3.2.6 不同种生命体之间的信息流

3.2.6.1 物种之间的关系

“鹬蚌相争,渔翁得利”比喻双方争执不下，两败俱伤，让第三者占了便宜。物种之间的关系取决于各自的生态习性、生活型和生态幅度等。例如，具有相似生态习性的种群，在资源的需求和获取资源的手段上的竞争都十分激烈，尤其是密度大的种群更是如此。自然界中的每一种生物，都受到周围其他生物的影响，在这里简单解析一下最常见的五种种间关系。

（1）捕食关系：一种生物以另一种生物作为食物的现象。如七星瓢虫与蚜虫、食虫鸟与昆虫、鹰与兔子、狼与羊、老虎与野猪等。

（2）寄生关系：一种生物生活在另一种生物的体内或体表，并且从这种生物的体内或体表摄取营养物质维持生存的现象。如水蛭寄生在牛等牲畜体内、菟丝子寄生在其他植物上。

（3）共生关系：两种生物生活存一起，相互有利，离开后一方或双方都难以生存的现象，如豆科植物和根瘤菌。在整个共生阶段，根瘤菌被包围在寄主质膜所形成的侵入线中，在寄主内合成固氮酶。豆血红蛋白就是二者的共生作用产物，植物产生球蛋白，而血红素则由细菌合成。豆血红蛋白存在于植物细胞的液泡中，对氧具有很强的亲和力，因此对创造固氮作用所必须的厌氧条件是有利的。在植物体内，细菌依赖于植物提供能量，而根瘤菌只能固氮而不能利用所固定的氮。所以豆科植物供给根瘤菌碳水化合物，根瘤菌供给植物氮素养料，从而形成互利共生关系。

（4）竞争关系：指生态位有重合的生物在争夺生态位过程中呈现的相互争夺资源、空间等的现象，分为种内竞争和种间竞争。例如，几只狼为了多吃一口刚捕获的羊而在种内开展竞争，狼和狮子为了捕获同一片区域的羊而在种间开展竞争。

（5）合作关系：指生物共同生活存一起，彼此互为有利的生活关系，两者彼此分开后仍能独立生活，如寄居蟹和海葵。寄居蟹喜好在海中四处游荡，使得原本不移动的海葵随着寄居蟹的走动，扩大了觅食的领域。对寄居蟹来说，一则可用海葵来伪装，二则由于海葵能分泌毒液，可杀死寄居蟹的天敌，因此保障了寄居蟹的安全。

从能流的角度看，所有生物都在做一件事，就是驱动自然界中的能量分布相对均衡。上述五种关系是从生物的角度分析所得，如果从生物在自然界中的价值，或者说从能流的角度分析，就会发现，这五种关系其实就是一种关系，即合作关系。不同物种之间通过各种关系增强了生物这一群体的整体能量传递能力。生物物种之间的信息流是生物物种之间关系的前提。能流对生物能量传递能力的需求与生物的能量传递能力之间的矛盾是影响生物进化的主要矛盾，生物之间的关系则是次要矛盾。例如，根瘤菌与豆科植物之间的共生，使得豆科植物在介导特定区域的光能转化为更容易在自然界流动的热能时的转化效率更高，即根瘤菌增强了豆科植物的能量传递能力，进而增强了“光能→豆科植物→氧气”这一能量传递单元的能量平衡能力，符合自然界能流的需求。同理，豆科植物的存在也增强了根瘤菌的能量传递能力。

再例如，草原上的草是牛和羊的共享能量供体，从牛或羊的角度看，二者对同一片草地上的草是一种竞争关系，但是从能流的角度看，草中的能量不但需要释放，而且还需要尽快的释放，它需要的是一种可介导其能量释放和传递的能力，而不是具体的物种。哪一种物种的能量传递能力越强，经其释放和传递的能量就越多，但总体看来，草中的能量会以牛、羊同时存在时的最大能量传递能力释放和传递其能量，也就是说，草不会因为牛的能量传递能力相对比较强，就只被牛吃。

3.2.6.2 竞争是一种更好的合作

资源越有限，竞争行为往往就表现的越激烈。在竞争过程中，一方成功，就意味着另一方失败。鉴于此，很多人对种间合作，特别是对与我们人类之间存在潜在合作关系的物种有着浓厚的兴趣，然而对竞争却颇有偏见，认为竞争会使有限的资源难以发挥最佳效益，合作才是未来。

