《科学新领域的探索》：自主主体与广义生物学

2017-8-12 16:46| 发布者: 采编员| 查看: 642| 评论: 0|原作者: 曾星智|来自: 新浪博客

摘要: 《科学新领域的探索》：自主主体与广义生物学笔记/曾星智　　斯图亚特.A.考夫曼Stuart A. Kauffman来自圣塔菲Sata Fe研究院，他的这本《科学新领域的探索》是关于广义生物学的探索之作。位于新墨西哥州的Sata Fe ...

《科学新领域的探索》：自主主体与广义生物学笔记/曾星智　　斯图亚特.A.考夫曼Stuart A. Kauffman来自圣塔菲Sata Fe研究院，他的这本《科学新领域的探索》是关于广义生物学的探索之作。位于新墨西哥州的Sata Fe研究院，以跨学科式的、对复杂性的研究而著称，本书同样是部跨学科著作：从生物生态学到物理学、化学，最后到经济学（由生物圈延伸到经济圈）。Kauffman在书中主要提初了“自主主体”与突发性集体行为的观点，从以此出发重新对生命起源进行思考，而且这个思考超出了地球生物的范畴，所以作者把它命名为“广义生物学”。　　是一个思索的过程，而不是给出一种答案，这即是本书的特色和价值：它重新对达尔文、薛定谔的生物体系，以及牛顿、爱因斯坦、玻尔的物理体系，进行了新的质疑，并为这个质疑提出了自己的解决途径。它虽然仅仅是打开了一扇新的门，但朝着这扇门，我们开始了对现代生物学、物理学、化学和经济学的反思。或许，一个新的进化，已经由此开始。　　从经济金融角度来理解，自主主体类似于这样的一个系统：它自发产生，而且是不平衡的结构，它不断地吸收环境中的经济影响，同时又将吸收进的影响用来改变自身，它不断地自发式的发展、吸收、改变，像有生命一样的运行。证券市场正是这样一个自主主体，它有自己的生命自己在生长，同时又接受周围的影响来改变自身，不一种非平衡的状态下像生命一样的持续下去。 1、生命是复杂化学网的一种突发性集体行为　　“……一直以来我很怀疑生命是否真的必须基于DNA或RNA这类核酸的双螺旋结构的模板复制。我很怀疑这个标准假设。我认为生命在本质上是有赖于自动催化的，也就是繁殖。细胞中的大多数催化过程都是通过蛋白质酶来完成的。那么是否存在某种普适规律，它可以推出蛋白质这样的催化聚合物是自我复制的呢？”（P20）　　“蛋白质或类似的聚合物的集体自动催化是分子体系中自我复制的根源吗？生命一定得基于沃森和克里克所设想的模板复制吗？或者如更早的薛定谔所预期的，生命是基于非周期性固体及其微观密码的吗？就广义生物学而言，什么才是宇宙中无处不在的自我复制分子体系的本原？在这些本原中，哪一个又是最有可能的？　　“在由不同蛋白质组成的复杂混合物中，蛋白质可以作为将彼此连接成一个更大的氨基酸序列的候选者，那么这样的系统至少含有一个分子的集体自动催化组的几率是多少？……目前最有可能的猜测就是，随着反应体系中分子多样性的增加，一定可以达到一个临界点，在临界点处，集体自动催化的自我复制的化学反应网会自发地突现。　　“如果这个观点是正确的，而且快速反应的动力条件能够通过束缚在膜囊泡内的复制系统的包围而维持，并能通过这样的系统而合成，那么自我复制系统的突现就很有可能会发生。概而言之，生命是大量的，是突现。星系间、星团内到处都有它的踪迹。我们只是这拥有无穷创造力的神秘的宇宙的一分子。”（P21） 2、进化论的怪事　　“首先，达尔文进化论的中心思想是‘有修改的代传’（descent with modification）。它不能解释形态的发生，能解释的只是形态的修整。19世纪后期的一位怀疑论者说道，‘这就像修剪了所有的枝条后得到了一棵苹果树一样。’ 　　“其次，从最根本的意义上来说，生命源于何处？达尔文的研究是认为生命已经存在于此了。实际上，‘生命源于何处’是以后我们所要讨论的‘形态是怎样被筛选的’等这一系列问题的最根本性问题。　　