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秩序

秩序

起初,他發現遺傳迴路使他感到非常困惑。他懂得很多抽象邏輯,但卻幾乎沒有數學知識。他在圖書館找到的計算機教科書對他幾乎毫無幫助。「當時,自動機理論早已建立,這個理論所論述的就是邏輯開關網路。這些書告訴我如何合成一個能夠發揮作用的系統,或複雜自動機功能的一般限制何在。但我感興趣的是複雜系統的自然法則。秩序從何而來?當時沒人思考這些問題。當然只是據我所知是沒人思考這些問題。」所以他繼續畫他的隨機遺傳迴路圖表,極力去直觀感覺這些網路的行為模式。當他需要用到數學時,他就盡自己的能力來發明數學公式。
在這股求知熱情的驅使下,考夫曼在1961年以第三名的成績畢業於達特茅斯大學,繼而又獲得了牛津大學1961年至1963年的馬歇爾獎學金。結果,他沒有直接去牛津大學。「在必須到牛津報到之前我有八個月的時間,所以我做了唯一的一件理性的事情:我買了一輛大眾車,開著它到阿爾卑斯山去滑雪。我有奧地利聖 ·安東最尊貴的地址,波斯特旅館。我把車停放在旅館的停車場,整個冬天都使用那個旅館的盥洗室。」
所以考夫曼就取其中間數。這樣的網格連接既不十分稠密,也不十分稀疏。在實際操作上,為了讓事情更簡單些,他取每個基因只有兩條輸入的網路。他發現了隱含著特殊意義的現象。他早就知道,稠密連接的網路會非常敏感:如果你深入進去,調節任何一個基因的狀態,比方說,從打開的狀態調節到關閉的狀態,那就會引發雪崩現象,導致網路像瀑布一樣無止無休地來回翻滾。這就是為什麼稠密相連的網路總是趨於混亂狀態的原因。它們永遠不可能安頓下來,但在只有兩個輸入的網路中,考夫曼發現,開關一個基因並不會引起連續擴散的變化波動。在大多數情況下,被觸及的基因會恢復到原來的狀態。事實上,只要基因活動的兩種形態相差不是很大,它們就會趨於會聚。「事情變得簡單了。我能夠看見電燈泡趨於進入開或關的狀態。」考夫曼說。換句話說,兩條輸入的網路就像一盞燈光一樣隨意閃爍,卻又總是能夠自己組織成火烈鳥或香檳酒杯圖案的廣告牌。
「我在會上做了學術報告,介紹基因網路中的秩序、細胞類型數等等。報告結束后,我們走出來,到俯瞰著湖水的陽台上喝咖啡。傑克·考溫走過來問我是否願意來芝加哥做研究。我幾乎不假思索地脫口答道:『當然願意!』足有一年半時間我都沒顧上問傑克,我的薪水到底是多少。」
考夫曼尤其記得他讀大學一年級期間的一位外科教授:「他認為我的思想總是溜號。他倒也沒錯,我記得他告訴我,哪怕我期終考試得了A,他也會給我的總成績評D。我記得我期終考試得了B,但他仍然給我評了個D。」
確實,對一個二十四歲的醫科大學預科生來說,關於秩序的問題就像他身上的一直不消的癢處。他好奇地想,遺傳秩序自由地存在究竟意味著什麼?好吧,就讓我們看一看在真正的細胞里發現的遺傳迴路吧。它們顯然經過幾百萬年進化的精加工。但另一個問題是,它們真的有什麼特別的嗎?在無數可能的遺傳迴路中,他們是唯一能產生有秩序的穩定構型的遺傳迴路嗎?如果是這樣的話,那它們就是一把黑桃牌的類似物了。進化居然能幸運到產生它們,那就真是個奇迹了。或者,穩定的網路就像拿到一手黑桃、紅桃、草花和方塊混合牌一樣通常嗎?因為如果情況果真是這樣的話,那進化偶然選擇了有用的遺傳迴路,就是一件輕而易舉的事了。真正的細胞中的網路就會是正好湊巧通過了自然選擇的那個了。
