21个“爱迪生”发明了灯泡？人类不必等待“孤独天才”

【导读】随着电影《流浪地球2》和电视剧《三体》的热度，很多人对科学知识产生了兴致，对科普阅读的需求也日益升温。近日出版的《你想飞吗，像鸟一样？》由牛津大学教授、英国皇家科学院院士理查德·道金斯所著，描绘了生物为了飞行做出的浩大演化，以及人类为征服地球重力付出的艰辛努力。

人类设计的飞行器和对应的飞行动物，在离开地面一事上不断进取的过程是截然不同的。动物通过数百万年缓慢、逐步的改良成为 “飞行器”，并随着世代的更迭越飞越好。而人类造出越来越好的飞行器是通过在绘图板上推陈出新，这种进展以年或十年为单位，而非数百万年。这两种模式导致的最终结果经常相似（这也不足为奇，因为两者需要解決的问题都是同样的物理学问题）。这两种结果相似到我可能使读者产生了一个错误印象，即它们是以同样的方式产生的。接着我就来纠正一下这个错误。

每当面对一个问题，比方说如何避免飞行器失速时，一个方便的做法是探求“我如何着手解决这个问题？”对人类制造的飞机而言。负责设计的工程师们的的确是这样想的。他们发现一个问题，然后想象可行的解决方案，比如加上前缘缝翼。他们在绘图板上勾勒出想法，也许他们还会待在一起，用白板或装了绘图软件的电脑，开一场思维碰撞的会议。他们可能会做几台原型或者做几个标度模型放到风洞中验证。最后脱颖而出的方案再拿往生产。整个研发过程只需要几年，甚至更短的时间。

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但是对于动物，这个过程却不相同，而且还慢了许多。动物的“研发”（暂且这么说吧）绵延许多代，继续数百万年。其间没有想法的介进，没有聪明的创意，没有刻意的巧思，也没有发明性的发明。动物没有绘图板，不是产生思维碰撞的工程师，也没有风洞来测试原型或标度模型。有的只是群体中的一些个体，借由遗传上的好运（突变或是有性生殖的基因重组），恰好在某些方面比平均水平稍好了一些。比如在飞行方面。或许突变的基因会让一只隼拥有速度上的一点优势，于是遗传了这个基因的隼就在捕猎时稍微轻易了一些。或许是一只突变的椋鸟比鸟群中的同类竞争者灵巧了一些，结果它躲过了猎食者，而同类竞争者被食掉了。当一只椋鸟因为携带“慢飞基因”而被食掉的时候，这个基因也跟着被食掉了，不会遗传给下一代。又或许有某个基因型因为翅膀外形的一点微妙不同，失速的概率比同类稍低了一些，于是它们的生存概率也稍高了一些，并因此在繁育中将那几个令它们的飞行水平略高于同类的基因传递下往。慢慢地、逐步地一代传一代，这几个善飞基因在种群中越来越多。而不善飞行的基因变得越来越少，因为携带这些基因的动物要么死亡概率高了一些，要么没能成功地繁育。

这样的事情随时在种群内的不同基因上发生，每一次都对飞行产生了特殊影响。那么当善飞基因在种群中积存了许多代、数百万年之后，我们看到了什么？我们看到的是一个非常善于飞行的种群。它在飞行的所有细枝末节上都做了优化，包括防失速装置、神经对肌肉的敏锐掌握，从而使翅膀能调整外形应对风涡和上升气流的细微转变，这种调整也包括长出更加高效、更不轻易疲惫的翅膀肌肉。翅膀和尾巴演化出了适当的外形和大小，每一个细节都恰到好处，就似乎有一名人类工程师在绘图板上优化过设计，并且还在风洞里验证过一样。

无论是人类的设计还是演化的设计，成品都是那么优异，那么善于飞行，甚至让我们忘记了这两个改良过程有多么的不同。这种遗忘也体现在我们的语言里。你在本书中肯定注重到了，我使用的是一种简单扼要的语言。在我笔下，仿佛鸟类和蝙蝠、翼龙与昆虫都摘用了和人类工程师一样的方法解决飞行问题；仿佛是鸟类自主解决了那些问题，而不是通过达尔文式的自然抉择。这种简略很方便，其中有一部分原因是它确实简洁：我不必每次都对自然抉择的原理详加阐明，由此省下了许多字数。它之所以方便还有一个原因，那就是你们和我都是人类，我们都知道人类面对一个问题时是什么感觉，也能够想象解决一个问题是什么感觉。

