把生命类比成机器之为何会失效？

图源：Pixabay

导读：

“生命是一种与任何机器都不同的实体，有自己的逻辑，无法拿别的事物做类比。”

在过去几十年里，我们对生命运作模式的叙述模式已经发生了变化，而且现在是时候把这种变化说出来了。科普作者菲利普·鲍尔认为，科学家们有责任向公众阐述这种认知模式的变化。

于是，他撰写了《生命传》（

How Life Works

[英]菲利普·鲍尔 | 撰文

王乔琦| 翻译

2000年6月26日，美国总统比尔·克林顿（Bill Clinton）宣布，科学家绘制了第一幅人类基因组草图。也就是说，他们推导出了构成人类脱氧核糖核酸（DNA）的全部基本化学成分（接近30亿个）是按照何种顺序串联在一起的。克林顿说：“此时此刻，我们正在学习上帝创造生命的语言。”

他错了，但错的地方不（只）是你想的那样。

当然，政客说错话（包括但不限于科学领域），大家都司空见惯了。不过，当时在场的两名科学家也没有立刻纠正克林顿。相反，其中之一——彼时美国国家卫生研究院院长、如今乔·拜登（Joe Biden）总统的科学顾问弗朗西斯·柯林斯（Francis Colins）——表达了同样的观点，为人类掌握了阅读“自身说明书”的新能力而欢欣鼓舞，毕竟，“此前掌握这项能力的只有上帝”。

许多科学家都会因为这些言论宗教色彩浓重而感到愤怒，但实际上，这还不是问题所在。（除非你是无神论者，或是神学家。）时至今日，提到人类基因组，“生命的语言”“人类的说明书”这两个比喻仍旧是出现得最多的。完成（几乎）全面分析人类基因组任务的一是国际人类基因组计划（HGP），二是生物技术企业家克雷格·文特尔（Craig Venter）私人自主的并行计划。文特尔也出席了克林顿宣布这项成就的仪式，并且，他曾公开声明自己是个无神论者。

20多年过去了，事实表明，人类基因组计划联盟提供的信息，以及后续对数万个人类个体基因组的测序结果，正是生物医学研究的重要资源。当然，这就是人类基因组计划一直以来的愿望和重要组成部分。不过，这些信息不仅让我们距了解生命本身这个目标稍近了一点，更是在某些角度上告诉我们：人类与真正实现这个目标之间的距离比我们之前想的远得多。因为，即便真的存在某种类似生命语言的东西，我们也不可能在基因组中找到——基因组与任何人类制作的说明书都不一样。

然而，这类带有误导性的基因组比喻一如既往地流行。其中，“蓝图”的比喻是流传最广的，其背后含义是：这30亿个字符串构成的“密码”中蕴含着人体构筑方案，我们只要知道如何破译密码就好了。实际上，“密码”这个概念本身就暗示基因组类似计算机程序，是生命编译的某种神秘算法。我们甚至赋予了“生命之书”这个比喻更为具体的物理含义：基因组由总共109本不同的书构成，分为23卷（每一卷代表一对人类染色体），每一页上都密密麻麻地写着四个字母（a，t，c，g）按各种顺序组成的文字，这四个字母就是构成DNA的基本组分（见图0.1）。我很乐意让读者自行判断哪本书——这本或图中的那本——更清楚地描绘了生命的运作机制。这本书的目标就是诠释为什么上述这些比喻都不恰当，为什么它们需要更新，为什么不抛弃这些不恰当比喻就无法理解生命的运作机制。另外，本书也会尝试用其他更合适的比喻代替现在的误导性比喻。

实际上，关于基因组本身的其他比喻从来就没有少过比如乐谱或剧本。这么多比喻中，有一些比我们最常见到的“密码”和“生命之书”更为贴切，但没有一个完美。关键在于，为了解释生命的运作机制而探究基因组很类似为了理解文学作品而查阅字典——当然，这个比喻也不完美。

