智人进化三部曲：自然选择·文化进化·人工智能设计

吕宝忠

上海交通大学肿瘤研究所，上海 200032

人类而不是神的智能设计创建的AlphaGo于2016年击败了世界围棋冠军韩国棋手李世石，2017年又击败了世界排名第一的中国围棋棋手柯洁，震惊了世界！AlphaGo表现太完美了，只要人类的情绪波动，略有失误，它就紧抓不放，稳操胜券。世界著名天文学家和理论物理学家S.霍金警告世人，人类创造了可以毁灭世界的人工智能，却没有能力建立有效机制去防止毁灭的发生。此言值得深思！

自古以来，地球上只有一个物种Homo sapiens sapiens而不是比他多得多的其他所有物种，能创造出如此的奇迹，且也不是在过去而是在当今，为什么？本文拟从我们这个物种的起源和历史发展探讨这个问题，并试图寻找其机制，随后展示人类未来的可能走向。

1 源于动物的人类

进化论之父达尔文于1859年发表了震撼世界的巨著《物种起源》，囿于历史背景，尤其是他的爱妻是一位虔诚的教徒，他仅在最后一章，即第15章中，对人类起源和发展抛出了一句名言，即“人类起源及其发展史终将被揭示”(Light will be thrown on the origin of man and his history)。进化论的强烈支持者、达尔文的好友T. H. Huxley于1863年发表了《Man’s Place in Nature》一书，明确指出，人类与黑猩猩或大猩猩源于他们间最近的共同祖先。直至1871年，达尔文才发表了《The Desent of Man and Selection in Relation to Sex》，从形态、结构和行为，以比较方法确证人类与黑猩猩或大猩猩具有最近的共同祖先，并正确推测人类起源地位于非洲。隔了一年，达尔文发表《The Expression of the Emotions in Man and Animals》，从内心世界的视角证实了人的动物性。值得注意的是，当时只存在一个古人类学即尼安德特人的化石标本，因而达尔文和Huxley的推断无疑是超前的伟大思想。

20世纪奥地利著名精神分析学创始人S.Freud将人的精神活动基础建立在动物来源上，从而完善了达尔文的进化论。英国动物学家D.Morris从动物学角度将人称之“裸猿”，J. M.Diamond认为人是第3种黑猩猩(另两类为普通黑猩猩和倭黑猩猩)，都支持和深化了达尔文关于人类起源的假说。强有力的基因组的比较分析精确地得出人与黑猩猩基因组序列达0.97～0.99相似性，而人类之间为0.999的相似性，充分确证了两者具有最近的共同祖先。

下树后愈来愈依赖直立行走的人类，在草原上为了生存和繁衍到处流浪，而留在树上的猿类却依旧过着悠闲的生活，两者渐行渐远。尽管如此，但人类的生理和新陈代谢等仍保留着动物的基本特性。

大约在200万年前，人类逐渐由能人H.habilis经直立人H. erectus演变成古智人或称为古人H. sapiens，最后成为可清晰辨别的非洲人(黑色人种)、亚洲人(黄色人种)和欧洲人(白色人种)的同一个亚种Homo sapiens sapiens。

2 智人的发展轨迹

我们这个物种H. sapiens是在何时何地发生的？最近在北非摩洛哥发现了一具化石，其面部、下颚和牙齿具有现代解剖人特征，而脑颅(neurocrinal)和颅内(endocrinal)的形态类似于(H.heidergonesis和H. rhodosiensis)，也就是说为镶嵌型。用热发光定年法(thermoluminesence dating)确定约为30万年前，地点位于泛非洲地区[1]。该发现纠正了以往报道的20万年前。30万年前属于中石器时代。对于古智人H. sapiens如何演变为H.sapiens sapiens， 即现代智人(以下简称为智人)，至今走出非洲说或非洲单一起源论为一方，而以多地域起源论为另一方的两大学派仍在激烈争论中。鉴于此争论与本文主题关系不大，故不予以讨论。

