前言 自然选择如何将竞争转化为合作
从自然界的战争里，从饥饿与死亡中，发展出一代又一代的高等动物，这是我们能想到的关于生存斗争的最崇高目标。
查尔斯·达尔文，《物种起源》
生物现象有其阴暗的一面，查尔斯·达尔文将大自然的这一阴暗面称为生存斗争。他意识到，竞争在进化的过程中起着极其核心的作用。在无穷无尽而又残酷无比的生存斗争中，适应性最强者胜出，其余生物则逐渐灭绝。因此，我们今天看到的天上飞的、地上爬的、水里游的各种生物，它们的祖先都曾有过自己的鼎盛时期，也都比那些不幸的竞争者们拥有更强的繁殖能力。至于其他对手，竞争的失败意味着它们丧失了养育下一代的机会，在这个地球上永远地销声匿迹了。
在至少40亿年前，当最早的原生细胞开始出现时，生存斗争就随之产生了。这些细胞是结构单一的细菌，每一个都是微小的化学物质的有机组织，其中优于其他同类的细胞会繁殖得更快。只要获得食物的能力高于平均水平，它就可以繁荣生长，而竞争对手则会灭绝。围绕生存的斗争不断持续着，并扩展到了各种各样的生物栖息地。如今，地球已被细胞所占据，微生物遍及地球的每一个角落，从极地到沙漠，从岩石到深海。即便是在我们自己的身体里，细菌的细胞数量也都超过了人体自身的细胞数。如果把现在地球上的所有细胞加到一块，大约是10的30次方，或者说1后面跟30个零；而这其中大部分都是细菌的细胞，其他细胞的数量顶多是个零头而已。
生存斗争不仅仅适用于细菌，在我们称之为“动物”的那些高级的细胞组织中，斗争也同样存在。辽阔的非洲大草原上，一头狮子在长草中蜷伏，肌肉紧绷，全神贯注地盯着附近的羚羊群。它蹑手蹑脚地靠近羊群，突然，它以惊人的速度扑向其中的一只，一跃而起抓住羚羊脖子，然后用锋利的长牙刺穿羚羊的皮肤、血管和喉咙。狮子将自己的猎物拖倒在地，紧紧按住，直到猎物停止呼吸。而当狮子完成猎食之后，又会有一群秃鹫聚拢过来，分食剩余的羚羊残尸。
达尔文在《人类的由来》（The Descent of Man）一书中提出，现代人类也是在非洲大陆的生存斗争中发展起来的：“一种与大猩猩、黑猩猩存在亲缘关系的已灭绝的猿类曾一度在非洲出现。由于大猩猩和黑猩猩正是离人类最近的‘血亲’，因此相比其他地方，非洲大陆更有可能是人类始祖的起源地。”在过去大约六万年里，我们的祖先逐渐向其他大陆迁徙，并在与其他古代物种（例如直立人和大脑袋的尼安德特人）的竞争中胜出，从而统治了整个地球。不过，如果你是欧洲人、亚洲人或新几内亚人，那么你身上也可能会有尼安德特人的血脉。直到今天，生存斗争还在持续和加速，从超市之间激烈的价格战，到华尔街公司你死我活的对抗，几乎无处不在。
在生命的竞赛中，我们都受到生存斗争的驱使去努力争取成功。每个人都想成为赢家。要想赢得成功，有许多诚实的方法：比别人跑得更快，跳得更高，看得更远，想得更深，做得更好。然而，在斗争中本来就存在阴暗的一面，从自我利益出发来考虑，人们永远都不应该帮助竞争对手。哦，不帮助似乎还不够，为什么不给他们制造一些麻烦呢？为什么不欺骗他们呢？店里明明摆着新鲜出炉的面包，可有些糕点师傅还是会拿过期的面包卖给你。服务费明明已经包含在了餐馆账单里，可有些服务生还是向你伸手要小费。便宜的普通药物明明可以获得同样的疗效，可有些大夫还是在处方上给你开出昂贵的名牌药品。如果要当好好先生，你就注定赢不了这场竞赛。
人类是自私的。我们是相互掠夺资源的生物。我们以自我为中心，我们唯利是图，我们陶醉在自己的成功中，我们都想争第一。我们身上的每一根骨头，都只受自我利益的驱动。我们身上的基因都是自私自利的。不过，在生物进化的过程中，除了竞争之外，应该还有一些更加深刻的东西。
