???一步轉變都會改變自繁殖的基本單位（自然選擇作用的對象）。首先是核酸分子自我複製，可是一旦它們自組織爲一組關聯分子，就會以染色體的形式進行整體複製。此時進化主體既有核酸分子，又有染色體。接着，這些像細菌一樣棲息於原核生物內部的染色體連接起來組成更大的自主細胞（構成新細胞器），現在它們包含的信息通過複雜的真核宿主細胞（例如變形蟲）實現結構化，並被複制。進化主體演變爲三個層次的組織：基因、染色體和細胞。第一批真核細胞通過自我分裂進行繁殖，但最後有些真核細胞（例如原生動物賈第蟲）開始有性繁殖，於是生命的進化主體轉變爲細胞相似但性別不同的羣落。
新層次的有效複雜性產生了：自然選擇也開始作用於有性羣落。早期單細胞有機體羣落可以自己維持生存，但是很多譜系經過自組合成爲多細胞有機體，整體進行復制，這方面的例子有蘑菇和海藻。現在自然選擇的對象除了所有低級生物外，還增加了多細胞生物。有些多細胞有機體（例如螞蟻、蜜蜂和白蟻）聚集爲超級有機體，只能以羣落的規模繁殖。在這裡，進化過程也發生在羣體的層面上。再接下來，人類團體產生的語言將個體思想和文化整合爲全球技術元素，因此人類和他們創造的科技只能共同發展和繁衍，使進化和有效複雜性提升到新的具有自主性的層面——社會。
每一次升級後，隨之形成的組織將提高邏輯、信息和熱動力的等級。結構簡化變得更加困難，同時隨機性和內部序列的可預測性下降。每一次升級都是不可逆轉的。總體而言，多細胞譜系不會迴歸到單細胞有機體，有性繁殖生物很少進化爲單性生殖生物，羣體生活的昆蟲很少離羣索居。從我們掌握的知識來看，沒有任何DNA複製因子會繞開基因。大自然有時會簡化進化過程，但很少退化。
這裡要特別說明：在某個層面的組織中，趨勢是不均衡的。隨着時間推移，在一科生物中，只有少數物種出現了身體尺寸增大、生命延長或新陳代謝速度加快這樣的趨勢，而且各種生物類別的變化方向可能不一致。舉例來說，在哺乳動物中，馬的體形通常隨時間而增大，但齧齒類動物也許會縮小。向更大規模的有效複雜性演變的趨勢主要出現於組織長期積累新層次的過程中。因此，複雜化過程也許在蕨類植物中不可見，但它出現在蕨類植物向有花植物進化途中（從蕨類植物的孢子到有性生殖）。
不是每種進化的物種都會逐步提高複雜性，（它們爲什麼應該這樣？）而那些複雜性的確有所提高的物種無意中獲得了新的影響力，可以改變讓它們不適應的環境。一旦生命的某個分支像安裝了防倒退棘輪一樣發展到新層次，就不會再後退。這樣便產生了以更大規模的有效複雜性爲目標的不可逆過程。
這條複雜性曲線從宇宙的黎明延伸到生命出現的時刻。接着它繼續延伸，穿過生物階段，現在擴展到科技領域。正是造就自然界複雜性的這股動力決定了技術元素的複雜性。
如同自然界的情況一樣，結構簡單的物品數量持續增加。磚塊、石頭和水泥是最早出現的最簡單技術產品的一部分，但是從數量上說，它們是地球上最常見的技術產品。它們構成了人類某些最大的創造物：城市和摩天大樓。簡單技術在技術元素中的普遍性與細菌在生物圈中的普遍性相似，今天錘子的產量比過去任何時候都多。技術元素的可見成分從本質上說大多爲非複雜技術。
但正如自然進化那樣，我們注意到一條顯示信息和物質持續複雜化發展的長尾線，雖然這些複雜發明數量不多。（事實上，非大量化是複雜化過程的表現之一。）複雜發明積累的信息比物質多。我們發明的最複雜技術也是質量最輕、包含實物成分最少的技術。例如，軟件基本上沒有重量，不依附於實物，它以很快的速度複雜化。以微軟的視窗操作系統這樣的基礎工具爲例，它的代碼行數13年中增加了10倍。1993年，視窗必需的代碼有400萬～500萬行。2003年，視窗的Vista版本包含5000萬行代碼。每一行代碼相當於時鐘裡的一個齒輪。視窗操作系統是一臺由5000萬個不斷運動的元件構成的機器。
在整個技術元素領域，各種技術的血統中被添加了信息層，經過重組後用於製造更復雜的產品。（至少）在過去200年間，最複雜機器的零件數量不斷上升。圖13-2是機械設備複雜化趨勢的對數圖。第一臺渦輪噴氣發動機樣機有數百個零件，而現代渦輪噴氣發動機的零件數超過22000個。航天飛機有數千萬個實物零件，但最複雜的部分還在於它的操作軟件，圖13-2的估計中沒有包括軟件。
