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生與死

生與死

考夫曼知道有兩個人可以幫助他,其中的一個他已經見到過了。在巴伐利亞開會期間,他結識了羅沙拉莫斯物理學家多伊恩·法默(Doyne Farmer)。法默的想象力就和考夫曼一樣豐富,一樣充滿活力,而且也像考夫曼一樣著迷於自組織的概念。他們倆非常愉快地在阿爾卑斯山滑了一整天的雪,一直在討論網路和自組織。他們相處得好極了,法默甚至安排考夫曼作為顧問和講師來羅沙拉莫斯做階段性學術訪問。不久,法默又介紹考夫曼認識了伊利諾斯大學年輕的計算機專家諾曼·派卡德。
然而,考夫曼想,從更深一層的意義上來說,自動催化組也許是有生命的,它能夠呈現出某種非常明顯的生命特徵。比如說,它能夠發展。而且從原則上說,沒有理由認為這樣的自動催化組為什麼不能是開放性的,能夠隨著時間的推移產生出越來越多的、變得日趨複雜的分子。這樣的自動催化組甚至具有一種新陳代謝的功能:分子網路能夠穩定地把飄浮在整個初始原湯中的氨基酸和其它形式的分子作為「食品」分子來供應,把它們粘合在一起,將這個自動催化組變成更加複雜的混合體。
考夫曼和阿瑟沒完沒了地討論這些想法,探索其間的聯繫,感到非常愉快。他們的談話就像一年級大學生隨時隨地地自由討論。特別是考夫曼尤為激動。他覺得他們正在探索某種真正全新的東西。很顯然,網路分析不會助使任何人精確地預測到下個星期會出現什麼樣的新技術。但它也許能助使經濟學家獲得預測這一進程的統計上的和結構上的方法。比如說,當你介紹一種新產品,它會對經濟引起多大的震動?它會帶動多少種別的商品和服務的出現?它會導致多少老行業的消亡?你如何認識一種商品已經成為一個經濟體系的中心,而不僅僅是又一個呼啦圈?
考夫曼特意把研究重點放在小小的果蠅身上。基因學家在二十世紀初已對果蠅做了大量的研究。果蠅現在仍然是生物學家從事發展進程方面研究時最喜歡的實驗對象。果蠅有許多有利於做實驗的特點,它會出現古怪的變化,新孵出的果蠅的腿會長在觸鬚應該長的地方,或它的生殖器會長在應該是它的頭部所在的位置,等等。果蠅的這些變化給了考夫曼研究遺傳形式的充分餘地,他可以由此思考發育中的胚胎是如何進行自組織的。
但使他更感興趣的是,阿瑟開始問他另一個正引他入迷的經濟學問題:技術變遷。往輕了說,這個問題也早已變成了炙手可熱的政治議題。你可以從任何一份你隨手翻閱的報紙或雜誌上感受到這種潛在的焦慮:美國還有競爭能力嗎?我們是怎樣喪失了神話般的美國創造力、喪失了老一輩美國佬的技能的?日本人是不是會一個產業一個產業地把我們擠出局?
考夫曼想,好吧,現在來想象一下在初始原湯中有一些A分子忙著催化另一個B分子的形成。既然第一個分子是隨機形成的,它的接觸與催化功能也許並不十分有效,然而它並不一定要十分高效。但即使是一個效能微弱的接觸劑都能使B分子的形成要遠比另外途徑快得多。
當他們沿路散步,攀爬修道院周圍的山坡時,阿瑟情不自禁地被考夫曼關於秩序和自組織的概念所吸引住了。但具有諷刺意味的是,當考夫曼用「秩序」這個詞時,明顯和阿瑟所用的「雜亂」是同一回事——也就是湧現,即,複雜性系統永不停息地把自己組織成各種形態的趨向。但是當時,考夫曼用了一個恰好相反的詞卻並不令人感到吃驚。他正好是從一個完全不同的方向得出這個概念的。阿瑟談論「混亂」,是因為他是從冰封而抽象的經濟均衡的世界入手的,在這個世界里,人們認為市場規律像物理學規律一樣可以精確地決定一切。考夫曼談論「秩序」,是因為他是從雜亂而偶然的達爾文世界入手的。在達爾文的世界里沒有任何規律可言,只有意外事件和自然選擇。雖然他們是從完全不同的角度出發的,但基本上卻達到了一個同樣的位置。
似乎沒有人能想出什麼好辦法來。在自動催化研究領域考夫曼並不是在孤軍奮戰。幾年前,柏克萊諾貝爾獎得主麥爾文·卡爾文(Melvin Calvin)在他1969年出版的《化學演變》這本書中描述了他所探測的有關生命起源的幾個不同的自動催化情形。與此同時,德國的奧托·羅斯勒(Otto Roseeler)、曼弗萊德·艾根(Manfred Eigen)也在獨立地進行自動催化方面的探索。艾根甚至已經能夠用RNA分子在實驗室證明一個自動催化循環的形式。但還沒有人能夠證明自動催化組是如何在米勒-尤雷的初始原湯中從簡單的分子中浮現出來的。這個懸而未決的學說似乎沒有取得任何進展。
