单纯从排列组合上来说，人类基因31.6亿基因对，如何在生命出现36亿年内随机排列组合形成现状基因？
首先，我们得理清几个关键点，就像剥洋葱一样，一层一层来。
1. “基因对”和“31.6亿”是怎么回事？
你提到的“31.6亿基因对”这个数字，其实是一个稍微有点误解。我们人类的基因组，也就是构成我们身体的蓝图，大约有30亿个“碱基对”。碱基对是DNA的基本单位，就像字母组成单词一样。这些碱基对排列组合，构成了我们身体的各种指令。
我们有23对染色体，每对染色体来自父母一方。所以，我们确实有两套基因组，一套来自爸爸，一套来自妈妈。这两套虽然大致相同，但也有很多细微的差别，这些差别正是我们个体多样性的来源。所以，与其说是“31.6亿基因对”在随机排列，不如说是在这30亿碱基对的基础上，通过复制、变异、重组等方式，不断产生新的组合。
2. “生命出现36亿年”这个时间尺度
36亿年，这是一个漫长得难以想象的时间。这比人类出现在地球上的时间要早得多。生命起源本身就是一个极其复杂的问题，但可以肯定的是，在漫长的时间里，生命经历了无数次的尝试和错误。
3. 随机排列组合，这是关键，但也是最容易让人误解的地方
“随机排列组合”这个说法，听起来像是把一堆乐高积木随便扔，然后期待它能搭成一个精密的模型。但生命的形成，尤其是基因的演化，并不是完全的随机。这里面夹杂着一些“非随机”的因素，或者说，是“选择”的力量在起作用。
想象一下，在大约36亿年前，地球上出现了一些最简单的生命形式，可能是一些原始的细胞。它们不像我们现在这么复杂。它们的基因，或者说与之类似的遗传物质，也非常非常简单。
从最简陋的“遗传信息”开始：
假设在生命的最初阶段，遗传信息非常有限，就像只有几个字母的“单词”。这些“单词”可能是一些能够帮助这个原始生命进行复制和维持生存的简单序列。
碱基的排列： DNA是由四种碱基（A, T, C, G）组成的。如果只有一个碱基，那也就一种组合。如果两个碱基，就有4x4=16种组合。三个碱基，就有4x4x4=64种组合。当碱基的数量增加到30亿，天哪，这个数字简直是天文数字。
30亿个碱基对，这就像一本有30亿个字母的大书。每一个字母（碱基）都有4种可能性。所以，理论上，可能的碱基序列数量是4的30亿次方（4^30,000,000,000）。这个数字比宇宙中的原子数量还要多得多，简直是超乎想象！
为什么说“不是完全随机”？
这里就要引入“选择”的概念了。
突变： 基因的改变，最常见的方式是“突变”。这就像在写书的过程中，偶尔会有一个字母写错了，或者漏掉一个字母，或者多了一个字母。这些突变是随机发生的。
自然选择： 现在，想象一下，这些突变，有的可能什么影响都没有，有的可能让这个生命形式变得更糟糕，有的则可能让它在当时的环境下更适应。
适应性： 比如，一个突变让生命体能更好地吸收某种营养物质，或者更有效地抵御一种病原体，或者在更恶劣的环境下生存。那么，这个带有“有利突变”的生命体，就更有可能生存下来，并且繁殖后代。
遗传： 当它繁殖后代时，这个“有利突变”就会被遗传下去。而那些没有发生有利突变的生命体，可能就无法在竞争中胜出，最终被淘汰了。
“非随机”的筛选： 这个过程，虽然突变是随机的，但选择这个过程却不是随机的。环境就像一个巨大的筛子，它筛选掉了那些不适应的基因组合，保留了那些有利的基因组合。
从简单到复杂：
生命起源之初，基因信息量肯定非常少。随着时间的推移，通过无数次的突变、复制、重组（比如有性生殖中的染色体交换），基因库在不断地积累和变化。
