如何解决复杂问题：用生物进化的三大力量寻找复杂问题的解决方案 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

《如何解决复杂问题》从生物进化的角度，解释了驱动生物进化的三大决定性力量：自然选择、遗传变异和DNA重组。在这三大力量的综合作用下，生命得以用极具创造性的方式解决进化历程中遇到的各种问题。通过在生物进化与人类创造力之间进行对比，作者发现了两者间的惊人相似性，提出了借助生物进化的智慧提升人类创造性的独创性观点！

借助对于生物进化的洞察，我们可以更好地发挥人类的创造力，让孩子过上更加充实的生活，增强商业创新能力，提升整个国家的创造力水平。

部分 生物进化中的三大力量

第1章 适合度景观：生物进化是一场征服景观高峰的壮丽旅程- 003

三位大咖联手勾勒生物进化景观- 005

适合度景观的特征：抽象、简化与多维- 010

第2章 力量一：自然选择- 023

分子生物学革命深化人类对生命进化的认知- 025

自然选择：驱动生物种群朝着进军- 028

自然选择的缺陷：无法帮助生物摆脱进化的死角- 033

第3章 力量二：遗传漂变- 043

王室贵族的悲歌——近亲繁殖导致消亡- 045

遗传漂变：帮助物种在景观中小范围漫游- 051

遗传漂变的两面性：使强者恒强，使弱者愈弱- 055

第4章 力量三：基因重组- 067

性：帮助生物实现大规模基因重组- 075

基因重组：帮助物种在适合度景观内远距离跳跃- 078

第二部分 如何应用生物进化的力量解决复杂问题

第5章 能量景观：宝剑是如何铸成的- 087

完美的巴基球结构- 089

能量景观的峰藏在深的山谷中- 091

热量变化可以帮助分子从山谷中脱困- 096

殊途同归的热运动与遗传漂变- 099

第6章 方案景观：如何解决旅行推销员问题- 101

将寻找解决方案的任务委托给计算机- 103

解决复杂问题需要创造性的解决方案- 105

贪婪算法：只接受更优的结果- 107

模拟退火算法：即使结果变差，也暂时接受它- 110

遗传算法：模拟物种进化，找到方案- 112

第7章 思维景观1：毕加索名画《格尔尼卡》是如何创作出来的- 125

《格尔尼卡》背后的45 幅草图- 127

创造力的产生是各类想法持续“进化”的结果- 128

创造的过程不是一马平川，也不是一路向上- 133

第8章 思维景观2：如何激发创造性思维- 141

游戏对于创造，就如同遗传漂变对于生物进化- 143

做梦可以让意识从低矮的山丘爬下来- 146

走神可以让我们进入创造力孵化期- 147

第9章 教育景观：如何培养创造性人才和建立创造性组织- 165

竞争很重要，过上富有创造力的生活更重要- 167

保护个人或群体的多样性- 171

激发内在动机，强化自主性- 172

接受失败，鼓励探索性研究- 187

后记 景观，不仅仅是隐喻

注释

[奥地利] 安德烈亚斯·瓦格纳

圣塔菲研究所外聘教授，苏黎世大学进化生物学及环境研究专业的教授及负责人。

耶鲁大学生物学博士，奥地利维也纳大学分子遗传学学士，曾在德国、美国、法国等国开展学术交流活动，出版了《适者降临》等畅销作品。

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适合度景观：

生物进化是一场征服景观高峰的壮丽旅程

三位大咖联手勾勒生物进化景观

1915 年正值次世界大战期间。那年春天，德国军队次向协约国士兵释放了化学武器氯气。为了挽救协约国士兵的生命，约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹（John Burdon Sanderson Haldane）吸入了氯气，以此想要找到更好的防护方法。霍尔丹当时是一名23 岁的军官，曾在牛津大学接受数学与古典文学教育。氯气袭击发生时，他正在法国前线服役。英国军队下发了9 万个防毒面具，但无一奏效。霍尔丹临危受命，与身为牛津大学生理学家的父亲一起研发更有效的防毒面具。他们建造了一个小的气室，在气室内，他们会呼吸氯气，让肺部达到“充分过敏”的状态。

像这样以身涉险，拿自己的身体做实验的研究方式，在霍尔丹家族有着悠久的历史。霍尔丹的父亲之前负责为英国政府勘察矿井，为了让小时候的霍尔丹了解甲烷的作用，他让霍尔丹在一个受污染的矿井里大声朗诵莎士比亚的作品，一直到霍尔丹晕倒了才罢休。后来，霍尔丹成了牛津大学的一名研究员，在很多实验中，他会服下盐酸和其他有毒的化学物质，以此来提升血液的酸度。这样做的后果是，他会在接下来的数天时间里都处于疼痛难忍、剧烈腹泻或喘息不已的状态。

但霍尔丹绝不只是一个拿自己做实验并乐此不疲的古怪科学家。他几乎称得上那个时代里伟大的博物学家。霍尔丹是一个早熟的孩子，3 岁之前就学会了阅读，他对古典文学的精通程度，就如同对科学一样，同时代的人称他为“后一个了解万物的人”。在科学领域，从生理学、统计学到遗传学、进化学以及生物化学，霍尔丹都有所建树。有意思的是，就像我们在本书后面还会提到的其他杰出的创造者一样，他在审视自己的成就的时候却显得有些短视（这并不是说他是非不分）。霍尔丹以为，与细胞色素氧化酶有关的研究是他重要的成果，但历史学家并不这么认为。

