先得“存在”,才谈得上合不合理

2020-2021年博古睿学者,北京大学生命科学学院教授。他是北京大学博古睿研究中心“博古睿讲座系列”的首讲嘉宾,也是在线平台“睿的n次方”的首位专栏作者,并给专栏起名《白话》。

2021-06-16 / 阅读时长 7 分钟
专栏 首发 白书农

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我们在上一篇文章中对有关生命本质的“基因中心论”提出了质疑。用乐高积木做比喻的质疑只不过是历史上很多中质疑中的一种形式。更简单的疑问是:如果DNA是“蓝图(blueprint)”,那么这个“蓝图”是谁,如何绘制出来的呢?其实,以当今生物学家的智商,没有人会无视这种问题。只不过,从实验的角度看,以DNA为载体的基因为揭示生命系统运行过程提供了一个可以操作、可以用来回答很多问题的对象。既然没有更好的操作对象,而且这个对象研究所引发的问题可以让这么多人做这么多年还没有做完,大家也就顾不上去问那些目前还无法以实验来检验的问题或假设了。

很多人都听说过一句话:存在的就是合理的。在我对生命系统的思考过程中有一个感悟:只有针对“存在”的对象,才可能讨论合不合理的问题——无论这个“存在”是一种实在的实体还是一种虚拟的观念(概念、假说、理论)。评论一种既存的“存在”相比于发现或者提出一种“存在”而言,要容易太多了。从这个意义上,在有公信力的文献中能看到的前辈的发现或者想象,都是那个时代人们探索历程中沙里淘金留下的精华。无论自己对这些发现或想象认可还是不认可,首先都要心存感激与敬意——没有他们的发现或想象,就不会有我们现在讨论的对象。

其实,就这个专栏中所用的乐高积木比喻而言,也是有局限的——毕竟,乐高积木不是一个自组织的过程!但这个专栏用来解读生命系统的“整合子生命观”,倒是以自发过程为对象的,即以“结构换能量循环”为起点的整合子迭代过程。如果读过本专栏前面的文章,并认可“整合子生命观”所描述的当下地球生物圈中生命系统的形成过程,即从“红球蓝球”代表的碳骨架组分的“结构换能量循环”为起点,通过一系列迭代,最终形成“以网络组分包被的生命大分子网络的动态单元”——细胞,那么大家将面临一个与有关生命/生物属性的当下主流叙述模式的冲突:这种主流叙述模式是,生物——无论是居群、个体、细胞——“”活下去,基因“”传下去。为了这个“”,它们好像可以无所不用其极。

这种有关生命/生物属性的“”字诀,看似顺理成章——如果它们不“”,不就从人类的视线中消失了吗?可是,如果反过来问:尽管对于人类而言,这些生物是“自古以来”就和我们人类共生的,可是它们最初是从哪里来的呢?这类问题的“分子”版本就是本文第一段的问题:DNA这个“蓝图”是谁,如何绘制出来的?

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达尔文的伟大,在于他为地球生物圈中纷繁复杂的物种彼此之间的关系建立了一个树状的亲缘关系,并为这种“生命之树(A Tree of Life)”的生长动力提供了一种在他的时代最有说服力的解释。以他之伟大,当然不会忽略有形生物最初来源的问题。他曾经设想过,最初的生物(那时细胞学说刚刚被提出,人们还不知道DNA是遗传物质)可能来自于温暖的小池塘[1]。但这下就出现了一个问题,即“小池塘”中的那些组分是“”形成细胞而聚在一起的吗?当我们知道了构成生命系统的碳骨架组分中的碳和构成石墨、金刚石的碳是同样的元素时,我们有可能去区分是碳这种元素“”形成将来可能作为细胞主要物质构成的碳骨架组分或者“”形成石墨或金刚石吗?

在目前的生物学界,的确有一些人在努力寻找最初的“生命分子”是怎么形成的。可是问题是如何来定义什么才是“生命分子”?是DNA或者RNA?是蛋白质?还是碳质陨石中存在的氨基酸、甚至是宇宙中存在的甲烷甚至是水?如果换一个角度,如居维叶当年那样,把“生命系统”看作是一个漩涡,我们可以想象,在这个世界上,应该是先有大量的水而后有漩涡,而且没有哪个漩涡中的“水们”是因为自己“”而成为漩涡的。从这个意义上,“结构换能量循环”本身的出现如同“漩涡”那样,并不需要“自己的”理由,或者并不是因为它们“”自己存在而出现。它们因为各种机缘巧合而出现。然后人类作为研究者,因为有了这些“对象”,才去问为什么它们会存在。

