2.3 超循環演化理論

2.3.1 超循環原理

超循環理論[152]（Hypercycle Theory）是諾貝爾獎獲得者德國科學家曼弗雷德·艾根創立的，是一種研究生物演化機制的自組織理論，它是具有一定普適性的生物進化理論。該理論認為：在化學進化與生物進化之間必然有一個分子自組織階段，完成從非生命向生命物質轉化的質的飛躍[153]。“循環”是事物普遍的聯系，按進化的層級，循環有3種類型：反應循環、催化循環、超循環。在物質與能量循環中只要有一個自復制單元，此循環就能表現出超循環的動力學特征。超循環就是由屬于上述3種循環的多個反應循環相互結合構成的復雜反應循環。在超循環組織中，每個復制單元既能指導自己的復制，又對下一個中間物的產生提供催化支持。超循環能使組織的結合更加緊密，組織和結構具有更大的豐富性和多樣性，使系統能量得以匯聚，并被系統多次充分利用，提高體系的非線性特征，促使系統進化。

在穩定性和不穩定性的矛盾運動中超循環結構得到演化，其穩定性依賴于自復制單元的自復制能力和單元間的耦合強度。超循環結構的演化途徑有兩種：漸進與突變。前者是不打破原結構，后者則是舊結構解體和新結構創生過程。漸進表現出一種穩定的過渡特性，突變則表現出一種跨越式的改變。

艾根[154]認為經過生命的復制、異變和選擇規則，生命系統以超循環結構的形式進化，如圖2-1所示：現有數量非常多的生命個體I1和I2，彼此緊緊相連，I1的復制酶為E1, I2的為E2。I1和I2有很小區別的DNA序列可以被E1和E2識別。此外，根據復制酶與DNA序列結合的緊密度不同，復制酶增進可以分為兩種方式：一種是促進對方復制的相互增進，另一種是促進自身復制的自我增進。因此，圖中的（a）、（b）、（c）、（d）所示的4種耦合方式表現了兩個生命個體與復制酶之間的交互作用。圖中曲線表示生命體與復制酶之間的結合緊密度，虛線表示緊密度弱，實線表示緊密度強。

如圖2-1（a）中所示，復制酶E1、E2分別將I1和I2以超循環的方式強化，使得I1和I2競爭激烈，由此，E1、E2、I1和I2所組成的系統處于不穩定的動態演化中，平衡是相對的，只能維持很短的時間并且很容易被打破，條件就是出現一個微小的漲落，通過自我強化，其中一個個體存活，另一個競爭者消亡，這種淘汰過程完全是一個隨機的過程。在圖（b）中，I1由于復制能力得到了E1、E2的加強，而E1、E2無法促進I2的復制，I2則在競爭中處于劣勢，I1復制能力在競爭中處于優勢取得勝利得以生存發展，取代I2。反之，圖（c）中I1在競爭中處于劣勢，被I2取代。在圖（d）中，E1有利于I2, E2有利于I1，結果是I1和I2的復制都離不開對方復制酶的支持使得雙方是互相依存的，但是雙方不會表現出明顯的競爭優勢，這樣系統就演化成一種自我增進和交互增進的耦合的二元超循環結構。

綜上所述，圖2-1中只有最后一種方式能促使I1和I2形成超循環結構，才能向著更高水平演化和發展。而前3種的交互方式只能有一個個體生存下來，系統無法相互增進，只能停留在原來的水平上。

如圖2-2所示，超循環通過以上的方式演變為二元的超循環后，必然會經過突變這一步驟，向多元的超循環機構演變。二元超循環組織形成后，當復制中出現了I1的變異I′1，如圖2-2（a）, I′1可能取代I1，也可能滅亡，抑或進入原超循環中。如果I′1是有意義的變異，變異體I′1的復制酶E′1比E2更有利于I1的復制，新耦合是更有意義的，此變異體會進入原超循環中而成為I3。由此超循環組織經過自然選擇保留了有意義的變異，結構進化得更復雜、功能更強大，二元超循環擴大為三元超循環，如圖2-2（b）。以此類推，可以生成無窮層次自相嵌套的循環生長系統。

