缺失的定律
運動定律、萬有引力定律、電磁學定律和熱力學定律……這些物理學定律編碼了自然界中的各種宏觀系統在空間和時間上的一般行為。
這些經典物理學定律的一個重要特徵是，廣泛的、看似多樣的自然現象，其實具有共有的特徵。識別不同現象之間的等效性，是我們先前發展出自然定律的基礎，這推進了我們對世界的科學理解。
在一項新的研究中，三位科學哲學家、兩位天體生物學家、一位資料科學家、一位礦物學家和一位理論物理學家認為，我們的宇宙中充滿了複雜的進化系統，但現有的宏觀物理定律似乎並不足以充分描述這些系統，我們需要一個附加的定律，來描述宇宙中複雜的、不斷變化的宏觀現象。
通過尋找進化系統之間的等效性，研究人員提出了一條「缺失的自然定律」，他們將對這條定律的描述，詳細地發表在近期的《美國國家科學院院刊》上。
功能資訊增加定律
簡單來說，這條新的定律闡明，進化無處不在，它並不侷限於地球上的生命，也發生在其他大尺度複雜系統中，是自然界複雜系統的共同特徵。
研究人員提出，所有進化系統（包括但不限於生命）都具有以下特徵：
1.它們都是由不同的元件構成的，比如原子、分子、細胞，這些元件可以反覆排列和重新排列
2.這些元件受自然過程的影響，可以形成無數不同的排列，組合成不同的組態（configuration）；
3.在所有組態中，系統會根據功能對組態進行選擇，最終，只有一小部分在「功能選擇」過程中存活下來。
「功能選擇」是這條新定律的一個重要概念。就生物學而言，達爾文將功能主要等同於生存，即活得足夠長、可以產生可育後代的能力。新研究擴展了這一概念，指出自然界中至少有三種功能：
1.靜態永續性：這種穩定性是最基本的功能，比如原子或分子的穩定排列就被選擇而維持下去；
2.動態永續性：這指的是具有持續能量供應的動態系統；
3.新穎性生成：這或許是最有趣的功能，它指的是進化系統探索新結構的趨勢，有時會導致令人驚訝的新行為或新特徵。
根據這條定律，當系統受到功能選擇時，系統的功能資訊將隨著時間的推移而增加。因此，研究人員也將這條定律稱為「功能資訊增加定律」。在這條定律下，無論系統是生命的還是非生命的，只要它的許多不同組態經歷了一個或多個功能選擇時，進化就會發生。
廣義的進化
在達爾文的描述中，生命的進化史充滿了新奇。當單細胞學習利用光能時，就進化出了光合作用；當細胞學習合作時，就進化出了多細胞生命；當游泳、行走、飛行和思考等有利的新行為出現，就進化出了不同的物種。
在這篇新論文中，研究人員從最廣泛的意義上思考了進化。他們認為，達爾文所闡述的植物和動物通過自然選擇而進化的方式，只是在一個更大的自然現象中的非常特殊、非常重要的案例。用「功能選擇驅動進化」，可以解釋恆星、原子、礦物等許多系統的進化，這些系統也都會經歷選擇壓力。
以礦物為例，最早的礦物表現出特別穩定的原子排列。這些原始礦物為下一代礦物提供了基礎，下一代礦物又參與了生命的起源。生命和礦物的進化交織在一起，生命用礦物來製造外殼、牙齒和骨骼。事實上，在太陽系誕生之初，地球上的礦物大約只有20種，經過45億年更加複雜的物理、化學和最終的生物過程，現在，地球上已知的礦物數量已經接近6000種。
以恆星為例，在大爆炸後不久，只有氫和氦這兩種主要元素，它們形成了第一代恆星。這些最早的恆星利用氫和氦製造了大約20種較重的化學元素。下一代恆星又在此基礎上，產生了近百種元素。
宇宙產生了原子、分子、細胞等新的組合，那些穩定的組合，可以繼續產生更多的新奇，繼續發展、進化。綜上所述，生命的進化是進化中最顯著的例子，而進化無處不在。
#創作團隊：
撰文：糖獸
排版：雯雯
#參考來源：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310223120
https://phys.org/news/2023-10-scientists-philosophers-nature-evolutionary-law.html
#圖片來源：
封面圖&首圖：WelshPixie / Pixabay