目前這個事實雖然並不能增大生命起源的可能性,但考夫曼想,假設,僅僅是假設,有一些飄浮在初始原湯中的小分子能夠起到「接觸劑」的作用,就像是極其微小的媒人。化學家常常能夠發現這樣的物質:一個接觸劑分子在四處周遊時粘上了其它兩個分子,把它們撮合到一起,這樣就使它們之間的相互作用和相互融合發展得更快一些。然後,接觸劑又放開了這對「新婚夫妻」,轉而把另外兩個分子撮合到了一起,就這樣一直發展下去。化學家也非常熟悉很多像刀斧手一樣的接觸劑分子,它們側身挨上一個又一個的分子,然後把它們切割開。接觸劑的這兩種作用使它們成為現代化學工業的支柱。比如像汽油、塑料、染料、藥品等,沒有接觸劑,所有這些產品幾乎都不可能出現。
當然,甚至考夫曼也不得不承認,所有這些想法不過是希望而已。但另一方面,他又告訴阿瑟,這一切也許是非常可能的。他從1982年就開始做基礎性研究,那是在他停頓了十多年之後重新開始對自動催化論的研究。
換句話說,考夫曼認識到,如果初始原湯中的條件成熟的話,你就完全不用等待隨機作用的結果了。初始原湯中的混合物會形成一個連貫的、自我強化的相互作用網。更進一步的是,這個網中的每一個分子能夠接觸和催化這個網中其他分子的形成,這樣,較之網外的分子,網內所有的分子都會穩定地得到越來越大的發展。總之,從整體來看,這個網能夠催化自我的形成。它會成為一個「自動催化組」。
阿瑟解釋說,這個技術之網的概念與他對新經濟學的想象非常接近。但問題是,他發展的數學方法只適宜於一次對一項技術的發展進行觀察。他真正需要的是一個類似網路性的模擬,就像考夫曼開發的那種一樣。所以他問考夫read.99csw.com曼:「你能做一種模擬,讓剛被發明的技術就像打開的開關一樣,也許……?」
考夫曼當然不會後悔他耗費在果蠅上的時間。他發表的關於果蠅發育的論述就像他對網路形式的論述那樣充滿激|情。但他同時也記得1982年那生動的一幕。「我在獅子山山上,忽然意識到,我已經有好幾年對果蠅提不出什麼新的見解了。我忙忙碌碌地做著核移植實驗、無性系實驗和其它實驗,但我其實並沒有產生任何新的想法。我感到一種全面的困頓。」
在神經科學和進化生物學領域,排斥理論的氣氛要略微淡一些。但即使在這些領域,考夫曼的網路概念也被認為有點兒怪誕。他談論龐大網路中的秩序和統計行為,卻無法用這個分子或那個分子來舉例說明。許多研究人員很難理解他在說些什麼。「當初有人對我的基因網路的研究工作有所反應,沃丁頓就讚賞我的想法,還有其他許多人也都讚賞我的想法。這就是我得到了我的第一份工作的原因。我為此感到非常高興,非常驕傲。但在此之後就沉寂了下來,從七十年代初期開始走下坡路。人們不再特別關心這件事了。」
阿瑟開始感覺到考夫曼心裏似乎有無法言喻的悲傷。有時,在他詼諧幽默、機智巧妙、充滿好奇的談話中、在他滔滔不絕地討論他的思想時,他會突然停頓下來,臉上閃過一絲悲傷。在阿瑟和他的妻子蘇珊到達桑塔費不久的一個晚上,阿瑟夫婦和考夫曼夫婦一塊兒出去吃晚飯。考夫曼告訴了他們一個悲傷的故事:那年10月一個星期六的晚上,他和麗沙回到家,得知他們十三歲的女兒麥瑞特遭到了車禍,肇事者撞了人後開車逃跑了,他們的女兒被送到當地醫院,傷勢非常嚴重。夫婦倆和兒子愛森馬上跑著去了醫院,但到了醫院卻被告知,麥瑞特十五分鐘前已經去世了。
同時,考夫曼發現自己在研究基因網路的同時,還對物理學和應用數學做出了一些最前沿的拓展。他的基因調節網路動力結果變成了被物理學家們稱之為「非線性動力」的一個特例。從非線性這個角度來看,很容易就能明白為什麼稀疏連接的網路能夠這麼容易就自組成穩定的循環:從數學角度來說,它們的行為就相當於落在河谷周圍山坡上的所有雨水都會流入河谷最底部的湖裡。在所有可能的網路行為空間里,穩定的循環就像盆一樣,或者就像物理學家所說的「吸引子」。
