动物

动物对称类型

几乎所有动物的身体都是左右对称的，学名叫「两侧对称动物（Bilaterian)」，它们占了地球动物总量的99%。

其余那1%，像珊湖虫、海星、水母这些动物，则具有中心旋转对称性，叫「辐射对称动物(Radiatan)」

这两种体型有什么讲究吗？

• 辐射对称动物。它们都没有大脑
• 智力是去中心化分布的
• 关键是它们的消化系统只有一个开口一一吃东西和排泄，都从这里走

最早的动物出现在距今6亿年前，都是辐射对称的。

• 到5.5亿年前，才演化出了第一个两侧对称动物，现在地球上所有的两侧对称动物都是它的后代，包括我们在内。
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第一个两侧对称动物，是个线虫(nematodes)。它的样子跟今天的线虫差不多，像个特别小的泥鳅。

• 它有大脑，有肌肉，有胃，有嘴一一而且有屁股：食物从嘴进，从屁股出来，引领了当时动物界的文明生活。
• 人脑有850亿个神经元，而线虫的大脑只有几百个神经元。
• 线虫还没有视觉，寻找食物只能靠嗅觉。

但就是这样，线虫已经能做非常了不起的事情。

• 做个简单实验，立即就能看出来它有智能。把线虫放到一个培养皿里，培养皿的某个角落有一小块食物。
• 你会发现线虫绝不是做随机游走运动，它绕来绕去，很快就能顺着气味把食物给找到。这个移动力首先跟身体的两侧对称性有关系。
• 辐射对称动物要向食物移动，必须在身体 的每个方向都装上探测装置和运动装置， 这很不值得
• 而两侧对称动物只要会向前走，再加上左右转向的功能，就可以去任何地方。
• 今天我们所有的交通工具，从自行车、飞机到扫地机器人，都是采用两侧对称设计。这就是最好的方案

有了移动力，要想趋利避害，线虫还必须掌握三个最基本的能力。
第一是你得会判断好坏。

• 食物是好的，高温、异味和强光是坏的，可线虫是怎么“知道”的呢？
• 这个机制是在神经元层面实现的。
  • 好东西会激活「正价神经元」，坏东 西激活「负价神经元」。
  • 神经元对信息发起了投票，如果激活 的正价神经元多于负价神经元，就说 明前进方向正确，否则就有必要转向 或者逃跑。

第二是你得会权衡。

• 负责探测食物的神经元明确表示前方有食物，但是负责探测危险的神经元又说那里有危险的味道，那你是去还是不去呢？
• 这就是为什么线虫需要一个大脑。

为此你还需要第三个能力，那就是对自身状态的了解。

• 比如说你现在是饱还是饿。
• 如果你现在比较饱，那个地方哪怕食物再多，只要有危险也就不去了。
• 而如果你很饿，那就值得冒险。饱和饿的信号是身体通过释放一些化学神经物质传输的，全网广播，供大脑参考。

线虫居然有一种学习能力，叫「联想学习」。就是巴甫洛夫的条件反射。

联想学习是一种直接在神经元层面进行的学习，但是辐射对称动物经过了6亿年的演化都没掌握。

• 这种能力是我们两侧对称动物独有的。
• 这是因为我们面对的环境更复杂多变，我们必须参考更多的线索。

线虫大脑最让我震惊的能力，是它有情感。

• 比如你观察一个线虫，发现当它吃饱了的时候，它会游动的很慢，好像心情挺愉快；
• 如果它感到威胁，它会快速游动，好像很害怕。这些就是情感。
• 你立即就会抗议，说这些只是线虫的行为而已，这就是对外界刺激做出的有效反应，凭什么说其中有情感呢？但我们的确可以说线虫有情感
• 情感和「只是对刺激做反应」的区别是情感会在刺激消失之后，仍然持续一段时间。记忆

为什么进化要给线虫情感？这种行为难道不是多余的吗？

• 其实情感很有用，这是因为自然环境中总是有各种不确定性。
• 拿恐惧来说，遇到第一个捕食者，你不但应该感觉到这个捕食者的威胁，而且应该感觉到这个环境就有问题。
• 所以你应该保持一段时间的警觉，这就是情感的作用。
• 情感能让我们的行为更有持续性。

我们说线虫有情感，还因为它大脑里有多巴胺和血清素

• 我们知道多巴胺的作用是刺激动物「想要」一个什么东西，提供动力去追逐奖励；
• 而血清素则提供满足感，感觉很享受，很愉悦，可以暂时停止追逐。

更厉害的是，线虫还会抑郁。

• 威胁感有时候会迟迟不去，那么线虫就会进入慢性压力状态。
  • 研究者可以在实验室通过不断刺激线虫30分钟，模拟这个状态。
• 线虫应对慢性压力的方法跟急性压力相似，只有一个关键区别：它同时会分泌不少血清素。血清素会让线虫躺平。
  • 线虫麻木了。也可以说是习得性无助了。
• 这就是最基础的抑郁症。

