当考夫曼了解这一切时,他肃然起敬。秩序再一次出现了,自然形成的秩序!真是太美了,笔墨都难以形容。但是,这是生命吗?
一九八六年秋天,就在安德森和艾罗为经济会议拟订邀请名单的时候,柯文跟圣塔菲教区订下三年的租约,承租坐落在蜿蜒的峡谷路上的克里斯多雷修道院(Christo Rey Convent)。这是一栋泥砖建的平房,紧邻画廊林立的昂贵地段。
差不多是时候了。要感谢从麦克阿瑟基金会等机构逐笔拨下来的营运基金,柯文和他的同事已经开始为研究院雇用了几名职员,职员迫切的需要自己的办公室。更重要的是,经济会议马上就要召开,其他还有好几个研讨会也在筹画中,研究院急需一点办公的空间,以便有学者来访时,能让他们有张桌子和电话可用。柯文觉得修道院虽小,但是还可以用,租金更便宜得让人舍不得放弃。于是,在一九八七年二月,研究院正式乔迁,几天内,就把这小小的空间给挤满了。
混沌一片
拥挤的情况从来没有什么改善。一九八七年八月二十四日,星期一,亚瑟第一次踏进圣塔菲研究院大门的时候,差不多跌撞到柜台接待员的桌上,这张桌子就挤在入口处,离敞开的大门几乎只有一英寸。走廊堆满了书籍和文件的纸箱,影印机塞在柜子里,有个职员根本就在走廊上办公。这地方简直是混沌一片,但亚瑟却一见钟情。
没有比这里更适合我的地方了!他说。在祥和、隐密及平静中,这个杂乱的修道院同时也显现一种知识的活力。活动部门主管理查森出来迎接,带着他四处参观,他们踩着起皱的、铺了帆布的地板,欣赏门上可爱的手工艺、光可鉴人的灯罩以及巧夺天工的天花板装饰。她告诉亚瑟怎么走到艾森豪时期的厨房去倒咖啡:你得先穿过修道院院长办公室,也就是现在柯文办公的地方。过去的教堂现在是会议厅;从前是祭坛的另一端墙壁上,现在挂着一块黑板,上面涂满方程式和图表,映照在彩色玻璃摇曳的光线中。她再带他参观狭小的到访学者办公室,那是由原本的修女寝室改装而成的,办公室中塞满了廉价的金属办公桌及打字员用的椅子,窗外是沐浴在阳光中的庭院,还可以远眺桑格累得克利斯托山脉(Sangre de Cristo Mountains)。
这是亚瑟第一次到新墨西哥州,他很快就陶醉在美景之中。环绕的远山、沙漠的艳阳,晶莹剔透的沙漠景色所带给他的震撼,不下于画家与摄影家初见此景时的悸动。但是,他立刻感觉到这修道院有一种特别的魔力。整个气氛令人难以置信,亚瑟说:当我看到公开陈列的各种书籍、四处散见的各种论文,自由、无拘无束的气氛,我简直不能相信世界上还有像这样的地方。他开始觉得这次的经济研讨会将会非常刺激。
一见如故
到访的学者陆续三、两个一组的被塞进办公室里,一张张手写的纸片张贴在门口作为名牌。有一间办公室的门上贴着一个亚瑟很感兴趣的名字:来自宾州大学的考夫曼(Stuart Kauffman)。两年前在布鲁塞尔的学术会议中,亚瑟和考夫曼匆匆见过一次面,当时考夫曼谈到成长中的胚胎细胞,令他印象深刻。他的论点是,细胞传送出化学讯息后,带动其他胚胎中细胞的发展,因此产生出一致的有机体,而不只是一团原形质。这和亚瑟的人类社会是自我统一、相互支持的互动关系的想法,不谋而合。他还记得回家的时候,他告诉太太苏珊:我刚听了生平所听过最精采的一次演讲!
所以,他一安顿妥当,就晃到考夫曼的办公室。他说:嗨,你还记得我们两年前碰过面吗?
嗯,不记得,事实上考夫曼忘了。但是,请进!有着古铜色皮肤、卷发及加州人特有的轻松,四十八岁的考夫曼非常平易近人。亚瑟也一样,他那天早上心情好得见到谁都高兴。两人一见如故。亚瑟说:考夫曼是个很温暖的人,让你见到他就想拥抱,而我通常不会见了人就想拥抱。但他就是这么讨人喜欢!
当然,他们很快就开始讨论经济学。会议召开在即,他们自然十分关心这个话题,但是他们一点都无法预料会议中可能的状况。亚瑟开始告诉考夫曼一点他在报酬递增方面的研究。亚瑟笑着说:这可给了考夫曼一个大好机会把我逼到死角,并且告诉我他最新的想法。
亚瑟很快发现,考夫曼是个创意十足的人,就好像脑中源源涌现各种旋律的作曲家。他的新点子层出不穷,说的时候远比听的时候多。把想法大声说出来,似乎是他思考的一种方式。然后他会继续谈他的想法、谈他的想法。
震慑人心的美景
前一年,考夫曼在圣塔菲到处出没,研究院的人对他的行径早就见怪不怪。考夫曼的父亲是个在房地产和保险业累积了一小笔财富的罗马尼亚移民,因此,他是少数有能力在圣塔菲另设一个家、每年都在这里住上半年的科学家。每一次的研究院筹备会议,考夫曼都会以他充满自信的男中音,滔滔不绝的提出一堆建议。每次研讨会的问答时间,也都会听到他大声对那次的议题建言:我们想像有一组灯泡随意连接在一起,然后会议中间的休息时段,更会听到他到处找人谈他的新想法。传说还有人听过他对修理影印机的工人大谈他在理论生物学方面的一些见解。如果没有客人来访,他也会很快抓住离他最近的一位同事,巨细靡遗的重复一遍他已经讲了一百遍的东西。
这一切已经足以把他最好的朋友赶跑,大嚷着受不了了。更糟糕的是,考夫曼因此就以过度自大、喋喋不休和缺乏安全感而出名,尽管有些同事立刻补充说明,他们还是很喜欢考夫曼。不管大家对考夫曼的观感如何,考夫曼就是考夫曼。二十五年来,他都一直牢牢抓住一个美景不放在他眼中,这美景震慑人心、美丽绝伦,令他无法自己。
只能以秩序来形容他的观念,但是秩序还不足以捕捉住他真正的想法。听考夫曼谈秩序,就好像听到有人用数学、逻辑和科学的语言,来表达原始的神秘主义一样。对考夫曼而言,秩序能解开人类存在的谜团,解释为什么在一个似乎由意外、混乱及盲目的自然法则所主宰的宇宙中,还可能出现像我们这样活生生、会思考的生物。对考夫曼而言,秩序告诉我们,人类可能确实是大自然的一个偶发的意外,但同时又不止是一个意外。
考夫曼总是会赶快补充,达尔文完全正确:人类和其他生物是四十亿年来随机的突变、灾难及生存竞争下的结果,人类不是神迹,也不是太空异形。但是他强调,达尔文的天演论也不能尽得全貌,达尔文不懂自我组织的道理物质会不断自我组织成更复杂的结构,甚至在面对热力学第二定律中无尽的毁灭力量时,亦复如此。达尔文也不知道秩序和自我组织的力量之于生命系统的创造,正如同它们对雪花形成或滚滚热汤内的对流所造成的影响。所以,事实上生命的故事是由意外和偶发事件所堆砌而成,考夫曼说,但它同时也是秩序的故事:由内在、深层的创造力所编织而成的大自然织锦。
我真喜欢这个故事,考夫曼说:我一辈子都在想办法把这个故事说清楚。
秩序之谜
走在全球任何一所科学机构的走廊上,几乎没走多远就会看到贴着爱因斯坦海报的办公室:爱因斯坦裹在大衣中,心不在焉的穿过普林斯顿的雪地;爱因斯坦充满感情的注视着镜头,破旧的毛衣领子上夹着一枝钢笔;爱因斯坦露出捉狭的笑容,对着全世界伸舌头。这位相对论的创造者几乎是全世界共通的科学英雄,他象征深刻的思考和自由的创作精神。