我们很轻易认为演化和人类设计之间的相似之处不止于此。我们或许会认为，工程师的新想法，比如一套防失速装置，可能和基因突变相当接近。这种“思想突变”接着要经历类似自然抉择的过程，当发明者迅速意识到一个想法不能实现时，这个想法就可能立刻死亡。又或许这个想法会在做成原型之后在初步测试中失败或者在计算机模拟、风洞试验中失败，并因此被放弃。在风洞试验中失败是比较无害的，没有人会因此丧命。而对飞行动物来说，自然抉择就比较残暴了：失败就真的意味着死亡。它们的失败未必是在撞击中丧命，可能是因为设计缺陷导致飞得太慢，没能逃过猎食者；也可能是无法娴熟地捕捉飞行的猎物，从而增加自己饿死的概率。演化不像风洞试验，它没有代替死亡的和煦一点的方案。一旦失败就意味着彻底失败：你的下场是死亡，即便不死也会绝后。

但是再仔细一想，我倒是记起了许多鸟类物种的幼崽是会练习飞行的一一我们可以把这看作一种嬉戏。要等练熟了之后，它们才会认真地飞进空中，也许这就是鸟儿的风洞试验：不危及性命的试飞和纠错，这种练习不单是要强化翅膀的肌肉，多半也能改良幼鸟的协调性和飞行技能。我们发现许多鸟类幼崽都做着类似练习的事：一边拍打翅膀，一边不停地上蹿下跳，这无疑是在磨练飞行肌，很可能同时也在磨炼飞行技能。要等练熟了之后，它们才会认真地飞进空中，也许这就是鸟儿的风洞试验：不危及性命的试飞和纠错，这种练习不单是要强化翅膀的肌肉，多半也能改良幼鸟的协调性和飞行技能。我们发现许多鸟类幼崽都做着类似练习的事：一边拍打翅膀，一边不停地上蹿下跳，这无疑是在磨练飞行肌，很可能同时也在磨炼飞行技能。

演化设计和工程设计还有一个区别（也可以说是同一个区别的另一方面，就看你怎么想了）。当工程师探求一个新的设计时，他们可以在一块绘图板上从零开始。弗兰克 ?惠特尔爵士不必摘用己有的螺旋桨发动机，不必从螺丝和铆钉这样的细节开始修改它。试想假如惠特尔不得不对一台螺旋桨发动机零敲碎打地逐步改良，那么他做出的第一台喷气发动机将会非常紊乱。惠特尔并不会这么做，他完全从头开始，全部预备只是全新的想法和绘图板上的一张白纸。演化却不是这样，演化只能一小步一小步地修改之前的设计，其中的每一步都至少要延续到生物繁育的年纪。

但另一方面，这也不是说演化就只会在刚好有相同功能的已有器官上做零碎修改。陆续沿用我们的类比，假如将演化看作弗兰克?惠特尔，那么他未必要一小步一小步地修改螺旋桨发动机。他可以从现成的飞机的其他部分着手修改，比如机翼上的一处凸起。但演化究竟不能回到零点，它不会像人类工程师那样，在一块干干净净的绘图板上作画。它仍然必须从有生命、会唤吸的动物的某一部位着手，之后的每一个环节也都得是有生命、会唤吸的动物，并且这些动物至少要活到能够繁育的年纪。比如我们很快会看到，昆虫的翅膀最初可能是晒日光浴用的，被当作经过改造的“大阳能电池板”，而没有被当作翅膀的雏形。

关于人类技术中的创新是如何发生的，有两派思想。这使我想起了现代演化理论中的两派思想。关于人类的创新的理论，有一派是“孤独天才论”，另一派是“逐步演化论”，我的朋友马特?里德利（Matt Ridley) 在他的著作《创新的起源》中就支持后者。“孤独天才论”认为，本来谁也没有想到什么喷气发动机，直到弗兰克：惠特尔横空出世。但是你注重到了吗？我在上面谨慎地写道，惠特尔是公认的喷气发动机发明者“之一”。惠特尔于1930年连册专利，1937年造出了第二台能够运转的发动机（还未装在飞机上）。除他之外，德国工程师汉斯?冯 。奥海因也于1936年申请专利，世界上首架成功起飞的喷气式飞机其实安装的是奥海因发动机的享克尔He178。亨克尔He178升空是在1939年，比安装了惠特尔发动机的格罗斯特E28/39飞机升空还早两年。

