第四章自然界的演化規律自然界演化發展的歷史，也是自然規律發揮作用的歷史。自然界的演化究竟受哪些規律的影響和支配？這是需要運用多學科的認識成果，從多角度進行分析總結的。從演化的過程看，它受時間之箭的影響和支配，具有可逆與不可逆的對立統一性；從演化的動因方面看，它受系統內外條件的影響和制約，具有線性與非線性、自組織與他組織的協同性；從演化的狀態和形式看，它表現為進化與退化、有序與無序、循環與超循環的多種形式的復雜性。本章對這些基本規律將作進一步考察。第一節自然界演化的時間性自然界的演化與時間的關系，直接的表現形式是隨著時間的推移，自然界物質的存在方式發生了變化。但在經典物理學中（如牛頓力學和愛因斯坦的相對論）時間的作用卻被忽視了，牛頓引入時間概念來解釋運動，將運動定義為位置隨時間的變化，但時間這個基本概念是什么，卻缺乏界定。

對時間和物質存在方式的之間的關系的討論，使愛因斯坦提出了相對論，可是相對論本身并不能對時間進行方向性區別，把正的時間換成負的時間時，度規結構（它決定了時空的幾何性質）以及由它而來的運動方程都保持不變；給出在任一時空坐標上的條件后，宇宙的整個歷史和將來都可以計算出來，但人們運用相對論思想研究宇宙起源時卻發現存在奇點的困難，也就是說相對論在解釋自然界的最初狀態和演化的方向等方面仍是無效的。

但現實世界中，無論是熱力學的熵增現象，還是生物學的進化現象，都表明自然演化具有時間性的特征。如何將傳統理論中包含的可逆性和不可逆性協調起來，一直是科學界和哲學界普遍關注的問題。一、可逆與不可逆可逆性是指事物在經過變化之后，仍能回復到以前的狀態，因此系統科學長將可逆性稱為回歸性。嚴格的回歸性要求完全回復到初始狀態，一般的回歸性只要求回到該狀態的附近。有限次回歸后便逃逸掉的狀態，仍不能算是具有回歸性，只有在t→∝過程中無限次的回歸到其附近的狀態，即永不逃逸的狀態，才真正具有回歸性。從這個要求來看，世界上根本沒有絕對的真正的可逆變化。

傳統科學為了將復雜性的問題簡單化處理，常常將不可逆性因素舍棄不予考慮。這樣就出現了上面我們所說的經典物理學和相對論都沒有討論時間反演狀況下的物體運動規律的變化。

現代物理學在這方面進行了極其艱苦的探索，使這一狀況獲得了明顯的突破。狄拉克的正電子在時間上具有向后退行的特征，費曼的電子理論需要不同的時間方向同時存在。呂德斯（G-Luders）于1954年，泡林于1955年分別提出了CPT定理，該定理對物質與反物質、空間對稱性和時間的方向性作了最理想的處理和解釋。這個定理來源于一些定律的對稱性，把任何過程中的粒子換成反粒子、把該過程換成它的鏡像、以及把時間倒轉這三個變換同時操作的情況下，這些定律保持不變。即C電荷共軛，它把物質轉換成反物質；P空間反演，它把空間坐標轉換成它的鏡像；T時間反演，它把時間方向倒轉。CPT定理斷言，物理規律預言了在一種“泛鏡像”世界中的等量但相反的事件；它同時可以說明，時間對稱性是如何可能被破壞從而產生出時間箭頭。在微觀基本粒子物理世界中，有一個奇特的現象，被認為是破壞了時間兩個方向之間的對稱性，這就是克羅寧（J-W-Cronin）和(V-L-Fitch)發現的長壽K介子的衰變過程。（他們因此獲得1980年諾貝爾獎）在大多數衰變中，K介子生成一個負的π介子、一個正電子和一個中微子，這一過程的CP對稱性被證明是保持不變的；然而K介子同樣也可以衰變為（大約在10億次衰變中有一次）一個正的π介子、一個電子和一個反中微子，這時候CP對稱性就會受到破壞。按照CPT定理，T對稱性在這罕見的過程中也同樣受到破壞：時間可逆的事件被禁止，過程成為不可逆的，時間箭頭便顯現出來