早在一九五○年代,爱因斯坦就是少年考夫曼心目中的英雄。我非常欣赏爱因斯坦,他说:不,我不应该用欣赏这个字眼。我应该说喜爱,我喜欢他把理论看成人类心灵的自由创作,把科学看作是探究魔鬼的秘密。爱因斯坦以魔鬼来隐喻宇宙创造者。考夫曼特别记得他第一次接触到爱因斯坦的观念是在一九五四年,当时他十五岁,在一本畅销书上读到关于爱因斯坦及英菲尔(Leopold Infeld)共同提出的相对论之起源。我激动得以为自己看得懂。爱因斯坦的发明天才和自由的心灵,使他能在脑中创造出一个世界,我当时觉得有人能做到这样,真是太美妙了。我还记得爱因斯坦在一九五五年去世的时候,我哭了,好像失掉了一个老朋友。
在读那本书以前,考夫曼一直是个不拿A就拿B的好学生。从此,他的热情被点燃了,但不一定是对科学的热情,他并不觉得一定要亦步亦趋的追随爱因斯坦的脚步,但是他确实感觉到同样强烈的欲望,想一窥宇宙深层的奥秘。当你注视着立体派艺术家的创作,看到里面隐藏的结构时那就是我想一探究竟的东西。当时他立刻表现出来的兴趣完全不在科学方面,少年考夫曼热切渴望成为剧作家,去探究人类灵魂的光明及黑暗面。他的第一个尝试是和高中英文老师托德合写了一出歌剧,真是拙劣不堪!但是,对考夫曼而言,一个大人(英文老师当时二十四岁)把他内心的激动很认真的当一回事,在启发他知识的觉醒上,是关键的一步。尽管这不是个很好的歌剧剧本,但如果我在十六岁就可以和老师合写出歌剧,还有什么做不到呢?
所以,一九五七年进入达特茅斯大学读一年级的考夫曼,身上每一个细胞都是剧作家。他甚至还抽烟斗,因为朋友告诉他假如要当剧作家,就必须抽烟斗。当然,他继续写剧本,那一年,他和同窗好友迈格里一起写了三个剧本。
但是,考夫曼很快就注意到他的剧本有个特点:剧中人经常在说教。他们鬼扯着生命的意义及当个好人的意义,都只是坐而言,而没有起而行。他开始了解,他对剧中人想法的兴趣远大于剧本本身。尽管说不清楚我想要的是什么,我知道我想找到一条自己的路,通往那强大而奇妙的隐藏世界。后来,我发现在哈佛念书的朋友格林将主修哲学,我沮丧得不得了。我希望我也能当个哲学家,但是当然我得当个剧作家;放弃戏剧,就好像放弃了我开始为自己设定的身分。
从哲学到科学之路
他挣扎了一个星期,才豁然开朗:我不需要非当剧作家不可,我可以变成哲学家!于是,之后的六年,我把极大的热情投注在研究哲学上。当然,他先从伦理学开始,读戏剧的时候,他一直都想了解善与恶的问题。但是,他很快就移情别恋了,开始对科学的哲学及心灵的哲学产生兴趣。对我而言,这似乎是深层奥秘之所在。他说。为什么科学能发现世界的本质?又为什么心灵能了解整个世界?
怀抱着这样的热情,考夫曼于一九六一年以第三名的成绩毕业,并且拿到牛津大学的马歇尔奖学金(Mashall Scholarship),继续学业。结果,他走了一条迂回的路。在我去牛津报到之前,我有八个月的空档,所以我作了唯一一件理性的事:我买了一辆车,住到阿尔卑斯山上滑雪。我有奥地利圣安东(St. Anton)最负盛名的波斯特旅馆(Post Hotel)的地址,我把车停在旅馆停车场,整个冬天都经常去使用他们的洗手间。
一抵达牛津,他对周遭环境立即有了深刻体会。他还记得一生中有过三次置身于令人异常兴奋的知识殿堂中,而牛津就是他的第一次经验。生平第一次周围都是比我聪明的人,到那里的美国人也真是人才济济,有些人现在还颇有名,例如以前和我们一伙的苏特(David Souter),现在任职最高法院。而我和威尔(George F. Will,美国著名新闻评论家及专栏作家)以前常常一起去印度餐馆打牙祭,逃避学校伙食。
考夫曼热切的渴望了解科学及心灵,因此他在牛津修的课程叫做哲学、心理学及生理学。这门课程不止涵盖传统哲学,而且还讨论近代视觉体系的神经结构、及脑部的神经连线模型等。简单的说,这门课讨论的是从科学角度看到的心智运作。他的心理学导师叫苏德兰(Stuart Sutherland),对他影响很大。苏德兰喜欢坐在书桌后面,以连珠炮式的头脑体操来操练学生:考夫曼!视觉系统怎么分辨投射在视网膜中邻近的圆锥体上的两点光?考夫曼发现他很喜欢这种挑战,他有一种能当场模拟出答案的才能,能提出一个至少好像还合情合理的答案。事实上,他承认这种即席的模拟从此就变成他的习惯。
讽刺的是,也正是这种模拟的才能使他放弃哲学,转而追求更实际的学问医学。
宁愿当爱因斯坦
我的决策方式正证明了我绝不可能成为伟大的哲学家,他笑着说:我的推论是,我绝不可能像康德那么聪明,除非你像康德那么聪明,否则当个哲学家就没什么意思,因此,我应该去读医科。你看,这根本不是三段论法。
他说,真正的原因是他开始对哲学不耐烦。我不是不爱哲学,而是我不信任哲学中某些部分的轻率。近代哲学家,或至少是五○、六○年代的哲学家耽溺于检验概念以及概念隐含的意义,反而忽略了事实真相。所以,你可以检验你的论点是否中肯、适当、一致等等,但是你无法知道你究竟对不对。最后,我对这点很不满意。
他希望挖掘事实真相,了解魔鬼的秘密。如果必须选择的话,我宁愿当爱因斯坦,而不是威根斯坦(Ludwig Wittgenstein, 1889︱1951,美国著名的哲学家)。
更重要的是,他不信任自己个性中轻忽的一面。我一直都有一种把事情概念化的能力。往好处看,这是我最深沉的一部分,是上帝赐与的伟大天赋,但是从坏处看,就只是伶牙俐齿和肤浅。因为有这层考虑,我对自己说,我要去念医科,他们不会让我变得油腔滑舌的到处招摇。因为我要照顾病人,他们会逼我学一大堆实实在在的东西。
确实如此,但是医科的求学过程并没有改变考夫曼喜欢以新点子自娱的习惯。因为他从来没有修过医科的预备课程,因此一九六三年,在他进入加州大学旧金山分校前,先申请到柏克莱修一年课。也就是在柏克莱,他第一次修胚胎学。
他错愕不已。这个现象太令人震惊了。就从一枚小小的受精卵开始,然后这东西慢慢发育,产生有秩序的新生儿及成人。不知怎么的,单一的卵细胞能分化成神经细胞、肌肉细胞和肝细胞,及其他数以百计的不同细胞,而且精确无比。奇怪的不是偶尔会出现不正常的胎儿,尽管这是个悲剧;奇怪的是,大多数的婴儿出生时都是完美而健全的。这仍然是生物学中最美的奥秘之一,我完全迷上了细胞分化,我决定好好研究这个问题。他说。
执行遗传指令的电脑
他恭逢其盛。杰哥布和莫纳德刚好在一九六一年和一九六三年间出版了关于遗传回路(genetic circuit)的系列论文,他们后来也因此获得诺贝尔奖(亚瑟十六年后才在夏威夷海滩上读到这些事)。所以,考夫曼很快就接触到他们的学说谈到每一个细胞都有许多调节基因(regulator gene),好像开关一样能把其他基因打开或关闭。这个发现是所有生物学家的启示录。如果基因能够彼此开关,那么就会有遗传回路。基因组(genome)是一种生化电脑,整个系统的运算行为也就是有秩序的活动决定了细胞彼此的差异。
问题是:如何做到?