現在他知道他該如何思考這個問題了。他在牛津學過神經迴路,他知道,真正的基因當然會相當複雜,但至少雅各布和莫納德已經告訴過我們了,調節基因基本上只是開關。而一個開關的本質就是來回于兩種狀態之間:激活的狀態和熄滅的狀態。考夫曼喜歡把它們想成是電燈泡(開或關),或想成是一個邏輯狀態(真的或假的)。但他覺得不管把它們想成是什麼意象,卻正是這種開或關的行為形成了調節基因的本質。剩下的只是相互作用的基因網路的問題了。當時柏克萊大學的自由演說運動正在校園蓬勃興起,考夫曼卻把他的課餘時間都消遣在奧克蘭他的公寓的樓頂上。他坐在那上面入迷地畫著連掛在一起的調節基因的網路圖形,力圖搞清楚它們是怎樣相互打開和關閉的。
考夫曼承認,寫這封信有些魯莽。卡洛本人最初也是醫學博士,是神經生物學方面的巨子之一,更別說他在計算機科學、人工智慧和思維哲學方面的貢獻了。在過去的二十年間,他和他忠實的追隨者們研究發現了思想的內含意義,最初發表於1943年的研究結果是他和十八歲的數學家沃爾特·匹茨(Walter Pitts)合寫的論文,題目是「內在神經活動之邏輯微積分」。在那篇論文中,卡洛和彼茲宣稱,大腦可以被模擬成邏輯運行的網路,比如「和」、「或」、 「不是」等等。在當時,往輕了說,這也是一個革命性的思想,產生了極大的影響。卡洛-匹茨的模型不僅是現在被稱之為神經網路的第一個例證,而且也是將大腦活動當作一個信息處理形式來認識的最初嘗試——正是這一認識激發了人工智慧和認知心理學的誕生。他們的模型首先指出,非常簡單的邏輯通道之網能夠產生極其複雜的計算結果。這一發現很快就被普遍地運用到計算機理論中了。
事情肯定不止於此。他想。「不知為什麼,我想證明秩序是最初就出現的,並不是後天置入和演化出來的。我有意識地要證明,在遺傳調節系統中,秩序是天然而成的,帶有不可避免的性質。秩九九藏書序以某種方式自由地存在於事物之中,它是自動形成的。」他推測到,如果情況果真如此,那麼,生命的這個自動而自組的特徵就正好和自然選擇法背道而馳。根據達爾文的描述,任何一種生物體的精確的遺傳詳況都是隨機演變和自然選擇的產物。但生命本身的自組,即秩序,卻具有更深刻、更根本的含義。秩序純粹地產生於網路結構,而不是產生於細節。事實上,秩序是造物主的頭等奧秘。
考夫曼說,其實,大多數研究人員曾經(在這點上,甚至到現在)都並不過於為這個問題操心。他們談論著細胞的「發育程式」,彷彿DNA計算機真的像IBM主機執行用FORTRAN語言編寫的程序一樣執行遺傳指令:一步一步地逐條執行。更有甚者,他們好像相信這些遺傳指令是精確無誤的組織,就像任何人編寫的計算礬代碼一樣被自然選擇法完全排除了誤差。怎麼可能不是這樣的呢?遺傳程序中的最微小的錯誤都會導致一個發育中的細胞的癌變,或可以將之完全置於死地。這就是為什麼成百的分子基因學家早就開始在實驗室里努力譯解精確無誤的生化機制,研究在這個生化機制中基因A是如何打開基因B的,基因C、D、E的活動又是如何影響整個開關過程的。他們認為,一切都在這些細節之中。
「所以你可以想象,作為一個醫學院的學生,脾氣古怪。悶悶不樂,外科得了個D。這對我的情緒有很大的影響。我是馬歇爾獎學金的獲得者,在學業上一直出類拔萃。而在醫學院我卻是掙扎度日,我的外科教授告訴我,我是一個多麼悲慘的失敗者。」
但是當時,卡洛的回信讓他又激動又驚訝。他沒有想到事情會有這樣的結果。他膽壯了起來,回了一封信,解釋說,加州大學舊金山分校鼓勵醫學院三年級的學生走出校門到別處去實習三個月。他問他是否能利用這段時間來麻省理工學院,和卡洛一起做研究?