所以他重又開始進行計算,就像以往一樣,一路研究下來,總是以發明數學公式而告終,「1983年,我耗費了整個秋季,從十月份一直到聖誕節,一直在證明各種數學定律。」他說。聚合物的數量、相互作用的次數、聚合物的接觸催化反應的次數、這個巨大的反應圖示中的相變次數,從中探測究竟在什麼樣的條件下自動催化才會發生。他怎麼能證明會發生自動催化現象呢?他記得整個結果匆匆忙忙地形成於11月份,在他從印度開會回來的二十四小時的飛機航班上,「我返回到費拉德爾菲亞時簡直累坍了。」他說。聖誕節那一天他匆匆忙忙地草塗下這個定律,到了1984年元旦前,他獲得了結論:他在1971年只能推測,不能證明的滑稽的相變得到了確鑿的證明,這個定律表明,如果化學反應過於簡單,相互作用的複雜程度過低的話,相變的現象就不會發生,這個系統就會是一個低於臨界點的系統。但如果相互作用的複雜性達到了一定的程度,考夫曼的數學定律就可以精確地界定這意味著什麼——這個系統就會是超越臨界點的系統,自動催化現象就會變得不可避免,秩序就會自由存在於其中。
考夫曼目瞪口呆地聽他說完這一切。他能嗎?阿瑟剛才用完全不同的語言所描述的一切正是考夫曼這十五年來一直在研究的問題。
不知為什麼,他當時立刻就明白,是回到他起初關於基因網路和自動催化研究去的時候了。見鬼,如果沒有其它內容的話,他覺得他已經善盡其職了。「我已經有權去思考我想去思考的問題了。在讀完醫學院、做過醫生、接生過六十個嬰兒、為新生兒吸抽過骨髓、照料過賁門抑制等一個年輕的醫生應該做的一切事情以後,在主持過實驗室,學會了如何使用閃爍計數器、如何拿果蠅做遺傳實驗等其它一切事情以後,儘管生物學界依然蔑視理論,但我已經有權做任何我想做的事情了。我已經滿足我在牛津讀書時的渴望,已經不怕自己會才思縹緲了。我現在深信自己是個優秀的理論家。這不一定是說,我總是對的。但我信任自己。」
考夫曼進一步認識到,這些思想的效用最終可能遠遠超越經濟學領域。「我覺得這些模型同時也可以容納偶發性|事件和法則。關鍵是,相變也許是有規律的,而其中的特殊細節卻無規律可循。也許我們掌握了歷史發展進程是如何開始的這樣的模型,可以解釋工業革命或作為文化轉變的文藝復興這樣的歷史性|事件的起源,解釋為什麼一個封閉孤立的社會或社會精神在某種新思想注入之後就無法再保持封閉孤立。」你也可以對寒武紀大爆炸問同樣的問題:五億七千萬年前,這個充滿了海藻和池塘浮渣的世界突然爆發而成為充滿了大量複雜的、多分子生物體的世界。「為什麼突然出現多樣生物?」考夫曼問。「也許是因為世界超越了多樣化的臨界點而引起了爆發,也許是因為世界從海藻叢發展出了更有營養、更複雜的物質,這就導致了一個轉換過程帶動又一個轉換過程的轉換爆發期。這和經濟現象是一樣的。」
考夫曼覺得,這個故事實在是太美了,它不可能不是真的。他說:「如今我仍然像剛得出結論時那樣堅信故事的這個劇情。我堅信生命就是這樣開始的。」
法默和派卡德自七十年代末在桑塔·克魯茲讀加州大學物理系研究生成為同學開始就一直合作默契。在加州大學讀書時他們倆就都是自喻的「動力系統團體」的成員。這個團體的成員是一小群致力於那時的前沿領域——非線性動力學和混沌理論研究的研究生。這個團體的成員對非線性動力學和混沌理論作出了富有創意的貢獻。這使他們的動力系統團體在詹姆士·格萊克(James Gleick)的著作《混沌》(Chaos)中佔有一個篇章。《混沌》一書發表於1987年秋,差不多就在阿瑟、考夫曼和其他人為參加經濟學會議而聚集桑塔費的那段時間。
考夫曼對這一研究簡直就鬼迷心竅了。他立即投入了計算和用計算機對隨機網路進行模擬,重複他在柏克萊所做的實驗:他希望了解自動催化組的自然規律。好吧,就算你並不知道九-九-藏-書當時究竟有什麼樣的混合物和什麼樣的化合反應,但你起碼可以想象它們的可能性。自動催化組的形成完全是一個沒有可能的事嗎?抑或它的形成幾乎是不可避免的?讓我們來看看數據吧。假設有少數幾種「食品」分子,比如像氨基酸這類東西,假設在初始原湯中,這些分子開始相互聚合,形成聚合物之鏈。用這種方式能夠聚合多少種聚合物?這些聚合物之間得發生多少相互作用才能形成一個相互作用的大網?如果形成了這樣一個相互作用的大網,那麼,在自閉后形成一個自動催化組的可能性有多大?