“另外，从另一种不同意义上来说，达尔文假定了渐进论。大多数变异都只具有微小效应。选择可以淘汰掉那些不合适的变异，或许有所改进，或许有所退化，直至翅膀能钢劲有力地在高空翱翔，看一看老鹰那扇动的翅膀、那捕食的利爪。　　“但是渐进论本身又是从何而来的？它不是上帝赋予的，事实上，大多数突变对有机体的影响都很小。大多数突变只是具有很微小的效应，只有少数才产生显著效应。　　“……进化从某种意义上来说是精挑细选了那些有能力演化的生物，然而进化也发展了它自身！达尔文的理论没有告诉我们这是为什么，我们目前的理论也不能解释这是为什么。”（P23）　　“进化论的怪异处就在于每个人都认为他理解了进化，但我们并没有这样认为，生物圈或经济圈正按照我们尚不知道的原理在自我连贯地共同构建着自身。”（P28） 3、生物圈—经济圈：自主主体以及普适规律　　“从普通法、生态系统和经济系统可以得知，有普适规律支配着事物的共同演化和共同构建，如生命和生计的、有机体和自然游戏的、公司和经济机遇的。也许这样一个规律支配着宇宙中任何一个地方的生物圈。　　“在《Investigations》一书中，我将会为任意的生物圈提出几个候选法则。在自主主体共同构建生物圈的同时，它们也一定会自己分门别类，并为了自己的利益而作用在它们自己的世界里。那什么样的原理支配着这种分类和作用呢？我猜想，自主主体在共同演化之时，每一个自主主体都做出了最多样化的可靠区别，然后当它们游泳、攀爬、捣乱、跳跃时，它们又可以采取可靠的行动。这个简单的观点又引出了如下假设：自主主体群落将会演化到超刚性（overrigid）与超流体（overfluid）行为之间的‘混沌边缘’。这样一个假设利用当今的微生物群落是完全可测的。　　“而且，自主主题在不断地走向新奇，如新的分子、新的形态、新的行为、新的组织，等等。我把这种不断地趋向新奇看做是数学概念中的‘相邻可能’（adjacent possible）。就算是在宇宙漫长的寿命时间里，我们也无法创造所有可能的蛋白质序列、细菌物种，或者法律系统，哪怕是一次也不可能。我们的宇宙是不可重复的，或者无物理学家所说，我们的宇宙是不可各态历经的。也许有规律支配着这种不可各态历经的流动。我认为生物圈控制着它进入相邻可能的速度，这个速度恰好使得生物圈中的物种得以生存，恰好使得选择淘汰掉无用变异的速度比那些变异出现的速度略微快一些。在我们的生物圈、经济圈、技术圈中，我们控制着我们的发现速度。也许真的存在着一个适用于任何生物圈的普适定律。平均而言，生物圈以尽可能快的速度在进入相邻可能，经济圈也是如此。因此，适用于这样一个自我构建系统的热力学第四定律就是：它们要最大化它们的维数，即最大化下一时刻所能发生事件的类型数。”（P30-31） 4、“相邻可能”与分子多样性　　“假设有1000个有机分子作为反应的底物。不妨设它们为长度不同的1000个RNA序列，有单位、二聚体、三聚体直至六聚体。然后考虑这些最初的有机分子的‘基组’（founder set）里所有可能的裂解反应、连接反应和重组反应。一般来说，反应的产物中应该还包括‘基组’里没有出现过的分子。……将基组看做是‘实际’（actual），若分子离实际只有一步反应之遥，因此还并未存在，我们把这种新的分子称做化学上的‘相邻可能’（adjacent possible）。　　“让我们再回到生物圈上来。当前生物圈中已经存在某些分子，却还有更进一步的分子组还未曾出现，但它只需一步反应便可以从化学上的相邻可能跻身于生物圈的实际。　　“40亿年前，生物圈的化学多样性是非常有限的，只有几百种有机分子。如今生物圈的有机分子种类已经无法计算。事实上，阳光普照大地，万物竞相生长，这一切都使得生物圈的分子多样性在不断趋向相邻可能。　　“相邻可能在将来一定会占有举足轻重的地位。　　“分子的多样性在增加，生物圈中的物种数也在增加。