按照基本粒子物理學的對稱自發破缺規則，規范場的對稱自發破缺的后果就是規范場量子獲得了質量。在物理上一個簡單例子是鐵磁體的有序無序相變，在溫度高于居里溫度時，鐵磁體的分子磁距是無規則的；如將其溫度降至居里溫度之下，分子磁距在單疇范圍內取某一方向有序排列。經過對稱破缺的宇宙，開始了一個新的相邊過程，即進入暴漲時代。在這樣的物質世界中，系統的演化具有完全不可復原的特征，就是我們所討論的不可逆性?，F實的自然過程嚴格的說都是不可逆過程。不僅熱傳導、質量擴散、粘滯流動、功熱轉化、化學反應、生命發育、物種進化是不可逆的，即使經典物理所研究的單擺、彈性碰撞、等溫過程、絕熱平衡過程等在考慮摩擦、輻射等因素時也是不可逆的。由此看來，可逆性是相對的,不可逆性是絕對的。但對于具體的過程來說，不可逆過程也往往包含著某些可逆的因素,功熱轉化在能量品位上是不可逆的，但轉化能力卻有可逆性；化學反應在總體上是不可逆的，但生成物依然可以復原為反應物；生長發育和衰老是不可逆過程，但機體的協調性和組織性卻經歷著由低到高和由高到低的過程

也許是基于這種考慮，普里戈津強調，無論可逆或不可逆都不是唯一普適的過程，在一個多元化的世界中，可逆性與不可逆性是并存于現實之中的。因此，對我們來說，重要的不是找出簡單純粹的可逆性與不可逆性，而是要探討現實事物中究竟包含哪些可逆與不可逆的因素，它們對物質世界的演化發展起著怎樣的作用。二、熱力學的時間之箭：熵增加在卡諾的熱機理論中，沒有不可逆的熱損失；在邁耶和焦爾的能量守恒與轉化定律中，能量的損耗也被忽略了；但在克勞修斯的熱力學第二定律中，熱轉化為功時，總有一部分熱能被耗散掉了，這意味著能量轉化具有不可逆的特征。在這個基礎上，克勞修斯提出了“熵”的概念，它表示一個系統在一定過程中所吸收（或耗散）的熱量的狀態函數。在一個孤立的系統中，熵隨著時間的增加而不停地增長，當所有的能量都耗盡時，它就達到了極大值。因而熵給所有孤立系統提供了一個時間箭頭，當熵達到極大值時，孤立系統的時間演化就停止了，該系統就處于它最無序的狀態

克勞修斯將宇宙當成一個孤立系統，并預言宇宙的總熵是在無情地朝著它的極大值增長，即宇宙熱寂說。在克勞修斯看來，熵增加是一個自發的不可逆過程，因為自然系統很難有絕對的熱平衡態，這樣在現實世界中，熵的意義可以有以下兩種理解：第一，熵的宏觀意義是系統能量分布均勻程度的衡量標志，能量分布越不均勻，熵越??；能量分布越均勻，熵越大；能量分布從不均勻趨向于均勻，則熵增加。第二，熵的微觀意義是對系統內部粒子的無序化程度的標志，熵值越大，無序化程度越高，反之，熵值越小，系統內部的有序化程度增大。隨著非平衡態熱力學的興起，人們對不可逆性的理解又走向更為深刻地討論之中。非平衡態熱力學分成兩個分支：線性分支描述接近平衡的系統行為，非線性分支處理系統遠離平衡時的情況。普里高津發現，在線性表現良好的區域，熱力學耗散降到它可能的最低點。這樣，系統熵的變化率，也就是內稟的熵產生將會減?。合到y在通常情況下演化到一個穩定的或不變的狀態時，耗散處于極小值；在熱擴散的情況下，總的熵可能是增加的，但是當氣體最終的濃度梯度已經建立以后，內稟熵的產生率就處在它的最低值。普里高津的最小耗散圖像比起最大熵的平衡概念來對我們更為有用，因為它與實際世界的關系更為密切——在實際世界中，沒有什么是真正處于平衡態的。