考夫曼的這種反應並不完全因為缺乏安全感。其實當時他的自動催化模型正好也走入了死胡同。無論他為研究生命的起源做多少計算和計算機模擬,它們也僅僅只是計算和計算機模擬而已。要取得真正的進展,他就必須在米勒和尤雷的實驗基礎上繼續有所發展,就必須在實驗室里證明,初始原湯中確實可以產生自動催化組。但考夫曼並不知道怎樣才能做到這一步。就算他有耐心,也有在實驗室進行化學試驗的技術,他也不得不在各種的氣溫與氣壓下觀察數百萬計各種組合的混合物的形成。這將是一件他窮盡一生的時間都不會有結果的事情。
在這件事過去了五年多以後的今天,考夫曼在敘述這件事時已經不至於控制不住自己了。但那天晚上他卻怎麼也無法自控。麥瑞特是他最心愛的女兒。「這個災難簡直整個地把我打垮了。我悲痛萬分,簡直無法用言詞來形容。我們走上樓去,我女兒破碎的身體躺在一張桌子上,正在冷卻。這種悲痛簡直無法忍受。那天晚上我們全家三口人擁在一張床上,哭做一團。我女兒的性格易於激動,但她關心他人的天性讓我們讚嘆不已。我們都認為她是我們四個人中最優秀的。」
最後一點,一個自動催化組完全能夠像經濟體系一樣經歷進化過程中的繁榮期和衰落期。將一種新的分子注入到初始原湯中,往往能夠徹底改變舊有的自動催化組的結構,這和以馬代步的方式被汽車的出現所代替時,經濟體系發生了改變是一個道理。這正是自動催化論真正吸引阿瑟之處。就像他初次讀到分子生物學時那樣,自動催化論中的這個相同的特點使他心馳神往:騷亂和變化、以及一些嚴重的後果都起源於看似微不足道的小事。而在這些現象之後藏著意義深遠的自然法則。
經過對基因網路六年的艱苦研究,考夫曼滿意地感到他終於能如此完美地了解其中的奧秘。但他仍然禁不住地感到,這裏面還缺了點什麼。基因調節網路的自組之說當然非常好,但是在分子這個層面,基因活動依存於核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)這些複雜、精緻的分子之山。而RNA和DNA又是從何而來的呢?
但這就是生命嗎?不。考夫曼不得不承認,這不是我們今天所了解的生命。一個自動催化組沒有DNA、沒有基因碼、也沒有細胞膜。事實上,除了一群飄浮在原始池塘中的分子之外,它並非真正獨立地存在。如果當時地球大氣圈之外有一個達爾文湊巧經過,他(或它)都很難察覺到有任何不同尋常的事情。任何一個特定的參与這個自動催化組的分子看上去與其它分子都沒有什麼不同。我們無法在任何一個自動催化組中發現事情的本質,事情的本質存在於這個自動催化組的整體動力上:它的集體行為。
1985 年,當考夫曼從巴黎和耶路撒冷體完年假回來后,他們就著手這項研究。「我們之間開始了密切的合作。」考夫曼說。對化學反應的隨機網路的討論是一回事,這樣的網路可以用純數學語言來描述。但用相對真實的化學來模擬這些反應又是另一回事了,這時事情很快就變得複雜化了。
他對考夫曼說,當你觀察與經濟學理論背道而馳的經濟歷史時,你會發現,技術完全不像一件商品,而更像是一個不斷演化的生態系統。「特別是,技術發明絕少是在真空中產生。比如說,激光印表機基本上是靜電印刷機,就是一個激光裝置和計算機線路來告訴靜電滾筒在哪兒印刷。所以,只有當我們有了計算機技術、激光技術和靜電複印技術后,激光印表機才有可能被發明出來。但也是只有人們需要精巧、高速的印表機,激光印表機才會被發明出來。」
在進行模擬時,一旦所有的反應速率和催化強度被界定清楚后,考夫曼、法默和派卡德就讓計算機開始豐富他們模擬的原始池塘,源源不斷地提供像a、b、aa這一類的分子「食物」。然後他們就坐下來,看看他們的模擬會產生什麼樣的結果。
accddbacd→accd+dbacd或者它們也可以反過來,最終合為一體:bbacd+cccba→bbcadcccba
他們都認為,最明顯的是,自動催化組就是一個分子轉換網,正如經濟是商品和服務的轉換網一樣。從真正的意義上來說,自動催化組其實就像一種極其微小的經濟體系,它吸取原料(原始的「食物」分子),然後把原料變成有用的產品(也就是自動催化組裡更多的分子)。
阿瑟說,確實,這個過程是他所指的報酬遞增率的一個絕好的範例:每當一項新技術為其它商品和服務開闢了合適的空間時,進入這個新的空間的人就會在極大的誘惑下儘力幫助這項技術的發展和繁榮。更有甚者,這個進程正是鎖定現象背後的主要驅動力:一個特定的技術能夠提供給依附於它的其它技術的新空間越大,就越難以改變這種技術發展的方向,除非有一種較之強得多的技術出現。
更有甚者,自動催化組能夠依靠自己的努力來進化,就像經濟那樣,能夠隨著時間的推移越發展越複雜。這正是最令考夫曼著迷之處。如果發明是老技術的新結合,那麼,隨著我們有越來越多的可供利用的老技術,可能性發明的數額就會急劇增加。他認為,事實上,事物一旦超越了某種複雜性的臨界點,就會出現一種類似他在自動催化組中發現的相變。而在複雜性臨界點之下,一些國家僅僅依存於少數幾種工業生產上,這些國家的經濟也趨於脆弱和停滯。在這種情況下,無論你向這個國家注入多少投資都沒有用。「如果你一味地只是出產香蕉,那麼,除了出產更多的香蕉之外,你就別無它望了。」但如果一個國家開始努力朝多樣化方向發展,將經濟的複雜程度增至超越臨界點,那這個國家就會進入一個發展和發明的爆發性階段——就是一些經濟學家稱之為的「經濟起飛」階段。