进化这么安排也有道理

• 因为如果周围有持续的威胁，自己乱跑乱动似乎更危险，还不如装死不动，也许过段时间威胁就会过去。

只是这个机制一直传承到人类社会，才出了问题。

• 我们所面临的日常压力与生死无关，我们不需要战斗也不需要逃跑，压力情感只是扰乱了我们的身体机能。
• 如果赶上慢性压力直接麻木，那就是抑郁症。
• 当然你可以用调节激素的办法应对一阵儿， 但总归很难战胜进化的设定

线虫的智能，就是我们作为动物的底色。以下这些行为逻辑，我们还以为很高大上，殊不知只要是个两侧对称动物、有个脑子就会做

1. 趋利避害，但不能只知道向前，得会调整 方向；
2. 整合信息，权衡多方意见再做决定；
3. 持续学习，不能故步自封；
4. 行为要体现情感，讲个一惯性，不能没心 没肺。

也许这就是生而为动物在世上存活的底层逻辑， 这是5.5亿年进化验证的最佳策略。

寒武纪大爆发

自从地球上有了两侧对称动物，生物界就进入了一场军备竞赛。

• 各个物种花样百出，各种捕猎与反捕猎，这就导致了所谓的「寒武纪大爆发」，一下子多出了很多物种。

在大约5亿年前，线虫演化出了一个分岔，一边是脊椎动物，一边是无脊椎动物。

无脊椎动物这一支里出现了「节肢动物」，它在寒武纪是世界的统治者。

• 海洋里的节肢动物可以长到一两米那么长，非常厉害。

• 但是很不幸，他们这一支，包括所有的无 脊椎动物，发展下去都没有多大前途。 一直到今天，最聪明的节肢动物也就是螃 蟹、蚂蚁、蜜蜂这些东西。
  而幸运的我们属于另一支，这就是脊椎动物。

• 最早的脊椎动物大约如下图所示，是个类 似于现在的鱼一样的东西，只有几英寸 长，在强手如云的寒武纪中很不起眼。

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• 但是它大脑的主要结构，跟现在的鱼类，跟我们人类的大脑是几乎一样的：有皮层、基底神经结、丘脑、下丘脑、中脑和后脑。

  • 我们的大脑跟它唯一的区别就是在皮层之外又演化出了一个新皮层，那是以后的突破。

这么厉害的大脑，给脊椎动物带来了什么新智能呢？那就是学习。

• 脊椎动物面临的是一个高度竞争的世界，局面极为复杂，靠线虫那点条件反射学习远远不够，你得学点高级本领。

动物的试错学习也是用的强化学习中的时序差分学习法。

• 这是AI反哺脑科学最漂亮的一个例子，正是因为AI的研究在前，脑科学家才真正理解了多巴胺。

脊椎动物，以及一些后来演化出的高级无脊椎动物，都有好奇心。

• 我们仅仅因为满足好奇心就能获得多巴胺。这就是为什么我们那么容易被随机的奖励所吸引，为什么我们在赌场里输着钱还那么投入。
  强化学习有明确的目标，是一种非常功利的态度，它必须有好奇心的指引，才能走得远。
• 你必须宁可牺牲一点回报，只为探索新的地方。

好奇心让学习本身成了一个值得追求的活动。细节

脊椎动物还有些特别重要的学习能力，我们至今没完全搞清楚：这就是模式识别。

• 昨天你在深海中遇到一条大鱼，差点被它吃掉，你记住了它。
  • 今天又遇到一个看上去很相似的动物，你怎么知道它跟昨天那条鱼一样是捕猎者，还是你潜在的交配对象呢？
  • 这就如同人类走在大街上，闻到一种混合了蛋白质和碳水化合物的味道，你怎么知道那是包子，还是某种不能吃的东西呢？
  • 脊椎动物并没有对每个特定物体都分配一个特定的神经元，我们收到的都是一大堆复杂的、互相有重复的信息，但是我们可以精确识别。这是怎么做到的呢？

对AI来说，解决方法是「监督学习」。

但脊椎动物的大脑，并不是用监督学习的方法搞模式识别的。

• 没人给它们标记训练素材，而且碳基大脑不可能每训练一次就调整那么多神经元的参数。
• 脊椎动物模式识别靠的是自动联想学习
• AI科学家是用「卷积网络」的方法解决的 复杂识别难题
  • 但是我们很清楚，人和鱼的大脑肯定用的不是卷积网络：我们的神经元不是分那么多层的结构。
  • 大脑用的什么方法？我们不知道。