将一杯热水倒入不同材质拼接而成的水杯中（假设这些材料与热水的接触面积相同），很容易发现，导热性越好的材料，由其介导的热能越多。从这几种材料的角度观察，它们之间在热能传递过程中是一种竞争关系。然而，对于热水而言，这几种材料之间却是一种合作关系，因为它们共同介导热水中热能的释放。同理，生物中表现出的竞争关系也是如此。例如狼和狮子表现出的对羊的竞争，羊是狼和狮子的共享能量供体，狼和狮子是羊的能量传递介体，羊中的能量需要释放。从自然界的角度分析，即从羊的角度分析，它需要的是狼和狮子所呈现出的最合适的能量传递能力。能量传递能力貌似是由狼和狮子决定，其实，羊才是狼和狮子能量传递能力的决定因素。如果羊的数量少，即羊需要的能量传递能力低于当前环境狼和狮子所呈现的能量传递能力，那么狼和狮子只能通过降低个体的能量传递能力（表现为个体瘦弱）或者减少种群数量来降低总的能量传递能力水平。在总体能量传递能力需求有限的情况下，狼和狮子之间及种群内部之间的竞争加剧，其本质是狼和狮子在能量传递能力方面的重组，二者通过竞争缓解了其能量传递能力与羊对能量传递能力需求之间的矛盾，在呈现适合自然界（羊）对能量传递能力需求方面实现了更进一步的合作。总之，高尚的竞争是一切高级合作的源泉。

3.2.6.3 物种之间信息流的演化

物种之间的信息流按时空分布可分为时空独立物种之间的信息流和时空统一物种之间的信息流两类。所谓时空独立是指物种彼此之间在时空上是单独存在的，彼此之间因具有可以利用的信息而在时空上相互关联，例如狼与羊之间的信息流；时空统一物种是指物种之间相互依存，相互之间的关系更为密切，以致于在空间上是以一个统一的整体的形式存在，例如，人与肠道微生物之间的信息流。

（一）时空独立物种之间的信息流

捕虫树是一种生长在南非最南端开普地区的非常贫瘠的山区石英岩砂砾中，需要靠肉食行为补充所需的营养。捕虫树的茎干上端有着黄绿色、无托叶的细长叶片。叶片上密布黏性极高的腺毛。黏液在阳光下如同蜜汁一样闪光，吸引昆虫（如苍蝇、胡峰等）来访，并将其牢牢粘住。然而，捕虫树不能自己消化食物。

刺椿是一种以捕虫树捕捉到的猎物为食物的生物，它们具有独特的端跗节构造，可以在捕虫树上自由行走。刺椿的排泄物为捕虫树提供营养。然而，当捕虫树捕捉到的猎物比较少时，刺椿就会吸食捕虫树的汁液，进而影响捕虫树的生长。

花叶蛛也是一种可以在捕虫树上自由行走的生物，其排泄物对捕虫树的营养的贡献不大，但却是刺椿的天敌。

简言之，捕虫树、刺椿和花叶蛛之间的信息关系是捕虫树需要刺椿帮其消化猎物，但又需要花叶蛛来维持刺椿的种群数量，以防刺椿的数量过多而影响自身的生长；刺椿在以捕虫树所获猎物为食的同时，其排泄物也为捕虫树提供营养，以便捕虫树有能力为其捕获更多的猎物；花叶蛛虽然不能为捕虫树提供营养，但却对刺椿起制衡作用。

以上三个物种之间的信息流是建立在能量流之上的信息流，是能流进化的结果：

1）对于捕虫树而言，它所捕获的猎物的消化产物是其能量供体。能量供体越多，根据能流矛盾，其对捕虫树这一能量传递介体的能量传递能力的需求就越高，捕虫树就需要通过增强自己的长势以提高自身的能量传递能力；反之，能量供体越少，其对捕虫树的能量传递能力需求就越低，捕虫树就需要控制甚至削弱自己长势以降低自身的能量传递能力。

