輪子和ATP合酶酶和ATP二輪 _輪子

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近來我看了一些有關(guān)機(jī)器人的電影。當(dāng)然，關(guān)于機(jī)器人的電影早已有之，層出不窮，這些電影中的機(jī)器人有人型的，有的形似動(dòng)物，總之都是仿生機(jī)器。但是，看電影的時(shí)候我不斷告誡自己：電影里的東西大多數(shù)永遠(yuǎn)無法成為現(xiàn)實(shí) 。
問題在于，隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，主要是自信心的爆棚和投資人的錢沒處花，近些年來還真的有些人或公司在研究仿生機(jī)器人。據(jù)說波士頓有家公司真的造出了機(jī)器狗,并且在新西蘭有人用機(jī)器狗放羊！成功的同時(shí)，我覺得有必要鄭重思考，仿生機(jī)器人真的是一條出路嗎?
首先，我覺得人形機(jī)器人肯定是條死路。
影視作品里，有關(guān)人形機(jī)器人的描述最多,像什么《變形金剛》、《新世紀(jì)福音戰(zhàn)士》，《環(huán)太平洋》都屬此類。對(duì)于為什么要造人形機(jī)器人，一種常見的解釋是:人是生物進(jìn)化頂峰，是最高等的生物，所以按照人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)器人一定有優(yōu)勢(shì) 。
這種說法毫無道理。首先，“人是最高等生物“這種說法是人自己說的，本身就沒什么道理，別的動(dòng)物大概也不會(huì)認(rèn)同這一觀點(diǎn) 。其次，人的所謂高級(jí)，主要體現(xiàn)在人的腦力上,和體力沒什么關(guān)系。如果要仿造人的大腦開發(fā)人工智能，只需要超級(jí)計(jì)算機(jī)和代碼就行，沒必要造出一臺(tái)人形機(jī)器。第三點(diǎn)，人類的身體本身就是個(gè)進(jìn)化不完全的產(chǎn)物，至少還沒能充分適應(yīng)直立行走。就我所知，人類的椎間盤突出、痔瘡、靜脈曲張、胃下垂，都是直立行走造成的惡果。可見，人類的身體本身并無什么可取之處，甚至可以說是進(jìn)化上的歧路、敗筆。
事實(shí)也是如此，那些仿造人體制造的機(jī)器人，雖然沒有椎間盤突出之類的毛病，但面臨著重心過高站立不穩(wěn)行動(dòng)遲緩等一系列問題，看起來就像直立行走的狗狗一樣不靈活。所以，如果非要造仿生機(jī)器人的話，還是造四腳著地的吧。畢竟一萬多種哺乳動(dòng)物只有人類一種直立行走的。
再者，我懷疑仿生學(xué)本身也不是一條活路。我這里所說的是宏觀層面的仿生學(xué)，微觀層面之后再談。
仿生學(xué)炒得很火，但你見過仿生學(xué)出過什么成果嗎?
人類早就進(jìn)行過仿生學(xué)的嘗試，比如說,早在達(dá)?芬奇那個(gè)年代，達(dá)?芬奇就設(shè)想過模仿鳥類飛行原理的飛行器。和達(dá)?芬奇的大多數(shù)設(shè)計(jì)一樣，這個(gè)設(shè)計(jì)是不可行的。之后有很多人試圖模仿鳥類飛行，但都以失敗告終，有些人還付出了生命的代價(jià) 。最終得出的結(jié)論是模仿鳥類飛行根本不可行。后來，幾百年之后，才有了萊特兄弟，有了飛機(jī) 。現(xiàn)在的飛機(jī)和鳥類是完全不同的東西，它們的推進(jìn)原理，產(chǎn)生升力的方式，控制方式等都是完全不同的。一個(gè)直觀的現(xiàn)實(shí)是:飛機(jī)是不撲扇翅膀的。再后來又有了直升飛機(jī)，有了四軸飛行器(現(xiàn)在常見的無人機(jī))，它們?cè)絹碓届`活，功能越來越多，應(yīng)用越來越普及，造型也是千奇百怪，唯一的共同點(diǎn)是:越來越不像鳥!