现在包括最先进的GPT在内，所有大语言模型训练好之后，都必须把参数锁死再推向市场，不能随便继续训练。

• 因为模型的训练必须非常小心才行，你搞不好学到新知识就会覆盖旧的知识，把参数搞乱了，这叫「灾难性遗忘(Catastrophic Forgetting）」
• 可是脊椎动物从来都没有灾难性遗忘，鱼不会因为学了新技能就忘了旧技能。我们都是艺多不压身。
• 碳基大脑是怎么避免灾难性遗忘的？现在没人确切知道。

但我们的确知道，要实现某些特殊功能，需要特殊的硬件结构支持。

• 比如脊椎动物大脑中有个海马体，就对我们形成空间感知的能力非常重要
• 你每次出门行动不会走固定的路线，你会抄近路，是因为你在海马体中构建了一幅世界地图，你知道自己所处的位置。蜜蜂和蚂蚁没有这个能力。

进军陆地

先祖本来我们在海洋里生活得挺好，后来怎么就来到了陆地呢？这纯粹是被逼的。

• 首先是植物进军陆地，因为在陆地上可以更好地进行光合作用。
  • 那些植物在很短的时间内就占领了地球的大陆，从几十厘米演化成几米高，就像现在的树一样。
• 那时如果你从太空看地球，会发现陆地是片绿色。这听起来挺不错，实际上却是出了大问题。
  • 植物的肆虐，打破了光合作用和有氧呼吸的平衡。
  • 植物消耗二氧化碳、产生氧气的速度太快，导致地球上二氧化碳急剧下降，于是就是全球变冷。
  • 那可是真冷，海洋都结冰了，以至于不再适合生物生存。
• 到了距今3.75亿年前，也就是所谓泥盆纪末期，地球迎来了又一次生物大灭绝。
• 具有讽刺意味的是现在我们都在担心二氧化碳太多，殊不知历史上两次大灭绝事件都是因为二氧化碳太少
  • 也许植物才是碳中和的终极力量。
• 想要在这次大灭绝中存活下来，很多动物就得离开海洋前往陆地。
  • 我们就这样进化出来了肺，可以在空气中呼吸。
  • 这是一个逐渐适应的过程，一开始我们是肺和鳃并用，既能在空气中呼吸也保留了在水中呼吸的能力。
  • 我们到了陆地也尽量待在水坑中。后来渐渐彻底离开了水，我们的鳃消失了，蹼变成了手和脚，我们成了专门在陆地过活的四足动物。
• 这时，我们的祖先迎来一次大分叉：一部分继续保持冷血，成为今天爬行动物的祖先，而我们则变成了温血动物。
  • 这个战略选择有利有弊。
    • 温血动物的好处是体温保持不变，这样哪怕晚上气温低，我们仍然可以灵活行动，可以随时捕猎
    • 对比之下，爬行动物到了晚上体温和气温 一起降低，就变得僵化而难以活动了。 于是只要等到晚上，他们岂不就都成 了我们的猎物了吗？
    • 但温血动物的缺点也很明显，那就是我们 需要更多食物维持体温，而爬行动物侧吃 得比较少
• 事实证明这个战略选择一开始是对的。 当时的我们进化成了「兽孔类 (therapsids).」，大概像老虎那么大，外观像蜥蜴。我们甚至发明了“长毛”的办法保持体温。
• 那时候陆地上有丰富的食物，经常行动不便的爬 行动物被我们欺负得一点脾气没有。
  • 此后五千万年内，都是我们在统治世界。
• 那样的日子似乎也不错..…直到距今2.5亿年前， 地球又迎来一个大灭绝。
  • 这是地球历史上最严重的一次物种大灭绝， 在五百万到一千万年之内，96%的海洋生物和 70%的陆地生物死亡。
  • 科学家不知道这次大灭绝的原因。
    • 可能是小行星撞地球，也可能是火山爆发，也可能是别的。
    • 这次灭绝导致兽孔类几乎被团灭，因为食物 太稀少了。
• 那些本来就不需要多少食物的爬行动物， 反而更容易存活下来。他们演化出了恐龙。
• 此后的世界成了恐龙的天下。它们将一直主宰地球一亿五千万年。爬行类似乎笑到了最后.…

不过幸运的是，我们中也有些幸存者。为了在恐龙世界的缝隙中存活，这时候的我们有两个特点

• 一个是住在洞穴里
• 还有一个最大的特点是体型越来越小。

这种动物的学名叫「犬齿兽（cynodonts)」

• 我们从当初像老虎那么大，变成了像老鼠那么大。
• 就是卑微到这个地步，我们白天还不敢离开洞穴觅食。
• 必须等到寒冷的夜晚，恐龙行动不方便的时候，我们出去找点吃的。
• 最初是只敢吃点植物，后来发展到吃昆虫，有的还学会了爬树。
  我们有过辉煌的时刻，如今却只能忍耐。我们就这样低调地生存了一亿五千万年，还是根本看不到出头之日。