對于遠離平衡態的非線性系統，普里高津和布魯塞爾學派的另一位系統科學家格蘭斯多夫給出了一個新判據——格蘭斯多夫-普里高津判據。它的意思是：遠離平衡的開放系統，能量和質量都可以變動，系統的行為由非常復雜的非線性關系所支配，當系統偏離平衡態太遠時，這種穩恒狀態就變得不穩定了。此時可能會出現一個“轉折點”，或者稱作“分差點”，系統在此處會偏離穩恒態，而演化到某種其他狀態。對于在第一個轉折點之后會發生什么情況，進一步研究將顯示系統出現的多種可能性或“分叉”。它可能預示著系統將出現多種狀況，在整體熵快速增長的同時，卻可能觀察到極其有序行為的出現。對于一個化學家，這可能意味著一只周期性改變顏色的化學鐘或者試管里顯現的彩色圖案；對于一個生態學家，可能意味著動物種群中新的穩恒態或交替變化；對于一個醫生，也許意味著一次心臟病發作

也就是說遠離平衡態可能出現的是一種令人驚異的有序狀態，此時無數個分子在時間和空間中的行為達到協調一致。普里高津將此稱為“耗散結構”，因為它們發生在系統和外界之間有物質和能量交換的情況下，同時伴有系統的熵產生（耗散）。這些導致耗散結構生成的復雜而相互依賴的過程，共同的名稱叫做“自組織”。

怎樣使耗散結構與“宇宙熱寂”的思想統一呢？如果我們不具體研究非平衡系統的演化，就會看著無序性的增長，最終一切變化停止而達到熱平衡。但是對于非平衡過程的研究證明，一個遠離平衡態演化的宇宙，是不能如此簡單處理的。在這樣的宇宙中，不可逆的非平衡態熱力學允許產生自發的自組織結構，使得星系、行星直到細胞、生物得以出現。三、進化論的時間之箭：負熵增加對生物起源的解釋，在很大程度上，人們都依賴進化論。但要從簡單的物質形式演化出復雜的生命形態，是需要漫長的時間的?？墒且勒諢崃W第二定律，隨著時間的推移，自然系統的熵值會不斷增大，無序化趨勢是在所難免，這樣的自然界怎么可能允許出現有序化程度越來越高的生命現象存在呢？薛定諤在《生命是什么》一書中說：“自然界中正在進行著每一件事，都意味著它在進行的那部分世界的熵的增加。因此，一個生命體在不斷地增加它的熵，并趨于接近最大值的熵的危險狀態，那就是死亡。要擺脫死亡，就是說要活著，唯一的辦法就是從環境里不斷地吸取負熵。有機體就是依賴負熵為生的。或者更確切地說，新陳代謝中的本質東西，乃是使有機體成功地消除了當它自身站著的時候不得不產生的負熵。”

那么，什么是負熵呢？在熱力學中，熵值只有在絕對零度時才為零而第三定律表明絕對零度不可能達到，所以，熵值根本不是指負的熵值，而是對與熵完全相反的一種情況的一種描述，如負熵是指能促進系統增加其秩序或組織性的一種特性。而玻爾茲曼的H函數是隨著時間而減小的，這個函數為熵的箭頭提供了一個互補的箭頭，熵在系統向平衡態演化過程中是隨時間增加的，這樣他就通過“分子混沌”假設在分子層次上解釋了不可逆性的根源。

但是一些科學家設想如果運用“粗?；狈椒ǎ梢詫Σ柶澛牟豢赡嫘詥栴}重新解釋，如物理學家杰恩斯（EdJaynes）說我們之所以對億萬個分子構成的運動無法追蹤認識，“不是因為物理過程本身不可逆，而是因為我們追循物理過程的能力有限。”也就是說，如果我們的感覺足夠靈敏，我們就可以看到分子的單獨運動，從而可以去證實，所有的過程在這種微觀層次上是可逆的。這種思想經過信息論的處理變成了現實。申儂認為從伴隨噪音而接收下來的一切信號中，可以獲得有用的信息。噪音的本質是無序的，這與信息的有序性形成對照，信號中的信息量越大，它的熵就越小。