事实上,很多学者直到当时(或直到现在),都不怎么担心这个问题。他们讨论细胞中的发育程式,仿佛DNA电脑按部就班的执行遗传指令,正如IBM主机按部就班的执行以福传(FORTRAZ,一种电脑语言)撰写的程式一样。他们似乎还相信这些遗传指令结构精巧,而且已经由物竞天择的过程改正错误,就好像人类设计的电脑程式一样。必然是如此,遗传程式中最细微的错误都可能导致发育中的细胞转型成癌细胞,或根本扼杀了细胞的生命。这是为什么数以百计的遗传学家,都努力在实验室解读甲基因如何打开乙基因的生化机制,并研究丙、丁、戊基因的活动如何影响这个开关的过程。他们认为,一切答案都在这些细节之中。
考夫曼愈思考这幅图像,脑中的问号就愈来愈大。没错,基因组是个电脑,但是它一点也不像IBM制造的机器。在真正的细胞中,很多调节基因会同时作用。所以,它不像人类制造的电脑那么按部就班,基因组电脑一定是同时平行处理大部分的遗传指令。考夫曼推论,如果真是这样,那么重要的不是这个调节基因有没有严格按照既定顺序,去刺激另一个调节基因的活动,重要的是整个基因组能不能安定下来,形成稳定、自我统一的形态。调节基因最多可能经历两次、三次或四次不同状态的循环反正数目不大,否则细胞就会随着基因随机的彼此开开关关,而陷入混沌之中。当然肝细胞中的活性基因会和肌肉细胞或脑细胞中的活性基因截然不同,但也许这就是重点所在,考夫曼想。单一的基因组可以有许多不同的活化稳定形态,也许正是为什么它在发育过程中会产生许多不同的细胞形态。
解开遗传回路之谜
一般人都心照不宣的假设:细节最重要。这也令考夫曼相当困扰。他知道生物分子的细节显然很重要,但是如果基因组必须组织、调节到完美的地步才能发生作用,那么怎么可能是经由演化的随机试验而诞生呢?这就好像诚实的洗完牌后,却拿到一手十三张都是黑桃的牌不是没有可能发生,但机率不大。他说:感觉就不大对,你怎么会要求上帝或物竞天择的过程做到这个地步?如果我们必须以天择过程中点点滴滴不太可能发生的情况,来解释生物的秩序,如果举目所见的每一个物体都是从一开始就经历了艰苦奋斗,那么,我们不可能存在的!
他想,应该不止于此。我也希望从一开始,秩序就已建立,不需要重新建立、不需要演化。我刻意希望遗传的调节系统中的秩序是自然、浑然天成的。他推论,如果真是这样,那么生命这种自发的自我组织特性恰好与天择说背道而驰。根据达尔文的说法,任何有机体精准的遗传细节,都是随机突变及物竞天择下的产物。但是生命本身的组织秩序,却是更深刻而基本的。生命纯粹是从网路结构,而非遗传细节中产生。事实上,秩序是魔鬼的秘密之一。
我不知道是打哪儿来的冲动,为什么会刚好对这个问题好奇不已?这真是个奇妙的谜题,我觉得神奇的是,它为我的心灵注入了新的活力,才能问出像这样的问题。但是,我一辈子都保持着这种感觉,所有我深深喜爱的科学研究都是为了了解这个谜题。
的确,对二十四岁的医学预科生考夫曼而言,秩序就好像身上迟迟不消的痒处。他很好奇遗传秩序自由存在究竟是什么意思?看看真实的细胞中的遗传回路吧!它们显然经过了数百万年演化过程的千锤百炼,但是除此之外,它们真有何独特之处吗?在数不清的可能的遗传回路中,惟有它们才能产生有秩序而稳定的状态吗?如果真是这样,那么这就好像拿到一手全是黑桃的扑克牌一样不可思议。如果单靠演化,真能那么幸运的产生唯一的可能性吗?这只能以奇迹二字形容。还是,稳定的回路其实不像清一色牌那样难得,而是和黑桃、梅花、红心、红砖等的杂色混牌一样稀松平常?因为如果是这样的话,那么在演化过程中要偶然碰对,就容易多了,细胞中的遗传回路只不过是恰好通过物竞天择严苛考验的组合。
要找到答案,唯一的办法就是洗牌,也就是试验很多种形成的遗传回路,看看是不是真的会产生稳定的形态?我立刻发想,如果把几千组基因随意连结,会发生什么事呢?