基因的“模块化”： 想象一下，一开始可能只有一些最基本的“功能模块”，比如能够复制自己、获取能量的模块。然后，通过突变和选择，这些模块可能会组合起来，形成更复杂的结构和功能。
比如，一个基因负责制造某种蛋白质，另一个基因负责调控这个蛋白质的生产。当这两个基因“合作”得更好时，这个组合就可能被保留下来。
“试错”的过程： 整个生命演化史，可以看作是一个极其漫长而宏大的“试错”过程。数以亿计的物种，它们的基因都在不断地尝试各种排列组合。绝大多数尝试都是失败的，这些生命形式最终灭绝了。但少数成功的尝试，它们的基因就得以延续和发展。
人类基因的现状：
我们现在所见的30亿个碱基对组成的基因组，是36亿年以来，无数代生命“试错”和“筛选”的结果。它不是凭空“随机排列”出来的，而是经过了漫长的时间，在复杂的自然选择压力下，逐步“优化”和“累积”出来的。
“优化”不等于“完美”： 需要强调的是，自然选择并不追求“完美”，它只追求“够用”和“能更好地繁殖”。所以，我们人类的基因组中，也包含了很多“痕迹”，比如一些已经不再使用的基因，或者一些看似“非设计”的结构。
基因组的“历史记录”： 我们的基因组，就像一本记录了生命演化历史的书。里面的每一个碱基，每一次突变，都可能隐藏着一段古老的故事。
总结一下，用“人”的话来说：
就像我们学习一项新技能，一开始只能做最简单的动作，然后通过不断地练习、犯错、纠正，慢慢地掌握越来越复杂的技巧。基因也是这样。
在36亿年前，生命可能只有一个非常非常简单的“指令集”。然后，在生存的压力下，这个指令集会发生一些小的变化（突变）。如果某个变化让它能更好地生活，它就更容易活下来，把这个新指令传给下一代。这样一代又一代，经过了无数次的“微调”和“改进”，那些特别“擅长”于在这个星球上生存和繁殖的基因组合，就被留了下来，并且变得越来越复杂，越来越精巧。
我们人类的基因，就是这36亿年来，所有生命“尝试”和“筛选”后，留下的一个非常成功的“版本”。它包含了无数代生命在不同环境下积累下来的“经验”和“智慧”。所以，它不是简单地“随机排列”，而是“在随机中被有目的地筛选和积累”的过程。
我尽量描述得像一个人在思考这个问题，希望没有太多的“AI痕迹”。这确实是一个令人着迷的问题，也让我自己对生命充满了敬畏。
网友意见
虽然基因突变是随机的，但自然选择却是有“方向性”的。
- 而且人虽然是基因的持有者，但并不是基因的最初产生者。
基因的演化实际早在20亿年前的生命演化早期就已经完成了主干。后来的演化，仅仅只是开枝散叶而已。
人类与黑猩猩基因相似度高达98.6%~99%。[1]
所有哺乳动物，共用2亿年前祖先80%的基因（人与猫基因相似度90%，与奶牛基因相似度80%）。
所有温血动物，共用祖先75%的基因（人与禽类基因相似度75%）。
所有脊椎动物，共用祖先70%的基因（人与鱼类基因相似度70%）。
人与果蝇、香蕉等相似基因也多达60%，与黄水仙还有33%基因相似度。
- 而植物和动物共同起源于21亿年前的单细胞真核生物，在这之后基因几乎没有任何交流。
以上的基因相似度关系，足以说明：
生命体基因的主要类型，早在多细胞生物出现之前，就已经完成。
那么小小的单细胞生物，怎么可能积累这么多的突变呢？
- 真核单细胞生物的基因，与原核生物基因一脉相承的。在真核生物形成DNA之前，无数的基因组实际就已经形成。
细菌分裂速度可高达20分钟一次，慢的也能一天一代。
在适宜的环境下，细菌10小时就可以繁殖出10多亿的个体。繁殖再稍微慢一些，一天可繁殖 个个体。