所以當斯圖爾特·考夫曼1957年進入達特茅斯時,他已經完完全全是一個劇作家了。他甚至還抽煙斗,因為他的一個朋友告訴他,如果你想成為一個劇作家的話,你就必須會用煙斗抽煙。當然,他繼續寫劇本:他與他大學一年級的同屋、高中開始的小夥伴麥克·邁格雷合作,又寫了三部劇。
同時,考夫曼的教授對他探尋基因網路之美頗為不滿。「讀醫學院最為意味深長的事之一就是苦役折磨。」考夫曼說。晝夜值班和沒完沒了的要求——「目的就在於讓你清楚地明白病人至上的道理。你得凌晨四點半起床,開始做你必須做的事。對此我倒一點兒都不介意。但醫學院的有些教員自認為自己是醫院的衛士,他們認為如果你做為醫生沒有一種應有的態度,你就永遠不可能成為一個真正的醫生。」
然而最重要的是,卡洛成了考夫曼的良師、引路人和朋友,就像對待他的所有學生一樣。當他了解到考夫曼來麻省理工學院的目的是要在計算機上做龐大的計算機模擬,從而獲取關於網路行為表現的詳細統計信息時,他把考夫曼介紹給了明斯基和明斯基的同事西摩·派珀特(SeymourPapert),他們安排考夫曼在當時被稱為「MAC計劃」的高功能計算機上進行他的模擬。「MAC計劃」的意思是機器輔助認知(Machine-Aided Cognition。MAC是取每個詞的頭一個字母的縮寫)。卡洛又安排了一個在計算機編碼方面比他懂得多得多的本科生來幫助考夫曼編寫程序。最終他們做了上千個基因的計算機模擬。
走在世界上任何一個科學研究所的走廊上,你會很容易就透過一個辦公室敞開的門看到牆上貼著一幅愛因斯坦的畫像:愛因斯坦裹著一件大衣,心不在焉地走在普林斯頓大學的雪地上;愛因斯坦神情專註地凝視著照相機鏡頭,破舊的毛衣領子上別著一支自來水筆;愛因斯坦咧開嘴大笑,對著全世界伸舌頭。這個相對論的創立者幾乎是大家共同的科學英雄,是深邃的思想和自由的創造精神的象徵。
卡洛是個虔誠的教友派教徒,也是個體貼而又迷人的主人。他高深莫測又奔放不羈,心靈自由地馳躍在廣闊的知識天地,以無窮的熱情探索思想的內在活動。他行文古風頗健,文章旁徵博引,充滿了從莎士比亞到聖·伯納芬圖拉(Saint Bonaventura,十三世紀義大利哲學家)的至理名言。然後給文章取名為:《幻想從何而來?》、《思維為何存在於頭腦之中?》和《穿越玄學家的洞穴》。他喜歡猜謎、喜歡敏捷巧妙的對話。他是世界上少數能說得過考夫曼的人之一。
最初的模擬只是一個開始。考夫曼仍然搞不清楚稀疏相連接的網路為什麼會這樣神奇。但它們就是如此神奇,他感到這個結果讓他完全從一個全新的角度來看待基因和胚胎的發育過程。他用最初的方法做為樣板,並在這個基礎上加以改進,又做了無數個類型的模擬。他想知道,這種有秩序的行為是什麼時候出現的?為什麼會出現?同時他也想知道如何用真實的數據來檢驗他的理論?
人們都心照不宣地假設,細節就是一切。考夫曼對此感到十分困惑。他知道,生物分子的細節顯然是十分重要的。但如果基因組必須被組合和調整到盡善盡美才能發揮作用,那它怎麼會從隨機的試驗和進化的錯誤中誕生呢?這就像老老實實地洗一整副牌,卻拿到一手的黑桃一樣:不是沒有這個可能,但這種可能性不大。「這感覺就不對。」他說。「別指望上帝或自然選擇法會做到這一步。如果我們只能用大量詳盡的、自然選擇過程中未必能發生的細節來解釋生物的秩序,如果我們現在所見到的從一開始都經歷過艱難的掙扎,那我們今天就不會存在於此了。只九_九_藏_書有足夠的宇宙空間和時間上的機遇並不能產生這一切。」
他一到牛津就發現這兒的環境非常適宜於他。他至今仍然能夠數出他這一生中最使他激動的三個學術環境,牛津便是第一個。「我生平第一次發現我周圍的人都比我聰明。美國人在那裡也是人才濟濟。有羅德獎學金獲得者,馬歇爾獎學金獲得者。其中有些人已是很知名的人物了。那時和我們一批的莫德林學院的(Magdalene)戴維·蘇特(David Souter),現在供職于最高法院。喬治·F.威爾(Geofge F Will,美國著名新聞評論家及專欄作家)和我曾經總是去吃印度餐廳,逃避學院的伙食。」
考夫曼認為,尋找到答案的唯一方法就是洗牌,拿出一組完全典型的遺傳迴路,看看它們究竟會不會產生出穩定的構型。「所以我立刻就想到,如果把幾千個基因隨機地連掛在一起會發生什麼呢?它們會產生什麼效果?」
