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观察者网对话《生命传》作者菲利普·鲍尔:关于基因和生命,这些认知早被颠覆了
生命本身就是一种涌现现象,我们可以把它分解成分子,然后它就不再是活的了。要理解这是如何发生的,目前还没有做到,我们对这类复杂系统的理解还不足以描述它。
但确实能看到,当出现某种向新状态的涌现性变化时,正在发生的微小细节就不再重要了。单个水分子在做什么的细节不重要,仍然会结冰。
大脑中哪些神经元在放电的细节通常也不重要,我们仍然可以做出是否要煮杯咖啡的决定,而且每次我们决定煮咖啡时,大脑状态都不会完全相同,事实上会很不一样。但仍然有那个涌现出的决定。
所以我们知道,涌现是真实存在的。它涉及以某种方式对细粒度信息的舍弃,或者如物理学家所说,是对信息的粗粒化,这样我们就不必担心细节,真正重要的是整体的图景。以这种方式理解涌现,已取得了进展,即如何从一个行为层面转换到另一个更高层面。
因此,我并不认为涌现是一个神秘的词,来搪塞我们不理解的东西。我认为它可以,而且正在被转变为真正的科学,但目前还是一种科学探究。
观察者网:这呼应了您书中的一句话:“生命组织层级中的每一层都有其自身的规则,这些规则对下层级微小细节不敏感。它们具有一种自主性。”在我看来,从生命各组织层级而言,书中缺失的一块是生态学。生态学本身似乎就是跨越个体、种群、群落、生态系统多个层次的。上层对下层结构规则的细节,有时会有明显的响应,比如关键物种的灭绝。从生态学这样宏观的层面向下切入,或许是寻找生命共性的另一种方式?
菲利普·鲍尔:是的,我没有一直讲到生命的最高层级,而停在了有机体这个层级,在这之上还有更高的层级,到生态系统,再到整个生物圈,同样的考虑也适用于那些层级。
你说的完全正确,在一个生态系统中,如果一个特定的生物死亡,整体上不会有任何影响。但如果整个物种灭绝,有时会有影响,有时则不会。
对我来说,这呼应了我们在基因中看到的情况,即如果我们的一个基因以某种方式发生突变,有时会产生真正的影响,比如在囊性纤维化病中,但大多数时候并不会。我们的身体可以在更高的层级上进行补偿,从而使它们能像以前一样继续工作。
在1980年代、1990年代,生物学家们开始能敲除特定的基因,然后观察对整个生物体的影响是什么。他们确信,如果敲除一个对某个生物过程至关重要的基因,生物体会死亡。但实际上常常发生的是,生物体似乎甚至没有“注意”到变化,它就像以前一样快乐地生活着。
我认为,这是生物学作为一种涌现现象的迷人之处,是一种“渗漏式涌现”(leaky emergence)。层级中的每一层,与下面一层的细节之间,并不是完全隔绝的。
它是部分的涌现。偶尔,那些细节确实很重要,比如一个基因对个体,或者一个物种对整个生态系统。这就是为什么理解生物学,要比理解水的结冰难得多。这也让它变得更加丰富,也更具挑战性。
观察者网:是的,我对此很着迷,年轻时也想追寻这些答案。各层级的“渗漏式涌现”之间,似乎有点相似性。如果我们能解释各种涌现现象,并概括出一些共同原则,那会是生物学的“圣杯”吗?
菲利普·鲍尔:在某种程度上,我认为存在共同的原则。在《生命传》的开头部分,我也尝试提出些关于涌现的原则。
生物能够以某种方式,创造出对微小波动具有稳定性的系统。总的来说,它们确实如此。这就是我们现在还活着的原因。
对生物学了解得越多,就越觉得它能正常运作是多么不可思议,任何生物体能存活下来都是如此。所以我认为有普遍的原则。
有一个原则是所谓的组合逻辑(combinatorial logic)。生物似乎常常以群体的方式运作,即不是由一个特定的分子或信号来决定另一件事是否发生,比如一个基因是否被开启或关闭,而是由一整组信号,像一个小委员会一样,集体做出决定。这又是一种让事情变得更具稳定性的方式,它意味着有时即使其中一两个成员不在,委员会仍然可以做出决定,并不依赖于所有东西都在正确的时间出现在正确的位置。
我们可以开始辨别出,关于生命系统在所有层面上如何运作的原则,包括生态系统层面,但我不确定是否已经到了能将这些原则整合成某种宏大的生命理论的阶段。
而且,我怀疑可能不会有那样的理论。尽管可能有一些普适原则,但也可以看到,在一个尺度上涉及的因素,与在更低尺度上的因素有很大不同。
当我们思考胚胎发育时组织的生长方式,组织的软硬程度、如何弯曲和折叠就变得很重要。这些考虑基本上不适用于分子。分子确实会弯曲和折叠,却没有像组织层面那样的力学。在不同的层面上,有不同的物理学在起作用,你能获得的普适性是有限的。
但我认为,就涌现属性如何演化,如何可靠、稳定地演化,并在微小的波动和故障面前保持运作,还是有可能获得某种总领性的理解。
观察者网:但我从书中得到的印象是,您想挑战却可能无法克服的一点是,人们总想找到生命的单一秘密。物理学是不是在这方面开了一个坏头。他们有物理学的大一统理论,对吧?物理学的圣杯。但如果我们无法达到生物学的圣杯,这会削弱公众对生物学的热情吗?