這樣信息與熵之間構成了一種相反的關系，所以，維納、布里淵、貝塔朗菲等多位科學家都將信息與負熵視為同義語。

生物的進化過程，是生物分子有序化程度不斷提高的歷史，也就是不斷吸取負熵，提高自組織能力的歷史。現在的生物化學表明，氨基酸、類蛋白、類核酸等生物分子都可以通過人工合成的途徑得到，但是在沒有人工控制的原始自然條件下是如何完成這樣嚴格的要求的呢？生物化學研究開始了對自然系統的自組織機制的探索。人們發現：不僅蛋白質使酶作為催化劑具有專一性，保證催化核酸使其完成自我復制及遺傳變異，而且新近研究發現RNA高分子也具有自催化功能，它是細胞形成以前的第一推動者。

此種功能的發現使耶魯大學的阿爾特曼SidneyAltman和科羅拉多大學的捷克ThomasCech榮獲1989年的諾貝爾獎）生物分子一旦具備了自組織的功能，非線性反應所需要的反饋機制也就形成了，這樣就會出現復雜分子在時間和空間上的演化。奧帕林（AlexanderOparin）的“凝聚模型”、?？怂梗⊿-W-Fox）的“團聚體”、哥岱科(RichardGoldaacre)的“類脂雙層體”模型都用相近的方式解釋了這個原理。DNA和RNA的演化變異被看成一個分子生物鐘，高能輻射和復制過程中的錯誤都是導致突變的原因，在更復雜的范圍內可以運用英國數學家和計算機科學家圖靈的思想加以分析。圖靈在把一個描述精神的簡單機械圖像和純數學結合起來，說明了機器可以模擬思想，他力圖找出生物學的形態來源，即細胞是如何構成有機體的，他發現在這個過程中信息的改變是導致細胞球體對稱性破缺的重要因素

圖靈運用數學方程給定了系統偏離均勻狀態而進入遠離平衡態的“臨界點”。總之，在各種生命形式里，生物信息對生物的進化發揮著重要作用。蛋白質作為催化劑時的高度專一性，保證了自己和其祖先核酸之間有一個共生關系。基因的遺傳密碼遵循生物中心法則逐級傳遞，在這個過程中基因的重組和基因的突變都有可能導致外部生物顯性性狀的改變。對生物基因變異的原動力的解釋是歷來各派生物學爭議的一個焦點，它們就是迄今為止形成的各種進化理論。傳統的拉馬克和達爾文的進化論以獲得性遺傳為基本構架，強調環境所引起的適應性變異是進化的根本原因，二十世紀美國摩爾根學派側重于從基因突變、重組和染色體畸變等不定變異等方面解釋生物進化的機制，他們的觀點后經過發展形成了“中性突變進化論

其主要思想是：突變大部分是中性的，它不會影響核酸和蛋白質的功能，對生物個體既無害也無利；在分子水平的進化上自然選擇不起作用，“遺傳漂變”通過在群體中的固定和逐漸積累，實現種群分化，形成新種；生物進化的速率由中性突變的速率所決定，它對于所有的生物幾乎是恒定的，即同一分子的進化速度在不同的物種是相同的。據說，依照他們的定量分析可以估算出物種進化的時間表，它與化石研究所確定的進化時間比較接近。但因其完全排斥自然選擇在進化過程中的作用，與實際經驗觀察分析難以吻合，也影響了其說服力，這樣以耗散結構理論為依托的廣義進化論就作為一種綜合的理論出世了。