確實如此。在來麻省理工學院之前考夫曼就決定了,畢業后他要棄醫從事科學研究。正是通過卡洛所認識的這群朋友將他真正引入了這個圈子。
卡洛回信說,當然可以。而且考夫曼和麗沙這段時間可以住在他家。
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同時,卡洛還把考夫曼介紹給了雖小但卻十分熱情的理論生物學界。正是在卡洛的起居室里,考夫曼見到了神經生理學家傑克·考溫。傑克從五十年代末至六十年代初在為卡洛當研究助手,現在剛接受恢復芝加哥大學理論生物學小組的委託。正是在卡洛的辦公室里,考夫曼見到了英格蘭薩塞克斯大學的布朗·哥德文(Brian Goodwin),從此和他成了最親密的朋友之一。「沃倫就像我的高中老師弗萊德·托德一樣。他是第一個認真把我當作一個青年科學家,而不是一個學生來對待的人。」考夫曼說。但令人悲傷的是,卡洛沒過幾年就去世了,那是在1969年。但考夫曼仍然有點把自己看作是他的事業的繼承人。「沃倫一下子就把我帶入了那個我從此再也沒有離開過的世界。」
他被這門課程強烈地震撼了。「這裡有絕對令人震驚的現象。」他說。「從一個受精卵開始,然後這東西逐漸發育,變成了一個有秩序的新生命,然後又變成一個成熟的生命。」不知為什麼,單個的受精卵能夠分裂,變成不同的神經細胞,肌肉細胞和肝臟細胞,以及上百種不同的細胞,這個過程精確到萬無一失。奇怪的不是生而缺憾的悲劇常有發生,而是大多數新生命一出生就完美無缺。「這至今仍然是生物學中最美麗的奧秘之一。」考夫曼說。「我整個兒地被細胞分化的問題給迷住了,馬上就投入到對這個問題的深入思考。」
到目前為止一切進展得還不錯。另一個對理論的測驗是觀察一個含有一組調節基因的特定的生物體,弄清楚它能夠產生多少細胞類型。當然,考夫曼還處於專門研究基因網路的典型行為表現的階段,還說不出什麼特別的東西來。但他肯定可以從統計上觀察到與之相關的內容。他一直有這樣一個假設:一個細胞類型會呼應它所屬於的穩定狀態的循環,所以他的模擬越做越大。他一直跟蹤了解,隨著網路模擬規模越來越大,到底會出現多少狀態的循環。當他做到對包含四百至五百個基因的網路進行模擬這一步時,他得出的結論是,循環的次數大致相當於網路內基因數的平方根。同時,他還利用課餘時間到醫學院的圖書館去翻閱大量難懂的參考資料,尋找真正生物體的比較性數據。為此他費盡了周折,但總算有了結果:生物體中細胞類型的數額確實大致相當於該生物體中基因數的平方根。
「我不知道我哪來的這股衝動。」他說。「為什麼斯圖爾特·考夫曼湊巧來到這個世界,而且對秩序問題發生了興趣?這整個兒就是個絕妙的謎。一個人的頭腦能夠對這個問題感到新鮮好奇,能夠提出這類的問題,這使我感到既奇怪又驚喜。只是我這一生都有這樣的感覺:好像我從事過、熱愛過的所有科學研究,都是為解開這一謎團所做的努力。」
但不管卡洛是不是一個科學巨子,考夫曼覺得他是唯一能夠分享他的研究成果的科學家。「卡洛是我知道的唯一的一個在神經網路方面做了大量研究的人。而且我很清楚,基因網路和神經網路基本上是一回事。」他說。
在五十年代初,愛因斯坦當然是加利福尼亞州薩克拉門托的一個名叫斯圖爾特·考夫曼的男孩心目中的英雄。「我極其崇拜愛因斯坦。不,不能用崇拜這個詞,應該叫熱愛。我熱愛他把理論看作是人類心智自由創造的思想,我熱愛他視科學為對造物主秘密的探究。」愛因斯坦用OldOne來比喻宇宙的創造者。考夫曼對 1954年第一次接觸到愛因斯坦的思想仍然記憶猶新。那時他才十五歲,讀到一本愛因斯坦和他的合作者雷奧波德·英費爾德(LeopoldInfeld)合寫的一本關於相對論起源的普及讀物。「當時我為能夠看懂這本書,或我以為我能看懂這本書而激動萬分。愛因斯坦巨大的創造力和自由馳騁的思維使他能夠在他自己的頭腦中創造出一個世界來。我記得我當時想,有人能這樣做簡直太美妙了。我記得他去世的時候(1955年)我哭了。我感到就像失去了一位老朋友。」