无论复杂度高低，各种生物都会在其生存的过程中彼此合作。最早的一些细菌以菌丝的方式排列，在任一菌丝上都有特定的细胞以自杀的方式凋亡
，以给相邻细胞提供氮的滋养。一些细菌成群结队地获取食物，就如同一群狮子围猎一只羚羊。上百万的蚂蚁个体组成社群，通过集体的力量来解决种植、建筑和指路等复杂问题。为了整个蜂巢的利益，蜜蜂不知疲倦地采集花粉。鼹鼠大方地允许同类食用自己的排泄物，因为那里面有可以二次消化的植物须根。为了保卫公共巢穴，猫鼬可以付出生命的代价。
人类社会中也到处充满了合作。即便是我们日常生活中最简单不过的事情，其中所包含的合作层次也远远超出你的想象。例如，早晨上班的路上，你在一家咖啡馆停下来吃早饭，买了一杯卡布奇诺和一个羊角面包。这看起来十分简单的享受，却要有至少来自6个国家的一大群人为此付出劳动。
哥伦比亚的农夫种植咖啡豆。在巴西茂盛的绿地里，种着随风摇曳的糖蔗，这可以制成咖啡里加的糖。咖啡上漂浮的少量奶油牛奶来自一家本地农场的奶牛，而加热牛奶用的电则来自邻州的一家核电厂。这里自命不凡的咖啡师用斐济的矿泉水来烹煮咖啡。至于羊角面包片，面粉是加拿大的，黄油是法国的，鸡蛋则是本地一家农业合作社提供的。面包最后通过中国制造的烤箱来加热出炉。而要准备好所有这些原料和设施，需要许许多多的人，通过横跨整个地球的生产线来提供。
你能享用热气腾腾的咖啡和羊角面包，这也跟人们一系列的好想法密不可分，这些想法又通过语言这一非凡的媒介进行广泛的传播。于是，一张紧密交织的合作网络形成了，通过这张网络，合作一代代地延续了下去。从第一个利用烘干种子制作饮料的人，到发明电灯泡来给咖啡馆照明的人，再到第一台浓缩咖啡机的专利发明者，好点子不断地产生、传递、应用并得到丰富和升华。
因此，我们日常生活的简易早餐，简直称得上是跨越时空、令人称奇的合作壮举——在许许多多的人之间，一系列的概念、主意和发明通过上百年甚至上千年的传播，才造就出这顿小小的早饭。当代世界就是一个超大型的合作企业。关于咖啡豆选择、面粉制作、烤箱制造、奶油打沫的知识都分散在成百上千颗脑袋里。到今天，这些大脑之间相互合作程度的高低，就像大脑尺寸的大小一样，对人类的发展起着决定性的作用。
这就是生物现象中光明的一面。人与人之间合作的广度和深度，让我们人类成为已知宇宙中最伟大的合作者。从这个角度上看，我们的近亲根本无法匹敌。如果把400只黑猩猩塞进飞机的经济舱，让它们飞行7个小时。等到了目的地，它们百分之百会跌跌撞撞地走出舱门，耳朵咬掉了，毛发扯秃了，四肢流血不止……而同样的拥挤状况，成百上千万的人们每天都在平静地忍受，因此，我们才能够走遍天下。
正是由于人类惊人的合作能力，使得我们可以在地球上各种生态环境下生存，从烈日炎炎的沙漠，到万里冰封的南极，再到有着千钧压力的深海。人类协同一心的超凡能力，也让我们冒着巨大的风险，向地球大气层外迈出了第一步，到月球甚至更远的星球去旅行。
需要注意的是，我在本书中提到的“合作”，不仅仅是指为了共同的目标而工作，而是指更具体的一层意思，即原先的竞争对手决定开始互相帮助。如果从传统的达尔文学说来判断，这种合作的存在是不合理的。因为帮助竞争对手会使自己丧失适应性，降低自身繁殖速度，或者削弱自己的竞争优势。但实际上，这种合作的例子也不难想象：朋友开车带你去看牙医，结果她自己上班迟到了；你向慈善机构捐献了50块钱，而不是自己把这些钱花掉；你身体里的细胞并不会自顾自地胡乱扩充自己的数量，而是会根据人体的整体需要来进行有序复制，从而构造出肾、肝、心脏以及其他重要的器官。