我們的電冰箱、汽車甚至門窗都比20年前複雜。技術元素強大的複雜化趨勢向我們提出了這樣的問題：它能達到的複雜程度有多高？複雜性的長期曲線將引領我們去往何處？140億年來推動複雜性持續增長的力量今天不可能停下腳步。可是當我們試着想象未來100萬年技術元素以當前速度提高複雜性時，不禁心底顫抖。
科技的複雜性可以有幾種不同表現。
情形一
與自然界的情況一樣，科技的主體仍然是簡單的、基礎性的早期技術，因爲這些技術的確有用。低水平技術的作用是爲少量上層複雜技術打下基礎。因爲技術元素是各種技術組成的生態系統，所以大部分成分處於類似微生物的層次：磚、木材、錘子、銅導線、電動機等。我們可以設計具有自我複製能力的納米級鍵盤，但它們不適合用手指敲擊。人類多半時間將和簡單事物打交道（現在正是如此），只是偶爾與令人眼花繚亂的比較複雜的物品互動，這也和我們現在的情況相同。（一天中的大部分時光，我們的手接觸的是相對簡陋的人造製品。）城市和建築千篇一律，迅速更新換代的發明和廣告牌佔據了每一個角落。
情形二
複雜性，與成長中的系統的所有其他要素一樣，在某個時候會陷入停滯狀態，其他一些之前我們沒有注意到的特性（也許是量子糾纏）將取而代之成爲可觀察到的主要趨勢。換句話說，複雜性也許只是我們此刻洞察世界的透鏡，時代的象徵。事實上它是我們的主觀反映，而不是進化過程的真實特性。
情形三
萬物的複雜性能達到的程度是沒有限制的。一切事物都在經歷長期複雜化過程，向着極限複雜性的終點前進。建築物中的磚塊將會智能化，手中的湯勺將配合我們抓握，汽車將像今天的噴氣式飛機一樣複雜。我們一天中使用的最複雜物品將超出任何人的想象。
如果必須進行選擇，我會在一號情形上下注，同時認爲二號是不大可能發生的。科技的主體將保持簡單或近乎簡單的特色，而小部分則繼續在複雜化的道路上大步前行。我認爲1000年後我們的城市和住所仍將是可以想象的，而不是不可辨識的。只要那時我們的軀體和現在差別不大——高度在兩米之內、重量爲50千克上下，圍繞我們的科技主體就沒有必要瘋狂地提高複雜性。而且我們有充分的理由相信，儘管人們對基因工程抱有熱情，但我們的身體大小會保持不變。奇怪的是，我們的軀體規格幾乎恰好屬於宇宙萬物的中等規格。已知的最小物體幾乎比我們小30個數量級，而宇宙中最大的結構體差不多比我們大30個數量級。我們中等規格的身軀與目前宇宙物理法則的可持續彈性相適應。更大的身軀會導致行動僵化，更小的身軀則導致生命短暫。只要我們擁有軀體，（有哪種快樂的生物不希望擁有特殊的外形呢？）下面這些已有的基礎設施建造技術就將繼續發揮作用（總體而言）：石塊鋪成的路、木材和泥土加工後搭建的房屋，使用的基本成分與2000年前人類城市和住房的建築材料沒有多少區別。舉個例子，有些具有遠見的人也許會想象未來出現複雜材料修建的住宅，這樣的住宅有些可能會成爲現實，但多數普通建築的材料不太可能比我們現在使用的木材更加複雜。沒有這個必要。我認爲存在“足夠複雜”的限制。未來技術不必爲了有用武之地而變得更加複雜。計算機行業發明家丹尼·希利斯曾經表示，他相信很有可能1000年後計算機仍然可以運行今天的程序代碼，例如UNIX系統內核。它們幾乎必然是二進制的。如同細菌和蟑螂，這些低水平的技術保持簡單本色和生命力，是因爲它們有效，不需要提高複雜性。
另一方面，技術元素加速發展，可能加快複雜化步伐，導致那些地位等同於細菌的技術也會進化。這就是情形三描述的前景，在那樣的情況下，整個科技領域的複雜性都會迅速提升。這不是天方夜譚。
不論前景怎樣，我們可以創造的最複雜事物是沒有上限的。我們將在多個方向上創造新的複雜事物，其複雜程度甚至會令我們自己也驚歎不已。這將進一步使我們的生活複雜化，但我們會適應，絕不會倒退。我們會用具有美感的“簡單”界面遮蓋這種複雜性，使它就像橙子的球形外表一樣精緻。而在這層遮蓋膜下面，我們的創造物將比橙子的細胞和生物化學機理更加複雜。爲了適應這種複雜化過程，我們的語言、稅收制度???政府機構、新聞媒體和日常生活也會更加複雜。
這是值得我們期待的趨勢。複雜性的長期軌跡在進化開始前就出現了，貫穿40億年生命發展歷程，現今在技術元素領域繼續延伸。