但是演化之神，却是再次眷顾了我们。就在那漫长的远古黑夜里，我们默默地从兽孔类变成了哺乳动物。

比肌肉力量和速度，成为哺乳动物的我们远远比不上恐龙和鸟类，可以说只要被人家发现就十分危险。

• 但我们的好处是可以先出手。
• 我们有时候藏在洞穴里，有时候藏在树上，平时谁都不招惹，就好像潜水艇一样等待时机。
• 一旦附近有个昆虫什么的猎物，而恐龙和鸟类的距离又比较远，我们就可以迅速出手捕猎，等他们反应过来我们已经回家了。这岂不是好？先下手为强。

要做到这一点，你需要两个重要条件。

• 第一个条件是你的视力得非常好。
  • 这只在陆地才有意义。
  • 在水里，视力再好的动物也看不了多远，学潜水艇没啥意义，所以鱼类不研究这招。
  • 但是在陆地上，恐龙的视力也不错，可他们也学不会先出手。
  • 因为他们的大脑缺少一个只有我们哺乳动物才有的能力。
• 这就是第二个条件：做计划。
  • 发起攻击之前，你得先做个规划才行，不能像爬行类那样想上就上。
  • 猎物距离你有多远，距离最近的恐龙又有多远？你选哪条路线？如果你的冲刺惊动了猎物，你能预判他会往哪跑吗？那个方向对你安全吗？你的退路是什么？
  • 这些不是脊椎动物都会的强化学习所能做到的。
  • 强化学习是在做中学，是来情绪了就直接动手，中间遇到什么事儿咱见招拆招便是。
  • 这种打法适合在安全的环境中捕猎，反正就算失败也无所谓。
  • 而现在我们身处危险环境中，一击不中必须全身而退才行。

要会做计划，我们的大脑必须会「模拟」那个环境。

• 我们需要先把行动在自己大脑模拟的环境中演练一遍。
• 当然这意味着大脑得转的够快才好。这是我们温血动物的优势，不像爬行动物天一冷就想不了事儿。这没问题。
• 但模拟可不是脑子转得快就行。
  • 要模拟，你必须会「想象」才行，你得能用大脑生成一个环境，并且和这个环境互动。
  • 鱼和爬行动物至今没有这个能力，鸟类后来独立演化出了这个能力。
• 穴居的哺乳动物祖先，不知道因为什么样的机缘，在原本大脑皮层的外边演化出了一个新皮层。正是这个新皮层给了我们想象力。

脊椎动物和无脊椎动物的区别

脊椎动物和无脊椎动物的本质区别就在于是否把大脑作为中央指挥系统。
脊椎动物大事小情基本都要由中央的大脑拿主意，地方上没有什么自由裁量权，相当于极端的秦制。

• 因为地方事事都要请示中央，你就必须有个很强的连接大脑和身体各处的高速公路，这就是「脊椎」的作用。
• 它用骨骼把最重要的神经传导路线保护起来。

而无脊椎动物，因为是西周封建制，地方有事儿一般自己就定了，无须事事请示，也就不需要信息高速公路。

• 想象一个盲人正在读一封信。 你知道盲文是一种点阵文字，可以用 手指摸着读，不必经过眼睛。
• 无脊椎动物的思维模式，就相当于这个盲人的几个手指头读完信，商量商量就把回信也给写了，而自始至终他的大脑都不知道收到过这么一封信。

产生生命比产生智能困难得多。

一个系统要想被称为生命，它最起码得满足三个条件：

• 第一，会复制出下一代；
• 第二，会自己获取和利用能量；
• 第三，能智能地应对外部环境，比如说有一定的防御能力，知道去哪觅食等等。

这些不但是智能，而且是极高的智能。

• 单是其中涉及到的各种化学反应过程，对我们来说都过于复杂。现实是不要说整个生命，我们连一个细胞都制造不出来。

硅基生命和碳基生命

而且我相信这个宇宙中真正的生命一定是碳基的。

• 碳是一个非常有亲和度的原子，它可以跟别的原子发生各种反应，组成特别复杂的结构，这才有了生命必需的大分子结构。
• 而硅的社交能力就要弱的多，以它为组织者无法形成超大分子。
• 还有，硅的氧化反应物都是固体而不是气体，不能在空气和水中到处跑。
• 这就使得硅基生物无法参与像氧气+糖一一二氧化碳那样的能量循环，它就没有生态圈。