图0.1 “生命之书”？人类基因组计划用109本“书”记录了人类基因组。图片设计：Kerr/Noble 图片来源：Wellcome Collection

当生物学家被问到为什么基因组（既有我们人类的，也有许多其他物种的）的解码工作没有为我们认识所谓“生命”过程提供多少真知灼见时，他们通常会表示，事实证明，解码基因组比我们原来预想的复杂得多。荷兰生物学家贝·维林加（Bé Wieringa）整个职业生涯都在研究基因如何影响生命与健康。2018年，他在退休时说：“（完成人类基因组计划后）我们觉得搞定了一切。当然，现实是我们没有。实际上，不确定的问题反而更多了。”

维林加还相当尖锐地补充说：“说实话，我之前真的认为细胞和分子（比如基因及其编码的分子）之间的关系应该会简单一些。”实际上，我们都是这么认为的。人类基因组计划很大程度上也是因为基于这种想法启动的。讽刺的是，这个项目本身反而成了一个证明我们应该放弃这种幻想的绝好证据。

然而，放弃这种幻想的另一面并不一定就是投降——在令人困惑无比的诸多问题面前，维林加似乎屈从了。相反，人类基因组计划的发现恰恰像是一封邀请函，上面写着：“这个问题当然不简单！我们怎么能想象得到生命本身究竟是什么样子呢？但是，我们在基因组中发现了多么光荣、巧妙且有用的知识啊！”

不过，抛弃“说明书”这样的比喻也确实很难。基因组的“说明书”比喻之所以经久不衰，恰恰是因为有关DNA和其他分子生产并维系细胞与器官的真实故事一点儿也不简单。这个比喻提供了某种程度的安慰——它暗示这个故事虽然不简单但有迹可循——即便这很可能并非真实情况，似乎也比喃喃自语“实际情况比这更复杂”更能为大家所接受。另外，一旦你放弃“生命的秘密”藏于基因组中（我们只要知道如何破译就好）的想法，生物学看上去就更是让人完全找不到头绪了。正如我将在本书中介绍的那样，研究人员经常讲述的关于生物细胞如何工作的简洁故事几乎都是不完备、有缺陷，甚至完全错误的。

尽管如此，我仍旧相信我们可以做得更好。我会在本书中介绍过去几十年里的分子生物学和细胞生物学研究通过何种方式描绘了一幅比冷冰冰的过时机械比喻丰富得多、震撼得多的画面。诚然，这幅画面有时确实显得非常怪异且复杂，但它终究卸下了基因组背负的控制全部生物过程的重担，转而求助于自组织的原理和过程，也正是因为这类原理和过程不需要严格的遗传指导，所以可以避免由此产生的脆弱性。我必须强调，这种新观点与新达尔文主义理论——演化塑造了我们人类以及其他所有生物，而演化的基础则是亲代与子代之间的遗传信息传递——完全没有冲突。然而，在这种新观点中，基因并不是专制的自私独裁者。基因压根就不具备任何真正的能动性，因为仅凭基因自身做不了任何事而且基因也根本没有做决策的能力。基因是仆人，而非主人。

从基础层面上说，这种新生物学观点——绝不完备，而且实际上只是刚刚起步——取决于某种信任。你可以这么说：基因应当相信，存在某些过程超出了它们直接掌控的能力范畴，恰恰是这类过程让生命得以成长、繁荣并演化。（生物学家也需要培养这种信任。）当情况变得复杂、任务变得困难时，这种运作机制已经在生物学领域反复出现。当生命第一次出现多细胞形式时，当它们能够借助视觉、嗅觉等感官渠道适应并利用周遭环境的全部有利条件时，当它们对环境的敏感与接受成为真正的认知时，生命就逐渐放弃了一种让机体一一回应每个外部刺激的策略，转而为可以设计并即时解决各种生物问题的系统——这样的系统彼时才刚刚出现，却已经体现出了相当强的全面性、适应性和可靠性——提供基本要件。