2）对于刺椿而言，捕虫树所捕获的猎物和捕虫树的汁液是其能量供体。当捕虫树的猎物充足时，其对刺椿这一能量传递介体的能量传递能力的需求就会提高，刺椿就需要通过增加自己的种群数量及个体的生长状态以提高物种的能量传递能力，进而缓解能量供体对其施加的选择压力；当捕虫树所获猎物数量较少时，其对刺椿的能量传递能力需求就会降低，然而，捕虫树的汁液对刺椿的需求还在，此时，就会有相对更多的刺椿去介导捕虫树汁液中能量的释放，直至汁液消耗殆尽。

3）对于花叶蛛而言，刺椿是其能量供体。当刺椿数量较多时，其对花叶蛛这一能量传递介体的能量传递能力的需求就会提高，花叶蛛就需要通过增加自己的种群数量及个体的生长状态以提高物种的能量传递能力，进而缓解能量供体对其施加的选择压力；当刺椿的数量变少时，其对花叶蛛的能量传递能力需求就会降低，花叶蛛只能通过降低种群数量及个体的生长状态来降低物种的能量传递能力。

（二）时空统一物种之间的信息流

生物既然是自然界的产物，就不会脱离自然界而生。从生物的角度讲，只有具有自然环境所需能量传递能力的生物才有在自然界存在下去的可能，这也意味着生物需要尽快的获取环境对能量传递能力的需求信息，并及时的对自身的能量传递能力做出调整，才能有效缓解自然选择对产生的选择压力，进而避免被自然环境所淘汰。

越处于食物链营养级顶层的生物，能量传递能力会相对越强，对自然环境在能流方面需求信息的获取和响应却越迟缓。例如，在“光→草→氧气”、“草→兔子→氧气”、“兔子→狼→氧气”这三种能量传递单元中，草对太阳光的光照信息响应最快，狼最慢。这是因为，光照好，光能就强，因光能而产生的能势差就多，自然界对草的需求就高，草就长的好；草中的能量也需要释放，既然草长的好，草对兔子的需求就高，兔子进而长的好；兔子中的能量也需要释放，既然兔子长的好，兔子对狼的需求就高，狼也会随之长的好。在这条食物链中，没有太阳光就没有草，没有草就没有兔子，没有兔子就没有狼，因太阳光而在环境中产生的能势差信息（或者说能量分布不均衡信息）是依次经草、兔子和狼传递，所以狼对环境中能流的响应要比草、兔子相对更迟缓。

能流进化论认为，同一种生物或同一生物个体在不同的环境条件下具有不同的能量传递能力。例如，兔子多，狼就长的壮实，表现为能量传递能力相对更强；同一匹狼，生病状态相对健康状态而言，能量传递能力表现为更低。既然越处于食物链营养级顶层的生物，其对环境中能流的响应越迟缓，如果环境突然改变，那么这类生物当前的能量传递能力就有可能变得不再适合当前的环境，那么就有被当前环境淘汰的风险。为了避免这种状况的发生，处于食物链营养级顶层的生物就需要一条可快速获取环境能流信息的桥梁，那么这座桥梁是什么呢？

通过共性分析不难发现，从线虫到人类，几乎所有动物都有肠道，且所有肠道都有大量的微生物。这些微生物不仅数量庞大，种类繁多，而且还因所处生物个体的饮食状况而一直处于动态变化中。

影响肠道微生物变化的因素主要有三种：一是食物自身所携带的微生物；二是食物的营养组成；三是生物个体对食物的响应情况。以“兔子→狼→氧气”这一能量传递单元为例，狼捕获的兔子身上难免携带着大量微生物，在取食过程中，难免有大量微生物随兔肉而进入狼的肠道内，这部分微生物的加入必然影响狼的肠道微生物的组成。狼除了吃兔子之外，还吃鹿、羚羊等。不同的食物，所含化学物质的种类或营养成分不同。不同种类的微生物对不同的营养成分往往有不同的偏好，因而食物种类的不同也会导致肠道微生物种群结构的变化。即使是取食同一种生物，生物个体在不同的状态下也会影响肠道微生物的种群结构，例如，胃出现问题时的狼的肠道微生物所获取的兔子中的营养成分与胃健康时存在差异。综上所述，相对生物个体而言，其肠道微生物对环境的响应更加的直接和灵敏。

