生命的意义在哪？基因不是全部答案

基因组是指导手册般的“生命之书”？基因是“自私”的？生命的意义何在？数十年生物学研究的积累，已经颠覆了很多“传统认知”。近日，观察者网科普专栏作者岑少宇对话《生命传》的作者、曾任《自然》杂志编辑20年的菲利普·鲍尔（Philip Ball），探讨了相关问题。

与观察者网视频对话的菲利普·鲍尔 观察者网

观察者网：《生命传》（How Life Works）读来给人带来很多启发，体现了您学术交叉的背景。这似乎长期贯穿您的学术生涯和科普著作，最初在牛津学习化学，很快就转向了物理方向，在布里斯托尔大学获得博士学位。为什么会有这样的转变？

菲利普·鲍尔：说来话长，但我会尽量说得简短一些。在从牛津到布里斯托尔之间，有两年时间，我是一个摇滚乐队的成员。两年后，我觉得如果不回到学术界，可能就永远也回不去了。

于是我联系了我的牛津导师，问他有没有可以申请的人选建议。他推荐了布里斯托尔的鲍勃·埃弗斯，因为他们的研究领域相似。我在牛津从事化学领域的表面相变研究，这是一种既可以在化学系，也可以在物理系进行的工作。而我在布里斯托尔的导师当时也在做类似的研究，观察表面的行为，但他碰巧是在物理系。

所以，我在牛津的时候就已经开始进入物理化学领域，并且研究的内容正处于交叉地带。

观察者网：《生命传》英文版是2023年出版的，它很容易让人想到薛定谔1944年的书《生命是什么》（WHAT IS LIFE?—The Physical Aspect Of The Living）。您在书里也提到了他，却说现在阅读《生命是什么》是种痛苦（poignant）的体验。同样是物理学出身的学者思考生物学，您觉得跨越近80年的时间，你们最大的不同点是什么？

菲利普·鲍尔：薛定谔的书非常有趣，仍然值得一读。它篇幅不长，非常易读，而且极富启发性。但今天看来，它也有些奇怪。

作为那个时代的物理学家，尤其是在量子力学领域工作过，薛定谔坚信在分子层面上，一切似乎都带有一定的随机性。所以他想问的问题是：既然分子层面是随机的，那为什么在整个生物体的层面上，我们能得到某种可预测和稳定的东西呢？

他得出的答案是，必须有某种他称之为“代码”（code script）的东西，在指导着一切事务。他不知道这会由什么构成，但想象染色体以某种方式实现了编码。人们现在认为，这是一种远见，预见到了像DNA这样东西的存在。

《生命是什么》基于薛定谔1943年的演讲

DNA确实沿着大分子的长链编码信息，像那样的东西是必需的。但我觉得，从现在的视角看，薛定谔的问题在于，他给人的印象是，这个“代码”在指挥生物体的一切，包括如何构建及运作，就像是某种成套的指令。

这也确实成为了分子生物学的范式。从那时起，我们就是这样看待基因组和所有DNA的。但我认为在过去的二三十年里，对基因在细胞中如何真正运作的理解越来越深入，就越难继续持有这种观点，把它视作指挥一切的脚本或指导手册。

我在《生命传》书中谈论这个问题的方式是，最好将基因、DNA看作“分子资源”，我们的细胞可以根据自身所处的环境，比如它们属于哪种组织，或者周围环境中发生了什么，来决定如何利用这些资源。所以我想把注意力重新放回细胞，而不是基因组，也不是DNA，因为说到底细胞才是“活着”的最小单位。

观察者网：您试着告诉读者，生物学中的很多旧说法，可能已经不合时宜。比如不应把生命视作机器。书里有一个非常有趣的比喻，我也推荐大家去看，大意是“解剖”完好的收音机，再与损坏的收音机做比较，这种方法可能会产生荒诞的研究过程；积累的信息，也不一定能帮助修理收音机。

但现在的很多治疗手段，确实仍有点像修理收音机。而您在书中有一整章来探讨“故障排除：重新思考医学”。您认为，目前对生命的认识水平，是否足够支持另一种形式的、比如以“整体论”为基础的治疗？