多樣性
宇宙的多樣化過程從時間誕生那一刻起就開始了。在大爆炸後的最初幾秒鐘裡，宇宙中只有夸克，數分鐘內它們開始組合成亞原子粒子。到第一個小時結束時，宇宙中出現了數十種粒子，但只有兩種元素——氫和氦。在之後的3億年間，移動的氫原子和氦原子聚集起來構成不斷膨脹的星雲團，最後坍塌爲燃燒的恆星。恆星的熱核反應產生了數十種原子質量更大的元素，於是，宇宙在不斷進行化學反應的過程中提高了多樣性。最終，一些“富含金屬”的恆星爆炸形成超新星，將重元素噴射到太空中，這些物質又經過數百萬年重新聚合爲新恆星。經過類似於泉涌的運動，第二代和第三代恆星煉爐釋放更多中子融入到金屬元素中，產生其他類型的重金屬，直到全部約100種穩定金屬都出現。元素和粒子的多樣性不斷提高，還引發了更多種類的恆星、星系和軌道旋轉行星的誕生。有些行星表面覆蓋着活躍的地殼板塊，在這些行星上，地質力量改造地表，將各類元素重新分配到新的晶體和岩石中，一段時間後就會形成新型礦石。地球上結晶礦物的種類數量增加到細菌種類數量的3倍。有些地質學家相信，除了地質過程，生化過程也是今天我們發現的4300種礦物中絕大多數種類的成因。
生命的出現大大加快了宇宙多樣化進程。從40億年前的極少數物種開始，地球生物物種的數量和種類經過地質時期的劇烈增長後，現在已發展到3000萬種。這樣的增長在幾個方面表現出不均衡性。在地球發展史的某些時期，來自太空的大規模干擾（例如小行星撞擊）徹底摧毀了多樣化過程的成果。有時生物的一些特定分支在多樣性方面沒有多少進展，甚至出現短暫的倒退。但是總的來說，整個地質時期，生命——作爲一個整體——的多樣性得到了擴展。實際上，從恐龍時代開始，僅僅2億年間生命類型的多樣性提高了一倍。生物的差異從總體上看呈現指數級的擴大趨勢，可以在脊椎動物、植物和昆蟲這些領域發現這種火箭式的增長。
技術元素使多樣性趨勢進一步提速。科技發明的物種數量每年都在加速上升，要精確統計科技發明的數量很難，因爲技術創新不像大多數生物那樣具有確定的繁育範圍。我們可以統計理念，這是所有發明的基礎。每一篇科學論文至少提出一個新理念，過去50年期刊文章的數量經歷了爆炸式增長。每一項專利也代表了一種理念，最後的統計結果顯示僅在美國就有700萬項專利申請，這個數字還在呈指數級增長。
技術元素內部隨處可見多樣性的擴展。諸如長達70英尺的潛水艇這樣的水下人造物種類似於藍鯨這樣的生物有機體。飛機與鳥類相仿。我們的住所不過是更好的巢穴。但是技術元素還會探索生物從未冒險進入的領域。我們知道沒有生物使用無線電波，而技術元素創造了數以百計的各類無線通信物種。雖然鼴鼠在地球上打洞的歷史已有數百萬年，但是與它以及其他任何生物相比，雙層隧道挖掘機個頭大得多、速度快得多、被堅硬岩石阻遏的情況少得多，以至於我們可以認爲這些人造鼴鼠佔據了新的地球生態位。X光機具有在生物界還未發現的視覺能力。再舉幾個例子，沒有任何生物具有素描刻蝕、夜光電子錶和航天飛機的相應能力。技術元素的多樣性在生物進化過程中找不到對應物，這種現象越來越普遍，因此可以說技術元素的確擴展了多樣性。
技術元素的多樣性已經超出我們的認知能力範圍。每個人都有這麼多種不認識的事物。認知能力研究者發現，現代生活中大約有3000種爲人熟知的名詞類別。這項統計包括人造物品和生物有機體，例如，大象、飛機、棕櫚樹、電話和椅子。這些是不加思考就可以辨識的事物。研究人員得出3000這個估計數字，依據的是下面幾條線索：詞典裡的名詞數量，普通6歲兒童的詞彙量包含的事物數量，初級人工智能學習機可以識別的事物數量。他們估計，平均每種名詞類別含有10個經過命名的條目。普通人也許會舉出10種椅子、10種魚、10種電話、10種牀。因此大部分人的生活中會接觸到的事物粗略估計有3萬種，或者說至少有3萬種事物是能夠辨識的。即使我們知道一類事物的名稱，也叫不出遇到的大多數生物和科技發明種類的具體名稱。我們能認出鳥，但可能不知道是什麼種類的鳥。我們知道草，但叫不出草的名稱。看到手機，我們知道那是手機，但不知道是哪種型號。用手按壓，我們可以區別廚刀、瑞士軍刀和槍尖，但不一定能分辨燃油泵和水泵。