了解智人10万年前或7万年前至今的发展轨迹，至少有两位历史学家用所谓的大历史方法，而不是从一个接一个事实，清晰地刻画出各个不同阶段的发展架构。

2008年大历史的开拓者D. Christian从宇宙视角浓缩精炼地表达了10万年前直至当今的智人历史，仅用200页篇幅，发表了《极简人类史》(This Fleeting World: A Short History of Humanity)[2]。比尔·盖茨盛赞推荐：他改变了我看待世界的方式！并斥资1 000万美元推广“大历史”公开课。Christian还通过TED(Technology,Entertainment, Design)、达沃斯论坛，向人们介绍大历史，演讲题为“18分钟人类史”(The History of Our World in 18 Minutes)。从该书附表(表1)可获得大历史的主干。

表1 Christian的大历史分期：世界历史的三大主要时代

时隔4年，即2012年，以色列青年奇才、全球瞩目的新锐历史学家Y. N. Harari撰写了20个以上国家争相购得其版权、全球热销的杰作《人类简史》(Sapiens: A Brief History of Humankind)[3]，该书将智人分为三个阶段——认知革命、农业革命和科学革命，基本上等价于Christian的表中的三个相应事件。由于其更生动、更深刻的分析，以下将梗概予以介绍。

2.1 认知革命

在约7万年前，智人通过大迁徙至少遍布于旧大陆。在以采集为主的采集狩猎经济方式中，他们学会了取火，用于烹制食物、取暖，以及烧毁大片森林以驱赶大型食肉动物。当时的智人对大自然的认知还刚开始，充满了期待和恐惧。人们信奉多神教，认为万物有灵。

认知革命时，人属有6～7个物种，分别为位于欧洲和西亚的尼安德特人、亚洲的Denisova、印尼的Florens和Soloensis，在“人类摇篮”之称的东非还有Rudolfensis和Ergaster，以及我们自己这个物种Sapiens (H. sapiens sapiens)。然而，由于迄今尚未弄清的原因，除了我们这个物种外，其他人属物种均灭绝了。可以确定的是，最后灭绝的为Florens，约在距今12 000年前。

智人凭借不同地域产生的不同方言和不同文化，编造八卦和虚构故事，传达重要信息，组织起有更大凝聚力的合作团体，规模可达150人，以围捕大型动物，还可以与陌生智人团体对抗，以保护自己的团体。然而，在包括灵长类在内的哺乳动物中，由150个个体组成的社群是不可能出现的。

在此阶段约经历了1万年后，智人以加速度的力量从食物链的中端登上食物链的顶端。约在45 000年前，造成了澳大利亚包括双门齿兽和超过90 %的巨型动物灭绝；大概在14 000年前，当智人抵达美洲时，该洲的重达8 t、高达6 m的巨型地獭，巨型狮子、美洲的本土马和本土骆驼、巨型啮齿动物和长毛象等北美原本足足47属的大型哺乳动物中的34个属，南美60个属中的50个属的大型哺乳动物几乎瞬间灭绝。此外，还有成千上万的小型哺乳动物、爬行动物、鸟类，甚至昆虫，也同样惨遭灭绝。虽然一些学者从气候变化等方面寻找借口，但罪魁祸首是智人看来是不争的事实。

2.2 农业革命

农业革命始于大约12 000年前。先前认为，其发源地为土耳其东南部、伊朗西部和地中海东部的丘陵地带，但现今认为几乎同时在中东、南美、中南美、北美、中国和非洲各地独自发生并开花结果。农业革命前24 000～3 000年，据说犬类已成为人类的动物朋友。目前，犬类品种已达160余种[4]，其是否与促进农业有关，值得进行研究。

这次革命，终于使四海为家的流浪智人开始过起基本的定居生活。他们发现小麦种子或水稻种子等可以栽培，经过灌溉等处理，可收获到比采集多得多的可食用种子。他们还驯养了自然界中极小比例的动物如牛、羊、马、鸡、猪和骆驼等等。稳定的生活，有更多的粮食和肉类，人口急剧增加。家庭、城市、国家和帝国相继出现。