從飛行器的發(fā)展史上，我們看出這樣一個(gè)趨勢(shì):走仿生學(xué)的路走不通，走從頭設(shè)計(jì)的路反而走通了。這一趨勢(shì)在其他方面也表現(xiàn)得淋漓盡致。不信你看，現(xiàn)在人造的路上行駛的交通工具，沒有一個(gè)像陸行動(dòng)物的:船只和潛水艇，也沒有一艘像魚類的；就連人造心臟都不像心臟，反而像火箭的蝸輪泵!
現(xiàn)在的仿生學(xué)，更多的是為了仿生而仿生。現(xiàn)在技術(shù)先進(jìn)了，能造出來像鳥兒一樣撲扇翅膀的飛行器，不過這種“撲翼飛行器”只有觀賞價(jià)值而沒有實(shí)用價(jià)值;花大價(jià)錢造出的機(jī)器狗未必有摩托車性能優(yōu)異；而仿生魚也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及魚雷。在我看來，所謂仿生技術(shù)就是利用最先進(jìn)的技術(shù)，模仿動(dòng)物的形態(tài)，造出一些還不如已有產(chǎn)品的機(jī)器。而所謂的仿生機(jī)器人，是一堆動(dòng)物不像動(dòng)物，機(jī)械不如機(jī)械的怪胎。
那么為什么仿生學(xué)的路走不通，或者至少是很難走通，到現(xiàn)在還沒走通呢?
按照慣常的說法，能活到現(xiàn)在的生物，都是經(jīng)歷了千百萬年遺傳變異自然選擇優(yōu)勝劣汰而幸存下來的產(chǎn)物，它們即使不是完美，也是最適應(yīng)自然環(huán)境的形態(tài) 。按照大自然千百萬年來精心雕琢的形態(tài)來設(shè)計(jì)機(jī)器，難道不比人類才誕生了不過百年的機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科來設(shè)計(jì)機(jī)器要更好嗎?
可事實(shí)并非如此。為什么?難道人類的智慧真的比千百萬年的自然選擇的力量更強(qiáng)大?不是。我認(rèn)為，仿生學(xué)走不通，其主要原因是一個(gè)小小的技術(shù)性問題:動(dòng)物和機(jī)器的基本構(gòu)件不同。
動(dòng)物和機(jī)器當(dāng)然不同，不僅基本構(gòu)件不同,幾乎沒什么是相間的。但是在動(dòng)物和機(jī)器運(yùn)動(dòng)部分還是有一定的相似性的。比如動(dòng)物的骨骼和杠桿有一定的相似性，而動(dòng)物的關(guān)節(jié)就好像機(jī)械里的軸和軸承。關(guān)鍵就在于在動(dòng)物和機(jī)械中,為這些結(jié)構(gòu)提供動(dòng)力的部分迥然不同。在動(dòng)物中提供動(dòng)力的是肌肉，它是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的;而在機(jī)器中提供動(dòng)力的是蒸氣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)等等,它們都是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，就連往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，也要連上曲軸轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)才能輸出動(dòng)力。就是這個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的差別，造成了人類在宏觀領(lǐng)域的仿生學(xué)之路是走不通的。
不知道為什么，人類的動(dòng)力機(jī)械不約而同地走上了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的路徑。相傳曾經(jīng)有人研究過直線電機(jī)(一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電機(jī))，不知為何沒有下文，不知是失敗了還是改行搞電磁炮(相當(dāng)于只往不復(fù)的電機(jī))去了。這使人不禁遐想:人類的機(jī)械領(lǐng)域是否也落入了“路徑依賴”的陷阱，是否在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之外，還有一條往復(fù)運(yùn)動(dòng)的康莊大道?如果人類最早研究的機(jī)械都是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，并且沿著往復(fù)運(yùn)動(dòng)的路走下去，現(xiàn)在我們是否會(huì)看到一個(gè)完全不同的機(jī)械世界？旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)真的比往復(fù)運(yùn)動(dòng)更有優(yōu)勢(shì)嗎，還是正好相反?為什么自然選擇了往復(fù)運(yùn)動(dòng)而人類選擇了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)了?這是巧合還是必然?
