复制因子只想复制
“但是坚持住！”你可能会哭，“这真的是没有设计师的设计吗？”算法本身可能会在没有任何帮助的情况下缓慢运行，但是所有这些设置呢？卡尔·西姆斯做所有编程怎么样呢？在乐高思想实验中安插人类解读者和人类裁判怎么样呢？
要理解内生进化的逻辑，或者说是没有外部设计者或程序员帮助的进化，最好的方法是研究一个已知的例子：地球生命的发展史。16地球大约有46亿年的历史，在最初的10亿年里，地球上没有任何生命，只有丰富的化学物质在冷却的海洋中徘徊，在形成的陆地中被搅动，并被火山喷射到大气中，大量分子在加热、冷却、晃动和放电时相互作用和反应着。随着所有这些相互作用和反应，一些更为复杂的分子开始出现。
最终，在大约30亿到35亿年前的某个时间点，发生了一场引人注目的意外——能够复制自身的分子被创造出来。第一个可以自我复制的分子无疑是相当简单的。一个自我复制的分子可能会从周围的化学物质海洋中吸引一些“相反的”分子，这些分子反过来又会吸引与它们“相反”的分子，从而制作出一份分子的原件。即使是一个简单的自我复制分子也不太可能是随机产生的。但是，万万亿分之一的机会也意味着是有可能的，有可能在几十亿年的时间里，有几万万亿个分子发生了几百万万亿次的相互作用。一些科学家还认为，热力学定律可能大大提高了这种可能性。早期地球上有来自火山和其他地热活动的巨大自由能量，反应网络和复杂的有机分子是新陈代谢和自我复制的基础，它们还是所有能量通过地球海洋化学渗透的可能方式。17
科学家还不知道第一个自我复制分子（或者说分子们）的确切组成，这是一个重要的研究领域。然而，我们确实知道，至少有一种分子看起来像是RNA的前体（地球上所有生命在核糖体的RNA上都有共同的基因——DNA是最近的进化发明）。但是，一旦第一批可以自我复制的分子从早期地球的随机化学晃动中产生了，一种奇特的逻辑就占据了主导地位。正如理查德·道金斯在《自私的基因》一书中指出的，没有复制过程是完美的。复制中出现一个错误，这里或那里发生了一些改变，就会导致自我复制的分子产生一些与自身存在细微差别的东西，但这个错误又没有大到足以损害自我复制的过程。一段时间以后，化学汤中会充满各种略有不同的自我复制分子。汤中的各种可以自我复制的分子的数量是否相同？正如道金斯所言，肯定不同。有些分子在化学上比其他分子更稳定，因此会“活”得更久，或者复制的速度更快。如此一来，寿命更长、质量更好、复制速度更快的分子将在分子群中更为普遍。此外，在这些可以自我复制的分子所处的邻近区域里，复制所需的原料供应是有限的。如果随机突变使得一种分子在化学的应用原料方面比另一种更好，那么这种分子就能够拥有更多的自身拷贝。争夺有限资源从一开始就是进化的一个主题。
最终，一些分子可能会偶然发现一些化学结构，它们会让其他自我复制因子的结构不稳定和破裂并破坏其自我复制过程，然后使具有攻击性的分子能够将被攻击的分子释放出来的分子结合起来供自己使用。这种偶然的创新会立即带来巨大的优势，因为从同类的自我复制者那里获得预先组装好的原材料要比自己找寻并组装它们容易得多。易受干扰和化学物质被盗用的分子数量将迅速下降，而厉害的、发动干扰的分子将迅速复制自己。但一些复制分子也可能碰巧含有一些化学物质外壳，例如脂质，这些化学物质在它们的自我复制机制和外部世界之间提供了一个缓冲地带。有了对干扰物的防御，受保护的分子将更频繁地进行自我复制，并在分子群中变得更普遍。一旦达到了能够复制出对外界产生屏蔽作用的干扰分子的阶段，我们就拥有了现代人眼所能识别的某种东西——病毒。病毒可能会或可能不会被视为活着，但它肯定正在形成。