人类大脑容量显然难以在短时间内增大，因而贮存信息尤其是精准的数字信息的量是有限的，处理信息能力同样有限，而且随着个体死亡必然停止传输这些信息。语言的延伸者文字弥补了上述有限性，事实上是大大地扩充了上述功能。现已查明，世界上第一种文字记录的是财经文件，产生于约5 000年前的伊拉克，名为苏美尔文字。其后，南美安第斯山脉、古埃及以及中国等相继产生了各自不同的文字。

经济的发展，使部分人类转向手工业和服务业，于是在以物换物的基础上发明了钱。大约在4 000年前，整个非洲、东亚和大洋洲都是以贝壳作为货币，最终演变成更通用的硬币和纸币。货币的使用促进了市场的形成和发展。

农作物收成和牲畜放牧要靠天气，当时科学处于萌芽状态，因此人们不得不祈求老天保佑。加上人口稠密使流行病极易传播，死亡笼罩着人们的心灵。于是基督教、佛教和伊斯兰教开始在不同地区盛行。

农业革命用大批土地栽培作物、放牧牛羊，致使野生动植物赖以生存和繁衍的空间愈缩愈小，其多样性受到严重破坏。对栽培的植物和饲养的动物来说，尽管只是大自然中的极少部分，但因人们的需要呈指数式上升。为了人类的需要，乳牛的幼仔很早就断奶，屠宰的牲畜在很幼小时就被杀害，智人再一次成为残忍的生灵杀手。

2.3 科学革命

500年前，在天文学、数学和物理学引导下，科学革命诞生。原以为已知一切的智人，恍然大悟地发现自己的无知，因此，科学革命不是“知识的革命”，而是“无知的革命”。20世纪，人们用“文艺复兴”一词表达科学革命，因为当时开始于意大利后向北扩展的艺术家和学者深信他们已与过去(即中世纪)决裂，让古希腊文明再生。在天文学等学科引领下，化学、地质学、生物学、现代医学，乃至心理学等一系列学科相继兴起和发展。上述现代科学的本质是，以观察和实验为手段，运用数学工具构建理论体系，并以此为基础发展出创新的科技。技术变革则从18世纪晚期开始加速，标志性变化包括引进和推广生产效率更高的农业技术、更高效的棉纺织加工机器、苏格兰发明家J. Watt的蒸汽机以及第一列机车等。这次技术变革也称为“工业革命”。从此，英国和法国等欧洲国家的经济有了空前的发展。

也是在这段时期，欧洲列强葡萄牙、西班牙、荷兰、英国和法国相继环游整个地球，并发现了新大陆。于是全球愈来愈趋向于融合。欧洲之所以强大，在于科学与帝国相互支撑，美国更是在以欧洲为主的两次世界大战后称霸世界，也是科学与帝国的结合。遗传学、相对论、量子力学和分子生物学蓬勃兴起和发展，电脑的快速兴起和发展，哲学也从神学中解放出来。可以这样说，中世纪是人创造神的时代，到科学革命时代，则使人变成了神。现代医学和科学的进展，致使人口猛增，人的平均寿命大大提高。人们尤其是少数精英，他们过着天堂般的生活，成为地球上的神祗。然而在另一方面，人口的增加使可食用的家禽家畜数量也随之快速增长，但其他大型野生动物如豪猪、企鹅、大象和鲸等数量急速下降，濒临灭绝。工业化也污染了生态环境。上述问题必须引起政府和公众的密切关注。

3 智人进化的动力是什么？

人类适应直立行走、手足分工的解剖学特征显然是长期自然选择的结果，而较晚(可能在认知革命期间)发生的现代成人喉部下移则是一个决定性事件，为人类丰富多彩的语言发生奠定了解剖学基础[5]。语言的产生使人类进化中的文化进化替代了自然选择。在人类中与大脑容量相关的ASPM[6]以及与语言相关的FOXP2[7]基因的正选择，进一步提供了自然选择奠定文化进化的分子水平的实证。

