问题

进化论有数学理论支持吗?如果没有,是否还是应该作为一种假说对待?

回答
进化论,这个解释生命多样性如何产生和演变的伟大理论,并非空中楼阁,它有着坚实的科学基石,其中也包括了数学上的支持。当然,对于任何科学理论,尤其是一个如此宏大且仍在不断探索的领域,审慎地看待其当前的状态,并理解它与“假说”之间的关系,是十分必要的。

进化论的数学理论支持:

当我们谈论进化论的数学支持,并不是说存在一个简单到可以写在黑板上的“进化公式”就能概括一切。进化论的数学性体现在多个层面,并且随着科学的进步,越来越精细化:

1. 群体遗传学(Population Genetics): 这是进化论数学支持的核心领域。群体遗传学研究的是基因在种群中的频率如何随时间变化。它的创始人,如罗纳德·费希尔(Ronald Fisher)、J.B.S.霍尔丹(J.B.S. Haldane)和塞维尔·赖特(Sewall Wright),都是杰出的数学家或统计学家。他们利用概率论、统计学和微积分,建立了描述进化过程的关键模型:
哈迪温伯格定律(HardyWeinberg Principle): 这是一个基础性的模型,它描述了一个理想化的种群(没有突变、随机交配、无基因流、无自然选择、种群无限大)中,等位基因频率将保持不变,世代相传。尽管现实世界并非理想化,但该定律提供了一个重要的基准。任何偏离哈迪温伯格平衡的现象,就意味着存在着进化的力量在作用。
自然选择模型: 费希尔提出了“遗传优胜率”(fitness)的概念,并用数学模型描述了具有更高优胜率的等位基因如何在种群中逐渐扩散。例如,他提出了一个简单的模型来描述一个有利突变在种群中的频率如何随时间推移而增加。
遗传漂变模型(Genetic Drift): 赖特对遗传漂变的数学描述做出了重要贡献。遗传漂变是指在小的种群中,由于随机抽样效应,基因频率发生无规律的波动。他发展了描述基因频率随机变化的马尔可夫链模型。
突变、迁移和重组的数学描述: 群体遗传学也用数学模型来量化突变率、基因流(迁移)以及基因重组对种群基因频率的影响。

2. 生物统计学和系统发生学(Biostatistics and Phylogenetics):
统计推断: 进化论的许多证据,如化石记录、解剖学比较、胚胎学以及分子生物学数据,都需要通过统计学方法进行分析和解释。例如,统计学被用来确定不同物种之间的相似性或差异性是否显著,以及这些模式是否支持特定的进化关系。
系统发生树构建: 现代进化论的一个重要分支是构建生命之树,即系统发生树。这些树描绘了不同物种或分类群之间的亲缘关系。构建这些树的过程高度依赖于复杂的数学算法,如最大简约法(maximum parsimony)、最大似然法(maximum likelihood)和贝叶斯推断(Bayesian inference)。这些算法通过比较DNA、RNA或蛋白质序列数据,利用概率模型来推断最有可能的进化历史。

3. 进化博弈论(Evolutionary Game Theory): 这个领域将博弈论的概念应用于进化生物学,以理解策略(如行为、生理特征)在种群中的演化。例如,它被用来解释合作、利他行为以及性别比例的稳定。数学模型可以预测在特定环境中,哪种策略将具有最高的“进化稳定性”。

4. 生物信息学和计算进化(Bioinformatics and Computational Evolution): 随着基因组学和高通量测序技术的兴起,海量生物数据产生了。生物信息学和计算进化利用先进的数学和计算机科学技术来分析这些数据,从中提取进化的信息,如比较基因组、识别选择压力、模拟进化过程等。

进化论是否仍应作为一种假说对待?