扯遠(yuǎn)了，回到正題。我不知道人類的機(jī)械發(fā)展是否有另一條路可走，現(xiàn)在再研究往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械也來不及了，憑我個(gè)人的力量也不可能搞出什么名堂。事實(shí)是，在人類的機(jī)械設(shè)備中，提供動(dòng)力的幾乎全是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器。這意味著,用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的仿生機(jī)器,必須先設(shè)法把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng) 。而這個(gè)轉(zhuǎn)換本身就意味著能量損失。一種轉(zhuǎn)換的方法是液壓柱，問題在于液壓系統(tǒng)過于龐大,只能在大型設(shè)備上使用。不過話說回來，使用液壓柱的挖掘機(jī)是這類設(shè)備里最靈活的，比大多數(shù)人型機(jī)器人都靈活，可見往復(fù)運(yùn)動(dòng)還是有很大潛力的。
除了液壓系統(tǒng)之外，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方法……好吧，沒有了。這就是關(guān)鍵問題所在。人類機(jī)械雖然發(fā)展了幾百年，但至今也沒能發(fā)明一種良好的可以模仿肌肉的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械!連肌肉都模仿不了，還何談仿生?就算你造出了仿生機(jī)器人，也只能模仿外表，而模仿不了“靈魂“ 。
現(xiàn)在仿生機(jī)器，尤其是關(guān)節(jié)的通用策略是伺服電機(jī),這是一種可以精確調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度的電動(dòng)機(jī) 。歸根結(jié)底，還是旋轉(zhuǎn) 。但是安裝伺服電機(jī)的仿生機(jī)器未免呆板遲滯，因?yàn)樯镞\(yùn)動(dòng)的靈魂是不同肌肉間精細(xì)的配合，是神經(jīng)間復(fù)雜的反饋調(diào)節(jié)，是刻在脊髓中根深蒂固的千百萬年間形成的本能,而這些是伺服電機(jī)學(xué)不會(huì)模仿不了的。
旋轉(zhuǎn)和往復(fù)，這小小的差別，使人類的仿生學(xué)道路走不通。如果想制造仿生機(jī)器人，必須先發(fā)明一種像肌肉一樣往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。
好在，人類雖然在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的通路上沒走通，但是在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方面發(fā)展得非常好。人類發(fā)明了輸出旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)；發(fā)明了傳導(dǎo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒輪、滑輪、鏈條、皮帶；還發(fā)明了以旋轉(zhuǎn)方式輸出動(dòng)力的輪子和螺旋槳。而且這些旋轉(zhuǎn)的機(jī)器表現(xiàn)得非常好，四個(gè)輪子驅(qū)動(dòng)的汽車比四條腿跑的所有動(dòng)物都快，噴氣式的飛機(jī)也比所有鳥都飛得高。這至少告訴我們，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是一條可行的道路。
那么問題就來了。既然旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是可行的，那么為什么自然選擇沒有走這條路，為什么幾十億年來沒有進(jìn)化出長(zhǎng)輪子的動(dòng)物來?
為什么沒有長(zhǎng)輪子的動(dòng)物?這個(gè)問題曾經(jīng)困擾了很多研究進(jìn)化的生物學(xué)家，甚至成為反對(duì)進(jìn)化論的理由。生物學(xué)家苦思冥想憋出一個(gè)說法:輪子只有在人造的道路上好用，在自然環(huán)境中并不適用,所以自然界的生物不會(huì)進(jìn)化出輪子。扯淡!第一點(diǎn)，我看越野車在非洲大草原上開得挺好的，內(nèi)蒙古的牧民騎著摩托車放羊，誰說輪子不適合自然環(huán)境?第二點(diǎn)，即使輪子真的不適合陸地上崎嶇不平的地形，還有海洋和天空呢!有什么理由制約旋轉(zhuǎn)機(jī)械在海洋和天空中發(fā)揮作用嗎?為什么自然選擇沒有進(jìn)化出螺旋槳驅(qū)動(dòng)的魚類或噴氣式的鳥和昆蟲呢?顯然“輪子不適合自然環(huán)境”這一論調(diào)是不成立的。事實(shí)是，輪子(旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu))適合自然環(huán)境，但是生物沒能進(jìn)化出來。