今天，霍尔丹为人称道的是由他创作的对20 世纪的生物学有着重大意义的数学著作。他与英国统计学家罗纳德·费舍尔（Ronald Fisher）、美国遗传学家休厄尔·赖特三个人一起组成了三巨头，合力将进化生物学从一门专属达尔文这样的博物学家的学问转变成了一门精确的数理学科。

达尔文的主张早已家喻户晓——所有生命都来自一个共同祖先，而自然选择在其中功不可没。5 鲜为人知的是达尔文基于博物学家的意识积累下来的各式证据，其中就包括我们在育种方面取得的巨大成功。人们通过人工选择的手段，造就了迷人的玫瑰、高产的小麦，还有像巴哥犬和罗威纳犬这样与众不同的犬类。此类证据还包括各种各样的化石，从古老的岩石中的原始蠕虫的隐秘痕迹，到复杂的像菊石这样的无脊椎动物，再到更为现代的生命形式，如鱼类、两栖动物、爬行动物，后到哺乳动物。这些证据还包括动物的解剖结构，比如，即便是像老鼠和蝙蝠这样表面看上去截然不同的动物，也不过是基于同一套蓝图生成的两个不同变体，这就说明，老鼠和蝙蝠存在着深层次的联系。更多的证据则来自一些无用的“返祖”性状，比如鱼类身上功能并不完备的眼睛，这应该是拜它们生活在黑暗洞穴中的祖先所赐。再比如，鸟类的牙齿只有在胚胎时期才会出现，在整个发育过程中，鸟类的牙齿是先生长再消退的。这些已被证明是它们满嘴长牙的爬行类动物祖先遗留下来的痕迹。

达尔文的证据还包括在夏威夷和加拉帕戈斯等偏远岛屿上发现的各式各样的物种——各种奇异的鸟类、昆虫和蝙蝠层出不穷，却鲜见哺乳动物和两栖动物。乍一看，这种反差难免让人感到困惑，可这恰巧说明这些岛屿上的动物群并不是某个疯狂的造物主头脑发热的产物。相反，正是那些可以借风或飞行到达偏远岛屿的陆地物种，它们一旦从物种竞争中解脱出来，就如同进入了聚宝盆，进化出了令人眼花缭乱的新形态。

达尔文的理论鼓舞着博物学家去寻找更多的正在进行中的进化的证据。没过多久，他们就找到了桦尺蛾（Biston betularia）这个有趣的例子。就像生物学家钟情的其他生物——小个子的果蝇和更小的大肠杆菌一样，桦尺蛾本身并无出奇之处。它只是地球上的一类毫不起眼的居民，但这恰恰就是重点：它生存的目标就是要适应环境。在位于英国的栖息地里，桦尺蛾的灰色翅膀上长着木纹状的、黑白相伴的斑点，与周围青苔覆盖的树皮相近，形成了完美的伪装。桦尺蛾或许是我们可以找到的“适者生存”直接的例证。翅膀上带斑点的桦尺蛾在树的表面纹理的映衬下很容易躲过鸟类敏锐的眼睛。在某些实验中，人们将桦尺蛾固定在树上，并监测它们被鸟类吃掉的概率，结果也证明了这一点：在有着浅色树皮的树林里，翅膀颜色偏深的桦尺蛾更容易被吃掉。这也就是说，它们的适合度还不够。

深色桦尺蛾是由控制翅膀颜色的基因发生的偶然突变导致的。这种突变创造了新的等位基因A，这种基因决定了桦尺蛾的翅膀颜色会更深，而翅膀颜色更深使得桦尺蛾更明显地暴露在了捕食的鸟类面前。在工业革命开始后，深色桦尺蛾的不利处境反转了。由于树木上覆盖了很多黑色的烟尘，深色桦尺蛾的隐蔽性提升，浅色桦尺蛾反而越来越显眼了。携带这种新等位基因的深色桦尺蛾更加适应受到污染的环境，存活率得以大幅提升。随着空气污染越来越严重，被烟尘覆盖的树木也越来越多，浅色桦尺蛾日渐减少，深色桦尺蛾日益增多，长此以往，深色桦尺蛾成了受污染地区桦尺蛾的普遍形态。

短命的桦尺蛾，庞大的种群，快速变化的环境，对像霍尔丹这样擅长数学的科学家来说，一切都正中下怀。在曼彻斯特这座工业城市，深色桦尺蛾花了半个世纪的时间完全取代了浅色桦尺蛾。在此基础上，霍尔丹建立了数学方程，用以计算一只浅色桦尺蛾被鸟吃掉的概率比深色桦尺蛾大多少，答案是约30%。正是这个不大不小的适合度上的差异，让一个人在有生之年看到了整个桦尺蛾种群的翅膀颜色发生的转换。

桦尺蛾的翅膀颜色属于非连续变异，每一种变异都是由不同的控制颜色的等位基因引起的。与此相反，自然界中的大多数变异都是分级、连续的变异，如森林中各种不同的绿色、狗的皮毛上数不清的深浅不一的褐色斑点以及大小相差悬殊的麦粒。人类的身材之间也存在着广泛的差异，比如以矮闻名的俾格米人和以高著称的荷兰人。这些都属于多基因变异（polygenic variation），性状的差异不是由个别基因决定的，而是同时受到了数百个微效基因的影响。

