问题

请问为什么人类没有进化出可以把学习的知识(部分记忆)传给下一代的能力?

回答
这个问题很有意思,也触及了生命演化中一个核心的议题:我们为什么不能像有些生物那样,把后天习得的知识“遗传”给下一代?

首先得明白,我们人类的演化,主要是通过基因来传递信息。基因就像生物的“蓝图”,它规定了我们身体的结构、生理功能,甚至一些基础的行为倾向。比如,我们天生就会有呼吸的能力,有看到东西的大致框架,这些都是基因决定的。这种遗传方式非常强大,因为它稳定,能够跨越代际精确地复制和传递。

然而,后天学习到的知识,比如如何钓鱼、如何弹奏乐器、如何理解复杂的科学理论,或者甚至是一个人经历过的喜怒哀乐,这些信息在本质上并不是存储在我们的DNA序列里的。它们是我们大脑在后天环境刺激下,通过神经元之间的连接和化学信号变化而形成的复杂网络。这些信息存在于我们大脑的“连接方式”中,而不是基因本身的“指令”里。

那为什么不能把这些后天习得的“大脑连接方式”直接传给下一代呢?这主要有几个方面的原因:

1. 基因遗传的限制:信息传递的载体不同

基因传递的是“原材料”和“基础结构”: 基因决定的是“硬件”和“基础软件”。比如,它决定了我们的大脑有学习的能力,有记忆的细胞,有感知世界的基本结构。但它不规定具体“学到”了什么。就像一台电脑,基因决定了它有CPU、内存、硬盘和操作系统,但硬盘里存储的具体文件和软件是后来安装的,和操作系统本身是分开的。
学习到的知识是“软件”和“数据”: 我们学习到的知识,是后天在大脑这个“硬件”上运行的“软件”和“数据”。这些数据是经验的结晶,是神经元之间根据环境信号建立起来的特定连接模式。这种模式是通过电化学信号来编码的,与DNA的化学结构是完全不同的。DNA是用A、T、C、G这四种碱基的序列来编码信息,而大脑的学习信息是用神经元的兴奋模式和突触连接的强弱来编码。

2. 演化选择的压力和效率

基因演化是漫长而“试错”的过程: 基因的改变(突变)是随机发生的,然后通过自然选择来筛选。如果每一次学习到的新知识都要转化为基因的改变并被遗传,那将是一个极其漫长且低效的过程。想象一下,如果每学会一个新词,都要对应一个基因突变,那我们的基因组将变得何等庞大和混乱!
后天学习的灵活性更重要: 人类之所以能取得今天的成就,很大程度上是因为我们拥有极强的学习和适应能力。环境在不断变化,如果我们所有的行为和知识都必须通过基因来预设,那么一旦环境发生变化,我们就很难适应。而通过后天学习,我们可以快速地掌握新的技能和知识,以应对不断变化的世界。这种灵活性,远比“遗传知识”本身更有演化优势。
“遗忘”也是一种演化优势: 并非所有学习到的东西都值得永远保留,甚至遗传下去。大脑有“遗忘”机制,能够清除不重要或无用的信息,为新的学习腾出空间。如果所有经验都被遗传,那么下一代可能会背负沉重的、不必要的“历史包袱”。

3. 生殖细胞和体细胞的区别

体细胞的改变不遗传: 我们的大脑是体细胞构成的。在我们一生中,大脑会因为学习、记忆而发生许多物理和化学上的变化,比如神经元的生长、突触的强化或减弱。但这些体细胞的改变,通常不会影响到生殖细胞(精子和卵子)中的DNA。基因的“蓝图”在生殖细胞中是相对稳定的,而大脑的“使用痕迹”则存在于我们作为个体的身体里。
某些“表观遗传”的微弱可能性(但非知识传递): 近年来,表观遗传学(epigenetics)的研究揭示了一些可能通过非DNA序列信息传递的现象。比如,父母的某些生活经历可能会影响后代的基因表达模式,从而影响后代的行为倾向或对某些环境的反应。但这与直接“遗传学习到的知识”是两码事。它更像是父母的某些“状态”或“偏好”通过改变基因“开关”的方式,间接影响了后代。但这仍然不是具体知识的传递,而且这种遗传的范围和持久性也有限。

4. 信息储存和传递的物理机制

DNA是信息“种子”,大脑是“信息花园”: DNA是储存遗传信息的“种子”,它在受精卵里被复制。而我们的大脑,是在这个“种子”长成的个体身上,通过与外界的互动,在“土地”上播种、耕耘、浇灌而形成的花园。花园里的每一种植物,每一条路径,都是后天生成的。
大脑结构和神经连接是动态的: 大脑不是一个静态的硬盘,而是由数千亿个神经元和数万亿个连接组成的极其动态的系统。学习和记忆就是在这个系统里不断调整连接强度的过程。要把这种极其复杂、精细且动态的“连接状态”转化为基因序列,并且能够精确地在受精卵中重现,目前看来是技术上(甚至原理上)不可能的。如果非要用类比,就像你想把一本已经出版的书的内容,直接编码回制造这本书的纸张和油墨的化学成分里一样,这是信息载体完全不同的问题。

总结来说:

人类没有进化出直接遗传后天知识的能力,是因为我们的演化主要依赖基因来传递基础的“蓝图”和“能力”,而不是具体的“经验和技能”。后天学习到的知识是储存在大脑的复杂连接模式中,这与DNA编码的遗传信息是两种完全不同的信息载体和传递方式。

我们通过文化传承来弥补这种“基因不能传递知识”的鸿沟。通过语言、文字、教育、艺术、社会习俗等,我们可以一代一代地传递和积累人类的知识和经验,这恰恰是人类最强大的适应性优势之一。我们的大脑有强大的学习能力,而我们的社会有强大的文化传递机制,这使得我们能够在基因演化的基础上,快速而广泛地发展文明。

所以,虽然我们不能直接把“做数学题的技巧”遗传给孩子,但我们可以通过学校教育、父母的辅导,把这些知识有效地传授给他们。这是一种效率更高、适应性更强的演化策略。

网友意见

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这种能力是有的,而且在生物中并不罕见。

我们先来定义一下知识:个体对于外界环境的认识。虽然和一般人眼中的数理化等知识不同,但生物的确可以把知识遗传给下一代,而且这些知识比起数理化等知识更能帮助后代生存。


1944年荷兰饥荒,当年产下的孩子在之后有更强的营养储存能力,因此也更容易患心血管疾病。这还算是意料之中,因为怀孕时期的激素可以影响胎儿的发育。但是更神奇的来了:在饥荒时期出生的男性,他们的后代也能更好地储存能量。也就是说,怀孕期间经历过饥荒的奶奶可以把自己和食物量相关的“知识”传递给孙辈


为什么会这样呢?对于哺乳动物,小鼠是一个很好的模型。基于小鼠的研究,目前最有可能的解释是DNA甲基化。DNA甲基化不会改变DNA的序列,但是可以影响基因的表达。精子的甲基化是在出生前就决定了。也就是说,那些饥荒里出生的爸爸们在出生时精子就已经被打上了饥荒的记号,准备着应对未来的饥荒。之所以在饥荒出生的妈妈不会把这种“记忆”传递给自己的后代,是因为卵子和精子不同,卵子的甲基化是在出生后进行的。如果出生后食物充足,则不会携带饥荒的记号。



这类现象被称为“表观遗传”,是遗传学中一个相对较新的领域。无需改变DNA序列,父母就能将自己“记忆”传给下一代。具体机制目前还不是很明确,可能的机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA调控(miRNA和piRNA)


这种父母将和环境相关的“知识”传递给下一代的现象并不只是人类的专利。在 虾说:植物会有记忆吗? 中我们提到了植物的“知识”传递。在盐碱环境下生活的植物可以通过miRNA和甲基化来使后代更适应盐碱环境


更神奇的是在一些物种中父母的生活环境甚至可以决定后代的性别,比如下面这个萌物:

鸮鹦鹉是新西兰国宝级的萌物。由于殖民时期猫、鼠、鼬等入侵物种的引入,鸮鹦鹉的数量急剧下滑。为了拯救这种萌物,新西兰采取了保育措施,给这些萌物们吃好喝好。但新的问题接踵而至:鸮鹦鹉都只开始生男孩了!


原来,鸮鹦鹉后代的性别是由环境决定的。如果妈妈营养好,就会生男孩,如果妈妈营养不好,就会生女孩(据说现在他们会定期给鸮鹦鹉妈妈称重)。


进化上的解释是,鸮鹦鹉是一夫多妻的动物。雌鸟一般总有配偶,雄鸟赢家通吃。如果食物充足,后代个头大,生儿子就可以让儿子获得更多的配偶传承基因。如果食物少,后代个头小,生儿子的话可能他会单身一辈子,这时候生女儿比较保险。


至于这是否算表观遗传,目前还不清楚。目前鸮鹦鹉数量太少,难以研究分子上的机理。


总之,父母可以将自己的生活环境“知识”传承给后代,这些知识虽然和我们一般想的不同,但是能对子女的生存带来帮助。


就算题主想问的是数理化等知识,本答案也一定程度上解决了这个问题:比起一出生就知道勾股定理,一出生就知道自己生存环境里资源够不够充足对生存更重要。

(还要注意的是,有选择压并不一定有进化。这个要是再写下去又是一篇文章了)


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快毕业了,准备写几个喜欢的剑桥博物馆

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人类基因组大约3 Gbp,即30亿个碱基对。以每个碱基对有4种情况,即可以编码2 bit信息来计算,人类基因总的编码能力约6 Gb,也就是700多MB的信息,不到一个G。再想想你在教育阶段学习过多少知识。

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好像有一个科幻小说,背景就是这样的设定,科学家想让自己的老婆生孩子,且孩子会继承来自母体的知识和记忆。

结果:

孩子觉得人生好痛苦,还是不出去了,自掐脐带而终。

生命的理解,每个体是有差异的,就可能出现有出生和不出生的权利。

最近还在追美剧西部世界,感觉里面有一个描述有点新意:人生而为人,是因为他对世界的交互而成型的,缺乏这种交互而继承下来的意识,会在觉醒时陷入自我的混乱而奔溃。

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