与20万年前旧石器时代的人所获得的商品多样性相比，当今经济中商品和服务的多样性无异于一个天文数字。可以说，过去的40亿年里生物圈一直在不断地趋向相邻可能。而且生物圈已经并且还在继续趋向分子、形态、行为上的相邻可能。面对如此多样性如此突飞猛进的增长，我们不禁要问，其源于何处？为何如此？将要怎样？我要顺便提到的是，自从大爆炸以来，宇宙没有足够的时间创造长为200的所有可能的蛋白质。在分子、形态、物种、雪佛莱汽车、法律系统等这些复杂体上，宇宙是不可重复的，或者说是不可‘各态历经’的。我斗胆预测，这种非平衡地持续向相邻可能的流动也许就是时间流逝的方向，而不是像密闭的热力学系统中第二定律所说的时间的流向。另外，我不知道是否存在支配生物圈或部分广义生物学的普适定律，它可以控制生物圈持续向相邻可能的流动。”（P62）　　“随着分子多样性的增加，产生集体自动催化组的几率也会迅速增加，而且这得归功于催化反应图中从没有连接到有连接这样一个相变，如此假设正确吗？就让我们拭目以待吧。分子多样性在探索新药的过程中发挥了巨大作用，我们已产生了不计其数的随机的DNA、RNA、蛋白质以及小分子，可以肯定，分子多样性这个热门领域必将迅速转向对有成千上万种分子参与的复杂反应的综合研究。……不论是我们还是其他的人来做这项工作，我相信，无需太长时间便可在实验上从错综复杂的化学反应图中探究到物质和能量的行为，便可知道产生一个自我复制的分子系统到底有多难。　　“如果这些见解是正确的，那成功就近在咫尺了。也许43亿年前，生命就已经如此这般了，尽管那时这个由不断冷却的岩石所构成的旋转球体上还没有化学家。　　“广义生物学正在不远处向我们招手。”（P63） 5、关于“自主主体” 　　“自主主体是能够繁殖而且能完成至少一个热力学功循环的自动催化系统。”（P64）　　“生物圈是自主主体和谋生方式的自我连贯共同演化的构建，而且谋生方式自身也可以自我连贯地被自主主体所用的搜索程序搜索得到。为通俗起见，不妨借用经济系统的观点。职位与谋求职位的人并存，如果没有人精通或宣传某个职位，那这个职位就鲜为人知，更不会细分到一簇与之类似的职位。　　“生物圈中，被突变和重组搜索到的谋生方式可能通过许多谋生的同科同属的物种所玩的一些略有差别的自然游戏而增加。由此可知，这些自然游戏也会增加。至于那些不能被突变和重组成功搜索到的谋生方式，也就不能为同科物种提供新的生态位，这样的自然游戏就得不到增加。　　“天地间的万事万物正将这个世界连成一个整体。如果我们不能给定突变、重组和选择的搜索程序，我们就无法做我们现在所做的事情，就无法谋生。这还只是整个理解的萌芽阶段。我并不想装得满腹经纶，但我可以指出：生物圈是自我连贯地共同演化的构建，有谋生的自主主体的构建，有构成这些谋生方式的自然游戏的构建，也有使得这些谋生方式不断地被适应的自然选择所控制的搜索机制的构建。　　“我坚信广义生物学正有待于我们去发掘。而且自主主体就是突破口，自主主体的特征对理解广义生物学至关重要。由于自主主体将功循环中的放能反应和吸能反应综合在一起，于是此处高能的分解便可以用于彼处的结构和组织的构建。事实上，自主主体的共同演化必然会导致自主主体的内部和自主主体之间出现放能反应和吸能反应的交织。此处物质的分解必然与彼处物质的构建相连接。也许就是通过这些连接，使得漫不经心地普照在这51亿平方米的旋转星球上的阳光无意间创造了巨红杉的奇异结构，一种高高挺立在美国和加拿大西部斜坡上的巨树。也许就是因为自主主体完成了循环，于是包括我们人类在内的自主主体就构建了这个生物圈。”（P94-96）　　“一个自主主体，或一群自主主体，是一个非平衡系统，它传播了新的物质、能量、限制的构建、测量、记录、信息和功。自主主体是一种新的过程和事件的组织。在过去的40亿年里，共同演化的自主主体的集体行为构建了这个生物圈。