接下来该说说三巨头中的罗纳德·费舍尔了。费舍尔是剑桥大学的一名数学家，同时也是现代统计学和群体遗传学的奠基人。费舍尔在罗萨姆斯特德农业研究站工作了10 年。在那里，他分析了农业育种数据，拓展了霍尔丹的数学成就，研究了高度或产量等多基因遗传的性状。他从数学上证明了选种强度与性状的代际进化速度的关系，比如人们要从一群奶牛中挑选出多少个个体，或要留下多大比例的小麦，才能推断出产奶量和谷粒大小这样的性状进化的速度。费舍尔的研究成果不仅行之有效，从数学精度上来说也使达尔文学说的很多部分达到了顶点。

和费舍尔一样，赖特也在研究农业中的实际问题，比如如何培育出高产的牛、猪和羊。和精通理论的费舍尔不一样的是，赖特不仅熟谙数学技巧，还是一个不折不扣的实验主义者。他曾在3 万多只豚鼠身上开展了育种实验（豚鼠的产奶量可能没有人关心，但在育种实验中，它们体积小、繁殖速度快，群体规模大，因此作为实验对象可比奶牛合适多了）。在这些实验中，赖特注意到了一些蹊跷之处：如果人们总是挑出秀的个体用于繁殖（这也是费舍尔为成功育种所开出的药方），重复几代之后，终却不一定会获得优良的品种。

如果人们基于改善牛肉品质或者产奶量而进行选种，在繁育的过程中，他们总是会得到一些其他性状恶化的个体。这种情况一旦发生，就意味着原本势在必得的育种工作，陷入了另一个进化的死胡同。

赖特还研究了人们保存的长达100 多年的动物育种及谱系记录。把所有这些数据放在一起，他找到了费舍尔遗漏的东西：基因之间复杂的相互作用。个基因在提高产奶量的同时会降低肉质，第二个基因在提升肉质的同时会降低生育能力，而第三个基因可以提升生育率，却也会增加奶牛死于疾病的风险。赖特通过数学分析发现，自然选择虽然必不可少，却不足以推动进化的进程。这些基因之间的相互作用才是关键所在。

你可能会问，在创造力这件事上，豚鼠和奶牛又能教给我们什么呢？牛的品种也好，玉米的种类也好，当我们把它们跟大自然中无数物种辉煌壮丽的多样性相比的时候，人类在家畜身上所做的育种工作实在显得微不足道。但达尔文在他的《物种起源》中提醒过我们，人类已经在某些物种身上创造出了相当壮观的多样性。时至今日，已经很少有人知道玉米棒子和墨西哥类蜀黍同为一个物种了，吉娃娃犬和大丹狗看上去也是截然不同的，要说它们是同一物种只会让人们惊讶不已。人类在动植物育种中取得的成功，本身就是进化的一个缩影，其背后的原理跟40 亿年来的物种进化是相同的。由此可知，赖特的见解将帮助我们在更大的范围内理解大自然的创造力。

1932 年，赖特应邀在第六届国际遗传学大会上向一群普通的生物学家介绍他的工作。不巧的是，他用到的数学知识超出了这些生物学家的平均水平，无奈之下，他只能以一种更容易理解的方式来进行说明。 在这种情况下，适合度景观的概念应运而生。

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编辑推荐

深入探索生物进化的奥秘，拓展认知边界，培养创造性思维，过上充实且富有创造力的生活。

圣塔菲研究所外聘教授瓦格纳突破性之作，揭示生物进化与人类创造力之间的惊人相似性，助你在生活中挖掘自己的创造力，更重要的是，如何避免从善意出发却扼杀了创造力！

湛庐文化出品。

书摘插图

前言 景观思维：关于创造力的新科学

早在生命诞生之前很久，大自然就创造出了漩涡状的星系和有着热核引擎的恒星。它还创造出了绚烂夺目的晶体，比如那些在地球深处孕育了数百万年的钻石。进而，大自然创造出了复杂的有机分子，而这些存在于星际气体、陨石和深海热泉口中的分子，就是生命的基本构件。一旦它们被组装成了早的活细胞，达尔文进化论就开始发挥作用了。此后，生命开始永不满足地从阳光中、从富含营养的分子里汲取能量。有了分子发电机，生命得以征服地球上的每一种生态环境。从浩瀚的赤道大洋到寒冷的北极冰架，从炽热的地下熔岩到无垠的干旱平原，乃至冰雪覆盖的永久冻土，生命无处不在。

经历漫长的地质时间，单个的细胞得以聚集在一起，组成一个个拥有数百万甚至几十亿同类的专业化团队。后来，这些多细胞生物又进化出了传感器，得以感知气味、声音和光影，并开始探索大千世界。它们还学会了避敌之术与猎食之法，飞行、打洞、行走、游泳，各展其能。终，它们的神经系统进化出了复杂的大脑，这才能够创造、辨析各种抽象的符号，如本书中的文字。接下来就轮到了人类大显身手：从拉斯科的洞窟壁画到莫奈的风景画，从简单的算盘到复杂的超级计算机，从苏美尔的计算泥板到詹姆斯·乔伊斯（James Joyce）的《尤利西斯》（Ulysses），从毕达哥拉斯定理到薛定谔方程。