菲利普·鲍尔：我不知道是否该把我建议的方法称为“整体论”。如果我们想干预任何系统，比如修理我们的汽车或炉子，我们必须找出问题出在哪里。医学也是如此。

如果我们面临的健康问题真的源于基因层面，而且是一个特定的基因没有正常工作，那么深入基因层面去修复它就完全说得通。像囊性纤维化病或镰状细胞病，确实是由特定基因的突变引起的，但并非所有疾病都有基因上的根源。

每种疾病的发生，你都可以找到它与基因层面之间的关联，但并不意味着它们主要是由那个层面引起的。比如，我们想想新冠大流行，出现的问题是免疫系统对病毒感染的反应方式，在基因层面进行干预就不是合适的方法。

我们今天面临的大多数常见疾病，从心脏病到糖尿病，再到神经退行性疾病，大多数都是在更高的层面上出现的，基因可能以某种方式参与其中，但我们是否能通过修复一个基因来治愈疾病，这一点完全不清楚，因为涉及的基因太多了。

我们必须思考，医学在哪一个层面进行干预最有效。对于某些疾病，比如癌症，试图寻找基因疗法的努力并未证明有多大用处。我认为在这种情况下，也许是时候重新思考我们开发治疗方法的方式了。

观察者网：有些人试图从传统医学中寻找“整体论”的灵感，您如何看待？

菲利普·鲍尔：我认为在那些更古老的时代，对生物学还不存在现代理解的时候，在某些方面与现在一些药物的开发方式并无太大不同。这也是为什么古老时代的一些疗法被纳入了现代医学。

那是一种试错法。人们只是看什么有效，也许在古代，某种草药会起作用，因为它里面含有某种分子成分，在体内产生了一些效果。

如今许多药物的开发仍然是通过试错的方式，而不是基于对疾病深入、理性的理解，一直到分子层面，然后再去设计药物。使用那种理性的方法来开发药物仍然非常困难，但我们正在变得越来越擅长。我们对人体了解得越多，就做得越好。

但很多时候这是不可能的，因为它太复杂了，往往仍然只能尝试使用我们认为可能有效的不同药物。

这在新冠大流行期间也时有发生，当时人们对各种药物进行试验，即使它们原本是针对不同的疾病，只是为了看看它们是否可能有效，而其中一些确实有效了。

观察者网：生物体确实复杂，让我们从基因层面开始一点点探讨。您在书中指出了一些不准确的认识，比如基因组并非是“生命之书”，“自私的基因”也带来很多误解。

您还引用了生物哲学家格里塞默（James Griesemer）的话：“基因根本不是主宰一切的分子，而是发育的囚徒，被囚禁在森严牢狱的最深处。”当我读到这里时，不由得想起一句莎士比亚的话：“即使我身陷果壳之中，仍自以为是无限宇宙之王。”

您能否具体谈谈自己对基因的认识？尽管您一直在书里提醒比喻的不足之处，但还是想问下，从国王到囚徒，您会把基因放在什么位置？

菲利普·鲍尔：为基因的作用找到一个好的比喻非常困难。当我们把它看作构建和运行身体的指令时，这是一个很容易讲述的故事，也是1990年代人类基因组计划开始时所讲述的故事。但从那以后，事情已经变得很清楚，这种说法过于简单化了，但又很难找到别的故事来替代。

对基因的旧观点是，每个基因都是一段DNA，编码了可以由它制造的蛋白质的结构。对于某些基因来说，这是对的。但我们现在知道，一个基因在不同的组织中，可能会制造出略有不同的蛋白质。所以，有些信息来自于更高的组织层面，来决定基因制造什么样的分子。

其他基因根本不编码蛋白质。它们有时被称为非编码基因，这有点误导，它们只是不编码蛋白质，但会编码RNA。我们过去认为它只是一个信使，在从DNA到蛋白质的过程中传递信息。

但我们现在知道，有许多RNA分子在细胞中独立发挥作用，它们在某种程度上和蛋白质一样重要。所以我们不得不重新思考，基因在做什么。而且，我们看得越多，它就变得越来越复杂。

很多这些具有功能的RNA分子其实非常微小，几乎无法编码多少信息。实际上也有许多蛋白质，或者说类蛋白质分子，它们也非常非常小，比正常的蛋白质小得多，被称为微蛋白，而人体也用着它们。

微蛋白和小蛋白 索尔克研究所

所以我感觉，DNA、基因、基因组，几乎像是一个存放所有这些不同分子资源的仓库，细胞以某种方式找到了利用它们的方法，协同工作。

而且，基因组中还发生着很多事情，在基因本身之外，有许多片段控制着基因何时被开启和关闭，以及如何被使用。所以，我相信不能仅仅把基因组中的单个基因作为考虑的对象，而是要把基因组看作一个实体。