如果生命的出现是很普通的，那么宇宙中生物圈的完美也不足为奇。功、记录、测量和限制的不断传播，以及不断多元化的组织的传播，这些都展现了宇宙的非凡创造性。我们给出的课题是，在生物圈和宇宙中是否存在着支配这样一个非平衡的自我构建过程的普适定律。”（P134） 6、持续创新的经济圈　　“经济学（economics）和生态学（ecology）有着相同的希腊字根‘oikos’（居所），这绝非偶然。生态学和经济学在本质上是一样的。能人（Homo habilis）和直立人（Homo erectus）的经济，以及1.4万年千由于冰川作用当一些体形庞大的野兽们退避到法国南部时，克罗马农人（Cro-Magnon）的Magdalinian文化——开始使用令人叹服的燧石工具，还有美索不达米亚（Mesopotamia）文字的发明和传播、古希腊的集市、今天的全球经济，从深层意义上来说，它们都是在发展越来越多的贸易形式，这种贸易形式其实最早源于40亿年前的第一批自主主体和它们的群落。”（P263）　　“我们一向将经济学看作是配置稀有资源的一门科学，这样做其实缩小了它原本所包含的范围。我们不妨换个角度来看它，就会很容易发现经济最可怕的特征以及它的自主主体根源：经济圈最可怕的特征其实和生物圈最可怕的特征一样，都是由自主主体群落在玩耍、谋生等这一系列活动中构建的，这个可怕的特征是分子和有机体不断发展的多样性，是持续进入相邻可能膨胀的新的谋生方式的多样型。　　“……生物圈和经济圈都不仅仅只是有限资源的配置，它们是宇宙无限创造力的表达，是我们这些在分子上、形态上、技术上以不可说明、不可预言的方式持续进入相邻可能的自主主体们的无限创造力的表达。工作与工人在日趋复杂的经济圈中共同演化并存在。”（P264）　　（一般竞争均衡理论的局限）　　“一般竞争均衡理论一直被看做是经济理论的颠峰之作，不过它也存在局限。到目前为止，仅就经济所关注的市场结清处价格的建议而言，一般竞争均衡理论是一个杰作。但就经济所关注的而且应该关注的经济是怎样增长了商品和服务的多样性以及它为什么能增长商品和服务的多样性而言，这个占统治地位的理论就不能称其为一个成功的理论。并且由于过去上百万年里人均财富的增长与技术、商品和服务的多样性的增长是密切相关的，因此现代经济很显然是不充分的。”（P269）　　（理性预期的局限）　　“理性预期理论假定有一群经济主体对经济的运转有着强烈的信念，主体将它们的经济活动都基于这些信念之上，于是存在一个不动点，在这个不动点处，给定了经济主体对于经济的信念后，主体的活动完全可以创造预期的经济行为。因此，在理性预期下，你就不难理解何谓之痴心妄想了，不难理解有些人坚信价格将要超出基本价值，然后开始投资，并且他们的投资可以在一定的时间内支撑他们的梦想。　　“……在理性预期中，主体推测出了经济在怎样，并认为所预期的经济系统就是将要出现的经济系统，然后便以这样的方式开始行动。理论与主体的活动自我连贯地创造了一个符合这些理论的经济。主体们就按照这些理论操作着。　　“尽管这些不动点定理都很完美，但在理性预期的框架中仍有两点疑问。第一，这些漂亮的不动点对主体行为中出现的一些微小波动是不稳定的。在这些波动下，经济系统会不断地从不动点跑到‘无人的荒野’。第二，要想获得不动点就得要求有过多的理性来符合真实的人类主体，因此有必要延伸理性预期。”（P273-274） ----------------------------------------------- 《科学新领域的探索》：自主主体与广义生物学 Investigations [美]斯图亚特.A.考夫曼Stuart A. Kauffman 2000年初版于美国湖南科学技术出版社 2004年5月第1版

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