合作是第3個進化原則

如果從正確的角度審視數學，你會發現它所擁有的不僅僅是真理，還有一種無與倫比的美，就像雕塑作品所散發出來的那種冷峻、簡樸的美。這種美并不會迎合我們的脆弱天性，也沒有繪畫或音樂的那種華麗裝飾，它極度純凈，絕對真實，只有最偉大的藝術才能達到這樣的完美境界。

伯特蘭·羅素，《數學研究》

對于合作機制的揭示和理解，我的總體方法論非常簡要清晰，即便某些具體細節可能會顯得有些神秘。我喜歡通過數學來表述自己的想法、直覺和生活感受。有了數學，我才能鉆到紛繁復雜的情況中去，并利用自己的判斷力和一點小運氣，來揭示事物背后簡單壯美的本質。而建立一個成功的數學模型，其關鍵是要抓住一條自然法則：你對真理的表述要能激發人們的敬畏。這便如同米開朗基羅杰出的雕塑作品一樣，正因其捕捉到了物理美學的真諦，才能讓人驚嘆不已。

傳說有人曾問米開朗基羅，他是如何創作出《大衛》這一杰作的，米開朗基羅的回答是，他僅僅是把那塊大理石上不屬于大衛的部分拿掉了而已。當數學家在面對超級復雜的現象和問題時，也同樣需要將大量的觀察結果和思想觀念一層層剝離開來，只有這樣，問題的真正本質才會逐漸清晰，無比美妙的數學思想才會得以顯露。米開朗基羅將他作品中的人物形象從石頭的禁錮中解放了出來，同樣，我也要讓數學模型擁有自己的生命，不光可以在其被構思出來的環境中生存，還能適用于其他各種條件。

米開朗基羅的作品主要從人體，尤其是裸體男性身上尋找靈感，后來其靈感來源轉到了新柏拉圖主義的思想之上；該主義認為，人體只不過是渴望回歸上帝的靈魂的載體而已。近兩個世紀以來，科學一直試圖對自然現象作出解釋，而在利用數學描述世界的過程中，人們的靈感來源和重點也在發生變化。最初，數學的應用主要聚焦于物理世界。牛頓用數學來闡述運動規律，從行星繞太陽的運轉，到箭矢射向箭靶的軌跡。牛頓揭示出了一個令人驚訝的規律：無論是地球上還是太空中的物體，都受到同一個萬有引力的約束，雖然各自的現象不同——行星被束縛在特定的軌道中運行，而像箭和蘋果這樣的物體則會掉回地面。

如今，關于宇宙的建模研究也開始逐漸擴展到生物和社會領域。在對生命世界的建模研究中，一代又一代科學家不斷涌現的思想匯成了科學的長河，而在這一思想長河中泛起的漩渦和漣漪里，有一股強大的水流翻起了驚人的巨浪。這股水流來自于查爾斯·達爾文，是他提出了生命起源的統一法則。直到今天，這一革命性的觀點仍然在產生著巨大的影響。

達爾文的研究工作緩慢而有序。經過幾十年的辛苦研究，達爾文得出了這樣一個結論：所有的現代生物物種都有一個共同的祖先，而自然選擇是生物物種變遷的主要原因。由于繁殖某一物種時并非是完美的復制，因此而產生的變異讓生物多樣性的出現成為可能。不過，中國的傳話游戲也向我們揭示出，如果游戲中傳遞的是一句無意義的話，傳到最后的結果必定會有誤解，甚至是胡言亂語。正因為如此，在生物的變異過程中，需要有一種方法來選擇有意義的變異。達爾文對此的答案是，只有當一種性狀能夠為生物帶來進化優勢時，這種性狀才會在漫長的生物代際之中得以傳遞。這一有力的觀點已經成為現代科學的基石。

達爾文的觀點很簡單，但從中也可以衍生出無窮無盡的復雜性。在每一個生物身上，都有一些遺傳信息可以傳給自己的下一代。在一個種群之中，遺傳信息會發生變異。當自然資源有限，不是每個出生的個體都能存活或繁殖時，攜帶某些特定性狀（遺傳信息）的個體就會在競爭中敗北，被那些更適應環境的個體所取代。把基因傳給后代這種能力在遺傳上所表現出來的差異——自然選擇，意味著隨著攜帶優勢性狀的個體的不斷繁衍，這些性狀將越來越普遍。于是，需要考慮的只有一件事：能否存活到繁殖的那一天。