当两人在战后见面时，奥海因对惠特尔说：“要是你们国家政府早点支持你的话，就根本不会有不列颠空战了。〞我们不清楚奥海因是否见过惠特尔的专利。但这并不重要，因为早在1921年，就有一位法国工程师马克西姆?纪尧姆申请了专利(惠特尔不知道这件事）。但我想在这里强调的是，无论惠特尔、奥海因还是纪尧姆，都不是最先想到这个创意的人。“孤独天才论”是错的。在漫长的历史中，有许多发明都多多少少接近喷气发动机。火箭在10世纪的中国就被用作武器了，1633年时，奥斯曼帝国的一个男人甚至用火箭飞上了天——只飞了一小会儿。这位拉加里 ?哈桑，切莱比据说扒住了一枚“七翼”火箭，在火药推动下从托普卡匹皇宫升空，飞到了博斯普魯斯海峽上空。在到达半空的某一点时他松手掉进海里，游泳上岸，在那里苏丹用黄金奖励了他的壮举。

里德利观察了一个又一个例子，包括蒸汽机、涡轮喷气发动机、疫苗、抗生素、抽水马桶、电灯泡和计算机，在每一个例子中，他都拆穿了“孤独天才论”。假如我们问美国人是谁发明了灯泡，他们可能会说是托马斯?爱迪生，而英国人则可能说约瑟夫?斯旺。但实际上里德利指出，有来自不同国家的至少21个人可以宣称自己发明了灯泡。爱迪生确实有功，因为他不辞辛劳地发明了一种可以销售的产品。但是假如追根湖源，那么灯泡并非某个天才独自发明的，而是演化出来的——一当然不是基因的演化，而是从头脑到头脑的演化。它是经过一个个艰难的步骤逐渐优化而成的。当然，这演化还没有完成。灯泡自爱迪生的时代以来不断得到改良，如今我们有了LED灯泡，它在各方面都更加优越了。技术都是这样一步步演化的，最引人注目的或许就是数字计算机了，它们的演化如此迅速，今年的型号还没火起来，明年更好（也更便宜）的型号又上市了。

是谁发明了飞机？莱特兄弟。是的，也许是他们最早用动力推进将人类飞行员送人了天空。但是在这之前，滑翔机的历史更加久远。莱特兄弟对滑翔机很熟，在很长一段时间都用滑翔机来做试验。你可以说，他们找来一架滑翔机，花了很长时间对它敲敲打打，然后加装了螺旋桨和内燃机，再乘上它就起飞了。但是这样总结掩盖了大量专业而耐烦的敲打。兄弟俩曾经建造风洞，风洞肯定对他们改良细节大有扶助。奥维尔?莱特于1903年12月17日首次试飞，他在空中只停留了12秒，飞行距离仅37米，时速约10.9千米。我不是要否定兄弟俩的荣誉一一这的确是一项杰出的成就（他们当时遭到了势利的怀疑者的轻视，那些人不信赖他们真的飞上了天），但这并不能证实孤独天才论。飞机是经过逐步演化产生的，它从起初的滑翔机经过早期双翼飞机，终于发展成了如今光滑、迅速而优雅的客机。

在前面我说突变的集和椋鸟生存的概率更高，因为它们更善于飞行。这就似乎在说，进取必须等待妥当的突变正好出现，这就有点像是等待“孤独的天才”出现似的。但实际上，演化不是这样发生的——就像人类的创新也往往不必等待孤独的天才。诚然，突变是演化中出现新“创意”的最终源头。但是有性生殖会将这些创意打乱，再混进其他基因，产生出许多不同的新奇组合，再交给自然往抉择。基因就像工程师的创意，也在经历打乱后重组，然后接受验证，而不单是等着巧妙的突变（或者孤独的天才）出现那么简单。

作者：理查德·道金斯

编辑：卫中

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