这些千姿百态的成就，无一不是源自大自然的创造力。说起“创造力”这个词，人们可能会想到某些鸟雀，它们可以利用工具将昆虫从藏身之处逼迫出来；也可能会让人们想到某些黑猩猩，它们可以制作原始的长矛来猎杀婴猴。但我在这里想讲的是一种在化学、生物学和文化层面更为普遍的创造力形式。

人类的创造力在很大程度上符合心理学家广泛使用的一个定义：一个具有创造性的想法或者产品，就是一个能够解决某一问题的独特且适切的方法。有些问题本身就很简单，例如，怎样把一叠纸固定在一起，这些问题通常都有简单的解决方案，比如用订书机或者回形针。而有些问题则复杂得难以置信，比如如何在围棋这样的策略游戏里击败人类，这些问题也有解决方案，比如创造像AlphaGo 这样的人工智能。这些都是技术性的例子，而把创造力定义为解决问题的方法，在许多其他领域里也是行之有效的，比如艺术领域。20 世纪杰出的艺术史学家、耶鲁大学的乔治·库布勒（George Kubler）曾经说过，“每一件重要的艺术作品都可以看作……解决某些问题的来之不易的答案”。2 这并不是个人之见。稍后我们将看到，人工智能也可以采用问题求解的策略来进行艺术创作，譬如谱写出激动人心的旋律。毋庸置疑，当下的人工智能还远不能与伟大的人类艺术大师相提并论，也许并没有任何一种心理学上的创造力定义可以描述莫扎特的乐曲、毕加索的绘画或罗丹的雕塑。但这个定义还是非常有用的，因为它仍然广泛涵盖了人类所表现出来的创造力。

更重要的是，这个定义甚至远远超出了人类的范畴。早在类似人类的大脑，抑或任何类型的大脑出现之前，生命就需要解决各式各样的问题。能够破坏富含能量分子化学键的酶，就是解决能量获取问题的一个方法。眼睛，一个令人赞叹的光学奇迹，也不过是捕食与反捕食问题的一个解决方案。抗冻蛋白（antifreeze proteins），则是冷血动物对“如何在零度以下生存”这个问题的一个解决方案。同样的思路甚至可以引申到生命诞生之前。例如，晶体本身就是宇宙用来解决“原子或分子如何以稳定的结构进行排列”这个问题的办法。

我是一名进化生物学家，一生的工作都集中在微型藻类、巨型红杉、肠道细菌和非洲大象的身上，试图理解生物进化中的创造性力量。而我发现，现存的无数物种，每一个都是一系列几近无穷的、由各种创造性成就所组成的链条中的一环。每一个生物体，无论是其细胞内的分子机制，还是其身体的物理结构，都是无数创新的产物。而不同形态的生命，有的可以瞬间远距离传送，有的可以披上完美的伪装，有的可以借用阳光的能量，都体现了无处不在且激情四溢的创造力。对此，我着迷不已，不能自拔。

在苏黎世大学我的实验室里，我和大约20 名研究人员组成了一个团队，共同研究不同生物体的DNA，并以此来探究大自然是如何创造出新的生命形式、新的分子类型的。在实验室内，我们还观察了几千代微生物的进化过程，研究它们是如何一路披荆斩棘，克服重重障碍的。同时，我们还比较了微生物进化与其他领域的创新过程之间的相似之处，包括晶体是如何形成的，分子是怎样自我组装的，算法又是怎么解决问题的。

我不仅是一名科学家，还是一个父亲、一名教育工作者。我正在不断探索，以求更好地养育孩子，培养下一代的科学家，雇用有创造力的研究人员，以及建立和运营一支团队。我在整个过程中遇到的问题都非常实际，这鞭策着我查阅了大量有关人类心理学、教育研究、组织管理和创新方面的文献。

正是在这样的探索过程中，我发现大自然和人类有着惊人的相似之处，两者在创造力上如出一辙。而这本书讲述的，远不只是这些相似之处。首先，书中的内容是达尔文未知之事。自然选择理论是一座丰碑，但它只是一个起点。达尔文不知道，也不可能知道的是，自然选择会面临一些自身无法克服的障碍。本书对这些障碍进行了阐述，也解释了进化机制是如何跨越这些障碍的。

其次，这本书也将人类的创造力和现代达尔文进化论的观点进行了比较。两者之间存在着多方面、深层次的相似之处，本书将从心理学、历史和生物学研究的角度加以论证。

后，也许是重要的，本书还解释了这些相似性是如何帮助我们解决问题的。当今人类面临着诸多麻烦，而借助这些相似性，我们可以让孩子过上更加充实的生活，还可以增强商业创新能力，并在一个创新驱动全球领导力的世界里，提升整个国家的创造力水平。

大自然与文化的创造力为什么会如此相似呢？其中一个原因在于，凡是难题，比如怎样形成一个规则的菱形晶体，怎样的捕食策略有效，又或者怎样的触角灵敏，都有一个共同的特征：有多个解决方案，只不过有些实在不怎么样，有些凑合能用，少数相当不错，极少数可以称得上出色。我们可以想象，所有这些方案组合在一起形成了一个“山地景观”，那些不怎么样的方案