长期以来，主流观点始终认为必须把生命系统视作机器，这幅新图景打破了这种思维定势。从来没有任何一款人类制造的机器能像细胞那样运作。生命终究是由没有知觉的分子（而且这些分子实际上是没有生命的）的构成的，否认生命的机器观并不是否认这一点。我们也并不是要转向活力论——这个理论提出，某种神秘的基本力量（活力）决定了生命体与非生命体的区别。抛却生命的机器观可以让我们看到生命世界与非生命世界的真正差异。这种差异就像宇宙本身的形成一样基本且奇妙——但比后者更适合科学研究，因而很可能更容易处理。

我们尤其不能把生命等同于计算机这种特殊的机器。诚然，生命的确会执行某种计算，并且，也确实可以用信息理论（这个理论的提出是为了描述现代信息技术）相当好地理解生物学的关键特征。此外，将生命比作机器有时也是一种思考生命过程各个部分具体运作方式的有效途径。我本人偶尔也会做这样的类比。称我们的细胞拥有类似泵、发动机、传感器、存储器和读出设备的功能，确实是一种有意义的说法。然而，这与现代生物学研究的一种发展趋势——通过将生物体与电路、计算机或工厂的类比讨论生物体的基本特征——迥然不同。就目前的情况来说，没有任何计算机的运作方式与细胞类似，至于计算机未来是否会发展成这样（或者说，仿照细胞工作模式是否会成为设计制造计算机的一种好方法）则更是远没有定论的事。实际上，迄今还从未出现任何与生命系统颇为类似的人类技术制品。生命是一种与任何机器都不同的实体，有自己的逻辑，无法拿别的事物做类比。

我们也多少已经熟悉了这种逻辑。我们知道，要解决艰巨的挑战，有的时候最好不要通过还原法寻求某种规定答案，而是要授予人们相关技能，然后相信他们可以找到有效的解决方案——一种可以根据实际情况改变并适应的方案。我们现在可以看到，通过这种方式组织人体系统，就能在生物层级的另一个层面上重现我们体内运转了无数次的生物过程：我们正在运用生命运作模式的智慧。

这种新生命观的核心在于生命本身概念的转变。在整个生物学历史中，如何定义“生命”始终是个悬而未决的问题，并且至今都没有形成大家公认的答案。不过，描述生命实体的最佳方式之一就是不借助我们通常认为可以定义生命的任何特征或属性，比如自我复制、新陈代谢和演化。相反，生命实体本身就是意义的产生者。生命从环境（包括他们自己的身体）中挖掘对它们有意义的事物：水分、营养成分、适宜的温度。毫不矫情地说，按同样的逻辑推导，对我们人类这种生命来说，另一件有意义的事便是爱。

把生命类比成机器之所以会失效，一大关键原因在于，细胞在分子尺度上工作，而在分子世界中，情况与日常世界大为不同。分子运动随机、不可预测、充斥着噪音——在这样混乱的特性面前，生命与其说是在努力维持秩序，不如说是在尝试充分利用这种特性。生命蓬勃发展的基础便是分子层面的噪音与多样性，就是好偶然出现的意外和波动。要是分子失去了这种混乱的特性，生命就无法运作。

因此，没有任何特别的地方供我们寻找生命运作方式的答案。生命是一种多层级过程，每个层级都有自己的规则和原理：基因有基因的规则，蛋白质有蛋白质的规则，细胞、组织以及其他身体模块（比如免疫系统和神经系统）也各有规则。对生命来说，这些规则都不可或缺，而且没有优先级、重要性之分。就像诺贝尔奖得主、生物学家方斯华·贾克柏（François Jacob）写的那样：“生命可不只是一种单一组织，而是一系列像俄罗斯套娃那样互相嵌套的组织。在其中一种组织内部，另一种就隐藏了起来。”

因此，正如巴黎高等师范学院生物学教授米歇尔·莫朗日（Mcihel Morange）所说：“生物功能是在跨越全部生命尺度（从分子到整个生物，甚至要囊括所有生物群落）的各种复杂组织结构中产生的。只有在这种层级结构中才能找到复杂生物功能的起源与解释，而不是在基因表达的直接产物——简单分子组分——中。”生命生来就与“众多”二字联系在一起。