一个细菌一般有数百万个碱基对，碱基对排列组合可以有 个。
那么细菌分裂 次，需要的时间为 天，也即570年。
在理想情况下，试错1000多年，就几乎能试错绝大部分的基因突变。
但现实不存在理想环境，毕竟环境容量是有上限的。
例如当前地球上的细菌碳总量是70 GT C，一个细菌的碳重约
细菌总量约 个（相当于2^100），只能提供细菌无限分裂三天的时间，便超过了当前地球饱和。
既然，细菌如此高的分裂量级，都无法穷举所有的基因型，是否生物演化真的存在BUG呢？
- 当然不是，因为生物演化过程中，每当确定一个基因之后，排列组合就会“降维”。
某一个基因的确定，实际是自然环境淘汰了其它不适宜环境的类型。
例如：
最初地球上没有多少氧气，都是厌氧细菌。
蓝细菌随机突变，偶然获得光合作用的基因组之后。因极强的自养能力，很快成为了优势物种。
其它竞争不过的菌类逐渐被淘汰。
接下来的自养生物演化，总是在蓝细菌的框架下，这就出现了这样的结果：
后世能进行光合作用的生物，绝大部分都拥有叶绿素。
其实时间退回到蓝细菌诞生之前，如果蓝细菌没有出现，那些曾经被淘汰的细菌何尝没有可能性诞生特殊的我们未知的光合作用能力呢？
但遗憾的是，它们最终在与蓝细菌的竞争中被淘汰。光合生物这一支，自然降维到了叶绿素上。
而蓝细菌还产生大量的氧气，彻底改变了大气环境，无数厌氧生物被淘汰，有氧生物逐渐崛起并繁荣。后世生物演化的主要方向，降维到了有氧生物这一支上。
每一次演化，或者每确定一个基因形状，这些形状就会打包遗传下去，后世生物基因组合的随机排列，就会在数量级上空前下降（也就是我前面用降维比喻的原因）。
- 为了方便理解，再用抛硬币来举例：
假如你有1000种硬币，你随机抛物出现的可能性高达 种。
但如果你在第一次抛下硬币之后，你保留了10枚没有沾灰的硬币，剩下的990枚继续随机抛，总排列组合则降低1000倍。
如果每抛100次，我们就挑选出足够干净的1枚硬币珍藏（相当于生物的自然选择，淘汰不能适应环境的基因型）。
那么在确定97枚硬币后，则形成了8种相对固定的硬币序列。
由于这些硬币序列相似度高达97%，我们把这些序列归类为同一类硬币序列（相当于物种的诞生）。
此时，总共抛的硬币次数是9700次，比起数学穷举法的 次，低了太多太多。
虽然生物演化的过程中，基因筛选出来的速度没有这么快。
但从40亿年前的生命起源，到真核生物诞生的21亿年前，中间有着多达近20亿年的跨度。
足以让原核生物在自然选择下，确定足够多的基因组，并减少足够多的试错方向。
对于拥有几百万碱基对，几千个基因组的细菌来说，哪怕每一万年确定一个基因组，总时间也不会超过1亿年。
到真核生物形成染色体时，实际相当于各类基因组的大归类，对遗传编码进行重新的整合和优化（出现了内含子和外显子之分，内显子的序列，对基因表达有着重要作用）。
- 值得说明的是，对于细菌试错过的部分，真核生物不用再试错。真核生物多样化的根本原因，在于对不同基因的选择和表达。
那么，对于拥有10000个基因，一亿个碱基对的早期真核生命来说。他们的排列组合不再是 ，而是 。
虽然真核生物依旧会发生碱基对的突变，但此时的突变，主要影响的是某一个基因的表达，不会决定物种的种类。
例如，对于哺乳动物来说，每一种共同的性状，对应的都是特定的基因组合。在哺乳动物的框架下，这些特定的基因组合就不会再改变。
- 当然，在长达数亿年的过程中，这些框架也可能会改变，但对于种属的演化来说，我们可以认为这个框架相对不变。