对应着低矮的山麓，那些出色的方案则处在群山之巅。这种设想出来的景观又被称为“适合度景观”（fitness landscape），早是由哈佛大学的遗传学家休厄尔·赖特（Sewall Wright）A 提出的。20 世纪初，赖特在美国农业部进行了育种实验，旨在培育出优质的牛、猪和羊。3 通过这些实验，他发现了一些普遍而又怪异的现象：在育种过程中，即使每次都按照自然选择的方式以的标准进行选种，后却始终得不到良种。终，赖特搞清楚了背后的原因，而且创造出了“适合度景观”这个概念来解释这些现象。

在进化的过程中，每一个生物种群都在孜孜不倦地找寻它们所面临的问题的解决方法，鲨鱼探索的是如何在狩猎时节省体力，细菌追求的是如何摆脱抗生素的追杀，而食草动物苦苦寻找的则是怎样靠采集营养并不丰富的叶子活下去。只不过，这些探索都或多或少地带有盲目的意味。赖特把这些解决问题的过程比作在适合度景观中爬山。在达尔文式的生物进化过程中，爬上山顶的过程是这样的：从任意一个方案开始，不管它是多么不堪一用，都在这个方案的基础上修修补补，而每走一步，都只把那些有利于生存的变异保留下来。在人与人、组织与组织之间，与自然选择为接近的类比就是竞争，而它们的本质都是优胜劣汰。在景观中只存在一个的时候，自然选择必然能大行其道。

只要一直保持上坡，一定不会错过点。但是，如果景观中存在着两座、十几座、数百座，甚至是数不清的山峰，那么自然选择可就不仅仅是“不完美”那么简单了，后果甚至会是致命的。在进化过程中，从一个到达下一个，也就是说，从一个方案过渡到另一个更好的方案，生物种群必须先跨过两座山峰之间的山谷，而自然选择是禁止这个跨越的过程的。自然选择不懂得以退为进的道理，只会闷头上坡，断无下坡之举，因此很可能反倒把自己卡在了远离珠穆朗玛峰的地方。赖特的这个发现，怎么形容其重要性都不夸张。所有进化的创造性产物——数不清的物种，都只是上述过程的终点而已。为了征服连绵起伏的景观，自然选择必不可少，但还远远不够。

休厄尔·赖特不仅发现了自然选择的这个问题，而且还发现了一个潜在的解决方案——一种被称为遗传漂变的驱动进化的力量。为了理解遗传漂变能带来什么，我们可以类比一下专业的音乐家、艺术家或者田径运动员。他们的技能在趋于平稳后，不管怎么练习，都很难再上一个台阶。这些专业人士往往需要拿出脱胎换骨的决心来，从头学起。1997 年，高尔夫球冠军泰格·伍兹（Tiger Woods）就经历了一个彻底重构挥杆技术的过程。1998 年的赛季，他的表现一塌糊涂，但在之后的几年里，他又打破了新的世界纪录。有时候，我们就是得先自废武功，然后才能东山再起。

由于遗传漂变的存在，生命也会发生同样的事情。对进化而言，遗传漂变至少和自然选择一样重要。遗传重组，作为一种额外的、独立的机制，使得进化中的生物体能够在适合度景观中实现巨大的飞跃，并帮助它们越过障碍，抵达。只要有性的存在，就会有重组，而性的形式，既有稀松平常、令人类沉溺其间的男欢女爱，也有奇异隐秘的细菌和植物之间的基因交流。

景观，已经成了现代科学的一个基本概念，其重要性远远超越了生物学。正如生物体在适合度景观中不断进化一样，在一种被称为能量景观（energy landscape）的环境中，分子和原子也在强烈地发生键合作用。跟适合度景观相比，能量景观也是崎岖不平的。针对这些键合作用开展的研究，不仅展现了大自然是怎样创造出钻石和雪花来的，还可以帮助我们制造出更好的分子来造福人类。

无论是在繁忙的机场进行空中交通管理，还是下围棋，我们都可以从计算机科学的角度将它们看作一个个问题，同样，也都存在着多种解决方案。这种情况下我们可以想象一个解决方案景观（solution landscape）。在利用计算机来解决复杂问题时，人们可以采用与生命进化同样的算法。更为重要的是，借助这类算法，计算机还能创造出可与人类的作品比肩，且拥有专利权的电子电路和音乐作品。

比起人工智能来，我认为更有趣也更熟悉的还是人类解决问题的思维方式。当人类在充满各种可能性的思维景观里游历时，思维采取的也是进化的方式，和生命、分子以及计算机算法探索景观时采用的方式大同小异。其中有一些创造性过程是外在的，如画家拉斐尔和保罗·高更的漂泊之旅，他们带着其他画家游历了不同的国家和大陆；也有一些创造性过程是发自内心的，其中，在1891 年，物理学家、生理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermannvon Helmholtz）A 就曾在解决某些流体物理学方面的问题后这样描述他的心路历程：

我走了很多弯路，才解决了这些问题……整个过程中只是碰巧连着猜对了几次。我想把自己比作一名登山者，但我并不识途，只是在那里埋头费力地爬着山。有时我会发现路走不下去，只能折返回来；有的时候，或许是因为领悟，或许是因为突发奇想，我又会在不经意间发现一条新的路，这样就能继续向上多爬一点儿；后，当我终于到达山顶时，却又懊恼地发现，原来旁边本来就有一条捷径，而我明明已经走过一遍了。要是我足够明智，在一开始就能找到正确的起点该有多好！