菲利普·鲍尔:首先我要说,只有一小部分物理学家相信万有理论(the theory of everything),而大多数物理学家,像我这样在凝聚态物理领域工作的人,一直认为这是荒谬的。因为我们知道,有些涌现现象是永远无法用某个理论来解释的。
但你说得对,物理学是给人那种印象。我认为这就是问题所在,如果你有一个简单的故事可以讲,就像《自私的基因》的作者理查德·道金斯那样,有一个关于基因的、或者生物学中一切根源的简单故事,那么人们就能把握它,而且这会让人感到满足。
如果你的故事是“实际上比那复杂得多,还有很多其他事情发生”,当然人们不会感兴趣,还对此不满意。所以,我们必须找到一些其他更好的故事来讲述,既承认所有这些复杂性,又能更好地反映现在对生物学的理解。
《生命传》是我开启这场对话的第一次尝试,但仅此而已。我还不知道那个故事是什么,仍在努力探索。
我认为这是一个以能动性为核心的故事。而且告诉或者提醒人们,你是一个有自主性的能动者,你不是被基因控制、被进化编程的机器人,或许人们能够有所响应。因为它反映了我们的日常经验,但这仅仅是个开始。
我完全同意,生物学的任务之一是找到更好的比喻和更好的叙事,来更好地反映现在对生物学的理解,而不是固守于1970年代发展起来的那些。
观察者网:您曾写过一本书,《临界质量:事物如何引发连锁反应》(Critical Mass: How One Thing Leads to Another),这本书被有些书评描述为“社会的物理学”。我认为社会现象也是生命的一个层级,结合了生态系统、智能和涌现。现在回过头看,您如何评价《临界质量》这本书?
菲利普·鲍尔:如果我今天来写这本书,需要做些改变。显然,这20年来有很多新的研究成果,是当时没有的。但我在那本书中谈到的基本原理仍然适用,而且它们实际上是与《生命传》相关联的,因为我同样在研究涌现现象。
但在那个案例中,是像交通堵塞这样的现象。这是另一个很好的例子,说明细节信息如何变得不重要。高速公路上的每个司机都有思想,脑子里有各种各样的事情,但这些都与是否会发生交通堵塞无关。
真正重要的只是交通密度,以及司机们如何相互反应,试图不要靠得太近或撞到对方。你可以用一个非常简单的、没有任何复杂认知能力的系统来模拟这个过程,但不是因为司机们变成了那样,而是因为所有那些细节都不重要。
同样的考虑也适用于社会层面。我们可以看到这些涌现现象的出现,它有时具有相似的特征。有时我们构建社会中的“结构”,具体地说像道路和城市,使它们具有稳定性,这样它们就不会在一条路必须关闭的瞬间就停止运作。但这似乎是有机地发生的。
我在《临界质量》中说,城市看起来像有机体,有它们自己的生长规则,似乎对规划者的控制尝试相当免疫。规划者在某种程度上可以控制,就像医生在某种程度上可以影响身体的运作一样,但是身体会走自己的路,城市也会走自己的路,控制是有限度的。所以我认为,这两本书之间其实有很多相似之处。
观察者网:您还写过一本书,《水之王国:中国的隐秘历史》(The Water Kingdom:A Secret History of China)。我的最后一个问题是,您为什么选择中国河流,而不是尼罗河、多瑙河、密西西比河或亚马逊河?
菲利普·鲍尔:最直接的答案是,我觉得中国是我更了解的地方。你可能会想象我更了解多瑙河周围的城市。但是,在疫情之前,我经常来中国,并与中国的机构有合作,很遗憾之后没能再去。
我以前从科学的角度写过关于水的文章,后来突然意识到,水似乎是中国文化和文明许多方面的核心,这是有充分理由的。
中国有一些河流容易发生特大洪水,特别是黄河和长江,尤其具有极其重要的历史意义,有时一场洪水或一系列洪水会导致朝代更迭。水也是谈论中国历史和中国哲学的一个载体,尤其是在道家中,“水”的意象是核心。
所以,探讨水似乎是一种不寻常,却非常有成果的方式,来探索中国的政治史、哲学、文化,甚至是中国语言和诗歌的发展,因为水在中国文明的进程中扮演了如此重要的角色。
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