这种模式竟然真的有效，这确实令人惊诧。如果你和比尔·克林顿一样，认为创造生命的荣耀属于上帝，那么我希望你能体会到一点：上帝应该比人类基因组计划体现的聪明得多，创造力也强得多。如果你觉得不必将生命同上帝联系在一起，那么我建议你细细品味生命的精巧与神奇。

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修理生命的收音机

我们解决问题的方式很大程度上反映了我们如何看待问题的本质。2002年，当时在纽约冷泉港实验室工作的生物学家尤里·拉泽布尼克（Yuri Lazebnik）发现了一种令人难忘的方法，这种方法可以阐释我们通常是如何学习生物学的。

拉泽布尼克叙说了自己在担任助理教授期间是如何向一位资深同事打听他们的研究领域（自发细胞死亡，或者说细胞凋亡）当时发生的各种令人费解的突发事件的。那位同事告诉拉泽布尼克，所谓生物学研究，无非研究人员在各自隐秘的角落中辛勤耕耘，直到某些意外观测结果让许多人认为之前的某个未解之谜终究还是可以解答的——另外，这番努力或许还能催生某种奇迹药物。然而，随着这一研究领域的蓬勃发展以及新增的数百、数千篇论文，差异和矛盾开始出现，预测开始失败，问题看上去比以往任何时候都更加难以解决。至于那些奇迹药物，更是永远不会成为现实。

拉泽布尼克写道，这种情况普遍存在“意味着生物学家处理问题的方式存在某种普遍的根本性缺失。”为了查明这种缺失究竟是什么，他采纳了一位高中老师的建议，用已知答案的某个问题测试生物学家的常用方法。拉泽布尼克尝试用生物学中常用的方法论展示晶体管收音机的工作原理。这种研究模式一般是怎么开展的？他写道，首先，研究人员会说服资助方允许他们购买一大堆工作原理、方式相同的收音机。接着，他们就会把一部分收音机“解剖”了，并同坏了的收音机做比较：

我们最终会查明怎么打开收音机，然后发现形状、颜色、大小各不相同的各种部件。接着，我们会根据这些部件的外观描述它们的性质并做分类。举例来说，我们会把这些收音机部件分类成方形金属物、色彩鲜艳的两脚圆形物、三脚圆形物，等等。因为这些部件颜色各不相同，所以我们会研究使用不同颜色的部件是否会影响收音机的性能。虽然结果证明，使用不同颜色的部件只会些微影响效果（收音机仍旧能播放音乐，但是耳朵灵敏或是受过训练的人能分辨出声音的扭曲），但这种研究模式能够产出大量论文并且引发热烈讨论。

另一种生物学常用的方法则是逐次逐个地移除部件。偶尔，某些幸运的研究人员会发现移除某个部件后，收音机就根本无法工作了。“这个兴高采烈的家伙会把电线命名为‘意外恢复组件’（Src），并且发现Src是必需品，因为它是一种长长的扩展部件与收音机其余部件之间唯一的联系。这个长部件会被恰如其分地命名为收音机的‘最重要部件’（Mic）。”依此类推。拉泽布尼克说：“最终，我们会把所有部件归类，会描述部件之间的相互关系，还会记录移除某个部件或是某种部件组合产生的后果。”

只有到了这个时候，生物学家才会问出这个至关重要的问题：“我们现在积累的信息是否能帮助我们修理收音机？”另外，收音机可以修理吗？走运的时候（非常少见），确实能修理——但生物学家真的不知道背后的原因。大多数时候，这些信息根本没法让我们修理收音机。

那么，问题出在哪儿？拉泽布尼克认为，生物学使用了错误的语言——一种描述“这个部件同那个部件对话”的定性语言，有时甚至是个性化的，而不是电气工程师绘制的那种真正的电路图。拉泽布尼克的这篇文章多少有点半开玩笑的性质，但确实提出了一个相当中肯的观点：许多实验生物学的操作手法并不能真正增进我们对这些生物系统运作方式的认识。为此，他提出基于生命系统与收音机的类比开发一种升级版形式化工程风格语言。拉泽布尼克也预料到会出现反对的声音——“工程学方法不适用于细胞，因为这些小小的奇迹在本质上就与工程师的研究对象不同”。不过，拉泽布尼克认为，他想要的这种语言更像是某种活力论的观念。