他知道如何思考这个问题:他在牛津读过神经回路。当然,真正的基因十分复杂。但是杰哥布和莫纳德告诉我们:调节基因基本上只是个开关而已,意思也就是,它在活性和非活性两种状态之间穿梭。考夫曼喜欢把它们想成灯泡(开︱关)或逻辑陈述(真︱伪)。无论用什么意象来表示,这种开关的行为抓住了基因的本质,需要研究的就只剩下基因间互动的网路了。所以,当柏克莱的言论自由运动在校园中如火如荼的展开时,考夫曼把课余时间都花在公寓顶楼,着魔似的画着一个又一个基因连结网路的图形,想要了解它们如何彼此开开关关。
开开关关中自成形态
考夫曼对解这个谜真是非常着迷,甚至在他修完医学预科、整装到旧金山读医时,仍然沉迷于这个谜题。倒不是医学院让他觉得无聊,相反的,他发现读医非常、非常困难。教授不是要他们死记一大堆东西,就是要他们无止境的辛苦分析肾脏的生理结构之类。当时,他仍然没有丝毫动摇行医的志向,行医正投合了他内心的童子军精神:能够帮助别人,而且懂得处理任何情况,就好像在暴风雨中架起帐篷一样。
考夫曼几乎是情不自禁的沉迷于网路的游戏。我热切的想要研究这种随机网路的奇怪科学。结果,他的药理学只拿了C。我的笔记上全画满了遗传网路的图形。
起初,他发现这些回路非常令人困惑。他通晓抽象逻辑,但对数学几乎一无所知,而他在图书馆找到的电脑教科书几乎完全派不上用场。当时,自动机理论(automata theory)已经建立,这套理论主要就是在谈逻辑的开关网路。这些书能告诉我系统如何合成,或复杂的自动机的一般限制何在;但我感兴趣的是复杂系统的自然法则,秩序从何而来?至少就我所知,没有人思考这个问题。所以,他继续画了很多网路图,希望能从中感觉出网路的行为模式。如果需要用到数学,他勉力自己发明。
很快的,他发现如果网路变得像一盘义大利面条一样夹缠不清,每一个基因都被其他许多基因所支配,那么整个系统就会猛烈动荡。如果以灯泡比喻,这就好像一幅巨大的拉斯维加斯式的告示牌线路错乱了,上面的灯泡纷纷胡乱闪烁。
考夫曼也相信,如果每个基因最多只受另外一个基因所支配,那么网路的连结将非常疏松,活动也非常单纯。就好像告示牌上的灯泡只是像迟钝的闪光灯一样开开关关。但这不是考夫曼心目中的秩序,他希望他的遗传灯泡能自我组织成有趣的形态,就好像棕榈树随风摇曳或火鹤的曼妙舞姿。杰哥布和莫纳德已经证明,实际上,每一个基因通常都会受另外好几个基因支配。 (今天,大家所知的数目是二到十个基因。)
于是,考夫曼取其中道而行,也就是研究连结虽然松散、却又还不至于太松散的网路。事实上,为了单纯化,他所研究的网路中,每个基因只有两种输入信息也就是只受另外两个基因支配。这时,他开始发现一些奇怪的线索。他已经知道紧密相连的网路会过度敏感,也就是说,如果你把其中一个基因的状态从开改成关,那么就会牵引出雪崩似的变动,在网路中永无止境的翻腾不已。这是为什么紧密连结的网路通常呈混沌状态,永远不会静止下来。但是在他的两种输入信息的网路中,考夫曼发现改变一个基因的状态并不会导致无法遏止的变动浪潮。通常,被改变的基因只会翻转回原本的状态。事实上,只要造两种形态差距不是太大,它们就会趋于一统。考夫曼说:情况逐渐简化。我可以看到灯泡倾向于停滞在开或关的状态。换句话说,这个两种输入网路就好像你让告示牌上的灯泡随意闪动,而它们总是会自我组织呈火鹤或香槟杯的图案。
请电脑代劳
秩序!考夫曼利用上课偷来的时间,在笔记本上画满了他的两种输入的随机网路,详尽分析每个网路的活动。这个工作一方面饶富兴味,一方面又带来挫败感。好消息是,两种输入的网路几乎总是很快的稳定下来,顶多在几种不同的状态中循环这正是稳定细胞的正常状态。坏消息是,他无从得知这个模型和真正的遗传调节网路是不是扯得上关系,因为细胞的真正网路包含了几万个基因,而考夫曼手绘的网路图只要涵盖五、六个基因,就已经乱成一团了。要追踪有七个基因的网路的所有可能状态,得填满一个二一八行乘以十四列的矩阵。分析八个基因的网路又需要两倍大的矩阵;以此类推。手绘图形犯错的机率大得不得了,考夫曼说:我一直反覆查看我的七个元素网路,再没有办法动手画八个元素的网路了。
读医科二年级的时候,我实在受不了,我已经玩得够久了。所以我走到对街的电脑中心,问他们能不能帮我写程式。他们说:当然可以,不过你得付费。所以我掏出钱包,我很乐意付费。
决定请电脑代劳后,考夫曼一不做二不休,决定模拟一百个基因的网路。回首当年,考夫曼笑着说,好在他当时根本不知道自己在做什么。一个单独的基因只有两种状态:开和关。两个基因的网路就会有二乘二,四种状态:开︱开、开︱关、关︱开、关︱关。三个基因的网路会有二乘二乘二,八种状态,以此类推。所以有一百个基因的网路代表二自乘一百次的状态,差不多等于一百万兆兆,也就是一后面跟着三十个零。考夫曼说,这代表无数的可能性。理论上,他所模拟的网路应该随机漫游于这庞大的各种可能性中,换句话说,也就是说他的细胞循环想法根本没有希望得到证实;电脑必须先经历这一百万兆兆次的状态变动,才有办法重新追踪每一个步骤,这简直超乎想像之外。考夫曼说:如果电脑从一个状态转移到下一个状态需要百万分之一秒(微秒),而你让电脑跑一百万兆兆个微秒,就等于宇宙历史的数十亿倍。我根本不可能念完医科!的确,单单电脑费用就早可令他破产了。
幸运的是,考夫曼当时并不真的需要完成这么庞大的运算。在电脑中心的高手协助之下,他将要作电脑模拟的一百个基因的两种输入网路编好码,快乐的把一堆打了孔的资料卡交给柜台。十分钟后答案就出来了,印在宽大的报表纸上。正如他所预期,网路很快就安定成有秩序的形态,大部分的基因都静止在开或关的状态,其他的基因则在几种不同的形态间循环。如果他的一百个基因的网路就像有一百个灯泡的拉斯维加斯告示板,那么这种有秩序的状态就像中奖时显现在告示板上的图案一样,确实存在,而且很稳定。
为什么会出现秩序?
我兴奋得不得了!考夫曼说:直到现在我还觉得十分奥妙,我发现了没有人凭直觉观察到的现象。他的两种输入的网路并没有在一百万兆兆种状态的广大无垠空间遨游,而是很快驻足于其中一个微小的角落。这是何等的秩序呀!他简直目瞪口呆。
第一次的电脑模拟只不过是起步而已。考夫曼仍然不清楚为什么连结松散的网路会有如此神奇的表现,这让他对基因和胚胎的发育有了全新的思考。他以最初的程式为样板,再加上一些必要的修改,重新作了不计其数的电脑模拟。他想知道,秩序会在何时出现?为什么出现?以及他如何以实际的数据来测试理论?
他想,模型中最显著的预测就是,真正的遗传网路必须是疏松的连结;紧密连结的网路似乎无法安定下来成为稳定的循环。他并不期望真实情况一定像他的模型一样,每个基因只有两种输入的信息,大自然从来不是如此规则。但是从他的电脑模拟和繁多的计算中,他了解这种连结关系在统计上必须是疏松的。而当你注视着那堆数据,哎呀,真正的网路似乎就是那样松散的连结!
