理时间内进化过程所创造的信息量之乘积，亦即单位物理时间内的信息熵减量，其物理单位是bits/s。当系统从简单进化到复杂，那么从A到B是熵降低的过程，所以

B小于A，因此dA→B取负值（即系统吸收了负熵），此时进化时钟是正向的并取正值；反之，若

B大于A，dA→B取正值，表示系统往无序方向演化，定义为系统退化。

每个系统都有自己的进化时钟：不同系统迭代速度不同，进化时钟也就不同。进化时钟的速度同时取决于系统进化周期的迭代速度和单位进化周期内的信息熵减量：系统信息熵减越快，进化时钟走得就越快（相对于物理时钟参照系），进化时钟的单位步长就越短。若系统某周期新增信息在下一周期全部消失（无遗传性），就未减少不确定性（无信息熵减），即使单位物理时间内迭代次数再多，其进化时钟也是停滞的。

加速进化时钟，要面对维持遗传稳定性与加速变异选择间的矛盾：一是过于简单的基础结构不足以支撑复杂系统的发生、发育，如相比人类，细菌虽然进化单位周期很短，但单位周期内信息增量很低（复杂度低），所以能探索的可能性空间受限；而人类可承载更复杂的生理结构和行为模式，就能探索出更有序的信息结构；二是过于漫长的迭代周期损害复杂系统的适应性，如长寿的猛犸象虽然在单位周期内信息量足够大，但单位进化周期太长，故无法适应环境的剧烈变化而灭绝。

要克服上述矛盾，就要在原有系统上建构新的信息结构层，使两种进化位于不同层次：一种方式是维持自身实体稳定，并利用新的虚拟建构加速信息结构迭代，如人生中可经历多次思想体系更新而无须以肉体死亡为代价；另一种方式是自身加速迭代，同时利用新的社群建构来维持进化的遗传稳定，并在社群的虚拟层面创新信息存储和传播模式，例如蜂群比蜜蜂个体更为长寿和复杂，蜜蜂以跳舞模式在蜂群系统中储存和传播蜜源信息，而人类可用部落等社群来保留更多、更持久的算法记忆。凯文·凯利指出，自然选择起初运作于细胞层面，但在细胞以共生协作结成群落后，就运作于群落或组织层面：进化的历史就是进化从一个作为选择基础的单元向下一个更高级单元转移的故事。

2 通用进化算法的逻辑模型

2.1 遗传院稳中求进,延续信息才能建构复杂度

（1）基因：生物进化视角下，DNA分子双螺旋结构为基因的复制提供了稳定性，使DNA复制的差错率低到只有十亿分之一[18]，保障了生物性状稳定。若DNA失去稳定性，如暴露于强紫外线时，大量复制错误将导致生物体死亡，更高级的进化就无从谈起。

（2）模因：人类的模因是通过形成惯例的行为（如语言、文字、信仰、文化等）在个体间模仿复制传播，即模因的信息结构在各宿主大脑间侵染、扩繁。主流文化、习俗等模因（无意识模仿体系）的传播过程倾向于消除自主意识、不假思索的模仿复制，强调模仿者直接执行，如口语、肢体语言等习惯就是利用潜意识模仿学习的；个体模因的形成就是人脑将习惯的语言动作识别出来并交给潜意识处理，所以，模因体系是人脑算法的自动化杠杆，模因自动化控制即完成潜意识侵染，并放大显意识的能力。

正如多细胞生物的基因进化需要各细胞以共同的DNA来提供稳定平台，文化模因进化也要“共同的虚构故事”来提供平台，保障语言和文化信息结构在复制传播中的稳定性，以建构和维持复杂的社会系统。依赖于人们“共同虚构故事”的能力，模因复制传播的范围才能超过人脑“所熟悉人数”的生理上限——邓巴数（指能与某个人维持紧密人际关系的人数上限，约150人[19]）。模因故事体系若不能扩繁至足够多的传播范围和共同宿主，就难以建构共同体组织力量，因为以共同故事建构的文化模因共同体，基础就是“我们认为这些文化习惯是和真理一样，不言而喻的”。

人就是大脑被数百万的文化模因感染的人科动物（hominid）宿主，而使之成为可能的首要元素，便是被称为语言的共生系统[20]。人类语言带来了崭新的进化模式，是一种可对文化信息进行无限制复制的工具[21]。人类早期的语言模因稳定性较差，就像DNA之前的RNA生命（DNA相比RNA胜出就是因其遗传稳定性更高）；但文字的出现是个重大转折：人类直到文字时代才开创所谓“信史”，文化模因的传递方式才从以讹传讹的上古传说演变为建构庞大帝国的牢固纽带。文化的两个关键特性（宗教和讲故事）都要用语言和文字来执行和传递，且只有语言和文字拥有这种作为媒介的质地。