在日常生活中，有许多场景都可以从合作与否的视角来分析。例如，你想到一家英国银行开设一个储蓄账户。想象一下，你正站在银行柜台前，一位柜员边微笑着边向你耐心解释不同种类账户的区别。通常情况下，银行会利用服务费、利率、存取方式、使用条件都各不相同的账户类型来把客户弄糊涂。如果你想得到最好的利率，那么针对这个看似简单的问题，柜员通常有两种回答方式。从柜员的角度看，最好的利率是最低的、限制最多的，这样银行的利润可以最大化；而从客户的角度看，最好的利率是能给自己挣得最多利息的。如果柜员提供了前一种类型的账户，就是欺骗，而如果他向你推荐了后一种账户，给你而不是给银行最高的回报，那么这就是合作。
当我们从这个角度来审视合作时，它就更显神奇了。为什么要削弱自身的适应性来提高竞争对手的适应性？在追求成功的路上为什么要去关心别人？合作与利己主义背道而驰，合作是非理性的。根据达尔文对生存斗争的表述来分析，帮助潜在竞争对手对自己毫无意义。然而确实有证据表明，即便是在最低等的生物中也存在着这样的合作。一个细菌千辛万苦地分泌酶来帮助消化食物的同时，也给邻近的细胞们提供了食物，而这些邻居们正是生存斗争中的对手。
在宏大的生命体系中，这似乎是一个致命的反常现象。自然选择似乎应该引导动物采取行动来增加自身存活和繁殖的机会，而不是为别的动物谋取福利。那么，在这样一个永无止境的抢夺食物、地盘和伴侣的进化过程中，为什么某些个体会尽力去帮助其他个体呢？
超越合作
在地球上的每一个人，都需要相互依存。
萧伯纳，《卖花女》
一个多世纪以来，跨越许多学科的科学家们都在试图解释一个现象：在我们身处的这样一个竞争激烈、互相倾轧的世界里，合作、利他主义和自我牺牲究竟是如何出现的。面对生物的无私行为，达尔文本人也感到困惑，在其著作中也只是把合作视为一个枝节问题，相应的解释只是一笔带过，语焉不详。直到今天，许多生物学家仍然对合作问题持类似的态度。
与上述的模糊态度不同，我相信，人类的合作能力是与生存竞争能力同步发展的。早在100多年前，俄国贵族、无政府主义和共产主义者彼得·克鲁鲍特金（Peter Kropotkin）就提出了类似的观点。他认为，如果脱离了政府的束缚，人类社会将以公社企业的形式获得更好的发展。在《互助论》（Mutual Aid）一书中，克鲁鲍特金写道：
除了相互竞争之外，在大自然中还有相互帮助的法则。为了取得生存斗争的胜利，尤其是为了物种的渐进演化，这一互助法则要比竞争法则更为关键。这个观点……实际是在达尔文思想基础上的进一步发展。
我已花了20多年时间，跟许多杰出人士一起合作研究，就是为了回答一个问题：自然选择如何会催生互助现象，从而使竞争转化为合作？在这个研究领域，我曾提出过一些新的思想，并利用我在结合数学与生物学方面的专长，将这些思想进行了提炼。研究证明，在一贯冰冷的竞争环境下，合作可以跟无情的生存逻辑很好地相融共处。利用数学方面的能力，我又在计算机上建立了理想化的虚拟社群，并对合作的确立与发展条件进行了跟踪记录。而通过对一系列物种——从小虫子到人的进一步研究，我对自己的实验结论有了更强的信心。在这些研究工作的基础上，我归纳出了5项基本的合作机制。从此，就像掉到牛顿头上的苹果一样，人类合作的方式也可以用数学来进行清晰的表述。
这些合作机制可以解释我们这个世界上的一些现象。例如，你的大脑之所以得到进化，是为了要应付人们的闲言碎语，而不是什么别的目的；你的肠子里有锥形的腺体，是为了防止细胞合作失败而引发致命的癌症；当你觉得有人在看着你的时候（即使实际上没有），你会表现得更加自然大方；你的朋友越少，你的命运就越是跟他们紧密相连；基因其实并不是那么的自私；如果你是一个合作者，你会发现自己周围的人也大多是合作者，因此你可以种瓜得瓜；不管人们做什么，庞大的帝国早晚会衰落、会崩溃；如果你想在生活中获得成功，除了生存斗争之外，你还必须与人合作、互助求存。通过解释这些现象，我们可以对各种活生生的进化过程获得更深刻的理解。