我们看到，大约在赖特的书出版之前30 年，他的理论就已经被人们应用在人类思维领域了。当然，人类大脑的运作机制并不完全相同，但本质上跟漂变、重组这些概念相差不大，如果将生物进化的研究成果借鉴过来，我认为将可以促进个体思维与群体思维的进步，我称之为“景观思维”（landscape thinking）。景观思维可以帮助我们更好地思考问题、养育后代，以及正确地利用各种教育资源、商业政策和政府法规来促进创新。景观思维能够帮助我们的，不仅是将创新成果、生产效率和经济产出化。大道至简，它让我们看到，创造力其实就是探索广袤而复杂的景观的能力。普天之下，凡是新颖的、有用的、美丽的东西，其发源莫过于此。就像所有优秀的科学一样，这门科学所揭示的，是对我们和我们的世界有着深远意义的事物。

媒体评论

本书用自达尔文以来进化生物学概括出来的规则或算法，形象地解说人类的创造行为，在方法论上向前迈出了一大步，它比直接应用于力学、天文学、物理学的传统科学哲学更加可信。不过，创造行为的*奇特之处在于，它总是能够超越归纳、预期和算法。

———刘华杰  北京大学教授，博物文化倡导者

从分子到飞蛾，再到山脉，瓦格纳找到了一种方式，编织了一个连贯和令人信服的故事，讲述大自然如何发挥创造力。不仅如此，我们还可以从中学习如何在自己的生活中培养创造力，或许更重要的是，如何避免从善意出发却扼杀了创造力。

——乔治·戴森 科技史学家，《图灵的大教堂》作者

瓦格纳在这本极具探索性和挑战性的书中，把关于进化的*发现应用到了对人类创造力的观察中。瓦格纳发现了物种进化与人类创造力之间惊人的一致性。他颇具说服力地提出，人类的创造力不仅反映了人性，而且反映了自然本身。

——安东尼·布兰德 莱斯大学音乐学院教授，《飞奔的物种》作者

瓦格纳在这本书中切入了一个至关重要的问题的核心：基因组的进化是生物在试错中探索，跨越适合度景观，到达新的高峰的过程。这给我们提供了一种全新的观念。瓦格纳对人类社会中的创新方式与生物进化进行了引人入胜的对比。

——马特·里德利 纽约冷泉港实验室客座教授，《自上而下》作者

前言

前言 景观思维：关于创造力的新科学

早在生命诞生之前很久，大自然就创造出了漩涡状的星系和有着热核引擎的恒星。它还创造出了绚烂夺目的晶体，比如那些在地球深处孕育了数百万年的钻石。进而，大自然创造出了复杂的有机分子，而这些存在于星际气体、陨石和深海热泉口中的分子，就是生命的基本构件。一旦它们被组装成了早的活细胞，达尔文进化论就开始发挥作用了。此后，生命开始永不满足地从阳光中、从富含营养的分子里汲取能量。有了分子发电机，生命得以征服地球上的每一种生态环境。从浩瀚的赤道大洋到寒冷的北极冰架，从炽热的地下熔岩到无垠的干旱平原，乃至冰雪覆盖的永久冻土，生命无处不在。

经历漫长的地质时间，单个的细胞得以聚集在一起，组成一个个拥有数百万甚至几十亿同类的专业化团队。后来，这些多细胞生物又进化出了传感器，得以感知气味、声音和光影，并开始探索大千世界。它们还学会了避敌之术与猎食之法，飞行、打洞、行走、游泳，各展其能。终，它们的神经系统进化出了复杂的大脑，这才能够创造、辨析各种抽象的符号，如本书中的文字。接下来就轮到了人类大显身手：从拉斯科的洞窟壁画到莫奈的风景画，从简单的算盘到复杂的超级计算机，从苏美尔的计算泥板到詹姆斯·乔伊斯（James Joyce）的《尤利西斯》（Ulysses），从毕达哥拉斯定理到薛定谔方程。

这些千姿百态的成就，无一不是源自大自然的创造力。说起“创造力”这个词，人们可能会想到某些鸟雀，它们可以利用工具将昆虫从藏身之处逼迫出来；也可能会让人们想到某些黑猩猩，它们可以制作原始的长矛来猎杀婴猴。但我在这里想讲的是一种在化学、生物学和文化层面更为普遍的创造力形式。

人类的创造力在很大程度上符合心理学家广泛使用的一个定义：一个具有创造性的想法或者产品，就是一个能够解决某一问题的独特且适切的方法。有些问题本身就很简单，例如，怎样把一叠纸固定在一起，这些问题通常都有简单的解决方案，比如用订书机或者回形针。而有些问题则复杂得难以置信，比如如何在围棋这样的策略游戏里击败人类，这些问题也有解决方案，比如创造像AlphaGo 这样的人工智能。这些都是技术性的例子，而把创造力定义为解决问题的方法，在许多其他领域里也是行之有效的，比如艺术领域。20 世纪杰出的艺术史学家、耶鲁大学的乔治·库布勒（George Kubler）曾经说过，“每一件重要的艺术作品都可以看作……解决某些问题的来之不易的答案”。2 这并不是个人之见。稍后我们将看到，人工智能也可以采用问题求解的策略来进行艺术创作，譬如谱写出激动人心的旋律。毋庸置疑，当下的人工智能还远不能与伟大的人类艺术大师相提并论，也许并没有任何一种心理学上的创造力定义可以描述莫扎特的乐曲、毕加索的绘画或罗丹的雕塑。但这个定义还是非常有用的，因为它仍然广泛涵盖了人类所表现出来的创造力。