「這簡直太令人激動了!」考夫曼說。「無論是那時還是現在我都覺得我的這個發現具有很深遠的意義。它不是任何人能夠憑直覺臆想出來的。」兩條輸入的網路並不是在100萬兆兆種狀態中漫遊,而是很快就移入這個空間的一個極小的角落滯留了下來。「它安頓了下來,在五個、六個、七個,或更多的狀態中,典型的是在大約十種狀態中倘佯、循環,形成驚人的高度秩序!https://read•99csw.com我簡直就被這個結果震驚了。」
另外,考夫曼到了這個階段非常需要外界的一點兒支持。醫學院的教育對他來說是喜憂參半。在醫學院他當然獲得了他作為一個牛津大學哲學系的學生迫切需要的「事實」,但這些事實卻不可能給他提供更深層的結果。「當時我必須按別人說的來做我應該做的事,這使我內心非常焦躁。在醫學院,一個人要做的是掌握事實、掌握診斷法、吸取診斷智慧的精華,然後準確無誤地完成整個診斷過程。雖然診病的過程給我帶來了愉悅,但卻缺乏我所追求的完美。這不像在探尋造物主的奧秘。」
但是,他也不得不承認,不無諷刺的是,正是這種可以即興建立模型的能力使他放棄了哲學,趨向某種更為切合實際的方向:醫學院。
對科學與思維的強烈求知慾使考夫曼在牛津選擇了哲學、心理學及生理學課程。這些課程不僅只包括傳統哲學,而且更注重當代對視覺系統的神經分析和對腦部神經聯繫的更為廣泛的模擬。總之,這門課致力於從科學的角度來研究思維的運作。他的心理學導師名叫斯圖爾特·蘇瑟蘭德(Stuart Sutherland),他後來成為又一位很有影響的人物。蘇瑟蘭德喜歡坐在他的書桌後面,連續不斷地把問題拋給他的學生,讓他們做思考體操:「考夫曼!視覺系統是怎樣區分投射到視網膜相鄰的兩個錐體上的兩個光點的?」考夫曼發現他喜歡面對這類富有挑戰性的問題。他發現他有能力當場想出各種方案,作出有說服力的回答。(「嗯,眼睛並不是靜止不動的,它在輕輕移動。所以,也許當你刺|激多個視網桿和視網膜時……」)確實,他承認這樣即興建立模型使他養成了一種習慣。從此以後,他一直在或這樣或那樣地即興建立模型。
他們立刻就接受了邀請。考夫曼永遠也忘不了他第一次見到卡洛的情形:那是在一個冬夜,大約九點鐘左右,他和麗沙開著車在黑暗而陌生的馬薩諸塞州劍橋街道上轉來繞去。他們穿越過整個美國開到這兒,卻完全迷了路。「這時他們看見留著長老般鬍鬚的沃倫隱約出現在迷霧中,把我們迎接到他的家裡。」沃倫的妻子魯克端出了乳酪和茶水來款待筋疲力盡的客人,卡洛打電話給麻省理工學院的人工智慧小組的第一號人物馬文·明斯基(Marvin Minsky)說:「考夫曼來了。」
他想,根據他模擬的模型,一個很顯然的推斷就是,真正的基因網路必須是疏鬆地相互連接的。稠密連接的基因網路似乎無法在穩定的循環之中安頓下來。他並不指望真正的基因網路全都像他模擬的基因網路一樣都只是兩條輸入。大自然從來就不是這麼規範的。但他的計算機模擬和他所有的計算使他認識到,從某種統計學意義上來說,基因網路只能是稀疏相連的。當你觀察數據,就會發現真正的基因網路似乎就像模擬的那樣稀疏。
很快他就發現,如果每一個基因都被許多其它基因所控制,使基因網路變得像一盤意大利麵條一樣稠密地糾纏在一起,那麼整個系統就會猛烈動蕩,陷於混亂局面。就拿電燈泡來比喻,那就會像一個巨大的拉斯維加斯廣告牌線路錯亂了,上面所有的燈光都亂閃一氣,完全沒有秩序。
考夫曼對研究基因網路確實十分入迷,甚至一直到他完成了在柏克萊的醫學院預科課程,回到舊金山,開始了醫學院全日制課程以後,他還沉迷在這裏面。這並不是因為他已經對醫學院感到厭倦了,恰好相反:他發現醫學院課程的難度非常非常大。他的老師要求他死記硬背堆積如山的課本知識,極端痛苦地做腎髒的生理結構分析之類的功課。但儘管如此,他仍然一門心思想學醫。學醫迎合了他內心的童子軍精神:在任何情況下,行醫都是做有益的事,同時又能讓他準確地知道該如何去做,就好比在風暴中搭帳篷一樣。
他回憶說,他思想鬥爭了一個星期才想透徹:「我不一定非要當一個劇作家,我可以成為一個哲學家!所以在後來的六年中,我以極大的熱情投入到對哲學的研究之中。」當然,他從倫理學開始學起。作為一個劇作家,他想弄明白善與惡的問題。除此之外,作為一個哲學家他還能學點別的什麼呢?但很快他就發現自己又喜歡上了別的東西。他的興趣轉移到了科學的哲學和思維的哲學上來了。他說:「對我來說,它們似乎是深透之所在。」什麼是可以用來發現世界本質的科學?什麼可以用來了解世界的心智的科學?