達爾文用于解釋生物多樣性和變異性的理論，被越來越多生物學家的大量研究數據所證實。而特定環境下的選擇行為決定了，重大的差異會隨著時間的推移在進化過程中逐漸顯現出來。隨著新的變異不斷積累，某個物種分支獲得的差異越來越大，以至于它與原本的近親之間已經無法進行基因交換。這時，新的物種便誕生了。非常有趣的是，雖然我們現在把這種機制稱為“進化”，但這個詞本身在《物種起源》中卻一次也沒出現過。

達爾文本人相信，自然選擇是由沖突所支配的。他在書中無數次地提到在大自然中、在我們周圍所存在的“生存斗爭”。達爾文筆下的“生存斗爭”被后來的許多人所引用，并賦予了一定的感情色彩，以至于這一觀點本身幾乎成了某種價值觀的代表。英國詩人阿爾弗雷德·丁尼生（Alfred Tennyson）在緬懷朋友的死亡時寫下了著名的詩句——大自然的“尖牙利爪盡帶血紅”。1864年，自由市場的堅定擁護者、哲學家赫伯特·斯賓塞（Herbert Spencer）創造了一句朗朗上口、廣為人知的名言——“適者生存”，這也標志著達爾文思想就此登上政治舞臺。

歸根到底，自然選擇是關于競爭、狗咬狗、贏者通吃的理論。不過，達爾文指的是最適應環境的物種，而不一定是最強的。但仍然有報紙得出結論，稱達爾文的研究表明，“力量是正確的，因此拿破侖是正確的，每一個行騙的生意人也是正確的。”對達爾文理論的濫用風潮愈演愈烈，例如人們用它為種族主義和種族滅絕進行辯護、用它解釋為什么白人殖民者優于低等的土著、用它支持“優等”人種繁衍理論，等等。雖然這些濫用對達爾文理論本身是一種扭曲和貶低，但也從另一方面顯示出了這一理論的強大威力。

盡管達爾文理論在前人的解釋中偏向于競爭，但我一直堅信，競爭并不是生活的全部。我們也會互相幫助，有時候甚至會幫助陌生人。通過牛津饑荒救濟委員會（Oxfam），我們為來自70多個國家的陌生人提供了幫助；通過比爾及梅琳達·蓋茨基金會，我們支持了100多個國家的慈善工作。我們會精心、巧妙地選擇場地，舉辦投入不菲的名人慈善晚宴；我們還對動物富有愛心。這究竟是為什么？這一切貌似發生在進化論缺習的地帶，而實際上，這卻恰恰與生命的奧秘緊緊相連。

當把囚徒困境放到進化的背景下進行觀察時，我們會發現，競爭和沖突始終存在，正如陰陽兩面總是形影不離一樣。達爾文及其追隨者們已經對突變和選擇進行了詳盡的分析和論證，然而，我們還需要在進化中引入第三個因素——合作，這樣才能創造從細胞到社會這一系列的復雜實體。許多研究證明，競爭之路有時可以通向合作。理解這一點，就能解釋細胞和多細胞有機體（例如人類）是如何進化的，也能解釋人們在社會中采取如此復雜的行為方式的原因——合作是復雜生命的設計師。

要達到這一目標，我們首先必須給進化理論搭建一個更堅實的基礎。像突變、選擇和適應性這些概念，只有通過數學的形式來表述，才能變得更加精確而清晰。達爾文本人并未做到這一點，他也非常了解自己的不足。在其自傳中，達爾文坦承自己計算能力不強——“在數學上，我下的工夫不夠，對數學的幾大主要原則理解不深，對此我深感遺憾。我覺得，能學好數學的人仿佛擁有一種特殊的感知能力。”他似乎也明白，如果想進一步充實自己提出的關于生命的激進思想的內涵，就需要引入更加精確的闡述方法。他形容自己的心智“就像一臺機器，將大量的事實碾碎，從中磨制出普遍的原則”。不過，就連達爾文也渴望掌握一種更加嚴謹的研究方法，從而推導出更精確的原則，解釋大量的數據。他需要一個數學模型。

現代人對于遺傳過程的理解可以概括為“孟德爾遺傳定律”，這個命名是為了紀念格雷戈爾·孟德爾（Gregor Mendel）。他在維也納大學的植物學考試中不及格之后，就回到修道院去進行自己的遺傳實驗。在豌豆種植實驗中，孟德爾對飽滿豆莢和有皺紋豆莢的情況進行了分類整理，并得出一個結論：遺傳是“獨立”而非“混合”的。后代從父母身上遺傳了獨立的因子（基因），因此，當豌豆父母雙方一個飽滿一個有皺紋時，其后代要么飽滿，要么有皺紋，而不會處于中間狀態。