他記得有一次獨自登上泰后湖畔的塞拉斯山,到他最愛去的豪塞泰爾瀑布。他回憶說,那是一九*九*藏*書個怡人的夏日。他坐在瀑布旁的一塊石頭上,思考著自動催化的問題及其意義。「我突然明白了,上帝已經部分地向我展示了宇宙運作的奧秘。」當然,他指的不是通常人們認為的那個上帝,考夫曼從來沒有相信過有上帝的存在。「但我有了一種理解宇宙的神聖感覺,一個展現在我面前的宇宙,一個我身為其中一部分的宇宙。事實上,這是與虛榮自負正好相反的一種感覺。我感覺到上帝正在向願意傾聽的人展示世界運行的奧秘。」
考夫曼想,現在,讓我們假設分子B本身具有微弱的接觸催化功能,這樣它就能催化一些分子C的產生。假設分子C也可以起到接觸催化作用,並依此類推下去。他推測,如果初始原湯的池塘夠大的話,如果池塘里的各種分子多得足夠開始發生相互作用的話,那麼,在事情發展的某個階段,也許完全可能產生出已經完成了整個圓圈,又開始去接觸催化分子A的分子Z。但這樣就有了更多的分子A,這意味著有了更多的接觸催化劑,可供加強分子B的形成,而更多的分子B反過來又可供加強分子C的形成,這樣沒完沒了地進行下去。
「在生物學中,從事數學計算的人處於底層中的最低層。」他說。這與物理學和經濟學的情況正好相反。在物理學和經濟學中,理論家是王者。而在生物學領域,特別是在分子生物學和發育生物學領域,試驗工具是全新的,為了研究生命系統的細節需要採集大量的數據資料。所有的榮譽和光榮都歸於實驗室。「分子生物學家都堅信,所有的答案都會隨著對特殊分子的了解而獲得。」考夫曼說。「大家都極不願意去研究生物系統是如何運作的。」比如,基因網路研究中的吸引子的概念對他們來說是很浮夸的。
考夫曼最初產生這個想法是在1969年,在他到達芝加哥的理論生物學研究小組的時候。
這都是些切入要害的問題。關鍵是,正如阿瑟向考夫曼解釋的那樣,經濟學家回答不了這些問題,起碼從最基本的理論上,經濟學對此無解。技術發展的整個動力就像是一個黑匣子。「直到十五年或二十年之前,大家在意識上仍然認為,技術只是隨機地從天而降的,人類是根據天書的藍圖出現了生產鋼鐵、製造矽片、或產生其它任何這類東西的技術。這些技術由托馬斯·愛迪森這樣的聰明人發明出來。這些聰明人躺在浴盆里時靈感從天而至,所以就能在上天繪製的藍圖上加上一頁。」其實嚴格地說,技術根本就不屬於經濟學範疇。技術是外來的,被非經濟的進程神奇地分娩出來的。最近,人們做了大量的研究,用模擬來證明技術是內在孕育而生的,這意味著,技術是由經濟系統內部產生的。但這通常意味著技術是研究和發展投資的結果,幾乎就像一件商品一樣。雖然阿瑟認為這個觀點包含了一定的真相,但他仍然不認為這是事情的本質。
自動催化組甚至能夠顯示出原始的自我繁殖方式:如果一個自動催化組湊巧從一個小池塘濺灑到一個相鄰的池塘,比方說是在一次洪水泛濫中,那麼,濺入相鄰池塘中的自動催化組會立即開始在新的環境中發展。當然,如果這個池塘內早有另外的自動催化組存在了,那麼這兩組就會為資源而展開競爭。考夫曼意識到,這樣就直接給自然選擇敞開了門戶,由自然選擇來揚棄和優化這些自動催化組。我們很容易想象出這樣一個自然選擇的過程。對環境變化更能適應,或擁有更有效的接觸催化效果的,更善於產生相互作用的,或擁有更複雜、更精緻分子的自動催化組通過自然選擇被保留了下來。最後,事實上你可以想象得出來,揚棄的過程產生了DNA和其他所有的物質。關鍵在於先要形成一個能夠存活和自我繁殖的實體。在這之後,進化就能夠在相對較短的時間內完成自己的工作了。
而且,這些技術之網就像生物生態系統一樣會經歷演化創造的爆發期和大面積的滅絕期。比方說,汽車這樣的新技術取代了以馬代步的舊技術,而隨著以馬代步方式的消逝,鐵匠鋪、快速馬車、水槽、馬廄、養馬人等也消失了,依存於以馬代步方式的整個技術子系統突然就崩潰了,就像經濟學家約索夫·熊彼得曾經稱為「毀滅的颶風」那樣。隨著汽車的出現,鋪設完好的道路、加油站、快餐廳、汽車旅店、交通法院、交通警察和交通指示燈也紛紛出現了。新的商品和新的服務設施開始發展壯大,每一項新內容的插入都是因為以前出現的商品和服務設施為它們開闢了空間。
生與死
當考夫曼八十年代初第一次見到法默和派卡德時,他們倆已經開始厭倦混沌理論了。
真是太妙了。很顯然,他接下來要做的事,就是要用更加先進的計算機模擬技術來證明這些理論設想。他說:「我已經有了關於超越臨界點和在臨界點之下的兩種系統的設想,我急切地希望看到計算機是否能模擬這兩種系統的表現。」但同樣重要的是要將象徵真正化學和熱動力學的某種情形也編進模擬模式里去。一個更現實的模式至少可以在如何在實驗室創造一個自動催化組這一方面給實驗者提供指導。
考夫曼記得,他是從1972年的某一天開始停止了對自動催化論的研究的。當時芝加哥的一位化學家斯圖爾特·萊斯(Stuart Rice)來訪他所在的理論生物學小組。萊斯在理論化學方面享有盛譽,考夫曼很希望給他留下深刻的印象。「他走進我的辦公室,問我正在從事什麼研究,我就告訴他我正在研究自動催化,他就說:『你做這個研究幹什麼?』我不知道他為什麼這麼說。我猜他認為這工作沒有任何意義。但當時我想:『上帝,斯圖爾特當然知道他在說什麼。我不應該再做這個了。』所以1971年,我把已經做成的研究結果寫了出來,發表在控制論學會期刊上,然後就把這項研究擱置一旁,全忘了這件事。」
生命究竟是怎樣起源的呢?
