第二十章:沉睡的蝴蝶

20.1 无序之有序

我们头脑中的某些想法是基于重重事实,而另一些想法则毫无来由和根据,但就是这些想法,往往萦绕我们心头,无法挥之而去。

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反混沌[1]——也即无序之有序——的想法就是这样一种未经证实的念头。

三十年前,当斯图亚特·考夫曼还是一名达特毛斯学院的医科研究生时,这个念头攫住了他。他记得当时他站在书店的玻璃窗前,正就染色体的结构设计而浮想联翩。考夫曼是个健壮的小伙子,一头卷发,总是带着微笑,整天忙忙叨叨的。他看着窗外,脑海中浮现出一本书——一本印有他的名字的书,一本他完成于未来某个时刻的书。

在他的想象中,书中到处都是由相互连接的箭头所组成的网络,箭头们在纠结成一团却又仿佛是活的乱麻中进进出出。这正是网络的标志。不过,这种混乱并非没有秩序。乱麻透漏出神秘甚至是神奇的气息,「意义」沿着各条线路流动传递。从这些「隐晦」的连接中,考夫曼看到一幅涌现出来的图像,就像从立体派油画那支离破碎的画面中识别出一张脸来一样。

作为一名研究细胞发育的医学生,考夫曼把他想象中的那些缠结的线段看作是基因之间的相互联系。突然之间,考夫曼确定无疑地意识到,在这看似杂乱无章的混乱之中有着意料之外的秩序——有机体的架构正蕴含其中。混沌会毫无理由地产生秩序,或者名之为无序之有序。那些由点和箭头所形成的复杂度似乎能产生自发的秩序。这个想法对考夫曼来说是如此亲切和自然,仿佛就是他的归宿一般。而他的任务就是解释和证明它。「我不清楚为什么会选这个问题,会走这条艰难的路」,他说,但它的确成了「一种心底的感觉,一幅坚信的图景」。

为了证实他的猜想,考夫曼开始进行细胞发育的学术研究。像许多生物学家一样,他研究了果蝇由受精卵发育到成熟的过程。生物最初的单个卵细胞是如何设法一分二、二分四、四分八地分化成新的类别的细胞?哺乳动物的卵细胞会繁育出肠细胞,脑细胞,毛发细胞;而这些术业有专攻的细胞很可能运行着同样的操作系统。只需几代的分裂,一个细胞就能分裂出所有类型的细胞,不管它是大象还是橡树。人体的卵细胞仅仅需要分裂50次,就能产生出上千亿的细胞,并发育成婴儿。

当卵细胞沿着分叉50次的道路前行时,是什么样的无形之手在控制着每个细胞的命运,指引它们从同一个卵细胞分化成数百种专门的细胞呢?既然每个细胞理应都受到相同基因(或许并不真的相同)的驱策,那么它们又怎么可能分化呢?基因又是由什么来控制的?

弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫诺于1961年发现了一条重要线索,他们偶然间发现了一种基因,并称之为调控基因。调控基因的功用令人震惊:它负责开启其它基因。这使得那种短期内破解DNA和生命奥秘的希望顷刻间化为乌有。有一段经典的控制论对话非常适用于调控基因:是什么控制了基因?是其它基因!那又是什么在控制那些基因?还是其它基因!那……

这种绕圈子的逻辑使考夫曼想起了他那幅宿命的图景。某些基因控制着其它基因,而其它基因也可能控制着另外一些基因。这正是他存想的那本书中,由指向各个方向的箭头所组成的错综复杂的网络。

雅各布和莫诺的调控基因代表了一种如意大利面一般的管理模式——由基因组成的去中心化网络掌控着细胞网络的命运。考夫曼很是兴奋。他的「无序之有序」图景让他冒出了一个更大胆的念头:每个卵所经历的分化(秩序)是必然的,不管最初的基因到底是什么!

他可以设想一种实验来验证这个想法。将果蝇的基因用随机基因来取代。他打赌:你得到的绝不会是果蝇。但不管得到什么样的怪物,发生何种诡异的变异,你所得到的秩序与果蝇在自然态下得到的秩序并无二致。「我问自己,」,考夫曼回忆道:「如果把基因随意地连在一起,会得到任何有用的东西吗?」他的直觉告诉他,凭着自下而上的分布式控制以及「一切连接一切」的模式,必然会出现某种模式。必然!正是这个异端的想法,值得他用一生去追寻。

「我在医学院的日子很难熬,」考夫曼继续说道,「因为我不务正业,没有去研究什么解剖学,反而在这些笔记本中涂鸦似地画满了染色体模型。」为了证明他的想法,考夫曼做出了一个明智的决定,与其在实验室中逆天而行,不如在电脑中建立数学模型。不幸的是,没有一个学数学的人同时具备跟踪大规模群体的横向因果关系的能力。考夫曼开始自力更生。与此同时(大约1970年),在其它几个研究领域中,那些擅于用数学解决问题的人们(如约翰·霍兰德)找到了一些方法,使得他们可以通过仿真来观察由相互作用的节点(这些节点的取值同时受到彼此的影响)所产生的效应。

反混沌(antichaos):混沌理论认为,一切系统的行为都是动态演化的,在其演化过程中可能会呈现出有序态、无序态、混沌态、反混沌态和自组织临界态五种类型的状态,不同状态下的系统具有不同的预测特性。考夫曼在他的《生物序的起源——进化中的自组织与选择》一书中这样描述:如果一个由简单的化学分子构成的系统达到某种特别复杂的程度时,该系统就会出现戏剧性的突变,这种突变类似于液态水结冰时发生的突然相变,同在即将坍塌的沙堆上再加一粒沙子一样。这时,那些原本简单的小分子会自发地相互结合(化合),自组织成一些非常复杂的大分子,这种复杂大分子又会自动发生催化作用,使周围混乱无序的分子都自组织成为有序的分子链。这个从混沌到有序的过程被称为反混沌过程,最初的生物大分子就是在这个过程中形成的。