有趣的是，宗教和故事还可跨越语言和文字实现传播。宗教和故事的发明、改进和传播过程就是一种虚拟模因体系的生产和消费关系，所以尽管编故事是一种高度消耗人脑能量和时间的行为，但人类社会高度依赖于这种故事“生产—消费”体系。

在大家一起编织出共同故事网的那一刻，意义就产生了；所有大规模人类合作，本质是基于人们想象的秩序：只要智人住在相信同一套故事的地方，就会遵守同样规矩，不仅易预测陌生人行为，也方便组织大规模合作网络。各种故事体系都能增加信任，故事“模因”的有效传播能显著降低协调成本，组织内部共享相似模因的成员间协调成本更低。每个个人、团体和国家都有自己的故事和神话；人类是唯一能与众多陌生个体合作的哺乳动物，只因人能创造虚构故事并把这些故事流传出去，让几百万人相信；只要每个人都相信同样的故事、遵守同样的法律，就能有效彼此合作[22]。所以语言和文化是认知革命的主要成就；自从认知革命后，人类开启了一条“文化演化”的快速路，而不再停留在“基因演化”这条总堵车的路上。

（3）技因：从遗传（传播）角度，在逻辑体系的基础上建构的科学思想和衍生出的技术发明在复制传播中具有高度稳定性：逻辑体系的形式化语言远比自然语言稳定，通过计算机的复制和传播也远比人工誊写稳定。尽管有白纸黑字的信史和经文，自然语言的遗传稳定性仍受理解者差异化诠释的影响：“一千个读者有一千个哈姆雷特”；建造巴别塔失败（圣经中的寓言，上帝让人类说不同语言阻碍沟通，导致人类联合兴建通往天堂高塔计划失败），就是隐喻自然语言在阻碍探索更高确定性的信息建构的进化。但若依靠限定唯一的解释语言来维持模因体系的稳定，则夺走了进化的变异来源和自主思维的主动选择，而陷入进化停滞。

科学革命（即尤瓦尔所谓的“无知的革命”）冲破上述矛盾，通过形式化的逻辑体系克服自然语言在理解方面的不确定性，建构起可自我更新基础公设和公理体系而维持自身延续、不依赖宗教信仰的科学思想体系，并进一步发展出自动化和信息技术，获得远超过模因进化的加速杠杆，拉开技因主导进化的时代帷幕。

2.2 变异院推陈出新,不断流变才能产生新结构

基因变异是碱基突变和DNA重组造成的。模因变异是行为模式发生习惯偏好的改变，主要依赖习惯模仿、习俗沿袭、文化传承。技因变异在科学理论、工业和信息科技等方面，主要依赖自主思维来建构科学思想、创新技术发明。

2.2.1 基因层面

生物进化于无尽可能性的探索中找到有用的基因组合，无须搜遍整个领域；一代代物种通过突变和两性基因的随机重组，即以试错来探索可能性空间，且这一代代物种并非采取逐步搜索基因组合可能性的方式，而是采取齐头并进的搜索方式：种群中每个成员的基因组合都略有不同，所搜索的空间也略有不同[23]。

2.2.2 模因信息

是以“模仿—反馈—修正—模仿”的闭环来完成复制传播，其并非严格复制，每次传播都会受到个人习惯偏好的选择压力，只不过这种习惯偏好施加的选择压力是不依赖自主思维的。与基因变异相比，模因变异主要是出现在模仿过程中，受物种自身生理结构约束较小，但受个体既有习惯偏好体系直接影响较大，在变异发生频率上远高于基因的碱基突变频率，而且仅通过交流和模仿（无须依靠生物个体繁殖）就能在系统内传播，因而提升了进化速度。

2.2.3 技因层面

自主思维带来了变异和选择过程从被动到主动的改变，大大缩短迭代周期，加快进化速度；自主思维还带来从被动适应环境到主动创造（虚拟）环境的改变，主动建模而不再是被动接受信息，在基因和模因之上建构（虚拟）一个新的信息结构层，大幅提升每个进化周期内产生的信息量，扩大系统所能探索可能性空间。

普通个体看到的系统发展路径只是简单的历史事实，高维度的思考则要寻找系统进化是否存在其他可能路径。科学家总在不断主动质疑和重构范式（范式是一科学领域内获得最广泛共识的单位，是一系列联结科学共同体并允许常规科学发生的共享假设、信念和价值观[24]），在奥卡姆剃刀原则下主动探索解释能力更强的新思维模型、技术方案来减少系统不确定性。例如，人们先以主动建模创造出一个扩展空间，比如以量子物理和计算（图灵机）理论为基础，创造出计算机技术这样的新选择空间，而计算机发展又给其他科技创造了更多的新选择空间，加速信息熵减。其中，科学的重大创新就是“范式革命”；技术的重大创新（又被称为技术的重新域定），以新的方法来更有效实现目的和提供新的可能性，就像动力供给的方式从水车技术发展为蒸汽技术那样。