普利高津認為獲得性遺傳說和中性突變說兩種思想都具有局部的合理性，但如果各執一端，就會流于片面，不能真實地揭示生物的進化根源。他指出處于非平衡態的生物系統“不僅對它們的內部活動所產生的漲落敏感，而且對從它們的環境中來的漲落敏感”。（普利高津：《從混沌到有序》，第221頁，上海譯文出版社，1987年版。）在此基礎上，拉茲洛根據古爾德（Gould）和埃爾德里奇（Etdredge）的“間斷平衡理論”闡述了進化的宏觀過程，

他說：“進化之所以發生，是由于有其他物種或亞種偶然闖進了邊緣并打破了占支配地位的循環圈，從而使在進化枝中占支配地位的種群在自己的環境中失穩了。在這個時期，長期的靜態穩定被破壞了，出現了從原先占支配地位而受到滅絕威脅的種群向處在邊緣的物種或亞種的進化性飛躍?！保ɡ澛澹骸稄V義綜合理論》，第79頁，社會科學文獻出版社，1988年版。）這樣關于生物進化的基本機制和時間箭頭就能很好地統一起來，同時它也在跨學科的意義上解決了熱力學與進化論的對立局面，為我們構成一個統一的自然圖景作出了重要貢獻。

二、有序與無序序是標志系統從宏觀到微觀的不同層次上可辯識性的范疇，是指某些確定的參量按規律取值的確定程度，能夠按規律取確定值的是有序，無法按規律取確定值的是無序。有序和無序是從系統的不同存在狀態方面對系統所作的一種描述方式，就象進化與退化對生物現象進行分析一樣，它具有自然系統的現實依據。如熱力學中所說的熵、信息論中的信息量、協同學中的序參量，都是從特定角度對有序和無序問題的研究。系統的有序性首先指結構的有序性，系統內部各要素之間的聯系方式是規則的、確定的。如簡單有序，既可以表示要素在空間分布上的規則性排列，象晶體點陣即是；也可以是系統在時間延續中的規則性變化，如周期運動等。其次，系統的有序性還表現為行為的有序和功能的有序。系統的行為與功能是作為過程而展開的，包括多個階段、步驟、程序等，它們經過有序地協調安排，才能使系統行為和功能優化。

行為和功能直接表現的是系統與環境的相互聯系，聯系方式有規則的與不規則的、較強的規則性與較弱的規則性的差別，但究其根源而言，都可以從系統要素的構成方面得到解釋。復雜系統內部的線性和非線性相互作用使系統的秩序問題也顯得很復雜，有序與無序，高序與低序常常是互相交替，難以界定。系統的無序性通常可視為系統的無規則性的聯系。它也既有結構上的，也有行為和功能方面的表現形式。簡單無序，指的是系統要素在空間分布上的無規則堆積，如垃圾堆；或是在時間延續中的任意變化，如隨機運動。無序和有序之間的界限可以通過發生對稱性破缺的臨界點加以區分，系統處于平衡結構時，其表現特征基本是有序的，系統突破了原有平衡，而進入非平衡結構，其有序性特征在減少，逐漸被無序化特征所取代。其實，純粹的有序或無序只是理論抽象，真實系統的有序和無序是相對的，它們相比較而存在，相排斥而演變。晶體的有序排列中總有缺陷，四季交替中也難免反常，行星繞太陽周期性公轉也有攝動；而在雜亂無章的堆積物中也總能發現局部的規則性聯系，隨機運動中也有統計學上的確定性；至于復雜系統，有序和無序更是相互依存，相互制約，相互促進?？臻g排列上的分形結構，時間演化中的混沌行為，都是有許中包含無序，或無序中嵌套著有序。三、系統自組織的條件一個系統在什么情況下會產生自組織，首先要看這個系統是不是開放性系統。如果該系統與環境之間具有物質、能量和信息等方面的交換，則該系統具備了開放性，它才有可能產生自組織行為；否則，一個與環境沒有任何交換的封閉系統是不可能出現自組織行為的。普里高津運用一個總熵變公式，對系統內部熵的變化作了具體分析。即：dS=diS+deS這里的dS是系統總熵的改變，diS是系統內部混亂性產生的熵，熱力學第二定律保證熵產生為非負量，即diS≥0；deS是系統通過與環境相互作用而交換來的熵，稱為交換熵，可正可負