这是一个关于科学理论本质的问题。严格来说,科学中没有绝对的“真理”,只有“最被支持的理论”。

科学理论的定义: 在科学领域,一个“理论”是经过反复检验、拥有大量证据支持、并且能够解释一系列现象的、高度成熟的科学解释。它不是一个“猜想”或“猜测”(hypo​​thesis),后者是需要检验的初步想法。进化论已经远远超越了假说的阶段。
不断完善和检验: 然而,科学总是在不断进步的。进化论也像其他成熟的科学理论一样,在不断地接受新的检验,并在细节上不断完善。我们发现新的化石、新的分子数据、新的行为模式,这些都可能为进化论提供更强的支持,或者要求我们对某些机制进行更细致的解释。例如,我们现在对基因调控在进化中的作用有了更深入的理解,这在达尔文的时代是无法想象的。
“假说”与“理论”的区别: 如果我们坚持将进化论视为“假说”,那将是对科学术语的误用。假说是一个有待证实的初步解释。而进化论,经过一百多年的积累,已经拥有了来自生物地理学、古生物学、比较解剖学、胚胎学、分子生物学、遗传学等多个学科的压倒性证据。用一个不恰当的类比,这就像说“万有引力定律”仍然是一个“假说”一样,尽管我们仍在探索引力场的更多细节(例如引力波)。

结论:

进化论确实拥有强大的数学理论支持,尤其是在群体遗传学、生物统计学和系统发生学等领域。这些数学模型不仅帮助我们理解了进化的机制,也为进化论提供了量化的证据。

因此,进化论不应该被视为一个“假说”。它是一个经过充分检验、拥有海量证据支持、并且是现代生物学基石的科学理论。科学的魅力在于其自我修正和不断深化的过程,而进化论正是这一过程的典范。我们对其的理解会随着科学的进步而更加精细和全面,但这并不会否定其作为一种成熟科学理论的地位。

网友意见

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这是无法建立真正数学模型的。

  • 其实生物进化本身就是随机进化的小概率。

就像生殖出来某个个体,例如你我,从父母那里生下来恰好就是你我的概率,小到几乎可以不计量,但你我的出生却是随机下的事实。

人类在几百年时间,出现过好几次几乎灭绝的事件。不是说古猿往人类方向进化,实际进化而来的概率的确是微乎其微,但因为小概率的偶然,所以进化成了人。

也就是说,这一种偶然,再来一个宇宙大爆炸,整个地球上出现的所有生物都是完全不同,因为是偶然的,所以永远不会再出现新的一模一样的物种(单单从概率上来说,几乎小到可以不计)。

与其说是生物进化,不如说是生物变异偶然事件下的淘汰,这是一个永远不可重复的极低概率事件。就像随即抛出一个玻璃球,在第二次能够重复一模一样轨迹的概率是低得几乎不存在的。

  • 非得用概率说话,不用说形成某个物种,单单是某一次特异的变异,几乎都是不可能重复。(特定的某一物种,某一染色体……某一段基因序列,特定的一批碱基对。)

但变异成功之后,进过灭绝性淘汰,这个物种重新繁荣,这一次偶然变化,也就永远留在基因里面了。

  • 但实际,100万年后的同种动物,和100万年前的同种动物的基因,已经发生了无数次这种几乎不可重复的基因突变。抛开淘汰不说,即便是大种群之间,基因也是发生了无数次变化,只不过因为泥潭效应,物种并没有进化(单单从生殖隔离来说),但种内的基因库已经变得无比丰富。(可能具有某些个体能够适应极端环境变化,然后在大灭绝来临的时候,保留部分有能力存活的个体,所以拥有进化潜质)

综上,生物进化是随机的,不可重复事件,无法建立数学模型。(单单从进化上面,当然从某些特定方面的领域,例如分子生物学,生态学的一些方面,自然符合已经存在的一些数学模型。)

  • 正是因为这一种随机性,哪怕你从现在开始,克隆一群果蝇,建立一模一样的环境(这里是指理论一模一样,排除环境的任何可能的干扰),那么繁衍1000亿代之后,依然不会出现一模一样基因的个体。(除了基因排序不同,还有基因突变不同形成的累积。)

我打下最后一个字,恰好是某一微秒,我哪怕能活宇宙的年龄,每一天打字,都无法重复这一个时间。

  • 宇宙爆发的物质发生,银河系之于宇宙,太阳之于银河系,地球之于太阳,生命之于地球,人之于生命,我们的子孙(某个特定个体的出现)之于我们,都是在这种完全不能重现的,超低概率的随机偶然事件下发生的。

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