诺贝尔奖得主、生物学家芭芭拉·麦克林托克称之为“细胞的敏感器官”。我认为这是思考DNA是什么的非常好的方式，它的工作方式更像一个器官，而不是一串信息，它会对周围发生的事情做出反应。

观察者网：对于基因主宰一切的认识，在我看来最直接的挑战，可能就是复杂的调控机制，包括表观遗传学，很多人可能都听说过“甲基化”这个词。

但您在《生命传》中也提醒说：“既然我们的出发点是纠正有关基因的陈旧迷思（这种愿望完全可以理解），那就不应该走到另一个极端，即彻底否认基因的重要性，转而把表观遗传当成新的‘生命奥秘’。”您观察到哪些学术或科普领域的倾向，才发出这样的提醒？

菲利普·鲍尔：人们对表观遗传学这个概念的兴趣，出现了爆炸式增长。这个词实际上是在1940年代创造的，仅仅指身体中发生的、不受基因指导的事情，某种程度上是“基因之外”的事情。

现在，它是另一种意思。虽然我们身体里的每个细胞都有相同的基因组，但显然这些细胞的行为并不都一样。我们有皮肤细胞、肌肉细胞，还有大脑里的神经元，而表观遗传学是造成这些差异的一个方面。

它实际上是一个让某些基因开、某些基因关的过程。你提到的甲基化是实现这一过程的方式之一，即一个非常小的化学基团附着在DNA上，并改变了它的活性。这并不一定意味着它必然被开启或关闭，这个编码如何工作是相当复杂的。

我感觉很多人对“基因决定一切”的观点感到不安，好像我们只是任由基因摆布的机器人。所以当我们对这些表观遗传过程有了更好的理解时，就有一种倾向认为，“哦，这能把我们从被基因决定的命运中解救出来”，于是表观遗传学成了新的热点。

有研究称，任何通过表观遗传方式写入DNA的信息，都不会传递给生殖细胞,所有这些信息都会被清除掉。但也有一些研究暗示，也许它会被传递下去。这似乎是某种革命性的发现，因为一直学到的是，我们只继承基因，而不是其他信息。

现在看来，对于那些关于人类表观遗传的报道，证据实际上非常薄弱，完全不清楚在人类中是否具有真正的重要性。在植物中，表观遗传是公认的，而且实际上很普遍。但在像我们这样的高等动物中，它的相关性到底有多大还不完全清楚。

我认为，随着人们对表观遗传学变得非常兴奋，有些观点被夸大了，所以就想提醒人们，不要对我们认为表观遗传学能做的事情太过得意忘形。实际上，我们遗传的分子层面、基因层面的信息，确实是来自我们的DNA，还没有明确的证据表明存在强大的表观遗传因素。

观察者网：让我们进入下一层面——蛋白质。AI在蛋白质折叠领域的成就，是近年来的热门话题，您的书中也提到了。不过，您认为：“与其说阿尔法折叠解决了蛋白质折叠这个超级难题，不如说是回避（sidestep）了这个问题。这个算法其实并不是在预测多肽链是怎么折叠的，只是基于多肽链序列预测它折叠后的结果。”在您看来，还有哪些生物学领域可能有效地应用AI？

菲利普·鲍尔：我认为AI在生物学中有很多有用的方式。AlphaFold就是其中之一，能够从蛋白质序列或编码它的基因序列中预测其结构，这是一件非常有用的事情。

它的预测是否足够精确，是否能给出足够准确的预测来开发药物，这是另一个问题，但它提供了一个非常好的起点。

我认为在整个生物学领域，我们面临着类似的问题，可能有很多数据，但很难知道如何利用这些数据来找到解释生物现象的模式。这正是AI技术现在非常有用的那种问题。

人们也正在尝试用它来理解基因是如何被调控的。比如，能够预测如果细胞或者生物体发生某种情况，其基因的活性会如何变化。这就是AI可能极其有用的地方，帮助解决这些非常复杂的问题。

AlphaFold之后，已有更多AI工具问世，如开源的OpenFold

我的担忧是，对这些系统中实际发生的事情，人们过去一直在尝试理解，但AI有时可能会替代这种努力。这就是AI的问题所在，它只是从数据中得出结果，而没有真正解释这两者是在机制上是如何联系起来的。

