關於DNA無與倫比（也許在全宇宙都無與倫比）的能力，還有一個證明。兩位分子生物學家——斯蒂芬·弗裏蘭（StephenFreeland）和勞倫斯·赫斯特（LaurenceHurst）——通過計算機在模擬的化學世界中生成隨機基因代碼係統（DNA的等同物，但不包含DNA）。由於所有可能的基因代碼的組合集已無法用宇宙時間衡量，難以估算，研究者從中抽取了一組子集樣本，重點關注那些被歸類為可以在化學環境中存活的樣本點。估計有2.7億可存活替代物，他們研究了其中的100萬種變體，按照在模擬環境中使誤差最小化的能力給對應的代碼係統分級（好的基因代碼可以精確無誤地複製）。經過100萬次電腦計算後，基因代碼的評估效率值構成了典型的鍾形曲線。曲線一端是地球的DNA。在100萬個可選基因代碼當中，目前的DNA結構是“所有可能代碼中最優良的”，他們總結道，即使並非完美，至少是“百萬裏挑一”。

葉綠素也是一種奇特的分子。它在地球上無處不在，雖然沒有達到最優化。太陽光譜輻射強度在黃色波段達到高峰，而葉綠素的最佳吸收區域為紅區和藍區。按照喬治·沃爾德的評論，葉綠素具有“三重能力”，即強大的吸光能力、存儲捕捉到的能量並傳遞給其他分子的能力和轉化氫以減少二氧化碳的能力。這樣的能力使得葉綠素在喜光植物的進化過程中發揮關鍵作用，“盡管它的吸光區域存在缺陷”。沃爾德繼續推斷，這種非最優化證明沒有更好的碳基分子可以將光轉化為糖，因為如果有的話，難道幾十億年的進化還不能將它創造出來嗎？

我在談論趨同性時，提到了視網膜的最優化以及葉綠素的非最優化，似乎自相矛盾。我認為效率等級不是核心問題。對於這兩種情況，缺少替代物才是它們具有必然性的最強有力證明。在葉綠素的例子中，雖然它不完美，但是幾十億年間沒有替代物出現；在視網膜的例子中，盡管有一些次要的競爭者，可是同樣的紫質分子兩次出現在眼睛這個領域——沒有紫質分子，這將是巨大的空白區域。進化一次又一次地求助於幾個有效的解決方法。

無疑，未來某一天會有非常聰明的實驗室研究者開發出替代有機體DNA的生命基礎，能夠開鑿出新生命之河。合成生命基礎在獲得巨大的加速度後，也許會進化出各類新生物，包括有意識的生物。然而，這樣的替代生命係統——不論是矽基、碳納米管還是黑雲的氣態核——自身具有由嵌在原始種子內部的約束力引導的必然性。它不是萬能的，但可以進化出多種現有生命本源無法創造的生命類型。有些科幻小說作者戲謔地推測，DNA本身也許就是這樣的人造分子。畢竟，它聰明地實現了最優化，而且它的起源仍然非常神秘。也許，是身著白色實驗服的超級智慧生命巧妙地設計出DNA，並將它發射到宇宙，使之數十億年如一日地在荒蕪的星球上自然播種？我們不過是這個原始基因混合體長出的眾多幼苗中的一株。這種虛構的園藝工程也許可以解釋很多現象，但是不能消除DNA的獨特性，也無損於DNA在地球上的進化路徑。

物理、化學和幾何約束從生命誕生那一刻起就在施加控製，甚至延伸到技術元素領域。“生命的一切基本形式構成有限的自然形態集，這些形態在宇宙中任何存在碳基生命的地方都會再三重現。”生化學家邁克爾·登頓和克雷格·馬歇爾宣稱。進化當然不可能創造出所有可行的蛋白質、喜光分子、附屬器官、運動方式和外形。生命不是在所有方向上都無邊無際、無拘無束，而是受到物質世界的諸多限製。

我認為，同樣的約束也在限製科技的發展。科技建造在生命具有的相同的物理和化學根基之上，更重要的是，在第七王國——加速的生命王國，技術元素被很多引導生物進化的約束所限製。技術元素無法創造出所有可以想象的發明，也不能將所有可行的觀念轉化為現實。相反，它在許多方向上受到物質和能量的製約。不過，負麵約束隻是進化故事的一半內容。

另一半推動進化漫長曆程的強大力量是在某個進化方向上傳導創新的正麵約束。自組織過程的外熵與前述物理法則約束共同控製進化的運動軌跡。在生物進化過程中，這些內部慣性極為重要，而在科技進化過程中，它們的重要性更甚。事實上，對於技術元素，自生成的正麵約束是主要因素，影響力超過負麵約束。

然而，在今天的生物學領域，存在引導生物進化的內部約束這一觀點遠非正統學說的內容。定向進化概念因為與超自然生命本質信仰聯係起來而聲名狼藉，其發展曆程趣事頗多。今天定向進化理論雖然不再與超自然觀念結合，但卻和“必然性”觀念掛鉤，許多科學家認為後者不論怎樣包裝都是無法接受的。

我願意用迄今為止我們的證據所能提供的最佳案例來闡釋生物進化的方向。這是個複雜的故事，對於理解生物、辨清科技的未來至關重要。如果我能說明自然進化過程存在內生方向，那麽我的觀點——技術元素擴展了這個方向——就更容易理解了。因此，在我深入研究生命計劃的推動力量後，後麵的長篇大論的確可以作為科技領域的同類進化的近似論述。