然而，反对意见根本没有抓住重点。如果收音机根本不是正确的类比怎么办？如果生物学的运作方式与我们创造的任何工程系统都不一样，怎么办？如果生物系统的操作逻辑在本质上就与任何工程系统不同，怎么办？那么，我们需要的就不只是一种升级版形式语言，而是一种全新的思考方式——只不过不需要召唤任何形式的神秘生命力量。我认为，这就是我们目前面对的情况，而且，过去二三十年中或成功或失败的众多生物学研究都指向了这个结论。

2000年，细胞生物学家马克·基施纳（Marc Kirschner）、约翰·格哈特（John Gerhart）和蒂姆·米奇森（Tim Mitchison）在呼吁开发认识生命的更好方式（而不仅仅是像现在这样细致描述生命的各个组成部分及其相互之间的联系模式）时半开玩笑地影射了活力论。他们“随心所欲地”把这种更好的视角称为“分子活力论”：

20世纪与21世纪之交，我们最后一次充满渴望地审视了活力论，结果只是凸显了，我们最终还是要超越针对细胞蛋白质和RNA组分的基因分析（这种分析很快就会成为过去），并且转向分子、细胞和有机体功能“活力”特性的研究。

换句话说，我们不需要老生常谈的“生命力”，但确实需要思考究竟是什么让生命与其无生命的组件产生了那么大的差异。只有得到了这个问题的答案，我们才有希望真正掌握修理“生命收音机”的能力。

为了让生命保持运转，我们必须做许多修理工作。人体经常出问题，大多时候是小问题，但有时也会是大问题。我们现在已经相当熟练地掌握了我们称之为“医学”的修补过程，但实现方式通常是试错，因为我们没有优秀的操作手册可以参考，只是偶尔才能窥见人体的这个部分或是那个部分的运作方式。

目前涌现的关于人体内部生命运作方式的新观点已经开始促使我们重新审视医学——例如，思考我们设计药物的方式，以及为什么某些疾病（比如癌症）很能预防或治愈。部分研究人员现在提出疑问，觉得也许是时候改变支撑医学研究的整个理论基础了：举例来说，我们或许可以不再一次研究、攻克一种疾病，不再试图开发定制的灵丹妙药以杀死特定的病原体（一般来说，病原体比我们更聪明，适应药物的速度比我们开发新药、新疗法的速度更快），而是从统一的视角看待所有疾病。许多疾病都是通过相同的渠道产生影响，而且对抗多种疾病的策略也许涉及类似甚至完全相同的方法，这点在牵涉免疫系统时体现得尤为明显。

另外，随着我们越发了解何时、何处干预生命过程，我们也开始想到生命本身也是可以重新设计的。这方面的系统性工作发轫于20世纪70年代的基因工程，但通常只适用于最简单的生命形式，比如细菌。此外，基因工程技术从原理上就受到限制，因为它只能干预生命众多层级中的一个：遗传学层级。当时，我们压根不清楚不是所有想要达成的目标都能通过修补基因实现。而现在，我们知晓了原因：基因通常不会在细胞和有机微生物层级上产生特定的结果。

时至今日，我们已经开始在多个层级上重新设计、重新配置各种生物实体、组织和器官。我们可以重新编程细胞，使其能够执行新任务并且长成新结构。我们可以创造出部分学者称为“多细胞工程生命系统”的事物：它们不仅是培养皿中由营养物喂养的小生物，而是具有结构、形态和功能的实体，比如类似微型器官的“类器官”。不过，这项事业在很大程度上还处于刚刚起步的阶段，主要工作还停留在辨明决定细胞自我组织形式的规则。随着相关知识的积累、技术的提高，我们就可以掌握更为深入的指导并选择遗传结果的能力。有些研究人员认为，我们最后能让四肢与器官再升，甚至可能创造出演化过程从未想象过的新生命