我认为生物学还是需要理解机制。为了真正掌握复杂的问题，它不仅仅想要一个会预测的电脑程序。

观察者网：下一个问题正与此相关。读《生命传》给我最深的印象之一是，您反复提出许多生物学问题可能没有确切的答案。从这个意义上说，通过从海量元数据中凭经验推导出结果，来“绕过问题”，这样的策略是否实际上是理解生命的一种有价值的方式，即使我们不知道其背后的机制？

菲利普·鲍尔：AI在这方面肯定有其用途。但是，我想到一个很好的例子，可以看出AI会如何绕过一些重要问题。

基因调控方式非常复杂，涉及到许多不同的分子活动、分子信号，它们以某种方式被整合起来，最终决定是开启还是关闭基因。如果我们用AI来做这件事，它可能会说，好吧，如果有这个信号，那个基因的活性似乎会增加或减少，但它不会告诉我们为什么。

而我们现在知道，在人体细胞和许多其他复杂动物的细胞中，形成了被称为生物分子凝聚体（biomolecular condensates）的结构。它们是一种松散的球状物，有点像细胞中的液滴，与细胞其余部分的液体分离。它们是独立的相，就像沙拉酱里的油和醋一样。

近年的研究认为，虽然没有膜，但生物分子凝聚体也存在某种结构 phys.org

现在发现，这些凝聚体无处不在，不仅在基因调控中，而且在各种细胞过程中，比如细胞如何应对压力，DNA如何修复等。我印象中，人类直到大约15年前才了解到这一生物学结构。AI是不会为我们找到这个的，它干不了这活。

了解这个机制，以及所涉及的物理结构，对于思考我们如何干预这些结构非常有价值。所以，如果我们试图从数据直接跳到某个答案或预测，而不去探究中间真正的分子生物学过程，那是非常危险的。

观察者网：您在《生命传》有一个似乎很罕见的对细胞的形容，让人印象深刻：“这像是工厂吗？看起来更像是人满为患的夜店。”我们确实可能被关于微管网络的精美视频所误导，而细胞学家探寻答案的主要方式之一，可能是用更精细的单分子显微镜，比如共聚焦显微镜等。要研究这样的嘈杂环境，除了走向单分子，我们还有什么别的选择？

菲利普·鲍尔：近年来这方面最有用的技术之一，是冷冻电子显微镜，它基本上就是非常快速地冷冻细胞，把所有东西都冻结在原位，然后用电子显微镜观察，这可以非常详细地向我们展示所有不同分子的位置。

还有其他技术也正在被应用。有一些巧妙的技术，能够将荧光标记附加到单个分子上，这样我们就可以看到它们的位置。我们可以附加不同颜色的标记，从而可以同时追踪许多不同的分子，并开始绘制出它们在细胞中的活动图。

现在确实有很多方法可以做到这一点，但都面临着我书中所说的那个问题。细胞不像那些漂亮的视频里那样，你看到一个分子在太空中工作，然后另一个分子像被控制的无人机一样飞过来对接，然后又飞走了。

微管的动画视频，仅仅体现了细胞的一个面向，现实远比此复杂

实际上，当我们观察细胞内部时，是许多不同分子混杂在一起，紧密地挤在一起，相互碰撞。你看一眼就会想，这个系统究竟是如何工作的？

对此有各种答案。一种方式是细胞区室化，这就是刚才提到的凝聚体的作用之一，它们形成临时的区室，来排除一些物质并容纳另一些。

旧的观点是，尽管这些细胞相互碰撞，但蛋白质只识别特定的目标，所以它们忽略其他一切，只等着找到它们应该结合的目标。这有时是对的，但我们现在知道有时并非如此。

许多蛋白质在结合对象上远没有那么挑剔，它们实际上没有一个漂亮的折叠形状，而是更无序和摇摆的，这似乎是蛋白质的一个重要特点，但它使问题变得更加困难，因为你不再有那种非常特殊的分子识别，所以一定有别的事情在发生。我们必须重新思考一些基本问题，来理解细胞中的分子混沌。

观察者网：您在书中还多次提到“能动性”和“目的性”（agency and purpose），这可能是很多生物学者都要避免的。一般认为，无论是细胞对环境的响应，还是人类的思维，这些只是“自然选择”自然产生的结果。