文化传递有别于基因遗传，后者只有亲代至子代的单一传递，前者则是全方位的，能从一个大脑流向多个大脑。文化的载体在外观上是语言(包括其延伸物文字)。文化进化包含更多的进步(progress)含义，其模式是拉马克式的，即获得的信息会直接传送。

早已知道，鸣禽和兽类也有具有功能的语言，但与人类的有所不同。人类具有四个等级的语言，而动物最多只能有两个等级，即前两个[8]。四个等级的语言如下：①具表情性功能；②具发布性功能；③具描述性功能；④具辩论性功能。四个等级的语言和K. R. Popper和J. C.Eccles[9]提出的富含哲理意义的三个世界紧密相关。世界Ⅰ(World Ⅰ)是物理对象和自然状态的总和，还包括生物、大脑和人工创造的实物，是人和大多数动物都能感知的一个世界；世界Ⅱ(World Ⅱ)包括所有的主观经验和意识状态，兽类尤其是大猿类也具有，但它们处于初级阶段；世界Ⅲ(World Ⅲ)则是客观意义上的知识总体，显而易见，这是人类独有的一个世界。基于动物具有两个等级的语言和两个世界，因此它们也有文化，就是说，它们也有教育后代和向亲代或同代学习获得的非本能行为[10]。但它们的文化进化仅止于此，不像智人的文化进化替代了自然选择，形成人类丰富的历史。

人类语言的四个功能与个体发育关系密切。5个月的胎儿神经元(即神经细胞)基本上就不再产生，而在婴儿出生2周岁多时神经元间连接形成的突触是最多的，以后可能是解除一些不必要的突触(图1)。富有悲剧性的报道[11]收录了53例被狼、猴、羊或猪等收养的弃婴：他们更像兽类，不会讲话，对其他人类充满恐惧和敌意；他们两脚蹒跚行走或者用四肢爬行；他们贪婪地吞咽食物，对生肉有特别的嗜好；寿命很短，早夭。这些故事传达一个信息：在孩子很小的时候，大脑就具备了接收复杂信息输入的能力，必须不断有人与他交往，才能培养其强大的信息处理能力。一旦这个时候此窗口封闭，大脑就会钝化，以后再也难以打开。

图1 新生儿直至4周岁时大脑突触数量的变化

4 文化进化的机理

前苏联杰出的生理学家、诺贝尔奖得主巴甫洛夫在晚年指出，人类具有以语言(即四个等级的语言)为明显外显特征而内涵为大脑的第二信号系统。所谓第二信号系统是第一信号系统(这是人与动物都具有的感知世界Ⅰ的系统)的信号，是人类特有的。由于20世纪20～30年代时神经科学尚处于童年状态，因此第二信号系统学说受世界关注的程度不高。笔者认为，第二信号系统可能属于文化进化范畴。

20世纪一开始，随着孟德尔遗传学的再发现，基因的概念得到广泛应用，致使遗传学的所有分支学科如细胞遗传学、群体遗传学、数量遗传学、放射遗传学、发育遗传学，乃至生化遗传学，均以基因为核心，促使这些分支蓬勃发展。然而在此时，基因的化学本质尚未弄清。1953年Watson和Crick的双螺旋模型的建立又促成了分子遗传学和分子进化等的有力发展。1976年，英国进化生物学家、行为学者R. Dawkins发表了《自私的基因》(The Selfish Gene)[12]这一震撼世界的杰作。他不仅对基因的生物学本质即复制性和复制的差错(即突变)予以清晰表述，还提出了除基因外的另一复制子即文化子(meme)，以说明文化进化的根本基础。1999年他的学生S. Blackmore在自己的专著《The Meme Machine》[13]中发扬光大了老师的思想，并表述了这样一个思想：正如基因之间相互竞争着，自私地、不顾一切地要进入到下一代的身体之中，最终决定了生物世界的格局及其结构；与此类似，文化子之间相互竞争着，自私地、不顾一切地要进入到另一个人的大脑、另一本书、另一个对象之中，这决定了我们的文化以及我们的心理结构。2008年Blackmore在TED谈话中提出了技术子(teme)的概念，实质是一种有关技术进步的文化子。如果把文化子作为文化传递的一个单位的话，则可通过此单位分析茶文化、酒文化等等具体的客体的进化。