对人体肠道微生物的研究发现：

1）肠道微生物基因组中富含参与碳水化合物、氨基酸、甲烷、维生素和短链脂肪酸代谢的基因，其中很大一部分是人体自身所不具备的，表明肠道微生物是人体代谢的重要参与者；

2）肠道微生物不仅为人类代谢过程提供底物、酶和能量，其代谢产生的脂肪酸等还促进了人体上皮细胞生长与分化；

3）肠道微生物参与了维生素的合成和各种离子的吸收；

4）肠道微生物与宿主在肠道黏膜表面的交流促进了免疫系统的建立和发展，成为人体重要的免疫屏障；

5）肠道微生物通过形成“菌膜屏障”而为人体提供保护功能；

6）肠道微生物与肥胖及糖尿病等症状有关。

这些结果表明，肠道微生物与其寄主存在密切的信息交流。

可以想象为这样一幅画面，肠道中的每一个微生物都手持一个信号接收器，以接收其在肠道中的能量供体信息，然后将这部分信息通过自身代谢转化为化学信号，再传递给所寄生的生物体。肠道微生物所接收的其能量供体的信息又来源于所寄生生物个体的能量供体在环境中的信息，即生物个体所在环境中的能量供体的信息在肠道内被转化为肠道微生物的能量供体的信息，然后经肠道微生物的代谢作用转化为所寄生生物体可响应的其能量供体在环境中的信息。或者说，生物个体所介导的环境能流信息先被转化为肠道环境中的微生物所介导的能流信息，然后再转化为生物个体所能响应的其所介导的能流信息。 

对于我们人类而言，如果把人体比作是一个原电池，肠道微生物就是“负极”，线粒体就是“正极”，食物就像“还原剂”，食物中的电子经肠道微生物、人体细胞、细胞内的线粒体、电子传递链，最后传递给氧气，食物与氧气之间的能势差是电子流动的原动力。所以，肠道微生物也是人体感知环境的信息桥梁，是人体感应环境变化的信息枢纽。

综上所述，肠道微生物是生物个体与环境之间的信息桥梁。肠道微生物的存在使得生物体对环境能流的响应更快，利于生物体因环境改变而对自身的能量传递能力做出及时且有效的调整，避免了生物因环境的骤变而引发的灭绝。肠道微生物是影响生物进化的一个重要因素，在一定程度上，甚至是生物进化的限制因素。

 3.2.6.4 信息流和能流驱动的物种趋同演化

       能流矛盾是指能量供体、能量传递介体和能量受体相互影响，相互制约，三者之间的矛盾无时不有，无处不在。能流进化论一直强调，特定环境中的特定的能量供体和能量受体决定了驱动二者之间能量均衡所需要的能量传递能力，而不是能量传递介体。能量传递能力的载体是能量传递介体，对于特定的能量供体和能量受体，能量传递介体可能不止一种。当生物作为能量传递介体时，可能存在多种生物共同驱动特定能量供体和能量受体之间的能量流动。当多种生物共同驱动特定能量供体和能量受体之间的能量流动时，这几种生物之间在能量供体和能量受体的信息获取、能量供体中的能量释放能力等方面必然具有相似的特征。

趋同进化是指一些看起来相似的物种，并不是由同一个祖先进化而来，而是来自不同的祖先。例如，新大陆和旧大陆的秃鹫看起来非常的相似，在很长时间内，它们都被认为来自同一个起源的两个不同的分支。然而，遗传学上的研究表明，新大陆的秃鹫是鹳鸟的近亲。之所以二者看起来如此相似，主要是因为两种秃鹫的生活方式非常相似，它们都是以腐肉作为能量供体，氧气作为能量受体，都是介导腐肉中的能量的释放，进而平衡腐肉与氧气之间的能势差。这里存在两种能量传递单元，即“腐肉→新大陆秃鹫→氧气”和“腐肉→旧大陆秃鹫→氧气”。在获取和释放腐肉中的能量时，它们同样都是高高地飞起来寻找食物，然后用它们有力的喙来撕扯腐肉，通过代谢将腐肉中难以释放的化学能转化为更容易在环境中流动的热能，将大分子的物质通过呼吸作用转化为二氧化碳和水。此外，它们的头和脖子都是秃的，这样可以避免羽毛沾上血而缠结在一起，进而提高其能量传递能力。由此可见，趋同进化是能流和信息流进化的必然结果。