究竟是什么制約著生物進(jìn)化出輪子或與之類似的東西?在我看來這也是一個(gè)小小的技術(shù)問題。仔細(xì)觀察輪子的旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子) 和固定部分(定子)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩部分之間沒有實(shí)質(zhì)性的連接，是靠軸承之類東西固定在一起的。沒有實(shí)質(zhì)性連接對(duì)于機(jī)器來說不是問題，分步制造定子和轉(zhuǎn)子，再組裝起來就行。可對(duì)于生物來說就是大問題。試想，如果真的有生物長(zhǎng)出輪子，輪子旋轉(zhuǎn)的那部分如何供血，神經(jīng)又該怎么連結(jié)?就算有血管連接到輪子的旋轉(zhuǎn)部分，轉(zhuǎn)不了幾圈就會(huì)把血管崩斷。正是因?yàn)檫@個(gè)原因,生物中的旋轉(zhuǎn)部件，例如關(guān)節(jié)，頂多轉(zhuǎn)半圈，沒有能360度無限旋轉(zhuǎn)的。輪子轉(zhuǎn)子和定子之間無實(shí)質(zhì)性連接以及生物血液和神經(jīng)的限制，造成生物永遠(yuǎn)也進(jìn)化不出宏觀上的輪子。
通過上面的論證我們得出結(jié)論，人類搞不好仿生機(jī)器，是因?yàn)槿祟愡€沒發(fā)明像肌肉一樣往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械；而生物長(zhǎng)不出輪子，是受到了血管和神經(jīng)限制。看來生物選擇了往復(fù)運(yùn)動(dòng)而人類選擇了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),有一定的必然性。生物長(zhǎng)出輪子是沒戲了，倒是人類如果發(fā)明了往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器再搞仿生也未嘗不可。
上面我在機(jī)械層面探討了生物和人造機(jī)器的宏觀運(yùn)動(dòng)，下面進(jìn)入微觀層面。
在微觀層面，是一個(gè)反常識(shí)的世界。在原子和分子的領(lǐng)域，是量子力學(xué)在起主導(dǎo)作用，我們所熟悉的力、連接、形狀、運(yùn)動(dòng)這些基本概念都模糊不清不再成立，取而代之的是場(chǎng)、化學(xué)鍵、電子云、波函數(shù)這些多數(shù)人不懂的東西。而人們所說的“機(jī)械的“、“電磁的”、“電子的" 這些東西。在微觀層面通通統(tǒng)一成“電磁相互作用力” 。總之，微觀世界是個(gè)奇妙、復(fù)雜又詭異的世界。
在微觀層面，之前的那些論證全都不成立。
生物是微觀領(lǐng)域的設(shè)計(jì)大師，生物體中微觀的“機(jī)械結(jié)構(gòu)”遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類所能做到的。就拿運(yùn)動(dòng)來說，在微觀層面，生物中有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)也有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu) 。比如說肌肉中的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白間的相互滑動(dòng)，形成了宏觀上的肌肉收縮。動(dòng)物細(xì)胞分裂時(shí)的“收縮環(huán)”和植物細(xì)胞的胞質(zhì)環(huán)流也基于類似的滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。而旋轉(zhuǎn)在生物中也是常見的。比如最新研究表明，精子是整體旋轉(zhuǎn)著前進(jìn)的，而非人們長(zhǎng)期以來認(rèn)為的擺動(dòng)尾巴前進(jìn) 。
我想說的旋轉(zhuǎn)是更微觀層面的旋轉(zhuǎn)——一種被稱作ATP合酶的“分子馬達(dá)” 。ATP(三磷酸腺苷)是人體能量的中介物質(zhì)，人體每天產(chǎn)生大量ATP的同時(shí)也消耗大量ATP,幾乎所有能量在生物體中都是先轉(zhuǎn)化成ATP,再通過ATP轉(zhuǎn)換成其他形式。在生物體中一種名叫“線粒體”的細(xì)胞器是合成ATP的主要場(chǎng)所,而線粒體是靠ATP合酶來合成ATP的。
ATP合酶的分子結(jié)構(gòu)好似一個(gè)馬達(dá)，由轉(zhuǎn)子和定子組成。轉(zhuǎn)子部分由氫離子的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，定子部分利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力來合成ATP 。整個(gè)ATP合酶就像一臺(tái)由氫離子驅(qū)動(dòng)的水力發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)之精妙遠(yuǎn)超人類之想象，以致有關(guān)ATP合酶的研究獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，兩次！

ATP合酶的精妙還不止于此。我們知道，一些人造的電動(dòng)機(jī)其實(shí)是兩用的，既是電動(dòng)機(jī)又是發(fā)電機(jī)，給它通電它就作為電動(dòng)機(jī)而旋轉(zhuǎn),手動(dòng)去轉(zhuǎn)它它就作為發(fā)電機(jī)來發(fā)電。ATP合酶這個(gè)分子馬達(dá)也是如此,有氫離子濃度梯度的時(shí)候，ATP合酶合成 ATP 。如果反過來，ATP合酶分解ATP，就成了泵送氫離子的分子泵，(科學(xué)家最先發(fā)現(xiàn)的是ATP合酶分解ATP的作用)類似ATP合酶的東西在胃壁用來倒轉(zhuǎn)分泌胃酸!