更重要的是，这个定义甚至远远超出了人类的范畴。早在类似人类的大脑，抑或任何类型的大脑出现之前，生命就需要解决各式各样的问题。能够破坏富含能量分子化学键的酶，就是解决能量获取问题的一个方法。眼睛，一个令人赞叹的光学奇迹，也不过是捕食与反捕食问题的一个解决方案。抗冻蛋白（antifreeze proteins），则是冷血动物对“如何在零度以下生存”这个问题的一个解决方案。同样的思路甚至可以引申到生命诞生之前。例如，晶体本身就是宇宙用来解决“原子或分子如何以稳定的结构进行排列”这个问题的办法。

我是一名进化生物学家，一生的工作都集中在微型藻类、巨型红杉、肠道细菌和非洲大象的身上，试图理解生物进化中的创造性力量。而我发现，现存的无数物种，每一个都是一系列几近无穷的、由各种创造性成就所组成的链条中的一环。每一个生物体，无论是其细胞内的分子机制，还是其身体的物理结构，都是无数创新的产物。而不同形态的生命，有的可以瞬间远距离传送，有的可以披上完美的伪装，有的可以借用阳光的能量，都体现了无处不在且激情四溢的创造力。对此，我着迷不已，不能自拔。

在苏黎世大学我的实验室里，我和大约20 名研究人员组成了一个团队，共同研究不同生物体的DNA，并以此来探究大自然是如何创造出新的生命形式、新的分子类型的。在实验室内，我们还观察了几千代微生物的进化过程，研究它们是如何一路披荆斩棘，克服重重障碍的。同时，我们还比较了微生物进化与其他领域的创新过程之间的相似之处，包括晶体是如何形成的，分子是怎样自我组装的，算法又是怎么解决问题的。

我不仅是一名科学家，还是一个父亲、一名教育工作者。我正在不断探索，以求更好地养育孩子，培养下一代的科学家，雇用有创造力的研究人员，以及建立和运营一支团队。我在整个过程中遇到的问题都非常实际，这鞭策着我查阅了大量有关人类心理学、教育研究、组织管理和创新方面的文献。

正是在这样的探索过程中，我发现大自然和人类有着惊人的相似之处，两者在创造力上如出一辙。而这本书讲述的，远不只是这些相似之处。首先，书中的内容是达尔文未知之事。自然选择理论是一座丰碑，但它只是一个起点。达尔文不知道，也不可能知道的是，自然选择会面临一些自身无法克服的障碍。本书对这些障碍进行了阐述，也解释了进化机制是如何跨越这些障碍的。

其次，这本书也将人类的创造力和现代达尔文进化论的观点进行了比较。两者之间存在着多方面、深层次的相似之处，本书将从心理学、历史和生物学研究的角度加以论证。

后，也许是重要的，本书还解释了这些相似性是如何帮助我们解决问题的。当今人类面临着诸多麻烦，而借助这些相似性，我们可以让孩子过上更加充实的生活，还可以增强商业创新能力，并在一个创新驱动全球领导力的世界里，提升整个国家的创造力水平。

大自然与文化的创造力为什么会如此相似呢？其中一个原因在于，凡是难题，比如怎样形成一个规则的菱形晶体，怎样的捕食策略有效，又或者怎样的触角灵敏，都有一个共同的特征：有多个解决方案，只不过有些实在不怎么样，有些凑合能用，少数相当不错，极少数可以称得上出色。我们可以想象，所有这些方案组合在一起形成了一个“山地景观”，那些不怎么样的方案

对应着低矮的山麓，那些出色的方案则处在群山之巅。这种设想出来的景观又被称为“适合度景观”（fitness landscape），早是由哈佛大学的遗传学家休厄尔·赖特（Sewall Wright）A 提出的。20 世纪初，赖特在美国农业部进行了育种实验，旨在培育出优质的牛、猪和羊。3 通过这些实验，他发现了一些普遍而又怪异的现象：在育种过程中，即使每次都按照自然选择的方式以的标准进行选种，后却始终得不到良种。终，赖特搞清楚了背后的原因，而且创造出了“适合度景观”这个概念来解释这些现象。

在进化的过程中，每一个生物种群都在孜孜不倦地找寻它们所面临的问题的解决方法，鲨鱼探索的是如何在狩猎时节省体力，细菌追求的是如何摆脱抗生素的追杀，而食草动物苦苦寻找的则是怎样靠采集营养并不丰富的叶子活下去。只不过，这些探索都或多或少地带有盲目的意味。赖特把这些解决问题的过程比作在适合度景观中爬山。在达尔文式的生物进化过程中，爬上山顶的过程是这样的：从任意一个方案开始，不管它是多么不堪一用，都在这个方案的基础上修修补补，而每走一步，都只把那些有利于生存的变异保留下来。在人与人、组织与组织之间，与自然选择为接近的类比就是竞争，而它们的本质都是优胜劣汰。在景观中只存在一个的时候，自然选择必然能大行其道。