每一組反應都有一個相關的數——化學家將其稱為率常數——這個數能夠決定在沒有接觸劑的情況下發生化學反應的頻率。
但是,儘管考夫曼對萊斯的評論的反應並不完全因為缺乏安全感,但很大程度上卻確實是這樣的。他有一種在這個新的領域證明自己的能力的迫切需要,但他發現,理論學家在生物學家眼裡的聲譽很低。
更具體些說,考夫曼不能苟同標準的生物學理論是因為,這個理論將生命的起源與DNA的出現等同了起來。對考夫曼來說,將生命的起源基於如此複雜的東西之上顯然是不合理的。DNA雙螺旋結構能夠自我複製,當然,但關鍵是,這種自我複製的能力在於它能九_九_藏_書夠展開自己的雙螺旋結構,並進行自我拷貝。更進一步的是,在現在的細胞中,這個過程還有賴於一群扮演各種協助角色的特殊蛋白質分子。所有這一切怎麼會發生在一個池塘里呢?考夫曼說:「我產生了一種就像當年非要一探基因調節網路究竟是否存在秩序那樣的衝動。在DNA中存在某種非常奇妙的東西,生命的起源正是有賴於這樣一種特殊的東西,我簡直不希望這是真的。我這樣對自己說:『如果上帝賦予了氮另外一種化合價呢?(在DNA分子中充滿了氮原子)如果是這樣的話,生命有可能出現嗎?』對我來說,生命的起源竟然處在這樣一種微妙的平衡點上,這真是一個令人震驚的結論。」
在阿瑟到達桑塔費研究所第一天的午餐后,他和考夫曼沿著坎楊路上磚坯建成的畫廊,向考夫曼喜愛的水洞散步而去。從那以後的兩周之內,他們幾乎每天都在一起吃午飯,或只是在一起談話。
他說,在讀過醫學院之後,置身芝加哥有如置身於天堂。現在回想起來,芝加哥其實就是他經歷過的三個最令他激動的知識環境中的第二個。「這是一個非凡的地方,擁有才能非凡的人。」他說。「在芝加哥我工作的那個部門所集中的人物之優秀,在全美國都是出類拔萃的,他們就像我在義大利碰到的那群朋友一樣。」傑克·考溫正在進行皮層組織方面突破性的研究工作。他用簡單的方程式來描述大腦中的刺|激和抑制波是怎樣越過神經細胞的雙重尺度薄片的。約翰·梅納德·史密斯也正在從事進化動力學方面的突破性研究。他利用被稱之為博奕理論的數學技術來澄清物種之間競爭與合作的本質。利用薩塞克斯大學的年假來這兒從事研究的梅納德在網路的數學分析上給了考夫曼及時的幫助。「約翰教我算數,他是這麼說的。」考夫曼說。「有一天我治愈了他的肺炎。」
1973 年,他對果蠅的研究使他來到了華盛頓郊外的美國健康研究所。那個研究所給他的兩年任期使他得以逃脫去越南戰場服兵役。「他在華盛頓的時候已經設法推延了四年服兵役。根據眾所周知的「貝雷計劃」(Berry Plan),物理學家在做醫學實驗期間可以推延服現役。]1975年,他對果蠅的研究使他獲得了賓夕法尼亞大學終身教授的職位。他開玩笑說:「我選擇賓州大學,是因為那附近有非常好的印度餐廳。」但認真地說,他選擇賓州,是因為他覺得無法再回到芝加哥大學地區的海德公園街區,把家安在那裡,儘管當時加州大學也允諾了他同樣的職位。他說:「那兒的犯罪率太高,種族關係太緊張了。你會感到你無力對此做出任何改善。」
考夫曼接著說:「人們都說,時間能治愈創傷。但並不完全是這樣的。只不過是悲傷不那麼經常爆發了。」
當然,這個實驗的全部意義在於觀察在有接觸劑的情況下會發生什麼情況。所以考夫曼、法默和派卡德必須找到能夠分辨哪一個分子觸發哪一種化學反應的方法。他們嘗試了好幾種方法,其中考夫曼提議採取的一種與其他方法的效果類似的方法,即只是選取一系列的分子,比如像abccd,然後任意指定每一個分子的化學反應,比如baba+ccda→babaccda。
「當我整個想了一遍后,我發現事情對我來說已經變得顯而易見了,相互作用的次數會大於聚合物的數額。這樣,在達到每一個聚合物都能夠發生一個催化反應這個固定的可能性時,就會達到某種相互自動催化的複雜階段。換句話說,這就像他的基因網路:如果原始初湯超越了複雜的界線,它就會經歷這種滑稽的階段變化,即相變。那麼自動催化組的出現就確實是不可避免的了。在內容足夠豐富的初始原湯中,自動催化組只能是這樣形成,生命從初始原湯之中自發地粘合催化而出。」