到目前为止,一切顺利。另外一个测试理论的方法是,拿特定的有机体中一组调节基因,看看它们能产生多少种细胞形态。由于考夫曼以慎重的态度尝试研究网路的典型行为,他知道他无法明确说出答案,但是他可以找出统计上的关联性。他的假设是,一个细胞形态对应于一个处于稳定状态的循环。所以他开始作愈来愈庞大的电脑模拟,追踪当样本网路规模扩大时,将产生多少种循环。当模拟到四百多个基因的网路时,他已经确定循环的数目约略等于网路中基因数目的平方根。同时,他一有空就泡在医学院图书馆中,查遍各种冷僻的参考资料,寻找真正的有机体中可供比较的数据。当他终于把全部资料拼凑在一起时,答案出现了:有机体中细胞形态的数目确实大约等于其基因数目的平方根。
天哪!真的成功了!考夫曼说,这是他一生中最美的经验。还没读完医科二年级,他花在电脑上的钱已经好像流水一样,但是他眉头都没有皱一下。
寻求外援
一九六六年,考夫曼念医科的第二年,他写了一封信给麻省理工学院的神经生理学家麦克古洛荷(Warren McCulloch),说明他已经完成了个遗传网路模型,问麦克古洛荷有没有兴趣看看。
考夫曼承认,写那封信有点鲁莽。也是医科出身的麦克古洛荷是神经生理学的大老之一,在电脑科学、人工智慧及心灵哲学方面也声名卓著。一九四三年,他和一个叫比兹(Walter Pitts)的十八岁数学家共同发表了一篇论文。论文中,麦克古洛荷和比兹声称,可以用及、非、或等逻辑运算网路来模拟头脑的操作。在当时,这是革命性的构想,而且发挥了极大的影响力。麦克古洛荷和比兹的模型不只是现在所称的神经网路的第一个范例,也是科学家首度尝试把精神活动看成资讯处理的形式来理解这种见解激发了后来人工智慧和认知心理学的发展。他们的模型也首次显示出,非常简单的逻辑闸门网路可能表现出异常复杂的运算,这个观点也很快被纳入计算机的一般理论中。而过去二十年,麦克古洛荷和一群忠实的信徒一直想办法在他一九四三年提出的原始构想中,钻研出其他意义。
不管麦克古洛荷是不是大老,他似乎是唯一能分享考夫曼研究成果的科学家。麦克古洛荷是我所知道唯一作过很多神经网路研究的科学家,而显然神经网路和遗传网路基本上是一样的。
除此之外,在这个时刻,考夫曼迫切需要外在的支持。医学院对他而言,有好也有坏。他当然获得很多过去在牛津念哲学时所渴求的真实,但是他读得并不是很好。我想我暗地里恼怒老是要听别人告诉我做这个、做那个,他说:在医学院里,你要做的就是精通各种事实、精通各种诊断方法,吸收别人的宝贵经验和智慧,然后执行正确的流程。尽管在行医的过程中,我也得到一些乐趣,但是却得不到我要的那种美,这不像是在探索魔鬼的秘密。
同时,考夫曼致力于探索遗传网路之美,也颇令教授不以为然。在医学院念书几乎像在做苦工一样,二十四小时的轮班,永无休止的要求。目的是要让你认清楚:病人第一。你要清晨四点钟起床,去做你必须做的事,这我倒不介意。但是有些医学院教授自以为是医学的守护神,认为如果你的态度不对,那么你永远不会是个真正的医生。
考夫曼记得大三时教他外科的教授尤其如此。他认为我心不在焉,他说得也没错。他说:我还记得他说不管我期末考是不是拿A,学期总成绩他都要给我D。我想我期末考考了个B,但是他还是给我D。
所以你可以想见我在医学院的样子,古怪而闷闷不乐,外科拿了个D,对我来说,这是一大打击。我曾经是拿马歇尔奖学金的优等生,在医学院却挣扎过关,还有个外科教授告诉我,说我是多么失败!
迷雾中的脸孔
事实上,当时他生命中唯一的光采就是,他结婚了,娶了个叫白安琪(Elizabeth Ann Bianchi)的艺术系研究生。她是个义大利裔美国女孩,考夫曼在牛津念书时巧遇到欧洲旅行的她。他还记得:我当时为她拉开门,心里想:哇!这女孩真漂亮。从此,我就都帮她拉门了。
但是,即使白安琪都对这网路的玩意儿抱持怀疑的态度。白安琪比我专心多了,考夫曼说:她对医学很有兴趣,她和我一起上解剖学及其他的课。但是她对遗传网路的反应是:听起来不错,但这是真的吗?对她而言,这网路虚幻不实。
就在这个时候,考夫曼收到麦克古洛荷的回音:整个剑桥都为你的发现而雀跃。考夫曼回想起这件事,还觉得好笑,差不多一年后,我才知道当麦克古洛荷这么说的时候,意思不过是他已经读了我寄给他的报告,觉得还蛮有趣的。
不过当时,麦克古洛荷的回答令他又兴奋、又惊讶。这远超出他的预期。他壮起胆来回了一封信,解释加州大学旧金山分校鼓励医科三年级学生到其他学校三个月,以吸取不同的经验。他能不能申请到麻省理工学院,和麦克古洛荷一起作研究?
麦克古洛荷回答,当然可以。而且,考夫曼和白安琪可以住在他家。
他们立刻接受邀请。考夫曼永远不会忘记他第一次见到麦克占洛荷的情形。那是在一个冬夜九点钟左右,考夫曼和白安琪在剑桥陌生而黑暗的街道上绕了又绕。大老远开车跑来后,居然绝望的迷失了方向。然后,在迷雾中却隐约出现了麦克古洛荷留着胡鬓的脸孔,迎接我们到他家去。当麦克古洛荷太太端出乳酪和热茶招待两个筋疲力尽的旅客时,麦克古洛荷打电话给麻省理工学院的人工智慧大师明斯基(Marvin Minsky):考夫曼来了。
良师益友
麦克古洛荷是个虔诚的教友派信徒,同时也是个体贴而迷人的主人。他拥有谜样、如诗的风格和一颗自由漫游于浩瀚知识大海的心灵,他对于探索思想的内在活动,总有永无止境的热情。他的写作颇有古风,科学论文旁征博引,充斥着从莎士比亚到圣布纳芬杜拉(Saint Bonaventura,十三世纪义大利哲学家、作家及枢机主教)的智慧话语,还取些像幻想从何而生?为什么心灵存在于头部之中?穿过玄学家的私室之类的题目。他喜欢猜谜语和双关语。而且,他是世界上少数能够讲赢考夫曼的人。
麦克古洛荷常常会把你陷进冗长的讨论中。考夫曼说。麦克古洛荷习惯在考夫曼洗澡时,跟着他进浴室,把马桶盖翻下来,在考夫曼忙着轻洗耳朵上的肥皂时,坐在那里快乐的大谈网路和不同种类的逻辑功能。
然而,最重要的是,麦克古洛荷成为考夫曼的导师和朋友,正好像他过去对待其他学生一样。麦克古洛荷知道考夫曼到麻省理工学院的目的,是要作庞大的电脑模拟,以便为他所研究的网路行为搜集详细的统计资料。麦克古洛荷介绍他认识明斯基及明斯基的同事派普特(Seymour Papert),他们安排考夫曼用当时称为MAC计画(MAC代表machine︱aided cognition,机器辅助认知)的强力电脑来作电脑模拟。麦克古洛荷同时还安排一个精通电脑语言的大学生为考夫曼写程式,结果,他们为上千个基因作电脑模拟。
同时,麦克古洛荷还介绍考夫曼认识理论生物学小而热情的世界。就是在麦克古洛荷的家中,考夫曼见到了神经生理学家轲文,轲文在一九五○年代末期和六○年代初期曾经担任麦克古洛荷的研究助理。考夫曼认识他的时候,他刚受命重振芝加哥大学的理论生物学小组。考夫曼也是在麦克古洛荷的办公室认识了英国萨西克斯大学(University of Sussex)的古德温(Brian Goodwin),从此就结成莫逆之交。