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一窥后文

这本用户指南内容丰富，因为生命这个话题就是有很多很多值得讨论的东西。现代生物学是出了名的复杂，充斥着各种微小的细节、晦涩难懂的术语和令人费解的首字母缩写，还有各种各样烦人的警示和例外，结果就是几乎不可能在不加限定条件和脚注的情况下成功解释任何内容。

不过，我的观点是，生命不只是一大堆东西。对于任何一般化生物学的尝试，最常见的反应就是“啊，那X这个例外怎么说”，几乎像是一种文法逻辑上就错误的尝试：透过所有树木看到整个树林（要是你在美国，那这里的用词应该是森林）。然而，生命肯定不只是一堆令人眼花缭乱且每个方面都同等重要的细枝末节。这不可能是真实情况，因为没有任何高度复杂的系统是这么运作的。如果有生命是这个样子，那么它们在任何时代都不会成功：在生命的变迁面前，它们异常脆弱。这就像是用十亿个互相咬合的小齿轮制造某种机械装置，只要其中一个断裂、卡住或掉落，整个装置就会停滞——并且，我们还盼望着这么一种装置要持续工作80年左右，其间还要时常经受猛烈的摇晃。

不会是这样，肯定有更高层级的规则约束着生命，这种规则不需要所有部件保持完美、完整且始终处于准确的位置。然而，如果没法用“我们是由基因制造、定义和控制的机器”来总结这种机制，那么它到底是什么？

最近这些年，生命运作的原理变得愈发明显，但同时，它们又常常淹没在雪崩般涌入的海量数据下。这是一个奇怪的悖论。就辨别普适性规则和模式来说，数据可能非常有价值，实际上也确实是必不可少的，但前提是我们不能耽于数据本身（比如，只是把数据汇编成书）。

我们已经变得极其擅长收集各种生物数据，尤其是关于基因组序列、蛋白质及其他生物分子结构、细胞中分子成分多样性及其相互关系的数据。仿照“基因组”（genomics）这个科学术语，我们给上述数据集也冠上了“组”的后缀，有：蛋白质组、连接组、微生物组、转录组、代谢组，等等。随着人工智能和机器学习算法提供的帮助越来越多——它们分析数据集的能力比人类强得多——我们可以深入挖掘这些“组”，探索它们内部的规律性和相关性。如此种种都价值巨大，但说到底，它们提供的往往是描述，而非解释。人们有时能感觉到，部分生物学家就是偏爱这种方式——他们希望充分挖掘数据，挖掘到足以做预测的程度，这样我们就不用真正理解所有数据，也不用去寻找能够阐释这些数据的逻辑自洽的故事。相反，我们只需要依靠计算机就能找到数据库之间的相关性。然而，目前还不清楚，是否仅凭计算机分析数据就能让我们制定出有益人类健康的更多更好的干预措施，更不清楚这么做是否能真的取代我们理解生命真实运作方式的努力。

考虑到这一点，我想先在此简要介绍一些在后文中会频繁出现的主题和原理，并且希望能够借此提供一些本书的线索，从而引导我们更好地阅读这部颇有挑战性的作品。

复杂性和冗余。我曾听《自然》（Nature）杂志前编辑说过一句很睿智的话：在生物学中，答案永远为“是”。（即便有人要发表反对意见，他也会说：“是，但是……”）她这么说的意思是生物过程的发生方式可以有很多——信号可以在细胞内传递，基因可以打开也可以关闭，细胞可以组装成某种特定的结构。在生物学传统上，常常把这种特征视作一种故障安全机制：因为无法保证某个分子与另一个分子之间的相互作用总能发生，演化提供了备用方案。不过，实际上，我们会发现生物冗余背后的逻辑其实是另一套：生物系统具有某种模糊性，所以不同相互作用的组合可能产生相同结果，并且相同的某种组合也可能会因为环境的不同而产生不同结果。这似乎是一个在充满随机性、噪音和概率波动的微观世界中实现目标的更优方法。