这些分子战争背后的逻辑非常简单：好的复制因子被复制。18这听起来像是赘述，但这正是进化最微妙和强大的驱动力之一。如果随机突变导致了复制能力的差异，那么任何促进复制的差异都会随着时间的推移在群体中变得更加普遍。进化最终会选择支持复制的模块。这也是道金斯著名的“自私的基因”理论的精髓。19道金斯所说的自私，并不是指人类或其他生物的基因使我们在寻求生存的过程中天生自私。事实上，合作对包括人类在内的许多物种来说是一种至关重要的生存技巧。“自私的基因”所指的是复制的逻辑，即擅长支持自己的复制的基因将被复制。任何其他策略都无法在竞争的世界存续下来。
“好的复制因子被复制”的逻辑有时会在困扰我们的电脑病毒中发挥作用。一种“成功的”计算机病毒（从黑客或病毒的角度来看）是一种可以大量复制其自身的病毒。大多数病毒会通过使用收件人的电子邮件地址簿复制。因此，病毒要被复制，就必须欺骗接收者打开电子邮件。病毒在电子邮件中出现的主题经常是“我爱你”“裸照”。我最近收到的一封特别棘手的邮件来自“管理员”，标题是“您的电子邮件账户将被关闭”。所有这些都是黑客社区为帮助他们的创造物复制而开发的花招。由于好的复制因子会被复制，如果对全世界的计算机病毒进行调查，我们将会看到这些有效的花招在计算机病毒传播中不成比例地出现。
最终，在大约38亿年前，自我复制分子的战争发展到一个点，好的复制分子拥有了看起来像现代RNA的自我复制过程，以及它们与外界之间的屏蔽膜，但是没有在高等生物的细胞中发现的线粒体、叶绿体、细胞核或其他细胞器。更确切地说，这些最初的生命形式并不比麻袋中的自我复制分子多，就像简单的蓝绿藻漂浮在海水的浮沫上。然而，一旦这些自我复制分子达到这一阶段，进化就开始了，先是出现了种类繁多的单细胞生物，这些单细胞生物又发展出了更为复杂的内部组织，可以做诸如移动、光合作用和吃掉彼此之类的事情。最终，在大约18亿年前，进化发现了多细胞生命形式的设计，导致了多样性的爆发，创造了植物、动物以及人类。
这个故事中还有许多重要的细节有待商榷，但它的逻辑中并不需要任何外生因素。只要有了模式、模式阅读器和适合度函数，我们就可以建立进化算法的逻辑。在生命的故事中，模式和模式阅读器是相同的，因为自我复制分子既是代码又是阅读器。甚至复制技术也在随着时间的推移而不断发展，最终发展出了DNA、保护DNA的核膜和有性繁殖，当然，还有无数吸引异性的策略。
在乐高实验中，适合度函数值是由外在的仲裁者决定的。在生物学中，适合度函数是内源性的。有一些决定适合度的约束因素是固定不变的，例如物理和化学定律。但是适合度的其他重要方面与系统是共同进化的。生物环境的关键部分是其他的生物，每个生物体的进化运动和反运动都会影响其他生物体的适合度。掠食性生物可能进化出更快的奔跑速度（良好的奔跑基因会增加复制的概率），但随后它的猎物可能会发展出伪装，掠食性生物的视力可能因此得到改善，它们的军备竞赛在一场无止境的共同进化竞赛中循环往复。但是随着每一个动作的产生，适合度函数值都会发生变化。作为适合度的另一个组成部分——地球的气候也在随着生命的进化而改变。例如，植物生命的发展增加了大气中的氧气含量，为需要氧气的生命铺平了道路。当然，人类的进化正在进一步改变地球上所有生命的生存环境和适合度函数值。
综上所述，进化的过程可以归结为信息处理。为了让进化站稳脚跟，进化算法需要一种信息处理媒介：用于存储、修改和复制的物质。进化在生物世界中是无法自然开始的，直到热力学和随机机会的结合创造了第一个可以自我复制的分子来存储、修改和复制分子设计。在第三部分中，我们将看到使进化在经济中站稳脚跟的信息处理媒介是口语，后来是写作。一旦建立了信息处理媒介，就可以开始分化、选择和复制的过程。好的复制因子可以进行复制，什么是适合的既取决于环境，也取决于与其他复制者的竞争。然后，进化开始在设计空间中行进，寻找更好的复制者。
我们已经看到了进化是如何工作的，下一个大问题是，它为何如此有效？