麦克古洛荷就像高中英文老师托德一样,他是第一个认真把我当年轻科学家看待,而不是只把我当成学生的人。考夫曼说。令人悲伤的是,麦克古洛荷在几年后(一九六九年),就逝世了。但是,考夫曼仍然有一点觉得自己继承了麦克古洛荷的志业。麦克古洛荷把我引进一个我再也不曾离开过的学术世界。
的确如此。去麻省理工学院之前,考夫曼已经决定毕业后要投身科学研究,而不去行医。但是,麦克古洛荷介绍他认识的这群科学家,才真正把他引进这个圈子。
经由轲文、古德温及其他人的介绍,我才在一九六七年受邀参加生平第一个科学研讨会。他说。这个研讨会是由英国胚胎学家威丁顿(Conrad Waddington)所召开的一系列理论生物学研讨会的第三场。在一九六○年代,这些会议尝试要做的事正像今天的圣塔菲研究院。考夫曼说。真是太棒了。从清晨四点钟起来抽血,检查大便样本(亲手接触现实!),一变而为飞到北义大利的湖边别墅,周围尽是令人讶异的人。史密斯(John Maynard Smith)在那儿,汤姆(Rene Thom)刚发明了灾难理论(catastrophe theory),芝加哥的路翁亭(Dick Lewontin)、列温斯(Dick Levins),伦敦来的渥普特(Lewis Wolpert)都在那儿,这些人直到现在都还是我的朋友。
所以我发表演讲,谈到遗传网路、细胞种类等等。之后,我们到阳台上喝咖啡。轲文走出来问我愿不愿意去芝加哥作研究,我几乎不加思索就回答:当然愿意!足足有一年半,我都没有问轲文,我的薪水会是多少。
殊途同归
亚瑟到圣塔菲研究院的第一天中午,就和考夫曼沿着峡谷路上的美术馆,漫步到考夫曼最喜欢的水洞。此后的两个星期,几乎每天他们都一起碰面吃中饭,或只是散散步。
他们多半边走边谈,考夫曼几乎比亚瑟还喜欢户外空气。十几岁、还在当童子军时,考夫曼就参加过不计其数的远足和露营活动,上大学以后,又迷上了滑雪和登山,现在只要有空,他仍然常常徒步旅行。所以,当考夫曼和亚瑟漫步于峡谷路上,或是从修道院后面走上山,在山顶远眺圣塔菲全景及连绵的山脉时,他们谈了很多。
亚瑟开始发现,考夫曼有一种难以言喻的伤感。偶尔,他会在讲笑话、猜字谜、展现他无所不在的好奇心、或滔滔不绝的谈他的点子时突然停顿,脸上闪过一丝哀伤。一天晚上,当亚瑟夫妇和考夫曼夫妇一起出外晚餐时,考夫曼吐露了他的心事:一九八五年十月的一个星期六晚上,考夫曼和白安琪回家的时候,发现他们十三岁的女儿被车撞了,情况很严重,正躺在当地的医院里。他们和儿子一起冲到医院,却发现女儿已在十五分钟前过世了。
在事情已经发生了五、六年后的今天,考夫曼已能够镇静的讲完整个故事。但是,那天晚上他却情不自禁,他一向宠爱这个女儿。我的心碎了,痛苦的不得了。我们上楼去看她,女儿残破的躯体躺在那里,逐渐冷却。我受不了。那天晚上,我们三个人躺在一张床上,抱头痛哭。她脾气不太好,但是有一种不寻常的聪慧,我们都觉得她是我们四个人中最出色的一个。
他们都说,时间会治疗一切,但事实上并不尽然。只不过悲伤不再那么常爆发而已。考夫曼说。
当他们在圣塔菲山间漫游时,亚瑟禁不住被考夫曼的秩序和自我组织的概念所吸引。讽刺的是,当考夫曼提到秩序时,他的意思显然和亚瑟所说的杂乱一样,也就是指复杂系统永无休止的自我组织成形态的冲动。不过,考夫曼和亚瑟用的形容词完全相反,这并不足为奇,因为他们的观念起源完全南辕北辙。亚瑟谈到杂乱,是因为他的出发点是冰冷而抽象的经济均衡世界,在这个世界里,市场法则像物理法则一样精确无误的决定一切。考夫曼谈到秩序,是因为他的出发点是达尔文杂乱而不定的世界,在那个世界里,没有法则可言,意外和天择决定一切。但是,尽管出发点完全不同,他们却获致相同的结论。
同时,考夫曼也为亚瑟的报酬递增所迷惑。我一直没办法明白为什么这是个新观念,生物学家研究正回馈已经很多年了。他说。他花了很多时间才明白新古典学派的世界观是如何的静止不变。
你的问题正是我的问题!
还有个一直困扰亚瑟的经济问题就是技术变迁,考夫曼听到后更迷惑了。技术变迁已经变成政治上最炙手可热的议题。你可以在随手拿起的每一份报纸和杂志上,感觉到一股潜在的焦虑:美国还有竞争力吗?我们是不是已经丧失了传说中的美国创造力?日本人是不是会一个产业接着一个产业的,把美国人打垮?
这些问题都很好。亚瑟解释给考夫曼听,问题是,经济学家没有答案,至少基本经济理论提不出解答。技术发展的动态就像黑盒子一样。直到十五或二十年前,大家都还认为技术是凭空从天上掉下来的,是像爱迪生之类聪明的发明家躺在浴缸中灵光一闪而产生的。严格来说,技术根本不算经济学的一部分,技术是外来的,是由非经济过程神奇地孕育出来的。近年来,有些人尝试把技术看成是由经济体系内在产生的,但是他们通常把技术看成投资于研究发展后的成果,几乎就像商品一样。亚瑟认为尽管其中有一部分事实,却没有搔到痒处。
他告诉考夫曼,打开经济史,而不要单看经济理论,你会发现技术并不全然像商品一样,反而更像演化中的生态系统。尤其是,创新绝少在一片真空中诞生,既存的创新技术往往带动了新的发明。例如,雷射印表机基本上就是个雷射影印机,再加上电脑线路来告诉影印机该印什么。所以当电脑技术、雷射技术和影印技术都发展成熟时,才会有雷射印表机。但是,也惟有在人们需要精巧、高速的列印技术时,才有可能发生。
简单的说,技术形成了紧密相连的大网,或是套用考夫曼的字眼网路。更重要的是,技术网非常的活跃而不稳定,几乎能像有机体一样成长。就好像雷射印表机带动了桌上排版软体的发展,桌上排版又为绘图程式打开一片新的天空。甲、乙、丙技术可能带动丁技术,以此类推,于是所有可能的技术连结成一个网路,随着相关技术的发展而日益成长,因此经济也就变得更复杂。亚瑟说。
技术网还会更进一步爆发新的创造,或是经历大灭绝,就好像生态系一样。举例来说,像汽车这样的新技术出现,取代了旧技术马匹。和马匹一起被淘汰的有铁匠店、快速马车、水槽、馬廄、照顾马匹的工人等等,依赖马匹的技术次网路在经济学家熊彼德所称毁灭的狂风下,骤然崩溃。新商品和服务的崭新网路开始发展,纷纷填补了过去的商品和服务所开发的利基市场(niche)。
亚瑟说,这种过程正是报酬递增的绝佳范例。一旦新技术开始为其他的商品和服务开创新的利基,掌握了利基市场的人也会有强烈的诱因来协助新技术的发展。更重要的是,这种过程是锁定现象的主要驱动力,由某种技术所带动的利基市场愈多,就愈难改变这种技术,除非出现了远胜过现有技术的新技术。
所以,技术网的想法和他的新经济观息息相关。问题是,他所发展出来的数学方程式一次只能适用于一种技术,而他真正需要的是像考夫曼所发展出来的网路式模型。他问考夫曼:你能不能建立一种模型,其中技术一旦创新,也就同时被开启了?