ATP合酶這么精妙的分子機(jī)器在自然界什么時(shí)候產(chǎn)生的已經(jīng)無從考證，大概有線粒體的時(shí)候就有ATP合酶了。而線粒體的產(chǎn)生也是生物界的一個(gè)大事件，有段奇妙的往事，發(fā)生在十幾億年前，遠(yuǎn)在動(dòng)物植物等一切真核生物誕生之前。總之生物體在很早之前就進(jìn)化出了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的分子馬達(dá)，說生物沒進(jìn)化出輪子是不準(zhǔn)確的，生物在微觀層面進(jìn)化出了輪子，只不過在宏觀層面受條件所限沒能進(jìn)化出輪子。而ATP合酶也被一些生物學(xué)家用來反擊“生物為何沒有進(jìn)化出輪子“這樣的詰問。
另一個(gè)有趣的一點(diǎn)是，人類和自然選擇都創(chuàng)造出了馬達(dá)這樣旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，但彼此之間互不知情，自然選擇本無意識(shí)，況且ATP合酶在人類誕生之前幾億年就存在了;另一方面,人類發(fā)明電動(dòng)機(jī)的時(shí)候還根本不知道什么是ATP合酶，連什么是ATP都不知道，可這兩個(gè)東西卻這么相似。這種現(xiàn)象在生物學(xué)中叫做“趨同進(jìn)化”，在成語(yǔ)里寫做“殊途同歸”，外國(guó)人說成“條條大路通羅馬” 。意思就是說，如果一種解決方案是可行的，那么甭管怎么著你都會(huì)回到這個(gè)解決方案上來，有點(diǎn)命中注定的味道。“趨同進(jìn)化”一般是生物學(xué)家的概念，用來考查生物的形態(tài)或習(xí)性什么，很少用在生物學(xué)以外的領(lǐng)域。今天我把“趨同進(jìn)化”引申開來，用來形容在各個(gè)領(lǐng)域的殊途同歸。
馬達(dá)和ATP合酶的相似性大概是“趨同進(jìn)化”的一個(gè)例子，雖然兩者的尺寸相差懸殊，但工作原理卻相似，這大概是因?yàn)椤靶D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)“是一個(gè)極好的解決方案，是函數(shù)中的一個(gè)極值，是機(jī)械學(xué)中的“羅馬”吧。其實(shí)轉(zhuǎn)子本身也經(jīng)歷了“趨同進(jìn)化”"，不同地區(qū)的人類曾在不同地區(qū)獨(dú)立的發(fā)明出輪子，至少三次。據(jù)說最早的輪子是中亞地區(qū)的“新月沃土”人發(fā)明的(那里是人類文明的發(fā)源地，他們還發(fā)明了農(nóng)業(yè)、文字和上帝)，但是中國(guó)人都知道輪子是軒轅黃帝發(fā)明的，黃帝是中國(guó)人的祖先;中美洲的土著人在更晚的時(shí)候也獨(dú)立發(fā)明了輪子，不過只用在玩具上。可見輪子也是函數(shù)的一個(gè)極值，只要一個(gè)文明足夠先進(jìn)，它早晚會(huì)發(fā)明出輪子。生活中還有很多“趨同進(jìn)化“的例子。比如說，十年前的手機(jī)造型千奇百怪，長(zhǎng)什么樣的都有，而現(xiàn)在手機(jī)都一個(gè)樣，傻傻分不清。這說明手機(jī)在演化的過程中發(fā)生了趨同進(jìn)化，現(xiàn)在手機(jī)的樣子就是手機(jī)應(yīng)有的樣子。再比如，現(xiàn)在的民航客機(jī)也都一個(gè)樣子，到現(xiàn)在我也分不清波音737和空客320，將來有了C919更是分不清。