追溯人类之前对生命奥秘的探索可以发现,这些探索都是从对人类感官所能辨识对象的观察,描述、比较开始,借助人类的想像力归纳出一些被认为是“生物”共有的属性,比如“”获取能量、“”繁衍后代……。这些“属性”,本质上是研究者对这些“存在”的可辨识特征的解释。因此,所谓的“合理”或者“不合理”,所针对的并不是这些“存在”本身,而只是研究者对所观察到的特征的解释,或者说是想像的过程。当我们对生命系统的探索超越了人类感官的辨识范围,乃至超越了细胞的边界、甚至追问到DNA作为蓝图的由来的时候,被观察、描述、比较的对象变了,用在感官分辨力层面上归纳出的生物特征的解释来做推理时,碳元素究竟是“”形成细胞组分还是石墨或者金刚石、江河湖海中的水“”或者“不要”形成漩涡,这类逻辑上困境的出现也就在所难免。

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“整合子生命观”提供了一个不同的视角。这种观念基于过去两百多年人类对生命系统的拆解所得到的信息,试图解释当下人类感官可辨识的生物是如何从最初的以“红球蓝球”为代表的碳骨架组分迭代而来。在这种视角下,各个层级的“整合子”,从“结构换能量循环”、到基于共价键的链式生命大分子、到具有“正反馈自组织”属性的生命大分子网络、再到作为被网络组分包被的生命大分子网络动态单元的细胞,无一不是作为具有一定稳健性的动态过程而留存至今,不仅衍生出了我们这些观察者,而且成为我们这些好奇观察者的观察对象。

如同作为生命系统起点的“活”的“结构换能量循环”中,那个以分子间力关联的动态复合体那样,不同层级的“整合子”并不是它们“想”或者“”存在,而只是在各自所在的“三个特殊”(请参阅专栏文章《生命至上——生命是什么2》)相关要素存在状态下,恰好以更高的概率出现、并以较好的稳健性被保留了下来。换言之,它们的存在并不以它们的“意志”(姑且不讨论在什么意义上定义“意志”)为转移,不过是一种不得不。一个容易理解的例子,就是我们每一个人并不是因为我们“”而来到这个世界上。我们只不过是不得不来到这个世界上!

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其实,不仅生命系统(以整合子形式)的发生与维持是“不得不”的,生命系统出现之后,其存在状态还具有另外两个特点:一个是不确定,一个是不完美。

说生命系统具有不确定性其实不难理解,因为从前面的专栏文章中我们已经反复提到,“活”的生命系统运行过程本质上是基于群体、通用、异质组分的随机碰撞(无论是以红球蓝球为代表的碳骨架组分之间,还是以基于中心法则流水线生产出来的蛋白质之间)。既然整个迭代过程在本质上是随机事件构成的,那么这个过程的发生及其走向,就不可避免地伴随不确定性。非常有意思的是,在人类的自然观中,却长期存在一种追求确定性的倾向。两种看似矛盾的现象之间究竟是什么关系?这是一个非常有趣的话题。今后会有机会专门进行讨论。

既然生命系统的发生与维持是在不确定的随机过程中的一种不得不的存在,那么这种存在就不可能是完美的。我们在引入“整合子”概念时提到的法国生物学家Francois Jacob曾经在一篇文章中,把演化事件的发生比作“补锅”[2]。现在的年轻人可能不知道什么叫补锅。我小时候见过有人家锅碗瓢盆破了,请个补锅匠,他用铁钉牙膏皮等凑手的东西,敲敲打打把器具补到不漏水,不伤手,可以继续使用。相比于原件,补出来的器具显然是不完美的,但实用。

Jacob把生物的演化过程以“补锅”相比,不仅包含了不确定性——不知道什么地方破漏,也不知道可以用什么来补,而且包含了不完美性——无论好不好看,合用就行。

生命系统不就是这样从无到有迭代出来的吗?什么叫“合理”?当然要先有“存在”,才谈得上合不合理。从这个意义上,有关生物属性的“”字诀流传至今不难理解。可是,“存在”是怎么来的呢?对于生命系统而言,“整合子生命观”认为,是基于遵循“结构换能量”原理的“三个特殊”的迭代——自发形成、扰动解体,适度者生存

艺萌「睿ⁿ」 | 编


[1] 达尔文1871年给他的朋友J. D. Hooker的一封信。
[2] Jacob F. (1976) Evolution and Tinkering. Science, 196: 1561

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