考夫曼惊愕的听着亚瑟的长篇大论。尽管所用的语言不同,亚瑟所形容的问题正是考夫曼花了十几年时间研究的问题。几分钟之内,考夫曼开始向亚瑟解释,为什么技术变迁的过程完全就好像生命的起源。
找到知识的天堂
一九六九年,差不多就在考夫曼抵达芝加哥的理论生物学小组的时候,他第一次有了这个构想。
他说,读了几年医科以后,他觉得芝加哥好像天堂一样。事实上,回顾以往,芝加哥是第二个令他兴奋的知识殿堂。这是个不寻常的地方,充满了不寻常的能人,他说:就像我在义大利研讨会认识的那群朋友。轲文正从事他在皮层组织的突破性研究以简单的方程式来形容穿过脑部神经细胞的刺激和抑制波。史密斯也在作突破性的演化动力学研究,他以一种叫博弈理论(game theory)的数学技巧,来澄清物种间竞争与合作的本质。当时史密斯因为在萨西克斯大学休教授年假,而来到芝加哥,他协助考夫曼解决了很多为网路作数学分析的困难。
身边环绕着同事和知音,考夫曼很快就发现他不是唯一想到网路统计特性的人。例如一九五二年,英国神经生理学家艾胥彼(Ross Ashby)在他的书脑部设计(Design for a Brain)中,就思考了同样的问题。关于复杂网路的遗传行为,他问了一些很类似的问题,我却完全不晓得。考夫曼说:我一发现这件事,就立刻与他联络。
同时,考夫曼发现在发展遗传网路的时候,自己已重新发明了当时物理和应用数学上一些最前卫的研究。他的遗传调节网路结果变成物理家称之为非线性动力学的特殊案例。从非线性的角度来看,事实上,很容易就可以了解,为什么连结松散的网路能轻易的自我组织成稳定的循环。在数学上,这道理就和落在山坡上的雨水流入谷底湖中一样。在所有可能的网路形态中,稳定的循环就好像盆地。
和这些网路艰苦奋斗了六年之后,考夫曼感到很满足,他终于开始清楚箇中道理,但是,他还是禁不住觉得好像还缺了些什么。讨论遗传调节网路的自我组织很有趣,但是在分子的层次,遗传活动要依赖极其复杂的RNA(核糖核酸)、DNA分子。 RNA和DNA又是如何诞生的呢?
生命是怎么开始的?
根据生物学教科书的标准理论,生命的起源很直接。 DNA、RNA、蛋白质、多糖类,以及其他所有生命的分子,一定是在几十亿年前诞生在某个温暖的小池塘中,小池塘中同时也从原始大气中聚积了胺基酸之类的生命基本单位。事实上早在一九五三年,诺贝尔化学奖得主游理(Harold Urey, 1893︱1981)和他的研究生密勒(Stanley Miller, 1930︱)就以实验证实,只需要偶尔出现的闪电提供化学作用的能量,最初大气中的甲烷、氨和其他类似的气体就能自发的产生生命的基本单位。后来的说法就变成:在湖中或小池塘中形成的这些简单化合物,经过进一步的化学作用之后,变得愈来愈复杂。最后,产生了包含DNA双螺旋结构及它的单股堂兄弟RNA的分子集合体。 DNA和RNA都有繁殖的能力。一旦生物开始有了繁殖能力,接下来的一切就遵循物竞天择的法则。这就是标准理论的说法。
但是,考夫曼不接受这个说法。不谈别的,生物分子是个庞大的架构,例如,要制造一个蛋白质分子,你可能就必须依照精准的次序连结起几百个胺基酸。即使在现代实验室中,应用所有最先进的生物科技工具,都很难制造出像这样的结构,那么,这么复杂的东西怎么有可能在池塘中自我形成呢?很多人尝试计算可能发生的机率,答案都差不多:如果生命真是随机形成的,那么单单制造一个有用的蛋白质分子,所花的时间就要比宇宙的历史还久,更不要谈制造一个可以完全运作的细胞所需要的,数不清的蛋白质、糖类、脂肪、核酸了。即使你假设在我们可观测到的宇宙中,数百万的银河系里数以兆计的星球中,都有像地球这样拥有温暖海洋及大气层的行星存在,它们能产生生命的可能性仍然微乎其微。如果生命的起源真的是种随机事件,那么,这的确是个奇迹。
说得更精确一点,考夫曼不相信标准理论,是因为标准理论把生命的起源和DNA的出现画上等号。对考夫曼而言,生命的起源要依赖这么复杂的物质出现,显然不合理。没错,DNA能自我复制,但是关键在于它必须先解开两股螺旋,然后进行自我拷贝,过程中还要依赖一群扮演协助者角色的蛋白质分子。这一切怎么可能都发生在小池塘中呢?
我有一股想一探究竟的冲动,就像当初我想发现遗传调节网路的秩序一样,考夫曼说:DNA太奇妙了,我只是不相信生命的起源完全依赖于如此特殊的物质,我的说法是如果上帝当时赋予氮不同的原子价(DNA分子中充满了氮原子),是不是还会有生命?就我看来,把生命看成如此微妙的平衡,是个惊人的结论。
分子的月下老人
但是,考夫曼想,谁说生命最重要的物质是DNA?谁说生命的起源是随机事件?也许能自我复制的系统还有另外一种诞生的方式,一种能从简单的反应自行衍生成生命体系的方式。
好吧,想想有着小小的胺基酸、糖类等物质活跃其间的太初浑汤(primordial soup)是什么样子。显然,你不可能期望这些物质就自然形成一个细胞,但是你能想像它们彼此有些随机的反应。尽管这些随机的反应不会产生太神奇的东西,但是只要计算就知道,一般来说,它们都会产生一些有短链和分支的小分子。
单单如此并不是就比较可能产生生命。但是,考夫曼假设有些在太初浑汤中到处漂浮的微小分子,能够扮演触媒的角色充当显微镜下都看不见的月下老人。化学家对这种现象再熟悉不过了:有催化作用的分子逮住两个匆匆经过的分子,为它们牵线,让它们很快起化学作用而结合,然后触媒分子就放开这对新婚夫妇,逮住下一对,如此这般的继续下去。化学家也知道还有一些触媒分子扮演刀斧手的角色,侧身挨近一个又一个的分子,把它们斩成两半。两种触媒都是现代化学工业的中流砥柱,如果没有触媒,几乎不可能产生汽油、塑胶、染料和药剂。
考夫曼想,好,想像现在你的太初浑汤中有一些分子A正忙着催化分子B的形成。分子A可能不是非常有效的触媒,因为基本上它是随机形成的;但是它不需要非常有效,因为即使是微弱的催化作用都能让B分子形成的速度比原先快。
现在,假设分子B也有微弱的催化作用,于是分子B又为分子C催生。假设分子C也是触媒,以此类推。他推论,如果这锅太初浑汤够多,而且一开始分子的种类够多,那么很可能在某个时候就出现了能催生分子A的分子Z,形成一个循环。但是现在分子A愈来愈多了,也就是说能催化分子B的触媒愈来愈多,因此也就会有更多的分子C被催生,以此类推。
换句话说,如果太初浑汤中的条件正确的话,你根本不需要等待随机的化学作用。太初浑汤中的化合物会形成有一贯性而且能自我强化的化学反应网。而且,在这个反应网中的每一个分子都能促进其他分子的形成,所以,反应网中的所有分子都会稳定的比网外的分子更快速成长。简言之,一个反应网是一个自动催化组(autocatalytic set)。
当考夫曼了解这一切时,他肃然起敬。秩序再一次出现了,自然形成的秩序!秩序从物理和化学法则中自然产生,秩序从分子的混沌中自动显现,而且形成一个不断成长的体系。真是太美了,笔墨都难以形容。
但是,这是生命吗?