模块化。生命从来不是从零开始的。演化利用已有的材料展开工作，即便这意味着吧走向新的终点。我们或许可以（非常谨慎地）把演化比作电子工程师。他们用已有的二极管、电阻器等电路部件以及振荡器、存储单元等标准电路元件来制造新设备。类似地，生命也有模块化结构。这方面最明显的例子就是我们人类这样由细胞构成的大型生物，都有心脏、眼睛这样的结构特征。模块化是一种高效的构筑方式，因为它以已经经受过尝试和检验的部件为基础，并且允许修改或替换那些或多或少独立于其他部分的模块化组件。

稳健性。生命的韧性非凡。经过一个夏天的严重干旱，整个英格兰都变成了黄褐色，但只需要几场大雨，绿色就会重新出现。生命并非无懈可击，但生命非常善于在逆境中寻找出路——这个世界充斥着令人沮丧的逆境。我们在充分认识生命稳健性的来源之前永远也无法彻底解释生命。前面提到的冗余无疑就是稳定性的一种，但生命的稳定特征远不止体现在这一处：大多数胚胎发育成“正确”的形状，伤口愈合，抑制感染，无不体现生命的稳定性；另外，从更广泛的意义上说，地球生命已经持续不断地存在了近40亿年，这更是稳定性的体现。

渠限化。物理学家会把生命称作某种“高维系统”——这是他们表达同时有很多事情发生的一种滑稽方式。光是在单个细胞中，不同分子之间可能发生的相互作用数量就是天文数字，而我们人体中大约有37万亿个细胞。如此复杂的系统存在方式有限，否则就不可能保持稳定。我们的细胞能够出现的状态数量远远小于细胞与细胞之间可能出现的差异数量。类似地，胚胎能够发育形成的组织和身体形式数量也有限。1942年，生物学家康拉德·瓦丁顿（Conrad Waddington）称这种可能出现的结果数量的骤减现象为“渠限化”。有机体可以在少数几个定义明确的可能状态之间切换，但不能以这些可能状态之间的任何中间态存在，就像是崎岖地面上的球最后只可能滚入一个坑或另一个坑中一样。我们在后文中会看到，健康和疾病也有渠限化特征：导致疾病的原因有许多，但它们在生理和症状层面的表现往往惊人地相似。

多层级、多维度与分层结构。仅仅考察某个位置是不可能理解生命的运作法则的。你永远没法在单一放大倍率（无论从字面角度，还是从比喻角度，都是如此）下找到生命的所有解释。更重要的是，生命组织的每一层结构都有自己的运行规则，而且它们对下层结构规则的细节不敏感。每一层结构都拥有某种自主权。与此同时，生物影响可以通过这些层级结构沿两个方向传播：基因活动的变化可以影响所有细胞和整个生命体的行为，而后者反过来也能影响前者。

组合逻辑。据估计，人类可以区分大约1万亿种气味。这个数字究竟意味着什么还是个很值得讨论的问题，但它显然比我们嗅觉系统含有的“受体”分子数量（区区400种）大得多：毫无疑问，气味与人体感受气味的分子之间不是一一对应的关系。我们能区分如此之多的气味，一定是因为这些数量相对较少的受体分子互相组合、形成不同的激活模式。也就是说，我们的大脑接收到的气味信号是组合而成的。做个类比，视觉显示屏上的三种光源（红、绿、蓝紫）通过相对亮度的调整就能创造出整个色域。分子信号组成形成，而非依赖某种独特分子提供专属感官输出，这种策略在生物学中应用广泛。究其原因，大概是因为这种策略对组件的需求经济，用途广泛，适应性强，并且对随机噪声不敏感：所有这些特点都对生命有利。