在孟德爾的故事中，有一個事實常常被人們忽略，那就是孟德爾的數學非常好。偉大的基因學家和統計學家羅納德·費雪甚至把孟德爾稱為“對生物學有興趣的數學家”。孟德爾之所以能夠發現遺傳定律，是因為他利用明確的數學假設來引導自己的研究，并且在一定程度上有意忽略一部分不能證實其假設的模糊的實驗結果。如果孟德爾最初對實驗結果進行不加限制的開放式統計分析，他很可能就不會成功。

1908年，戈弗雷·哈羅德·哈代（Godfrey H. Hardy）提出了一個方程式，用于解釋生物基因傳遞的效應。哈代是個喜愛板球運動的劍橋大學數學家，在其經典著作《一個數學家的辯白》（A Mathematician’s Apology）中，他對數學的藝術性大加贊美。有意思的是，哈代這位純粹的數學家在這件事上轉換了角色，其研究成果被一個德國醫生威廉·溫伯格（Wilhelm Weinberg）成功引用，并用來解釋種群中基因頻率的規律。牛津大學的羅伯特·梅甚至一度將哈代—溫伯格遺傳平衡定律稱為生物學領域的牛頓第一定律。感謝哈代和溫伯格，我們如今有了一個普遍適用于各類生物的數學定律。

到了19世紀二三十年代，在自然界遺傳模型的研究領域涌現出了著名的三劍客，他們分別作出了開創性的貢獻。首先是擁有超強將問題具象化能力的費雪爵士，這一能力來源于他兒時的經歷；由于視力不好，他在學習數學時不用紙筆，單憑想象，從而練就了這個能力。還有強勢人物霍爾丹（J.B.S Haldane），他出身貴族，同時也是個馬克思主義者，曾任英國《工人日報》的主編。在本書第5章中我們會詳細說到他。三劍客中的最后一位是美國基因學家休厄爾·賴特（Sewall Wright），他同時還對數學的親戚——哲學很感興趣。借用一個老笑話來比喻兩者的區別：數學家需要紙、筆和一個廢紙簍，而哲學家則只需要紙和筆。

三劍客的研究成果湊到一起，首次將突變、選擇和進化的基本概念整合到同一個數學框架中來。他們把達爾文關于動物個體相互競爭、繁育后代的理論，跟孟德爾關于父母如何向后代傳遞獨立基因性狀的研究結合起來，形成了現代的“綜合進化論”，或稱為新達爾文主義。我也與其他人一起合作，對這些思想進行了擴展，將囚徒困境放到進化群體中研究，從而總結出了一些基礎理論和機制，用于解釋合作是如何在達爾文的“狗咬狗”的世界中發展起來的。

在過去的許多年里，我一直在探索囚徒困境的奧秘，利用計算機模型、數學知識和實驗來揭示進化中合作的產生機制，以及它如何成為這個世界的一部分。根據我的研究，關于合作的產生一共有5種機制。在后續的五個章節中，每一章將分別闡述其中的一種。而在本書的其余部分，我們會探討這些機制在更廣泛領域中的應用，從簡單的分子級合作，擴展到多種多樣、復雜精巧的人類合作形式。

本書將詳細描述那些為生命的第一次出現鋪平道路的過程，以及合作對多細胞有機體誕生所起到的重大影響，也會談到細胞的合作有可能誤入歧途而使人致癌。我會在書中提出一個新的理論，用于解釋昆蟲在許多高級群體行為中表現出來的驚人合作能力。我還將探討如下問題：語言如何發展成為人類合作的黏合劑、“公共品博弈”是當今對合作的最大挑戰、懲罰的作用、朋友或熟人之間的網絡，以及在研究合作的過程中獲得的一些關于合作的見解。

人類是超級合作者。借助語言和溝通的非凡力量，我們能夠利用所有的5種機制進行合作。雖然互相合作的人類已經成為地球的統治者，但人類除了繼續進化以外別無選擇，也要像現在控制著環境一樣，對自身的合作進化進行高度的控制。在本書中，我將對這一判斷進行解釋。我們之所以必須繼續進化，是因為我們正面臨嚴峻的全球性問題，而其中的許多問題已經威脅到人類的基本生存。我們已經擁有了自我摧毀的強大能力，我們更需要創造性地利用合作的創造力。