不是,考夫曼必须承认,如果你是指今天所谓的生命,那么它不是生命。自动催化组中没有DNA、没有遗传密码、没有细胞薄膜,事实上,它只不过是漂浮在古老池塘中隐隐约约的一群分子,并不是真的独立存在。如果外太空有个达尔文恰好经过,他都很难察觉有什么不寻常,自动催化组中的每一个分子看起来和其他分子几乎一模一样,组织的本质并不存在于个别的分子中,而是存在于整体的活动(集体行为)中。
大自然的冲动
深一层看,也许自动催化组有生命,它会显现一些非常近似生命的特性,例如它能成长。基本上,自动催化组没有理由不能逐渐产生愈来愈多的分子,并且所制造的分子愈来愈复杂。而且,它可能还有某种新陈代谢的功能:反应网的分子会稳定的吸收食物分子,那是在太初浑汤中随处漂浮的胺基酸和其他简单的化合物。经过催化作用相互黏结后,就会形成更复杂的化合物。
自动催化组甚至会显示出一种原始的繁殖方式,如果小池塘中一个自动催化组恰巧因为洪水之类的原因,而流到邻近的小池塘中,它会立刻在新环境中开始生长。当然,如果另外一个不同的自动催化组已经在池塘中,两个分子组织就会争夺资源,物竞天择的大门立刻敞开,展开去芜存菁的过程。可以想见,经过天择过程而存活的分子组织不是最强壮、最能适应环境变迁的,就是拥有最多有效的催化分子,或是具有最复杂结构的分子组织。事实上,可以想见,最后去芜存菁的过程促成了DNA及其他物质的诞生。真正的关键在于先产生能存活而且能繁殖的物质,之后,演化很快就会发挥功效。
好,这个结论是建筑在许多的假设上。但是对考夫曼而言,这是到目前为止关于生命起源最可信的解释。如果这是真的话,就表示生命的起源不必等待几乎不可能的机会来产生一组极端复杂的分子,生命的确是由简单的分子自动形成的。也就是说生命不必然是偶发的意外,而是大自然自有一种不可抗拒的冲动,要永无休止的进行自我组织。
考夫曼著迷了,他立刻投入繁复的计算、电脑模拟和随机网路模型中,把在柏克莱做过的事情再重复一遍。他希望了解自动催化组的自然法则。他想,好,你不清楚远古时代到底有些什么化合物,以及它们起了什么化学反应,但是,至少可以想想可能性。形成自动催化组的可能性很低吗?还是几乎不可避免?看看数据吧!假定你有几种不同的食物分子,如胺基酸等等,又假定在太初浑汤中,食物分子开始连结成聚合物链。以这种方式,你可以形成几种不同的聚合物?在这些聚合物中,可能在发生多少反应后,才能产生一个巨大的反应网?这个巨大的反应网自成一个循环、形成自动催化组的可能性又有多大?
考夫曼说:当我整个想一遍后,我发现显然化学反应的数目要比聚合物数目成长得更快。所以只有当每一聚合物所能催化的反应数目达到某个固定值时,才会有复杂显现,也才能进一步出现相互的自动催化。换句话说,这就像他的遗传网路一样:如果太初浑汤通过了某个复杂性的门槛,那么就会经历这种滑稽的相变,几乎不可避免的就产生了自动催化的组织,而生命形貌也自然诞生。考夫曼觉得这整件事都太美了,一定就是这样。一直到现在,我都对这个景象深信不疑,我相信这就是生命的起源。
跨越临界点
亚瑟也深信不疑。他觉得这个想法很棒,不只是因为这是关于生命起源的绝妙想法,而是自动催化作用和经济学相像得不容忽视。他和考夫曼那几天无论在山间散步,或在水洞午餐,都反覆讨论这个想法。
他们都同意,自动催化组是分子之间的转换网,正如同经济是商品和服务的转换网一样。事实上,自动催化组几乎就等于一个极其微小的经济体系吸取原料(原始的食物分子),再把原料转换成有用的产品(更多的分子)。
而且,自动催化组能自行演化,也就是时间愈久,就变得愈复杂,这和经济体系完全一样。这是最让考夫曼著迷的地方。如果融合旧科技能导致创新,那么当可获得的技术愈来愈多时,可能的创新也就会快速增加。事实上,一旦你跨越了某种复杂性的门槛,经济就会产生像自动催化组一样的相变。技术还没有到达相当复杂度的国家,因为只依赖少数重要产业,经济体质是脆弱而停滞的。在这种情况下,这个国家有多少投资并不重要。如果你所做的只是生产香蕉,那么除了生产更多香蕉以外,不会发生别的事情。但是,如果一个国家想办法多角化、提高技术复杂性,直到跨越临界点,那么可以预期它的经济成长和创新,都会有爆炸性的突破,也就是经济学家所说的经济起飞。
考夫曼告诉亚瑟,相变的存在同时也解释了为什么贸易对经济繁荣如此重要。假定有两个国家,单独存在时都在临界点之下,经济没有什么前途。但是假定现在他们开始贸易,于是两国的经济开始相互连结成为一个比较复杂的大经济体系,其中的贸易往来会使这个联合的经济体系变得超越临界点,突飞猛进的向外发展。
最后,自动催化组会经历和经济体系所经历的,同样的演化兴衰。把新的分子注入太初浑汤中常常会完全改变了分子组织,这也就像当年汽车取代了马匹时经济所发生的转变。自动催化理论真正吸引亚瑟的正是这个部分,这和他当初第一次读到的分子生物学一样混乱、变动和许多从微小的事件所引发的结果,其中都深藏一定的法则。
所以考夫曼和亚瑟尽情的反覆讨论两者的关联性。考夫曼尤其兴奋,他觉得他们即将有一大创新。显然,网路分析不能帮任何人准确预测下个星期将会出现什么新科技,但是却可能帮经济学家获得关于这个过程的统计数据和结构性的衡量标准。例如,当你介绍新产品的时候,将会引起多大的震荡?将会带来多少新的商品和服务,以及淘汰多少旧的商品和服务?你从何得知某种商品已经成为经济的重心?
考夫曼更进一步认为,这些想法可能还可以应用在经济以外的层面。我想在这类模型中,偶然性和法则同时存在,他说:意思是,相变可能遵循一定的法则,但是其中特定的细节则不然。所以,也许我们已经掌握了像工业革命或文艺复兴等历史模型的起步,为什么一个孤立的社会或某种社会思潮碰到新思想的时候,就无法保持孤立?你也可以对寒武纪的演化大爆炸问同样的问题:五亿七千万年前,充满了藻类、池塘浮渣的世界突然爆满了大量复杂、多细胞的生物。为什么突然之间有这么多样的生物出现?
也许那必须先达到复杂性的临界点,然后才会出现这种大爆炸的局面。也许因为藻类已经转换成其他更营养而复杂的生物,一个转换过程又带动另一个转换过程,而产生许多更新的变动,就好像经济一样。考夫曼说。
当然,即使是考夫曼都不得不承认,所有这些想法都还只停留在希望如此的阶段。但是另一方面,他告诉亚瑟,可能性也很大。自从一九八二年,他在停顿了十年后,再度回头从事自动催化作用的研究,他就一直在为这样的想法打基础。
半途而废