有四種可能性：（1）deS=0，系統是封閉的，與外界沒有交換，內部的熵增使系統混亂程度不斷增加，不可能出現自組織，只可能導致組織的退化。（2）deS>0，與外界交換得到的是正熵，總熵變dS>0，系統以比封閉狀態下更快的速度增加混亂程度，不會發生自組織。（3）deS<0，但|deS|<diS，通過對外開放從環境中取得負熵，但從環境得到的負熵不足以克服內部熵的增加，總熵變dS=diS+deS≥0，系統也不會發生自組織。（4）deS<0，且|deS|>diS，從環境中得到的負熵大于內部的熵增加，總熵變dS<0，系統出現減熵過程，即自組織過程。可見，對外開放是系統自組織的必要條件，封閉系統不會出現減熵運動；開放系統如果從外界獲得的仍然是正熵，或者獲得的負熵不足以抵消自身的熵增趨勢，都不可能出現自組織行為，只有正確的開放獲得了足夠遏制熵增趨勢的負熵，而且負熵的補給是源源不斷的，才能維持系統的自組織。就自然現象而言，貝納德對流、激光的受激輻射、B-Z反應都是開放系統；宏觀上的生命個體、生物群落、地球環境都是開放系統，嚴格意義上的封閉系統也許不存在，否則，就很難說明宇宙的演化。其次，非平衡結構是系統自組織的狀態性前提。在系統內部各要素相互作用的過程中，如果各方面的勢力處于均衡，系統就處于平衡狀態，這時的系統不會隨著時間而變化，也就不會出現具有自組織特征的耗散結構。系統只有在失去內部結構的穩定性狀態下，才有可能產生內部的隨機性運動，才會導致內部的重組。如在貝納德花樣中，流體上下溫差與密度差以及熱傳輸的存在，使微小體積元的隨機漲落有被放大的可能；在激光現象中，高能級原子和輻射的激活性，使隨機性的光子有按幾何級數增長的可能；

在B-Z反應中，化學親和勢以及正反化學反應速度之差的存在，使介質濃度的隨機漲落有被放大為一種宏觀的周期性變化的可能性。非平衡結構有兩種狀況，一是近平衡態，系統內部主要是線性因素起作用，系統具有較為穩定的特征，系統不可能出現從無序到有序的進化。然而，等到系統內部出現非線性作用時，局部的漲落可能被放大，進而影響到整個系統，強迫系統向著某個新的秩序進化，這就是遠離平衡態，在近平衡態和遠離平衡態之間存在著一個臨界的閾值，在沒有達到該臨界點之前，是近平衡態，突破該點就是遠離平衡態。第三，非線性相互作用是系統實現自組織的基本依據。普里高津說：“對于耗散結構所必須的另一個基本特征是在系統的各個元素之間的相互作用中存在著一種非線性的機制。”艾根認為：“只有非線性系統才能提供開始自組織所需要的全部性質，并允許系統繼續向高水平進化，直至能夠逃脫它起源時的特定前提。”（艾根：《超循環論》，第18頁，上海譯文出版社，1990年版。）非線性相互作用與線性相互作用相比具有兩個重要特征：

一是這種相互作用使各要素見產生相干效應與協調動作，從而可以使系統從雜亂無章變為井然有序。如果系統內各要素間的相互作用是線性的，那么它們的組合就只有量的增長，而不會有質的突變。例如，雜亂的發光原子線性疊加，仍然只能雜亂地發出自然光，不可能向有序的激光轉變；只有發光原子產生非線性的相干效應，才有可能形成相位、頻率一致的激光。二是非線性的相互作用還會使系統的演化產生多個可能的分支，即會出現不同的結果。這種過程反復進行就導致了類似“生物進化樹那樣的分支系統，使系統的結構和功能趨于豐富多樣。第四，內部漲落是系統實現自組織的直接誘因。一般來說，表征系統某種屬性的量度并不嚴格精確地處于平均狀態，而是有或多或少、或大或小的偏離，這種偏離或偏差就叫漲落。漲落可由系統內部的不規則運動引起，也可由環境不可控的干擾引起，其大小、形態、范圍等變化在宏觀上是無法預見的。漲落的存在是一切實際系統的固有特征，而它對系統的影響則視具體情況而定。通常情況下，漲落會被系統結構的約束力所平息，并不引起重要結果。只有當系統狀態處于臨界點上，微小的漲落才會得以放大，變成具有宏觀尺度的“巨漲落”，從而推動系統發生質變，形成有序結構。漲落在決定系統向哪個方向分支進化方面起著重要作用。