合作可以为创新提供更好的支持，竞争则不能。要想激发创造力、鼓励人们提出原创性的想法，最好的手段是胡萝卜，而不是大棒。纵观整个世界的历史，无论是从单细胞到多细胞生物的进化，还是从蚁冢、村庄到城市的发展，合作始终是创造性的源泉。没有了合作，进化中的建设性和复杂性也将不复存在。
从我搭建的这个关于合作的数学和进化模型中，我获得了许多启发，其中有寻常见解，也有意外发现。梭镖、炮弹和行星的运行轨迹可以用数学方程来计算，这已经为世人所熟知，但我发现，用数学来描绘生物进化的轨迹还属于一项新的探索。知道如何促进合作是一回事，而要解释某项行动为何有助于人们和谐共处、有何种程度的贡献，这又完全是另一回事。通过在合作机制研究中引入数学，我们就能带着更深刻的理解和更高的精确度来完成相应的解释工作。这也使我坚信，数学是万能的，如果需要证据的话，这就是证据。
在后续的章节中，我会解释每一项合作机制的起源，并在其中穿插介绍我自己的研究历程，从维也纳开始，后来在牛津、普林斯顿，现在到了哈佛。在探索的道路上，我有幸与许多优秀的科学家和数学家进行了合作，其中两位对我启发很大：卡尔·西格蒙德和罗伯特·梅。关于他们对我的帮助，本书后面还会进行详细的阐述。此外还必须提到，各式各样的计算机程序、酷爱玩游戏的学生、提供研究资金的各种机构——从基金会到慈善家，都给我的研究提供了莫大的帮助。这里面的一个非常有趣，也令人非常兴奋的结论就是：要理解合作，我们首先就必须进行高度的合作。为了进一步强调这一点，必须指出，这本书也是罗杰·海菲尔德与我合作的产物。
对于合作的全新理解，意义重大，影响深远。此前，人们所公认的基本进化原则只有两项——突变和选择，前者产生基因的多样化，后者选出对环境最适应的个体。如果从更具创造性的视角来看待进化，我们必须将“合作”接受为第三条进化原则。选择的前提条件是突变，同样的道理，合作的前提条件是选择和突变，缺一不可。通过合作，进化中才产生了富有建设性的一面，从基因到有机体，从语言到复杂的社会行为。合作就是进化的总设计师。
研究表明，合作也有周期性的兴衰过程。生物个体的合作能力是起伏不定的，就像大自然的心跳一样。这就是人类社会中的冲突与分裂一直存在，也永远不会消失的原因，即使我们都是非凡的合作者。而目前，全球性的人类合作已经到了一个临界点，存在着崩溃的危险。地球上的工业发展和财富累积导致人口日益膨胀（这其中就有合作的一份功劳），地球母亲支撑我们的能力也在加速耗尽。面对资源的不断减少，我们人类之间相互竞争的压力越来越大。
我们当前遇到的许多问题和挑战，都可以归结为一个深刻的问题，即社会整体利益与个人利益之间的矛盾。在气候变化、污染、资源枯竭、贫困、饥荒和人口过剩等一系列全球性问题上，都可以看到这一矛盾的影子。而这其中最大的议题——拯救地球、最大化地延续人类物种，并不能单纯地通过技术手段来完成，而是需要我们采取创造性的协作行动。要想保持繁荣发展的势头，我们只有一个选择：从现在开始，将地球作为一个整体来进行管理。要想赢得这场生存斗争，避免人类物种走向衰落，我们必须充分利用合作这个创造性的武器。我们必须对合作这门科学有足够的理解，加强我们的合作力度，拓展我们的合作范围。今天的世界，比起以往任何时候，都更加需要超级合作者。