领先的科学家哲学家发现了自然界缺失的进化规律

今天，著名的《国家科学院院刊》上的一篇论文描述了“缺失的自然法则”，首次认识到自然世界运作中的一个重要规范。

从本质上讲，新定律指出复杂的自然系统会演变成更加模式化、多样性和复杂性的状态。换句话说，进化不仅限于地球上的生命，它也发生在其他大规模复杂的系统中，从行星和恒星到原子、矿物等等。

这项工作由一个九人团队撰写，其中包括来自卡内基科学研究所、加州理工学院 (加州理工学院) 和康奈尔大学的顶尖科学家，以及来自科罗拉多大学的哲学家，这项工作由约翰·邓普顿基金会资助。

“宏观”自然法则描述和解释了自然界中日常经历的现象。例如，与力和运动、重力、电磁力和能量相关的自然法则早在 150 多年前就已被描述。

新著作提出了一种现代补充——承认进化是自然世界复杂系统的共同特征的宏观法则，其特征如下：

它们由许多不同的成分组成，例如原子、分子或细胞，可以反复排列和重新排列

受到自然过程的影响，导致形成无数不同的排列

所有这些配置中只有一小部分能够在称为“功能选择”的过程中幸存下来。

无论系统是有生命的还是无生命的，当一种新颖的配置运行良好并且功能得到改进时，就会发生进化。

作者的“功能信息增加定律”指出，“如果系统的许多不同配置经历了一种或多种功能的选择”，系统就会进化。

“这个提议的自然法则的一个重要组成部分是&luo;功能选择&ruo;的想法，”该研究的第一作者、卡内基天体生物学家 Michael L. Wong 博士说。

就生物学而言，达尔文将功能主要等同于生存——活得足够长以产生可育后代的能力。

这项新研究扩展了这一观点，指出自然界中至少存在三种功能。

最基本的功能是稳定性——选择原子或分子的稳定排列来延续。同样选择持续存在的是具有持续能源供应的动态系统。

第三个也是最有趣的功能是“新颖性”——不断发展的系统探索新配置的趋势，有时会导致令人惊讶的新行为或特征。

生命的进化史充满了新奇之处——当单细胞学会利用光能时，光合作用进化了;当细胞学会合作时，多细胞生命进化了;物种进化得益于游泳、行走、飞行和思考等有利的新行为。

同样的演变也发生在矿物王国中。最早的矿物代表了特别稳定的原子排列。这些原始矿物为下一代矿物奠定了基础，这些矿物参与了生命的起源。生命的进化和矿物质是交织在一起的，因为生命利用矿物质来制造贝壳、牙齿和骨骼。

事实上，由于 45 亿年来更加复杂的物理、化学和最终的生物过程，地球上的矿物在太阳系诞生之初只有大约 20 种，如今已知的矿物数量已接近 6,000 种。

就恒星而言，论文指出，只有两种主要元素——氢和氦——在大爆炸后不久形成了第一批恒星。那些最早的恒星使用氢和氦来制造大约 20 种较重的化学元素。下一代恒星以这种多样性为基础，产生了近 100 种以上的元素。

“查尔斯·达尔文雄辩地阐明了植物和动物通过自然选择进化的方式，个体具有许多变异和特征以及许多不同的配置，”该研究的领导者、卡内基科学的合著者罗伯特·M·哈森(Robert M. Hazen)说。

“我们认为，达尔文理论只是一个更大的自然现象中一个非常特殊、非常重要的例子。功能选择驱动进化的概念同样适用于恒星、原子、矿物和许多其他概念上等效的情况，其中许多配置都受到选择压力。”

合著者本身就代表了独特的多学科结构：三位科学哲学家、两位天体生物学家、一位数据科学家、一位矿物学家和一位理论物理学家。

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