換句話說，系統中的非線性相互作用雖然規定了多種可能的途徑，但究竟哪一種途徑成為現實，是由漲落隨機選擇的。漲落的這種作用表明自然界的演化是偶然性與必然性相互影響的過程。在上述四個條件之中，開放性是必要條件，但不是充分條件；只有系統內部出現非平衡結構、非線性相互作用和隨機漲落等條件時，才有可能發生自組織過程

這正如普里高津所說：“這使我們對于物質世界有了一個多元論的觀點，在這個世界里，各種現象作為影響體系的條件一個挨一個地共處其中，而這條件本身又是變化的。也就是說對系統自組織的規律的理解應從多角度、全范圍的去考察，同時它們各種因素之間的關系也是互為因果的，因此，自然界的演化才變得錯綜復雜，進化與退化，有序與無序，周期性與超循環性同時并舉。第三節自然界演化的循環性自然界物質系統的不斷演化，必然導致自然界物質演化的另一種基本特征——循環發展性，即這種特征一方面表現為自然界的演化具有周期性，另一方面又具有非重復性的超循環性，就是說自然界的整個演化過程是由一系列彼此交替的螺旋式循環構成的，同時也是演化的方向性、多樣性與無限性等相互交織的辯證否定規律得到充分證實的歷程。一、演化的周期性與超循環性自然界物質系統的演化，經過產生、發展和消亡的辯證否定過程，完成了一個周期。周期性的表現形式是自然界經過一定的演化歷程之后有著向原來出發點回歸的傾向。物質系統演化的周期性現象，在自然界已是一個普遍的客觀事實。從當代科學發展的成果看，宇宙中的微觀世界和宏觀世界都具有周期性的規律。俄國著名化學家門捷列夫的元素周期表，在微觀的意義上揭示了物質世界的基本構成元素具有周期性的內在聯系，經過后人的進一步完善，元素周期律更為全面地表達了這種特征。元素的性質是隨著原子的核電荷數的遞增而呈現周期性變化，無論是元素化合價的遞變，或是元素金屬性和非金屬性的遞變都是如此。周期表上每一周期的元素，從左到右是非金屬性逐漸增加、金屬性逐漸減弱，但從上到下則相反。而且，不論是從上到下，或是從左到右，后一周期都不是前一周期同族元素性質變化的再現。在有生命的世界，這種周期性也是顯而易見的。脫氧核糖核酸DNA的自我復制具有周期性，生物細胞的新陳代謝具有自己的生命周期，植物的生根發芽、開花結果與氣候的季節性變化存在著很大的對應關系；動物的孕育成長直至衰老都具有周期性特點。呼吸周期、體液循環、心跳節律、神經活動的興奮抑制周期更是成為人的生命節律的周期性表現形式。在宏觀世界，地質的演化、冰川的活動也都具有周期性；慧星、衛星、行星、恒星、星系的運轉也具有周期性，地震、火山、地球板塊碰撞、太陽風、耀斑、黑子、脈沖星、超新星爆發等地質活動和天文現象都具有周期性變化特征，暴漲宇宙模型在解釋宇宙演化時，也是將恒星、宇宙都看成是一個具有固定的生命周期的存在物，我們現在的宇宙膨脹到某一最大體積后，有可能發生收縮，溫度也隨之升高，終于又恢復到“原始火球”狀態。然后在一定條件下，宇宙又一次進行大爆炸，這樣交替循環；恒星是由彌漫星際物質凝聚而成，其后它在燃燒的過程中因物質能量衰退而變為紅巨星、白矮星直至新的星際物質，如此循環不已。但是，值得注意的是，任何物質系統的循環都不是對過去的行為和狀態的簡單重復，而是有所突破、有所變異，從而使自然界的演化具有不可逆性和超循環的特征。關于自然界的這種特征的研究最早是在化學中的貝魯索夫——扎孛廷斯基（簡稱B—Z）反應而引起人們重視的，貝魯索夫發現，在控制檸檬酸、溴酸鉀、硫酸等反應物濃度的條件下，催化劑鈰離子的濃度隨時間作周期性的變化，會造成混合物液體的顏色在無色和黃色之間來回振蕩，就象變化的時鐘一樣很有規則。

