生物复杂性的限制与细胞内物质量相关

我们之前提到过，生物的基因组大小是受进化速度限制的。但是这并不是限制生物复杂性的惟一原因。信息量的限制只是复杂性限制的一个方面。通常情况下，复杂性本身受的限制才是最重要的限制。

如果动物想要多进化出一个器官，就必须要给这个器官提供发育，保护，营养，供血，再生，支撑和免疫等服务。如果这个器官的负担很重，那么这种动物就需要更强大的心血管系统，更强大的运动与支持系统与更强大的免疫系统。对免疫系统，运动系统和消化系统的额外要求同时也意味着这几个系统对供血系统的额外要求。除免疫系统外其他系统的增生也会对免疫系统带来更大的压力。这些压力如同滚雪球一样无休无止。同时，多了一个器官往往意味着生物生长期变长，营养消耗增多，因此生物的进化也就变慢了。

长得更大，更强壮，速度更快可以让生物具有额外的竞争力。但是长得太大，生物的各个系统负担过重，也会导致生物竞争力的下降。一味地追求某一方面的竞争力的物种，常常会被其造成的负担拖垮。巨大的恐龙虽然可以随便欺负体型更小的生物，但是它的进化速度却因为低种群数量和长生命周期而受到了限制，而且巨大的体型也使它们在运动时的反应速度受到限制。猎豹的速度非常快，但是由于它在速度给它的心肺带来巨大的负担，使它持续运动的能力非常差，经常在捕猎后精疲力竭的时候被鬣狗抢去食物。而且，它的肌肉大多用于奔跑，它打斗的能力反而不足，所以它只能追捕同样主要用速度作为自卫手段，缺乏打斗能力的瞪羚。

生物在进化中，最有效的策略并不是单纯地强化某一方面的能力，而是尽量发展一些具有强大功能的系统，让这些系统在尽可能少制造负担的前提下完成尽可能强大的功能。比如，生物的循环系统越强大，它就可以维持越大的躯体。另外，各个系统的进化是互相支持的。一个系统越发达，它对其他系统的支持作用就越强，其他的系统就能变得越强大，反过来其它系统对这个系统的支持也就越强大。神经系统与运动系统的相互作用最能说明这一点:发达的神经系统让运动系统更有用武之地，而发达的运动系统又给了神经系统更多的训练，让神经系统的扩张变得有利可图。神经系统可以调动运动系统的一切功能来放大自己的作用，运动系统也可以更好地保护神经系统不受伤害。

如果动物的复杂性可以让它具有更强的信息处理能力，那么这种复杂性不但不是负担，而且还可以为它降低其他方面的复杂性负担。一些神经系统不发达或者无法向同伴学习知识的生物只能受基因来指导什么样的食物是可以吃的，比如大多数昆虫。如果食物来源稍微有变化，它们的生存就会面临挑战。而老鼠在食物选择上虽然也受基因控制，但是在社会学习的帮助下，它的基因可以少干很多事。这样就降低了基因复杂性的负担。

进化的历史，就是一部复杂性突破各种障碍不断提升的历史。在这个过程中，各个系统在互相的帮助下，能力都在不断提升。

最早的生物是原核生物。对于它们来说，一个细胞内能放下的物质的量就是它们复杂性的极限。一个细胞如果过大，细胞内物质扩散速率就会很慢，单细胞生物的竞争力就会下降。所以一个细胞内表达的基因数也不能太多，因为一个细胞需要足够大才能才能容纳这么多的基因表达、翻译、相互作用。除了一些特殊情况以外，原核生物细胞的尺寸是变化不大的。(www.xing528.com)

后来，真核生物出现了。真核生物与原核生物的最大差别之一，就是真核生物有很多由膜围成的细胞器。这些细胞器的作用在于，把细胞内部分割成许多空间，使得各种不同的化学反应可以被隔离开，也就增加了细胞内化学反应复杂性的上限。而且，膜的增加也增加了细胞内的膜表面积——膜可以作为各种蛋白质的附着位点，所以膜面积的提高可以增加蛋白的附着位点。这样，真核生物单个细胞能容纳的复杂性就会高于原核细胞。所以真核细胞一般都比原核细胞大很多，基因数目与总复杂性也比原核生物大很多。

但是单个细胞的复杂性还是太有限。除了极个别的特例以外，真核生物细胞的大小都是差不多的，这也从一个侧面说明单个细胞复杂性的限制。如果真核生物还想提高自己的复杂性，就需要进化为多细胞生物。不同的细胞可以各司其职，这样生物整体就可以掌握更大的复杂性。但是对于多细胞生物而言，它单个细胞内的复杂性仍然受到与单细胞生物一样的限制。它只不过是用多细胞这一个技巧绕过了这个限制而已。

动物的循环系统可以方便营养物质与信号分子的传递，所以有发达循环系统的生物可以长得更大。没有任何循环系统的动物一般都是毫米量级的(线虫，扁形动物等。部分腔肠动物是例外)，具有开管循环系统的动物可以长到几十厘米长(节肢动物，甲壳动物)，具有闭管循环系统的动物可以长到几米长(软体动物，脊椎动物)，具有双循环系统的动物可以长到几十米长(哺乳动物蓝鲸)。

神经系统可以增加动物的信息处理能力，可以用较小的基因代价控制更多的信息，所以有发达神经系统的动物可以具有更高的复杂性，远远超过基因组信息量的限制。

以上每一次进化，都提升了生物复杂性的上限。最高等的生物——哺乳动物仍然要受到各种原始的复杂性限制影响。它们单个细胞内的复杂性仍然受到细胞大小的影响，它们基因组的大小仍然受到突变率的影响，它们身体的大小仍然受到循环系统工效的影响，它们神经系统可以最大化地提高它们的复杂性，但是神经系统的规模却仍然受到以上所有复杂性限制的影响。生物通过各种杠杆使自己绕过各种复杂性限制，但是它们总是在各种不同的层次上受到复杂性的限制。这些杠杆越多，生物的总复杂性就越高，它就可能具有越强的竞争力。

人类能具有现在的成就，是各个系统共同作用的结果。人思维的基础是神经系统，它有几亿个神经元。而且这些神经元需要随时保持在营养丰富，温度稳定，不受病原体侵害的状态。没有以上所有系统的帮助，人类的神经系统是无法工作的。