在開始講另一半故事前，我要提醒各位，這種最近才被認識的外熵推動力不是進化的唯一發動機。進化有多種推動力，包括之前描述的物理約束。但目前關於進化的正統科學觀點認為，變化的主要成因隻有一個：隨機變異。在自然界，後代幸存者是可遺傳的隨機變異自然選擇的結果。因此，在進化過程中，隻有隨機進步，不存在定向發展。過去30年對複雜自適應係統的研究得出的主要認知提供了相反的觀點：自然選擇導致的變異並不總是隨機的。試驗表明，“隨機”的變異通常不是固定方向的；另一方麵，變異受到物理和幾何法則的控製；最重要的是，變異常常是由自組織體（這裏指的是DNA螺旋體）再現模式的固有可能性引發的。

過去，非隨機變異概念是異端邪說，可是隨著越來越多的生物學家使用計算機模擬，變異並非隨機的觀點在某些理論家中間成為科學共識。基因的自調節網絡（所有染色體上都可以找到）有利於某些類型的複合體。“一些有潛在用途的變異可能性非常大，可以認為它們已被編入基因組代碼”，生物學家L·H·卡波拉萊（L.H.Caporale）說。細胞通過新陳代謝路徑可以自我催化，組成網絡，走上自我改進的循環。這給傳統觀點輕輕一擊。在以往的觀念中，內部（變異來源）產生變化，而外部（自適應的環境來源）選擇或引導這種變化；在新觀念中，外部（物理和化學約束）產生結構，內部（自組織）選擇或引導這種結構。當受到內部引導時，進化轉向重現結構。近代古生物學家W·B·斯科特（W.B.Scott）總結道，進化的複雜性產生了“為優化準備的固有通道”。

在教科書中，進化是由單一的半精確機製推動的強大力量，是適應性生存選擇的可遺傳的隨機變異，也被稱為自然選擇。新出現的修正觀點則承認其他力量的存在。它的解釋是，進化的創新發動機由3條腿支撐：適應性（傳統動力）、偶然性和必然性。（這3種力量也在技術元素領域重新出現。）我們可以將其描述為進化的3種動力。

適應性???力是教科書上的理論定義的正統力量。正如達爾文猜想的那樣，那些最適應環境的有機體生存下來並繁殖後代。因此在變動的環境中，任何新生存策略，無論其來自哪裏，都經過了漫長選擇，與該類物種相得益彰。適應性力量在進化的各個層麵都是基本力量。

進化三動力中的第二種是運氣，也就是偶然性。進化過程中發生的大量事件可以比喻成買彩票中獎，而不是最優者適應。物種形成時的很多優良特性是偶然事件——某種不太可能存在的引導物種沿著偶然路徑發展的激發性力量——的結果。王斑蝶翅膀上的獨特斑點不是嚴格意義上的適應性特征，純屬偶然產生。隨機的開端最終在未來的日子裏產生完全意想不到的構造，而這些後來產生的構造也許不如祖先那樣複雜或優美。換句話說，我們今天看到的進化過程中的很多結構來源於過去的隨機偶然事件，而不是進步的結果。如果我們把生命發展史的錄像帶倒回去，再次按下播放鍵，放映內容將有所不同。[為年輕讀者考慮，我應該說明，“倒回錄像帶”，就像“撥電話（號碼盤）”、“（用膠卷）拍電影”和“（用曲柄）啟動發動機”，是一種約定俗成的說法，從已經棄用的技術沿襲下來的表達方式。在本例中，“倒回錄像帶”表示要從同樣的起點重複一個過程。]

斯蒂芬·傑·古爾德（“倒放生命的錄像帶”這個比喻就是他在其開創性著作《精彩的生命》中首次使用的）提供了關於偶然性在進化過程中普遍存在的精選案例。他的論點建立在一組神秘的前寒武紀生命化石的證據基礎上，這組化石是在加拿大的伯吉斯頁岩發現的。一位名為西蒙·康韋·莫裏斯的年輕研究生用了若幹年時間在顯微鏡下日複一日地潛心研究這些微小的化石。經過10年的刻苦鑽研，莫裏斯宣布，伯吉斯頁岩含有過去未知的生物群落的寶貴資料，該群落的形態多樣性遠甚於現在的生命。但是這批古生物原型非同尋常的多樣性被5.3億年前的災難重創，隻剩下少數的有機體基本類型繼續進化，造就了今天我們看到的物種相對較少的世界。古爾德認為這樣古老而豐富的多樣性遭受不確定重創是偶然性法則的有力證明，也是進化方向性觀點的反麵證據。他尤其相信，伯吉斯頁岩的證據表明人類大腦不是必然性產物，因為進化過程中沒有任何事物是必然的。在書的結尾，古爾德總結道：“生物學對人類本性、狀態和潛力的大部分真知灼見可概括為簡單的短語——偶然性的體現：智人是個例，而非趨勢。”

“個例而非趨勢”這個短語反映了當代正統進化理論：進化固有的偶然性和至高無上的隨機性阻止了任何方向的趨勢。然而，後來的研究證明伯吉斯頁岩並不包含人們起初相信的龐大多樣性，推翻了古爾德的結論。西蒙·康韋·莫裏斯本人轉變觀念，拋棄此前激進的分類法。事實證明伯吉斯頁岩有機體中很多並不是不可思議的新形式，而是外形古怪的舊形式，因此在宏觀進化過程中偶然性遠遠談不上占優勢地位，占優勢地位的更有可能是進步。奇怪的是，自從古爾德這本有影響力的書出版後，若幹年內莫裏斯成為為進化的偶然性、方向性和必然性搖旗呐喊的首要古生物學家。事後人們才認識到，伯吉斯頁岩所證明的是，偶然性是進化的重要力量，但不是唯一的。