2.3 选择院拨快时钟,创造信息负熵的进化导师

2.3.1在虚拟的新世界中拨快进化时钟

进化算法缩小系统可能性的方式就是选择。从远古至今，所有生物构造的蛋白质只是所有潜在蛋白质总数的一个微乎其微的子集，而所有人类构造的句子也只是所有潜在句子总数的一个微乎其微的子集。所以进化算法是在数量庞大的潜在可能性中寻找概率极小的有效信息组合。例如眼睛的视网膜紫质作为自然界可找到的最佳感光分子，分别在动物、太古代细菌、真菌三个独立物种王国中趋同进化。

尽管模因、技因在元算法方面与“自私的基因”一致，进化却非停留在生物进化的基因层面和自然选择层面上，模因和技因进化是基因进化的升级，即“进化本身的进化”才是进化维度提升的要义。“基因—模因—技因”三种进化模式是层层加速、递进，而非等速进化、简单同构；每一层都在自己创造（虚拟）的世界里加速了迭代：自然选择的基因进化太慢；偏好选择导向的模因进化要快得多；自主思维创造的技因进化则更快。基因-模因-技因的进化体系一脉相承的突破，在不同层面上拨快了陈旧的进化时钟，创造新的进化空间。

文化是模因争夺表现型的舞台，文明（从部落文明、农业文明、工业文明到信息文明）是技因争夺表现型的舞台。舞台不同，“选择”的角度也在改变。

模因体系中，语言文字传递的故事体系搭建了共同的虚拟平台。在此基础上，模因体系建构了人类社会的庞大系统结构，并以深入潜意识的文化习惯为技因体系的萌发提供自动化杠杆和社会环境。在模因体系已探索完系统发展的绝大部分可能性空间后，能否创造新的可能性空间就是由技因体系决定的。

技因体系是一个由科学理性编织的故事体系，是理性自主的科学思维及其外化的技术体系共同构成的复杂系统。技因体系要在逆境中找到突破，就要创造自己的故事体系，通过技因的思辨和实证力量反思模因体系的荒谬之处，才得以突破既有路径依赖而实现持续主动进化。自主思维在生命中的存在，将进化推向许多新方向，所以技因是人类思维探索可能性空间的方式。

技因视角下，自主思维是技因体系的创造活动；而模因视角下，自主思维是对模因体系的僭越行为。与模因相比，技因以自主思维加快迭代和提高单位周期内的信息熵减，拨快了进化时钟，加速探索着可能性空间。

2.3.2 死亡是进化最好的导师

系统进化是一个始于选择又终于选择的迭代过程；若无选择，就无进化动力。无论基因、模因或技因的进化，都是在险中求生的被动或主动选择，在选择中死亡的系统就被淘汰出局，余者存续并进化。不处于选择过程中的信息载体就不会进化。例如，封存在太空舱里的基因样品就脱离了地球物种基因进化；技因若脱离思维过程也不会进化，因为若思维停止，惯性运转的技术体系就只是“僵尸”，技因进化也就无存。

死亡指导着进化[25]，以“死亡的淘汰赛”（即进化建构的信息载体的迭代）来实现进化的“选择”。死亡不可避免，本质就是完成自身所在进化层次的一个单位周期后，或迎来新生，或湮灭无踪，问题就归于选择。在基因—模因—技因的多重进化架构下，死亡不仅指物种绝灭，还指文化衰亡和思想湮灭。基因进化要让不适应环境的种群死亡才能完成；而模因进化无须宿主死亡，只要实现移风易俗和文化体系的改造就能迭代；技因进化也无须人的肉体和文化体系死亡，只需旧理论体系和技术模式更新换代。若无死亡与淘汰，系统就在原有信息结构上一直循环往复，无法创造新的信息负熵。

技因体系与模因体系的本质区别，就是其变异和选择基于相互交流的自主思维，属于主动的拉马克式进化，而非被动的达尔文式进化。技因体系的核心是以低交流成本的思想体系为链接的科学共同体，而非外化的具体技术发明，因为逻辑思维基础上的共同知识链接可突破社群合作的邓巴数限制，使大范围思想合作成为可能。

科学共同体是一个开放系统：这个松散的合作群体相互交流经过严格的逻辑分析，通过建模缩减实证检验后尚未被排除的可能性，实现从混乱（较多可能性）到秩序（较少可能性）。通过科学革命，技因进化实现了从物种灭绝的被动选择和移风易俗的艰难选择到“苟日新，日日新，又日新”的主动自我更新，以自主思维的主动选择锐减进化时钟的步长，通过逻辑体系的稳定性保障每次迭代的丰富信息熵减，实现前所未有的进化速度。这正是科学技术驱动的工业革命和信息革命风暴般征服世界并形成全球化现代文明的动力核心。