秩序!考夫曼利用醫學院課程外的一切業餘時間來研究它。他在筆記本上畫上了越來越多的兩條輸入的隨機網路圖,詳盡地分析每一個網路的行為方式。這是一項既引人入勝、又令人困惑的工作。關於這項工作的好消息是,兩條輸入的網路好像總是能夠很快地穩定下來。在最好的情況下,它們能夠在幾種不同狀態中循環往複。這正是一個穩定細胞的狀況。關於這項工作的壞消息是,他並不知道他做的兩條輸入的模型和真正的遺傳調節網路有什麼相干。真實細胞中的真實網路包含了幾萬個基因,而考夫曼用鉛筆和紙畫的網路在達到不過五個或六個基因時就已經容納不下了。要追蹤一個包含七個基因的網路的所有可能的狀態和狀態的轉變情況,意味著要填滿128×14的矩陣。如果要做一個包含八個基因的網路,就要求把這個矩陣擴大一倍,並以此類推。「而手工操作導致誤差的機率簡直大得無可避免。」考夫曼說。「我一直眼巴巴地看著我的七個基因的網路,簡直無法忍受要畫包含八個基因的網路圖的念頭。」
但很快,考夫曼就發現他創作的劇本的問題:劇中人物發表許多武斷的意見。「他們喋喋不休地探討生命的意義和怎樣才算一個好人。他們只是談read•99csw.com論這些,卻沒有行動。」他開始意識到,他對劇本本身的興趣遠不如對他劇本中的人物想探索的思想要大。「我想尋找到通往某種隱在的強大而神奇的東西的通道——雖然我說不清楚那究竟是什麼。當我發現我的好朋友狄克·格林將要去哈佛大學攻讀哲學時,我感到非常懊惱。我希望我也能夠成為一個哲學家。但我當然只能做一個劇作家。放棄做一個劇作家,就意味著放棄我正在為自己設想的身份。」
「不管怎麼說吧,在我讀到醫學院二年級時,我無法再繼續下去了。這個遊戲我玩得時間夠長的了。所以我穿過大街,來到計算機中心,詢問是否有人能夠替我編個程序。他們說,『當然可以。但你得付錢。』所以我掏出錢包。我很樂意付這筆錢。」
在讀到這本書之前,考夫曼即使不是個引人注目的學生,也一直是個不是拿A就是拿B的好學生。但在這之後,他的熱情被點燃了,倒不一定是被科學點燃的。他不覺得他必須亦步亦趨地跟隨愛因斯坦的腳步走。但毫無疑問他感到有了一種與愛因斯坦同樣的想洞容事物內部秘密的慾望。「當你觀看一幅立體派油畫,看到上面隱在的結構——那就是我想探索的。」事實上,他對此表現出來的最直接的興趣根本就不是在科學方面。少年時期的考夫曼熱衷於當個劇作家,探測人類靈魂里的黑暗和光明。他的第一部作品,和他高中時的英語教師弗萊德·托德合作寫的一個音樂劇本簡直「糟糕透頂」。但他對被一個真正的大人很當回事地來對待而激動不已。那時托德二十四歲,與托德的合作是啟發考夫曼的知識覺醒的很關鍵的一步。「儘管那不是一部很好的音樂劇,但如果我十六歲時就能和弗萊德合作寫出一部音樂劇來,那還有什麼不能做到呢?」
他笑著說:「在某種程度上,我認為我永遠也不可能成為一個偉大的哲學家。我的論點是:我永遠也不會有康德那麼聰明。而除非你能像康德那麼聰明,否則成為一個哲學家就沒有什麼意義。所以我應該去讀醫學院。你會注意到,這不是一個推理。」
更重要的是,他不敢信任自己身上輕浮的弱點。「我始終非常擅長於概念性的東西。」他說。「往最好的說,這是我性格中最為深刻的一面,是上帝賜予我的天賦。但往最壞的說,這是圓滑取巧,是膚淺。因為我有這種焦慮,所以我對自己說:『去讀醫學院吧。那些壞脾氣的女人生的兒子們是不會讓我光耍嘴皮子,到處賣弄知識的。因為我不得不照顧病人,他們會迫使我去了解大量的事實。』」
但幸運的是,考夫曼當時並沒有做這個運算。在一位對他幫助頗大的計算機中心編程員的幫助下,他的包含100個基因的兩條輸入的模擬網路編碼后,就輕鬆地將一堆打了孔的卡片交給了前台。十分鐘以後,結果就出來了,打在了寬幅報表紙上。這結果正像他所期待的那樣,表明網路很快就穩定地安頓在有秩序的狀態之中,大多數基因只固定在開或關的狀態,其它基因在幾種不同的形態間循環。這些形態看上去當然不像火烈鳥或任何可以辨認的東西。如果這個包含了一百個基因的網路是一個有一百個電燈泡的拉斯維加斯廣告牌的話,則這些有秩序的狀態看上去就像振動不停的斑駁圖案。但它們確實存在,而且非常穩定。