如圖2-3所示，在個體進化的進程中，不同的生命發生異變的幾率是不同的，一些自我增強和交互增強的個體發展迅速，自復制過程中的異變幾率大，能夠產生新的生命，并通過選擇規則，加入到網絡中。新的個體在母體的帶領和作用下，又會產生更新的生命，進而在選擇規則的影響下，也會加入到網絡中，如此不斷地復制、異變和選擇，便形成了以某種特殊能力為核心、緊密相連、相互依靠的若干個體的集合，構成具有特定能力的個體團；相對來說，一些交互增強和自我增進較弱的個體發展緩慢，異變幾率小，很難產生新的個體和個體聚集，即使發生了集聚，所形成的集聚也較小。同時，網絡中的集群規模還會隨著自身競爭能力和外部環境的變化可能進一步變小，也可能會增大。通過集群和集群規模的變小及增大，群體結構生成了很多具有各自能力的子網絡，并使網絡的功能和效率持續地增強和完善。

艾根認為，整合功能是催化超循環的重要功能，這樣才會推動系統越過不穩定點，建立新的整體穩定。它同時滿足3個條件：①競爭的目的是為保存信息；②通過不同單元競爭協同組織；③形成一種穩定的共存。在超循環的生成過程中，不斷創生突變體，這種突變體因其擁有進化信息能夠進行自組織，并通過競爭和篩選聯系，使所有成員都能利用每一個體的優勢，形成具有整體性的協同進化。這就是一切系統能在沒有外部擾動的情況下，自生自滅，完成進化的奧秘[155]～[157]。

2.3.2 超循環結構的構成

1．反應循環

反應循環相當于新陳代謝的作用。大量的化學反應系列存在于生命機體內部，每一種化學分子都可以通過幾步化學反應過程來形成。如圖2-4所示，其中：EP表示酶—產物復合物；P表示產物；ES表示酶—底物復合物；E表示酶；S表示底物。起始是由非平衡狀態的濃度引起，由于其不穩定性（濃度差）引發了反應，最終構成了簡單有序、不再保持在混亂的平衡態。人體的新陳代謝，就是生化中的一個酶促反應循環，相當于一個反應循環，就像工廠生產制造產品。主要特征為：①產物呈線性增加或增長的生產速度；②在整體上無論有多少步驟，都是構成新陳代謝的機制；③由于原料和產物濃度的非平衡造成統一的動態性；④反應循環是由物資能量的不斷流出流入來維持和構成的系統，也是一個開放的系統。

2．催化循環

催化反應循環相當于具有自復制機制和新陳代謝的作用，是多個相互催化的反應循環的組合。這也構成了二級循環網絡，如圖2-5所示。

催化反應循環有如下特征：①如圖E1的催化產生E2, E3通過E2催化產生，……, En的催化又產生E1，說明催化循環各部分及整體都有自我復制的機制，只有多個反應循環才能形成自復制系統；②催化循環是一種反應循環（或催化劑）產生另一種反應循環（或催化劑）的過程；③具有不受環境制約，可以自主朝著自我信息復制的方向進行；④產物是催化劑（比如酶，或者核酸等）有再生產能力，產物的生產速度增加或增長是呈指數式的非線性。

2.3.3 知識創新的動態演化研究

近些年來，一些學者開始嘗試應用系統自組織理論研究知識創新和知識創新系統演化問題。李久鑫和鄭紹濂[104]認為，傳統管理模式已經不適應當代高技術企業的運行特性。為此，嘗試提出一種新的管理觀念“組織與自組織”理論。新觀念強調管理是管理客體的內生因素，表現為組織與自組織兩個過程。艾仁智[105]創造性的基于自組織理論對城市商業銀行發展的內在機理進行分析，強調系統自組織性的增強是組織發展的內在機理和關鍵因素。羅文軍和顧寶炎[106]運用自組織理論來描述如何創造知識并與外部環境相匹配（即知識創新）及在這一過程中所需要的條件，希望能夠對企業家和經理人的知識創新實踐有所借鑒。方琳瑜等[107]認為，我國中小企業自主知識產權的成長過程是一個動態的復雜系統，具有自組織性，并初步探討了我國中小企業自主知識產權成長演化的自組織過程、機制和特征。劉希宋等[108]以系統觀的視角研究了企業知識創新系統，闡述了創新系統的運行模式，并針對企業知識創新系統的特點，探討了企業知識創新系統自組織演化的過程。朱曉娜和袁望冬[109]認為自主創新是一個系統工程，通過對自主創新系統的自組織性的研究，從而深刻體會和理解自主創新系統的形成、發展、演化的內在機理、機制。

綜觀上述研究可以發現：大多研究在研究方法上還沒有擺脫傳統理論框架的束縛。在理論上基本創新較少；另外某些研究在內容體系上，研究成果較為分散，對其復雜性的認識不足。