在很長時間內,他們的模擬產生不出多少結果。這很令他們沮喪,但卻並不令人吃驚。反應速率、催化強度和食物供給率,所有這些參數都可能有誤。要做的是改變這些參數,然後再看看什麼參數會起作用,什麼參數不會起作用。他們在這樣做時偶然發現,當他們把參數修改到有利的範圍之內時,模擬的自動催化組就產生了。更進一步的是,自動催化組形成的條件,似乎正像考夫曼在他的關於抽象的網路定理中所預測的那樣。
但考夫曼又想,誰說生命的至關重要的因素就是DNA呢?從這點來說,誰說生命的起源是一個隨機的結果了?也許還有另外的產生自我複製系統的途徑,一種能夠允許有生命的系統依靠自己的努力,從簡單的化合反應逐步發展成為生命的方式。
就像法默所說:「又怎麼樣呢?混沌的基本理論已經血肉豐|滿了。」他嚮往走在前沿的激|情。在科學的前沿,事情還沒有能夠被完全理解。對派卡德而言,他希望自己攪到真正的複雜之中去。混沌動力學是複雜現象,當然,想想一片樹葉在徐徐微風中隨意搖曳吧。但這種複雜太簡單化了。在樹葉搖曳的情形中,只存在來自於風的一組動力。這組動力可以被一組數學等式描述出來。而這個系統只是盲目地、永遠地遵循這些方程式運作。沒有任何變化,也沒有任何改進。「我希望超越這個,深入到生物學和心智這類更複雜、更豐富的形式之中。」派卡德說。他和法默一直在尋找切入要害的研究課題。所以當考夫曼建議,他們可以在計算機模擬自動催化系統方面相互合作時,他們便一拍即合,立即決定做這個嘗試。
考夫曼同樣也被阿瑟的報酬遞增率概念所吸引、所困惑了。「我很難理解為什麼這個概念在經濟學上還是新的,而生物學家這麼多年來一直在和正反饋打交道。」他花了很長時間才弄明白新古典經濟學世界的觀點有多麼停滯僵化。
特別是他認識到,現在是回到自動催化組的研究上去的時候了,而且這次要把它做對。他說,在1971年,他真正擁有的只不過是非常簡單的計算機模擬。「我非常清楚地知道,隨著方案中蛋白質數額的增加,它們之間相互反應的次數增加得會更快。所以當這個系統變得足夠複雜時,就會產生自動催化現象。但在分析工作中我並沒有得到多少結果。」
1986年,考夫曼和他的合作者發表了他們的研究結果。雖然這時法默吸收了一名研究生,里查德·巴格雷(Richard Bayley),來拓展和大幅度加快這個模擬實驗,但法默和派卡德這時早已興趣別移了。考夫曼自己也開始進一步思考進化中自組織情形發生的其他方式。但在這次計算機模擬實驗之後,他比以往更深刻地感到,他已經真https://read.99csw.com正面對造物主的奧秘了。
當考夫曼認識到這一切時產生了一種敬畏感。在這裏,秩序再一次出現了,這是自由存在的秩序。秩序自然地產生於物理學和化學的法則之中。秩序從分子的混沌之中自發地浮現出來,宣布自己是一個發展的系統。這個想法美妙得不可思議。
考夫曼、法默和派卡德最後得出的是一個聚合物化學的簡化模型。基本的化學建設磚塊,也就是根據米勒-尤瑞過程初理在初始原湯中可能形成的氨基酸和其他這類簡單的混合物,在計算機模擬中用a、b、c這樣的象徵性符號來表達。這些建設磚塊能夠相互連接成鏈,形成更大的分子,比如像accddbacd。這些更大的分子反過來又會發生兩種化學反應。它們可能分裂開來:
好吧,他承認這是假設,是在許多如果上再加上許多如果。但對考夫曼來說,這個自動催化組的故事與他所聽到的最善辭令的生命起源的解釋是背道而馳的。如果他的假設是真的話,那就意味著,生命的起源並不需要等待某種荒唐而不可能發生的事件來產生一組極其複雜的分子。這意味著,生命確實可能依靠自己的努力從非常簡單的分子發育進入存在。這也意味著,生命並不是一個隨機的偶然事件,而是大自然自我組織的、持續強制力的某種表現。
根據生物學教科書上的正統理論,生命的起源相當直接。DNA、RNA、蛋白質、多糖類和形成生命的其他分子于幾十億年前在某個溫暖的小池塘中形成。當時,像氨基酸這類簡單的分子建設磚塊在初始的氣候環境中要經過不斷積聚。事實上,在1953年,諾貝爾化學獎得主哈羅德·尤瑞(Harold Urey)和他的研究生史丹勒·米勒(Stanley Miller)用實驗證明,最初由甲烷、氨和其它類似的東西形成的氛圍可以自發地產生這樣的建設磚塊。所需要的只是偶然的閃電來提供產生化學反應的能量。這個理論又說,隨著時間的推移,這些簡單的混合物就開始聚集於池塘和湖水,經過更進一步的化學反應,變得越來越複雜,最終就會產生一群分子,包括DNA雙螺旋結構和(或)它的單結構表兄弟RNA。它們都具有自我繁殖的能力,而當自我繁殖一經產生,其餘的一切就都是自然選擇的結果了。常規生物學理論大致上就是這樣說的。