關于自然界的這種特征的研究最早是在化學中的貝魯索夫——扎孛廷斯基（簡稱B—Z）反應而引起人們重視的，貝魯索夫發現，在控制檸檬酸、溴酸鉀、硫酸等反應物濃度的條件下，催化劑鈰離子的濃度隨時間作周期性的變化，會造成混合物液體的顏色在無色和黃色之間來回振蕩，就象變化的時鐘一樣很有規則。扎孛廷斯基又以鈰離子作催化劑，讓丙二酸被溴酸氧化，發現反應物出現紅藍相間的空間構型以及紅藍相間的擴散波。普里高津和勒菲弗（ReneLefever）也在幾乎同時構造了一個具有空間自組織必需條件的、起化學反應的模型系統，（這就是后來由弗吉尼亞大學的泰森JohnTyson所說的布魯塞爾振子）他們證明了該準則具有與熱力學第二定

律不矛盾的特點。B—Z反應的一個重要特征是：在整個反應過程中，兩種不同的產物相互催化對方的合成物，這種交叉催化反應被艾根稱為超循環。在此核酸的自我復制本身就是一種循環，蛋白質是其催化劑，而這些催化劑又構成經核酸翻譯的循環，這種催化循環的循環就是超循環。它不僅局限于化學或生物制品中的交叉催化反應，而是一種具有相當意義的普遍性，它表明自然系統在一定的外界條件作用下，通過自組織過程完成系統的進化。艾根說：“超循環是一個自然的自組織原理，它使一組功能上耦合的自復制體整合起來并一起進化?！保ò骸冻h論》，第3頁，上海譯文出版社，1988年版。）

一些科學家也指出：“我們不可能忽略BZ反應和有機世界中許多我們熟悉的組織之間的關系?；瘜W鐘里的螺旋波與心臟病發作時的波動、原始粘菌、旋渦星系、颶風等等之間大有相似之處?！保ㄓ说每挛哪崃_杰海菲爾德《時間之箭》，第200頁，湖南科學技術出版社，1995年版。）由此可見，自然界的演化一方面具有周期性的特征，但在周期性的發展中具有不可逾越的超循環特征，否則，就不能解釋自然界的演化在宏觀上具有不可逆的和進化的趨勢?？傊瑳]有天體演化的周期性，就沒有絢麗奪目的夜空；沒有生命過程的周期性，生物就不會有新老交替、生生不息；沒有季節變換、滄海桑田就談不上變化發展。當然，自然界的任何變化都不可能是單調的前進，或者是單調的衰退，而是相互貫穿、迂回曲折、辯證發展的，周期性和超循環性在自然界的螺旋式演進中得到了高度的統一。二、演化的方向性自然界物質系統的演化總是具有一定的趨向，或是進化或是退化，或是向上或是向下，或是朝著有序演進或是朝著無序衰退。這些都是自然演化成的方向性的表現形式。進化與退化是自然界辯證發展的典型形式。它們代表著兩個截然不同的演化方向

進化是指在物質演化中由無序到有序的過程，它是通過提高自然系統的自組織方式實現的。在自然界中存在著大量的進化事實。達爾文的進化論揭示了生物領域里的進化性演變過程，天文學和天體物理學的研究表明，宇宙星體的演化也具有逐步演進的特征。自然，無論是生物進化還是天體演化都不