從“趨同進(jìn)化"，可以看到一個(gè)新鮮事物的發(fā)展路徑是一個(gè)棗核(或橄欖核)形，先是第一個(gè)東西被發(fā)明出來。就好比棗核的一端；然后不同的人沿著不同的方向發(fā)展，創(chuàng)造出同一事物的不同類似物，這一過程就像棗核的中部，突然變得膨脹;之后人們發(fā)現(xiàn)有些路走不通，有些發(fā)展方向是錯(cuò)誤的，于是紛紛轉(zhuǎn)向正確的方向，路徑驟然收窄，直到所有路都會(huì)聚到一點(diǎn)，這一點(diǎn)就是終點(diǎn)，是那個(gè)最優(yōu)解，是棗核的另一端。(當(dāng)然也有死不悔改的，比如諾基亞和麥道，然后就真的死了) 。
再扯遠(yuǎn)點(diǎn)，相比那些趨同進(jìn)化的例子，我更關(guān)心那些不是趨同進(jìn)化的例子。比如說，智力是趨同進(jìn)化的一個(gè)終點(diǎn)嗎?如果是，為什么沒有其他生物進(jìn)化出像人一樣的智力，又為什么人工智能也無法達(dá)到人類的智力?科技是趨同進(jìn)化的終點(diǎn)嗎?如果把人類文明推倒重新再來一遍，還會(huì)進(jìn)化出和現(xiàn)在一樣的科學(xué)體系嗎？還是會(huì)建立一套和現(xiàn)在完全不同的科學(xué)體系還是根本就不會(huì)再出現(xiàn)科學(xué)?技術(shù)呢? 閑來無事的時(shí)候我會(huì)想，現(xiàn)在電力是最常用的能源，那么還有其他替代電力的選項(xiàng)嗎?人們有沒有可能發(fā)明一種替代電力又同樣好用的二次能源?所以我想知道，在那些我們沒有找到趨同進(jìn)化的佐證的領(lǐng)域，我們?cè)趺粗牢覀冏叩牡缆肥钦_的?在那些領(lǐng)域之所以沒有趨同進(jìn)化，是因?yàn)槲覀兣艿锰炝耍匀换騽e的東西還來不及追上，還是因?yàn)槲覀兏揪妥呱狭似缏?
扯回微觀層面生物與人類技術(shù)的對(duì)比。
生物在微觀層面神通廣大，無所不用其極，既有往復(fù)運(yùn)動(dòng)又有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還有更多的化學(xué)變化。而人類在微觀層面和生物相比則差遠(yuǎn)了，和宏觀層面的完勝形成鮮明的對(duì)比。人類對(duì)微觀層面的操縱主要體現(xiàn)在化學(xué)領(lǐng)域，而人類的化學(xué)是粗放的，暴烈的且效率低下的。至于在更加精細(xì)的層面操縱分子，比如說所謂的“納米技術(shù)”才剛剛起步，遠(yuǎn)沒有到應(yīng)用的地步。
所以我建議人類如果真的想搞仿生學(xué)，不妨從微觀領(lǐng)域進(jìn)行。比如說作為催化劑，生物酶的效率比人造催化劑高得多且專一性強(qiáng)，那么我們能否發(fā)明仿造生物酶的催化劑呢?再比如說,人工合成蛋白質(zhì)是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事。一九五三年中國(guó)科學(xué)家合成了牛胰島素，這是人類第一次合成蛋白質(zhì) 。當(dāng)時(shí)有上百名科學(xué)家參與了這項(xiàng)工作，而對(duì)于大腸桿菌，只需要一段DNA 就能“教“它合成胰島素。所以如果能造出模仿核糖體的仿生機(jī)器，低價(jià)合成蛋白質(zhì)便不是夢(mèng)……
【輪子和ATP合酶酶和ATP二輪】事實(shí)上，這也是人類科研的一個(gè)方向。只不過微觀層面的仿生學(xué)不叫仿生學(xué)，而是叫做生物化學(xué)或分子生物學(xué) 。只不過，人類想在微觀層面做到像生物那樣爐火純青的地步，還有很長(zhǎng)很長(zhǎng)的路要走。
話又說回來，為什么在宏觀層面上，人類能跑贏自然選擇那么多，而在微觀層面人類又比生物體差那么多呢?人類究竟是行還是不行，人類的科學(xué)為什么會(huì)“偏科"呢?