动态场景下的自组织。生命允许许多事发生，但并非全部。演化选择的调色板拥有的颜色不是无限：生物系统不同组成部分之间复杂的动态相互作用催生了生物在空间与时间上特定的几种模式与外形，就像人类城市、动物群落、晶体结构和宇宙星系总是具有某些共同特征一样。这就与落在地表上的雨水很是类似：雨水自身绝没有收到朝某个特定方向流动的指令，但地表的形状导致雨水从某些地方流出并汇聚到另一些地方。平地、盆地、河道的比喻在生物学中常常有用。

能动性和目的：在某些生物学文章中，“能动性”正逐渐变成一个流行词汇，这一点在那些与认知过程相关的文章中体现得尤为明显。问题在于，目前看来我们还没法在这个词的内涵上达成一致。从直觉上说，我们猜测能动性的概念能区分生命体和非生命物质：生命体可以操控环境、自身以达成某些目的。这就使得能动性与目的这两个概念形成了不可割裂的紧密关系。这很可能也是生命科学（荒谬地）长期忽视能动性概念的原因，因为一直以来，生命科学总是把目的问题视作某种接近神秘学的话题，故而避而不谈。忽视和回避的结果就是，我们最后或许会错过所有生命的最典型特征。我认为，是时候拥抱目的概念，拥抱能动性概念了——而且，这么做没什么好怕的。

因果关系。认识生命运作方式的最大障碍之一就是无法掌握其中的因果关系。因果关系确实是个难题，尤其是这个概念本身就很棘手，哲学家对因果概念的观点仍存在分歧。我们从日常经历中就已经知道，找到某种现象的起因绝对是一件非常困难的任务。我面前屏幕上的文字是怎么出现的？是因为我的手指敲击键盘？是因为计算机硅芯片中的电脉冲？还是因为我的思想和感受具备的更为抽象层面的能动性？不过，这些问题并非不能解决，而且我们确实已经掌握了一些足以处理它们的概念和数学工具。我们常常认为，生物学中的因果关系，就像世界上其他更普遍的因果关系一样，从“底层”开始向上渗透——例如，我们认为，生物体遗传特点上的特征是“基因”引起的。正如我们将在本书中看到的那样，在我们用更为复杂的视角看待生物学因果关系时，就可以更好地理解生命的运作机制以及有效干预这种机制的方法。

如果本书中的一切都正确，那会是一个非常幸运的奇迹，并不能说明我的见解有多深刻，更不能说明我的智力有多超群。我想，这样的说法很难让你对即将读到的东西充满信心，但我不得不诚实地说明，我在本书中撰写的都是连专家都在争论的议题，有些议题上的争议甚至还很大。不过，我认为有一点是毫无疑问的：在过去几十年里，我们对生命运作模式的叙述模式已经发生了变化，而且现在是时候把这种变化说出来了。鉴于生命科学——从基因组学到精准医疗，再到衰老、生育、神经科学等领域的研究——在我们的生活中变得越发重要，我觉得向公众阐述这种认知模式的变化完全是一种责任。科学史家格雷格·雷迪克（Greg Radick）认为，我们应该“教授学生他们这个时代的生物学”，而不是半个世纪甚至更久之前炮制出的那些看上去简洁的简化内容。他是对的——但我们应该把最新生物学内容教给所有人，而不只是生物学学生。

没错，这个新的故事有时候听上去比原来那个半真半假的故事更为复杂。但我认为，这个故事是自洽的、令人信服的，并且连续不断地得到了遗传学和分子生物学、细胞生物学和生物技术、演化理论以及医学等诸多独立研究领域的支持。故事中有许多细节仍旧不太清楚且存在争议，但大体轮廓现在看上去无懈可击，而且我兴奋地认为，这个故事告诉了我们一个惊人的生物学过程，正是这个过程创造了一种能够逐渐理解自身的物质：我们人类。更重要的是，这种新的生命观让我们重新与宇宙相连。它并没有取代或推翻原先那些基于自然选择的旧观点，反而深化了它们，从而帮助我们看到生命体的真正不同与特殊之处，也就是：“活”的真正意义。

BOOK TIME

《生命传》

[英]菲利普·鲍尔 著

王乔琦 译

中信出版集团

2025年7月 出版

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