但考夫曼越是思考這幅圖景就越是發現,細胞差別是怎樣形成的這個問題正赫然聳立於眼前。基因組就像計算機,很好,但它又完全不是IBM公司生產的計算機。他發現,在一個真正的細胞里,許許多多的調節基因可以同時作用。所以,基因組電腦不像人類製造的計算機那樣逐步執行指令,而是同步地、平行地執行大多數,或所有的遺傳指令。他推理,如果情況真是這樣的話,那麼,重要的不在於是否這個調節基因精確地按照界定好的順序激活了那個調節基因。而是這個基因組作為一個整體,是否能夠安頓下來,將活性基因組合成一個穩定的、自我連貫的形態。調節基因最多也許能經歷兩個、三個或四個不同構型的循環,總之數目不多,否則細胞就會到處亂串,基因隨機地相互開閉,陷於混亂狀態。當然,肝臟細胞內活性基因的形態與肌肉細胞或腦細胞內的活性基因形態會非常不同。但考夫曼想,也許這正是重要之處。單個的基因組能夠有許多穩定的行為形式這一事實,也許正是發育過程中能夠產生許多不同細胞類型的致因。
考夫曼說:「沃倫常常會把你拖入一個冗長的談話之中。」曾經住在卡洛家裡的學生講過如何為了避免被卡洛拖入冗長的談話而從樓上的卧室越窗而逃的故事。卡洛常常會跟在考夫曼後面一起進入浴室,在考夫曼淋浴時,他就放下馬桶坐圈,趁著考夫曼忙著把肥皂沫從耳朵里清洗出來時,坐在馬桶上愉快地大談網路及其各種邏輯功能。
事實上,他在醫學院生活的唯一的光明面是他與一個義大利裔美國紐約姑娘伊麗沙白·安·卞奇結了婚。她是藝術系的研究生,考夫曼在牛津遇到她時,她還是個大學生,來歐洲旅行。「我當時正為她撐著一扇拉開的門,心想,嗬,這真是個漂亮的女孩兒。從此我就總是為她撐著門了。」但就連她也懷疑他做的基因網路研究。 「麗沙比我要實際得多了。她對醫學興趣非常大,和我一起去上解剖學課程和其它很多醫學課程。但對我的基因網路研究,她的反應是:『挺不錯的,但這是真的嗎?』對她來說,這網路太虛幻了。」
1966年,在醫學院三年級開學的時候,考夫曼寫了一封信給麻省理工學院的神經生理學家沃倫·卡洛(WarrenMcCulloch),向他解釋他在基因網路方面所做的研究,並問他是否感興趣。
事實確實如此。但不知為什麼,醫學院和病人並沒有改變九九藏書考夫曼喜歡玩思想的習慣。其實醫學從來就不曾真正有機會改變考夫曼。因為他從來就沒有讀過任何醫學預科的課程,所以他就安排自己於1963年秋季去柏克萊大學讀一年的醫學預科,然後再進入海灣另一端舊金山市的加利福尼亞大學醫學院。於是,就是在柏克萊,他修了最初的發育生物學課程。
考夫曼同樣想到,如果每個基因最多只被另外一個基因控制,基因網路非常稀鬆地連接,那麼,網路的行為模式就過於簡單了。這就會像一個廣告牌上大多數燈泡都只會像沒有頭腦的夜總會頻閃燈光那樣枯燥地開開關關。而那不是考夫曼想象的秩序。他想要的遺傳燈泡是能夠將自己組織成有趣的行為形式,就像隨風搖曳的棕櫚樹或翩翩起舞的火烈鳥一樣。另外,他知道非常稀鬆地連接的網路是不現實的:雅各布和莫納德已經證明了,真正的基因通常都受控於好幾個別的基因(今天,我們知道典型的數額是兩個到十個)。
那時是做這項研究的一個大好時機:從1961年一直到1963年,雅各布(Jacob)和莫納德(Monod)剛發表了他們關於遺傳迴路(genetic circuits)的一系列論文。這項工作使他們後來獲得了諾貝爾獎。(這正是阿瑟16年以後躺在夏威夷海灘上讀到的論著。)而考夫曼很快就讀到了他們的觀點。他們論述說,任何細胞都包含著幾個「調節」基因(regulatory genes),這些調節基因就像開關一樣,能夠打開或關閉其他基因。「他們的研究成為所有生物學家的啟示錄。如果基因能夠相互打開和關閉,那麼就會有遺傳迴路。在某種意義,基因組(genome)就會是一種生化計算機。正是整個系統的這種計算機行為,即有秩序的行為,以某種方式決定了細胞之間的差別。」