生活在同事和至交中間的考夫曼很快就發現,在網路的統計特徵的研究上他並非是孤軍奮戰。比如,1952年,英格蘭神經生理學家羅斯·阿什貝(Ross Ashby)在他出版的《腦之設計》(Design for a Brain)這本書中就思考了同樣的問題。考夫曼說:「他探索的是複雜網路的普遍性,提出了一個與我的問題相似的問題,但我卻對此一無所知。當我一發現這件事就立即與他取得了聯繫。」
阿瑟也很贊同考夫曼的觀點。他認為這是一個偉大的發現,不僅僅因為這是關於生命起源的一個絕妙的解釋,而且自動催化組和經濟學如此相似,使他簡直無法忽略而過。那些天他和考夫曼一邊在山間散著步,或弓身趴在餐桌上吃午餐,一邊反覆討論這個觀點。
他說:「這是一個美好的時刻,一個我離宗教體驗最接近的時刻。」
總之,技術形成了一個高度相互關聯的網,或用考夫曼的話來說,是一個網路。更有甚者,這些技術之網具有高度的動力,並且很不穩定。技術似乎可以像生物一樣發展演化,就像激光印表機產生了桌面排印系統軟體,而桌面排印系統軟體又為圖形處理程序打開了一個天地。阿瑟說:「技術A、B和C也許會引發技術D的可能性,並依此類推下去。這樣就形成了可能性技術之網,多種技術在這張網中相互全面滲透,共同發展,產生出越來越多的技術上的可能性。就這樣,經濟變得越來越複雜。」
默想了幾分鐘之後,考夫曼就開始向阿瑟解釋為什麼技術變化的過程就像生命的起源一樣。
他們經常是邊散步邊聊天。考夫曼比阿瑟還要喜歡外面的新鮮空氣。他少年時代參加童子軍時在塞拉參加過無數次遠足和野外露營活動。上大學時他是個勁頭十足的滑雪運動員和登山隊員。現在只要有可能他仍然喜歡出門遠足。所以考夫曼和阿瑟總是沿著坎楊路邊走邊聊,或爬上修道院後面那開闊的山崗。他們坐在山頂上,眺望著桑塔費全景和連綿起伏的山脈。
但考夫曼不買這個帳。就先拿一件事來說,大多數生物分子的結構都非常龐大。比如說,合成一個單個的蛋白分子要精確有序地聚集幾百個氨基酸建設磚塊。這在一個具備所有最先進的生化技術的現代實驗室里都非常難以實現。蛋白分子又怎麼能夠在一個池塘中自我形成呢?許多人都試圖測算出發生這種情況的偶然性會有多大,然而他們得到的結論基本上都差不多:如果生物分子的形成真是隨機的,那麼你得等上比宇宙形成還要長得多的時間才可能等到一個有用的蛋白質分子的形成,就更別設想需要多長的時間才能等到無數蛋白質、糖類、脂肪和氨基酸的形成,從而組合成一個完全可以起作用的細胞了。即使你假設在人的觀察力所能及的宇宙中幾百萬的星系中以兆計的星球中,都有像地球這樣擁有溫暖的海洋和氣候的行星存在,在任何這些行星上出現生命的可能性仍然是微乎其微的。如果生命的起源真的是一個隨機的結果,那生命的起源可就真是個奇迹了。
考夫曼告訴阿瑟,相變的存在也有助於解釋為什麼貿易對經濟的繁榮如此重要。假設有兩個不同的國家,每一個國家的發展都介於臨界點之下,這兩個國家的經濟就會毫無起色。但假設這兩個國家開始做貿易,它們各自的經濟就會進入相互依存階段,形成了一個較為複雜的更大的經濟體系。「我相信這兩國之間的貿易往來能夠形成聯合的經濟體系,從而超越臨界點,使經濟爆發般地向外擴展。」
好吧,現在來想象一下初始原湯的情形吧,裏面有那些微小的氨基酸、糖類等物質。很明顯,你不能指望它們會自己融合在一起,形成一個細胞。但你起碼可以指望它們會產生一些隨機的相互作用,事實上,很難想象有什麼事情可以阻止它們這樣相互作用。雖然隨機作用不會產生任何奇妙的東西,但它們能夠產生較大數量的具有短鏈和分叉的小分子。
考夫曼把大量時間投入到學習如何做生物實驗之上了。他感到一種與他當初從哲學轉向醫學院時同樣的衝動:他不信任自己的辯才和理論傾向。「部分原因在於我覺得自己需要做腳踏實地的工作。但另一部分的原因是我真的想知道世界究竟是如何運作的。」