传播文化的文化子依赖语言或其延伸者文字，因此传播者和接收者必须匹配，否则便需翻译。当然传播的内涵是大脑的神经网络。基于不同形态功能的神经元种类繁多，有50～100种，约占人体全部细胞类型200种以上的1/4～1/2，其组成的突触数几乎是无限的。突触不但有电导，还有神经调质、递质等化学传导[14]。当今，神经科学已成为美、欧和日本的重大发展项目，我国也在积极开展。限于篇幅，只作上述简介，有兴趣的读者可参阅S. Seung的《Connectome》[15]或本人的拙作《新世纪的崭新大科学——连接组学》[16]。

诺贝尔奖得主、法国优秀分子生物学家J.Monod在其《偶然性和必然性》[17]一书中指出：逻辑学家一定会提醒生物学家，想“了解”人脑全部功能的努力，注定是要失败的，这是因为还没有一个逻辑系统能够对它自身的结构作出全面的描述。但是，逻辑学家此言是错的，因为有超强记忆、超速运算、深度学习的人工智能能辅助人类达到此目的。在下一节笔者将作进一步讨论。

5 人类的未来和人工智能问题

约500万年的自然选择终于使智人从动物界脱颖而出，但千万别忘了人类仍保持着基本的动物本性。在7万年左右，文化进化超越了自然选择，成为人类历史的最主要动力。那么，人类的未来又如何呢？又是那位以色列学者Harari于2015年出版了以神人命名的新杰作《Homo Deus:A Brief History of Tomorrow》[18]，作出了精辟的分析。

随着科技特别是医药卫生的飞速发展，饥荒、流行病和暴力这三座压在人们身上的大山已摇摇欲坠，神人开始过着天堂般的生活，寿命愈来愈长，甚至接近永生，幸福快乐的生化指标如血清素、多巴胺和催产素达到理想状态。

“万物之灵”的智人跃升到神人时，新智能设计会不会发挥比文化进化更大的影响，甚至取代文化进化？首先谈谈对智人的影响，至少有三方面：①生物工程(biological engineering) 通过干细胞修复损伤组织，通过器官移植可以替换损坏器官，通过基因编辑技术以正常基因替代有害基因，致使人类更为健康长寿。②创造出“生化人”(或称“电子人”，cyborg)原先考虑的是以生化手或生化脚替代因伤病丧失的正常手或脚，将来有可能仿真出正常手、脚，甚至比正常人更有力。其实，从某种意义上来说，现代人几乎多多少少是生化人，如眼镜、假牙和心脏起搏器等的使用。不久将要迈入一个成为真正生化人的门槛，让一些无机组织和身体不再分离，这可能会改变我们的能力、欲望乃至个性。③无机生命(inorganic life)除本文开始提到的AlphaGo外，在医学上用达芬奇机器人动手术，在军事上机器人、无人驾驶机等呈快速增长，总的来说是人工智能范畴的以无机硅代替有机碳的机器和机器人。正像机器替代人类的体力劳动，人工智能由于其大数据、超算能力和深度学习能力，将会替代人类大脑的部分工作。如果能像工业时代处理好机器和工人的关系那样处理好人工智能和人类的关系，则人工智能必将大大促进电脑和人脑的共进化，实现共生双赢。笔者认为，在相当长的未来，这应该是主流。这也是乐观的理念。当然，本文开始提到的霍金的警言，也不能轻视，必须未雨绸缪，否则后果不堪设想！

(2017年9月19日收稿)■