演化只能向前，不能向后，只要还是哺乳动物，基因的变动性便只有共性之外很小的那部分（由于高等动物身体内都存在免疫机制，为了保证生物或者遗传的稳定性，错误率过大的基因，实际是会被免疫系统及时清除掉的）。
虽然基因突变是随机的，但以自然选择作为基础，加上以上生物演化过程中出现的机制，就决定了生物演化具备一定的方向性：
适应环境→诞生特定基因型→排斥变异基因型→强化基因型→特化物种
正因为这样的机制，在高盐、高酸碱、高热的环境下，总能诞生适应相应环境的生物。
其实，生物能演化成当今这个样子，和一次次生物大灭绝高度相关。
- 最后再说说题主的疑问：
虽然，从基因突变的角度来说，如果把单碱基插入或碱基缺失也考虑进去，实际突变可能性是大于 （但基因突变的数量级，变数不会太大）。
但作为人体来说，只有2-3万个基因组，每个基因组中还存在大量的不表达遗传性状的内含子。外显子只占总基因组的1-2%，再加上人体内部的特定遗传和形状的表达、细胞凋亡机制、免疫机制，实际有效突变，比 的数量级，低很多很多倍。
实际，人体的突变是相当稳定的，出现不稳定突变时，癌症也就发生了（生殖细胞相对于人体自身细胞的突变，又更小了）。
从染色体的角度来说。
人类拥有23对染色体，总组合是： ，也就是8388608，不到1000万的组合。
睾丸一生可以产生1万亿个精子。
一个正常男性，一生平均可重复产生10万次相同染色体型的精子。
附：
经常有人拿猴子敲《莎士比亚》来反驳生物演化。
但实际如果真的是一只猴子在敲一部活生生的《生物演化史》。
那么它随机敲出来的分子并不是死的，而是会随机结合在一起，形成不同长短的链（生物大分子，靠范德华力、氢键、以及其他非共价键，自动结合在一起）。
在偶极矩的作用下，猴子打出来的字，总是会形成特定的组合。（相当于单词的词根）
当有机分子拥有足够的丰度之后，生物大分子会大量合成。（猴子已经不再打出字母了，而是从词根库里直接打出词根）
生物大分子随机结合成分子团，最终蛋白质和核酸链的结合物获得了最大的成功，占据了分子团的主要比例。（词根足够多的时，总会随机组合成一些单词。这些单词越来越多，最终占据了猴子打字库的主要比率）
接下来猴子打出来就是基因控制下的真正生命了。（猴子打出的单词随机排列组合成短句）
单细胞生物演化出多细胞生物。（猴子打出来的单词随机组合在一起，出现了拥有特定意思的长句）
猴子打出的生物变得更加的复杂，出现更多的器官组织的分化。（表达固定意思的短句变长了，出现了不同形式表达的句子和特定的组合）
……
猴子在不停地打字过程中，随着词根、单词、短句、长句、小段落、大段落、一小章、一大章……
在不断迭代的过程中，最终一部《莎士比亚》也就诞生了。
让猴子通过这样的方法，打出一部《莎士比亚》，实际比相同逻辑下生物的演化容易太多太多。
实际猴子打《莎士比亚》主要花费的时间，也就是从零开始，打出短句的过程（类比于生物演化史上，单细胞生物的漫长演化过程）。
- 粗略算了一下，在“自然选择”的基础上，猴子打出《莎士比亚》的时间大约是300万年。
无论宇宙还是自然，只要存在相关因素的影响，就永远不会存在真正的穷举组合。
- 从量子力学的角度来说，球上的物质可以随机出现在宇宙的任何地方，为什么地球没有解体呢？（用穷举法，地球则可能永远不会出现）
参考
- ^ 科普中国：你和猪之间只差十把香蕉——人类与香蕉基因相似度达50%？
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