只要一直保持上坡，一定不会错过点。但是，如果景观中存在着两座、十几座、数百座，甚至是数不清的山峰，那么自然选择可就不仅仅是“不完美”那么简单了，后果甚至会是致命的。在进化过程中，从一个到达下一个，也就是说，从一个方案过渡到另一个更好的方案，生物种群必须先跨过两座山峰之间的山谷，而自然选择是禁止这个跨越的过程的。自然选择不懂得以退为进的道理，只会闷头上坡，断无下坡之举，因此很可能反倒把自己卡在了远离珠穆朗玛峰的地方。赖特的这个发现，怎么形容其重要性都不夸张。所有进化的创造性产物——数不清的物种，都只是上述过程的终点而已。为了征服连绵起伏的景观，自然选择必不可少，但还远远不够。

休厄尔·赖特不仅发现了自然选择的这个问题，而且还发现了一个潜在的解决方案——一种被称为遗传漂变的驱动进化的力量。为了理解遗传漂变能带来什么，我们可以类比一下专业的音乐家、艺术家或者田径运动员。他们的技能在趋于平稳后，不管怎么练习，都很难再上一个台阶。这些专业人士往往需要拿出脱胎换骨的决心来，从头学起。1997 年，高尔夫球冠军泰格·伍兹（Tiger Woods）就经历了一个彻底重构挥杆技术的过程。1998 年的赛季，他的表现一塌糊涂，但在之后的几年里，他又打破了新的世界纪录。有时候，我们就是得先自废武功，然后才能东山再起。

由于遗传漂变的存在，生命也会发生同样的事情。对进化而言，遗传漂变至少和自然选择一样重要。遗传重组，作为一种额外的、独立的机制，使得进化中的生物体能够在适合度景观中实现巨大的飞跃，并帮助它们越过障碍，抵达。只要有性的存在，就会有重组，而性的形式，既有稀松平常、令人类沉溺其间的男欢女爱，也有奇异隐秘的细菌和植物之间的基因交流。

景观，已经成了现代科学的一个基本概念，其重要性远远超越了生物学。正如生物体在适合度景观中不断进化一样，在一种被称为能量景观（energy landscape）的环境中，分子和原子也在强烈地发生键合作用。跟适合度景观相比，能量景观也是崎岖不平的。针对这些键合作用开展的研究，不仅展现了大自然是怎样创造出钻石和雪花来的，还可以帮助我们制造出更好的分子来造福人类。

无论是在繁忙的机场进行空中交通管理，还是下围棋，我们都可以从计算机科学的角度将它们看作一个个问题，同样，也都存在着多种解决方案。这种情况下我们可以想象一个解决方案景观（solution landscape）。在利用计算机来解决复杂问题时，人们可以采用与生命进化同样的算法。更为重要的是，借助这类算法，计算机还能创造出可与人类的作品比肩，且拥有专利权的电子电路和音乐作品。

比起人工智能来，我认为更有趣也更熟悉的还是人类解决问题的思维方式。当人类在充满各种可能性的思维景观里游历时，思维采取的也是进化的方式，和生命、分子以及计算机算法探索景观时采用的方式大同小异。其中有一些创造性过程是外在的，如画家拉斐尔和保罗·高更的漂泊之旅，他们带着其他画家游历了不同的国家和大陆；也有一些创造性过程是发自内心的，其中，在1891 年，物理学家、生理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermannvon Helmholtz）A 就曾在解决某些流体物理学方面的问题后这样描述他的心路历程：

我走了很多弯路，才解决了这些问题……整个过程中只是碰巧连着猜对了几次。我想把自己比作一名登山者，但我并不识途，只是在那里埋头费力地爬着山。有时我会发现路走不下去，只能折返回来；有的时候，或许是因为领悟，或许是因为突发奇想，我又会在不经意间发现一条新的路，这样就能继续向上多爬一点儿；后，当我终于到达山顶时，却又懊恼地发现，原来旁边本来就有一条捷径，而我明明已经走过一遍了。要是我足够明智，在一开始就能找到正确的起点该有多好！

我们看到，大约在赖特的书出版之前30 年，他的理论就已经被人们应用在人类思维领域了。当然，人类大脑的运作机制并不完全相同，但本质上跟漂变、重组这些概念相差不大，如果将生物进化的研究成果借鉴过来，我认为将可以促进个体思维与群体思维的进步，我称之为“景观思维”（landscape thinking）。景观思维可以帮助我们更好地思考问题、养育后代，以及正确地利用各种教育资源、商业政策和政府法规来促进创新。景观思维能够帮助我们的，不仅是将创新成果、生产效率和经济产出化。大道至简，它让我们看到，创造力其实就是探索广袤而复杂的景观的能力。普天之下，凡是新颖的、有用的、美丽的东西，其发源莫过于此。就像所有优秀的科学一样，这门科学所揭示的，是对我们和我们的世界有着深远意义的事物。

书籍介绍

●《如何解决复杂问题》从生物进化的角度，解释了驱动生物进化的三大决定性力量：自然选择、遗传变异和DNA重组。在这三大力量的综合作用下，生命得以用极具创造性的方式解决进化历程中遇到的各种问题。通过在生物进化与人类创造力之间进行对比，作者发现了两者间的惊人相似性，提出了借助生物进化的智慧提升人类创造性的独创性观点！

●借助对于生物进化的洞察，我们可以更好地发挥人类的创造力，让孩子过上更加充实的生活，增强商业创新能力，提升整个国家的创造力水平。