菲利普·鲍尔：我认为，这一切归根结底都是如何理解“能动性”这个问题。对我来说，许多生物学家对能动性的概念如此抗拒，是非常奇特的事情，因为它所指的不过是我们周围时刻都在发生的事实。无论是在我们自己的生活中，还是在其他动物的行为方式中，特别是高等动物，它们会做决定，会做选择。

当然，我们可以去探究这些决定是如何发生的。我们可以观察哪些相关的神经元在放电等等,但决定是由整个生物体做出的。

想象狐狸在追逐野兔，这两个生物都在时刻做出非常迅速的决定，一个想逃跑，一个想抓住对方。这就是我所说的能动性，即一个生命体改变自身和改变其环境的能力，为了尝试实现某个目标而改变自己的行为，比如如何奔跑等等。在这种情况下，狐狸的目标是抓住野兔，野兔的目标是逃脱。

我们可以说，好吧，这只是进化编程在它们身上的结果，它们只是在自动地做这些事，它们的最终目标是生存和繁衍。

这两者都可以是正确的，而不会损害能动性的概念。我们可以相当肯定，无论狐狸和野兔的大脑里在想什么，都不是“我该如何繁衍，我该如何生存”，而是“我必须不被吃掉”，或者“我必须吃了这个东西”。

所以，生物体有目标，而过于简单地说所有目标最终都是关于生存和繁衍，是不对的。我们在日常生活中也有目标，我下一刻的目标就是要去喝杯咖啡，试图从生存和繁衍的角度来理解这件事是不合理的。

我认为，需要思考生物体那些直接的、眼前的目标。特别要关注的是，如果我们真的只是机器般的、被基因控制的系统，基因说你必须生存繁衍，那些即时的目标又是如何产生的呢？

在我看来，像我们这样的生物拥有大脑的全部原因，并不是为了执行基因的命令，而是为了让基因不必去解决我们将会遇到的每一个问题。

每个人每天都会遇到一生中从未遇到过的挑战和情况，基因不可能知道在这种情况下该做什么。可以说是进化给了我们大脑来做这件事，来即时做出决定，而这些决定没有明显的最佳答案，当然也没有一个在帮助我们生存和繁衍方面的最佳答案。

这就是作为能动者，作为生物体的本质。我们必须在生物学中认识到，这是一个真实存在的属性，它实际上一直延伸到单个细胞。

细胞必须做出的决定不像我们必须做的那样复杂，但对于细胞来说，也并不总是有明显的最佳答案。所以它也必须做一些有点像大脑做的事情。它必须整合大量关于自身和情境的信息，并找到某种行动方案。

生命有机体如何能做到这些？这才是我们需要通过能动性这个词，来尝试理解的。在我看来，能动性最终是区分生物和非生物的东西。那种做出情境性决定和拥有目标的能力，就是我们与石头的区别。这实际上是生物学的核心，是“活着”的意义所在。

这就是为什么我认为，如果拒绝审视能动性，拒绝承认生物学中存在目的，那么实际上是在否定生命本身，在否定它与石头或流水有任何不同。

观察者网：但您书中提到了一个悖论，人类思维可能违背“生存和繁衍”的“目的”。书里有个关于生育的亲子对话的例子，父母认为孩子选择研究量子引力理论，偏离了“生存与繁衍”的既定目标。在现实生活中，您身边会发生这样的对话吗？如果有孩子直接表示，自己没有生育的意愿，您会劝说他吗？

菲利普·鲍尔：我认为这完全是那个个体的选择，我完全没有责任去干预或影响。这真的是个人的决定，而且是一个绝佳的例子，说明了为什么讲“最终所有目标都由繁衍定义”是不够的。有些人出于各种各样的原因选择不繁衍，这就是我们大脑的本质，它们是相当复杂的系统，能让我们在环境中生存。

对我们中的许多人，可能大多数人来说，大脑确实帮助我们繁衍，给了我们繁衍的冲动。但大脑不一定会这样做。

如果你制造出如此复杂的东西，它很可能会走上另一条路，你就会得到这个结果。你必须接受它不一定按照基因的“指示”行事。这也说明了，为什么能动性不仅仅是自然选择为了让我们生存繁衍而编制的东西。