人類重宏觀而輕微觀，不是人類的錯(cuò)；自然選擇輕宏觀而重微觀也不是自然選擇的錯(cuò) 。人類在宏觀的機(jī)械、建筑、汽車、船舶、裝備制造、大型工程方面技藝超群，主要是因?yàn)槿祟惐旧砭褪呛暧^的生物，宏現(xiàn)的事物對(duì)人類來說是肉眼可見的、直觀的、符合常識(shí)的；而微觀世界的原子分子對(duì)人類來說是不可見的、抽象的，甚至違反常識(shí)的，(話又說回來，什么又是常識(shí)呢?常識(shí)只不過是我們經(jīng)常見到的東西罷了。也許對(duì)于細(xì)菌來說，電子云和波函數(shù)才是常識(shí)) 。所以人類也是先從簡(jiǎn)單的下手,先研究宏觀再琢磨微觀。從人類的科技發(fā)展歷程上也可以看出這一趨勢(shì)：牛頓在一六XX年就發(fā)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)三定律，拉瓦錫在一七XX年才剛剛敲開化學(xué)世界的大門;一九五三年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)被視作分子生物學(xué)的開端，而在此之前的一九四五年，原子彈已經(jīng)炸響了。所以不要問為什么人類已經(jīng)上月球了，卻搞不定小小的新冠病毒。因?yàn)槿祟愂呛暧^的，天生就不擅長(zhǎng)微觀，沒辦法。
那么生物呢?生物是宏觀的還是微觀的。自然選擇又在哪一層面起作用呢?大多數(shù)生物是宏觀的。但生物遺傳變異的基礎(chǔ)基因、DNA分子是微觀的，自然選擇也是在基因?qū)用嫫鹱饔?。這意味著，對(duì)于自然選擇的機(jī)制來說，分子層面是直接的，宏觀層面是間接的。一個(gè)細(xì)胞只需在DNA上發(fā)生一個(gè)堿基變異，就有可能改變這個(gè)基因編碼的蛋白質(zhì)的形態(tài)和功能，進(jìn)而改變代謝途徑。而一個(gè)生物的DNA和它的個(gè)體形態(tài)之間隔著細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)四個(gè)層面之間的差距，很難靠改變幾個(gè)堿基對(duì)來改變個(gè)體的形態(tài) 。所以對(duì)于生物來說，微觀層面的進(jìn)化容易發(fā)生，而宏觀層面的進(jìn)化則異常緩慢。大腸桿菌花了十年時(shí)間“學(xué)會(huì)“了分解碳青霉烯類抗生素，而魚類爬上陸地可能花了上億年的時(shí)間。而作為對(duì)比，人類在幾十年前發(fā)明了碳青霉烯類抗生素，但在幾千年前就學(xué)會(huì)了造船出海。
所以沒必要因?yàn)槟愕能嚺艿帽全C豹快而妄自尊大，也沒必要因?yàn)樾鹿诓《径鴳岩扇祟?。人類擅長(zhǎng)宏觀而自然擅長(zhǎng)微觀，這是既成事實(shí) 。在宏觀領(lǐng)域，自然選擇了往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而人類的機(jī)器選擇了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，人造的機(jī)器表現(xiàn)得比自然界的生物好一些，但一旦在宏觀領(lǐng)域搞起仿生學(xué),人類就搞得一無是處，因?yàn)槿祟愡€沒發(fā)明出像肌肉一樣往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。在微觀領(lǐng)域，人類比自然界的造物差了不知多少，這才是仿生學(xué)應(yīng)該趕上的地方，也是人類科研的前沿。

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輪子和ATP合酶 酶和ATP二輪

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