然而,考夫曼繼續他的基因網路遊戲,因為他幾乎無法自控。「我狂熱地想從事對這些隨機基因網路的奇怪科學的研究。」他的藥物學考試得了C。「我的藥物學課程的筆記本上塗滿了遺傳迴路的圖表。」他說。
在決定讓計算機代勞后,考夫曼發誓要全力以赴:他要模擬包含一百個基因的網路。回想起這件事時,他笑了。好在當時他並不完全知道他在做什麼。讓我們這麼想一下:單個的一個基因只能有兩種狀態:開或關。但包含兩個基因的網路就可以有2×2,或者說,四種狀態:開——開、開——關、關——開、關——關。一個包含三個基因的網路就可以有2×2×2,或8種狀態,依此類推。這樣,在一個包含100條基因的網路里可能出現的狀態就是2的100次方,也就是相當於100 萬兆兆,也就是1的後面跟著30個零。考夫曼說,這就產生了無窮無盡的可能性。更重要的是,從原則上說,沒有理由說明為什麼他模擬的網路不能夠隨機漫遊于這個空間之內。他是故意讓他們隨機連接的,而這將意味,他的關於細胞循環的想法根本沒有希望得到證實:計算機必須經過100萬兆兆的狀態轉變后才會出現重複的情況。這將把是各種狀態都持過一遍的細胞循環,這個過程無邊無際到了超過想象力。考夫曼說:「如果計算機從一種狀態過渡到另一種狀態需要萬分之一秒,則讓計算機運轉100萬兆兆微秒,就要花比宇宙歷史漫長几十億倍的時間。我根本不可能在讀醫學院期間完成這個實驗!」光是付計算機的上機費,就足以讓考夫曼在從醫學院畢業之前就破產。
事情就這樣進行著。「見鬼,我真的成功了!」考夫曼說。這是他經歷的最輝煌的一件事。當醫學院二年級結束時,他花在計算機上的費用已經累計到好幾百美元了。但他毫不痛惜地付清了這筆費用。
當真地說,其實是因為他那時對哲學感到厭煩了。他說:「這並不是說我不再熱愛哲學了。而是我不相信哲學中的某種輕浮性。當代哲學家們,或起碼是五十年代和六十年代的哲學家們,總認為自己是在檢驗概念和概念的意義,而不是在檢驗這個世界的現實。所以你可以發現你的論點是否中肯、是否得當、是否連貫等等,但卻無法發現你是否正確。這最終引起了我的不滿。」他希望做深入現實的探究,希望洞察造物主的奧秘。「如果可以選擇,我情願做|愛因斯坦,而不做維特根斯坦(Ludwig Wittgenstein,奧地利籍著名哲學家)」。
但問題是,這些細胞差別是怎樣形成的呢?
正是在這種情況之中,考夫曼收到了卡洛的回信:「整個劍橋都為你的研究所激動。」他寫到。考夫曼回憶這些時笑了起來。「我一年以後才搞明白,沃倫說這話的意思是,他讀了我寄給他的信,認為這很有意思。」
他說:「正是由於傑克·考溫、布朗·哥德文和其他人,我才於1967年被邀請參加了我生平第一個科學會議。」這是由英國胚胎學家康拉德·沃丁頓(Conrad Waddington)召開的一系列理論生物學會議的第三次會議。「在六十年代中期到後期的那段時間召開的那些會議所做的嘗試,正是今天的桑塔費研究所在做的事。」考夫曼說。「真是太好了。從清晨四點起來抽血、化驗大便樣本——就是我們所談論的親手接觸現實!——我飛往義大利北部科莫湖畔的色貝勞尼別墅。簡直是棒透了。那兒到處是令人驚奇的人。約翰·梅納德·史密斯(John Maynard Smith)在這裏、雷內·托姆(Rene Thorn)剛創立了突變論、芝加哥的狄克·劉文廷(Dick Lewontin)在那兒。狄克·萊文斯(Dick Levins)從芝加哥趕來。劉易斯·沃爾普特(Lewis Wolpert)從倫敦趕來。這些人現在仍然是我的朋友。」