观察者网：您会担心人类因为繁衍的人太少而灭绝吗？

菲利普·鲍尔：不，我不担心这个。我确实担心一些可能出现的社会问题，当然在短期内，如果出生率下降，可能会导致人口问题，会有一个不成比例的老龄化人口，年轻的劳动人口需要以某种方式来支持他们。这其中存在困难。

但我们需要理解为什么更多的人选择不要孩子或少要孩子。这可能是因为从经济上讲，他们很难做到这一点。也可能是因为，而且我认为在很多地方确实如此，女性在教育和职业方面机会的增加，意味着她们会做出那样的选择，而且我认为，让女性拥有机会肯定是一件好事。

观察者网：也许我们需要人造子宫来解决这个问题。

菲利普·鲍尔：嗯，有些人确实在想，这或许是答案。但是，我真的看不出即使这可能实现，它如何能解决问题。因为那样的话，谁来照顾那些孩子呢？那些孩子的责任是谁的？还有各种各样心理上的问题，还有关于在子宫外孕育是否能完全等同于子宫内的医学问题。

科学家在人造子宫中培育羊胚胎 视频截图

观察者网：我感觉生物圈本身有一种“目的”，那就是产生能够进行星际迁移的智慧生命，从而扩展生物圈，比如，把火星变成另一个地球。您认为人类属于这样一种“目的”吗？还是说，我们思考的能力，让人类能够超越它？

菲利普·鲍尔：我并不认为这是我们天性中被明显赋予的一个目的。有些人这么认为，觉得有责任向宇宙扩张，比如马斯克。但我不同意这个观点。

这似乎是一件极难实现的事情。宇宙总的来说是想杀死我们的。不是说它真的“想”，但真的会杀，因为它极其不适宜居住。

但我不赞同的原因不只是这样。地球是个极其适宜居住的星球，它非常棒，为我们提供了所需要的一切。所以对我来说，如果人类有什么目的感的话，那似乎就是在这里健康、和谐地好好生活。

我相信宇宙中其他地方也有生命，有些人认为生命起源是一件极其困难的事情。但我怀疑，如果条件合适，生命其实很可能出现。它是否会发展到我们这个水平或更高的智能生命，是另一个问题。不过，我也不太担心那个。

宇宙中的物质能够变成生命，这是一件非凡的事情，我相当肯定这在别处也会发生。我只是很高兴能在地球上安然地待着。

观察者网：何必找麻烦去别的地方，是吧。聊到智慧生物，我想智能可能是“涌现”（emergence）最典型的例子之一。您在书中也提到了涌现。

我之前与普利策奖得主穆克吉——您在别的问题上也引用过他——也聊过这个问题。他认为“涌现”这个词，是我们给“不理解的事物”的代名词或代码，100年前，人们会把伤口愈合看作是体内的“涌现”现象，而现在我们知道伤口愈合是怎么回事了。他并不反对这个词，只是认为它是一个代指，允许我们把一些东西搁置一旁，并认为我们最终会理解它，只是现在还不知道那个合理的解释。我想听听您的见解，是否认同他的这些说法。

菲利普·鲍尔：不，尽管我极为尊敬穆克吉，但我不同意他。

观察者网：我看了《生命传》后，也猜到您不会同意。

菲利普·鲍尔：这可能因为我们来自不同的学科，他是一位医生，而我接受的是物理学家的训练。

有时人们以一种神秘、含糊的方式使用“涌现”，而且通常用它来谈论我们不理解的东西，穆克吉的这种感觉，我也认同。

但对于一个物理学家来说，涌现是一个古老且完全没有争议的概念。因为我在几十年前做统计物理的相变领域研究时，就看到了它。例如，理解水如何结冰，或者水如何蒸发成水蒸气。这些都是相变，它们是涌现的例子。

考虑水结冰的情况，并不是说有一个特定的水分子在0摄氏度时结冰，可以说是整个系统“决定”同时做这件事。这是一个集体效应。无论看得多仔细，我们永远无法通过观察单个水分子来预测这个涌现现象。我们必须有许多水分子相互作用。

科学家们曾推测水结冰的涌现过程，最小需要多少个分子 《科学》

对我来说，这就是涌现。它就发生在这样的系统中，里面有许多相互作用的组分。这些组分可以像水分子一样简单，也可以像我们身体里所有的分子一样复杂。这是一个非常公认的现象，当你有这样一个系统时，会得到集体效应，系统的整个状态会突然改变。

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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