可能的生物

當沒有腿的脆蛇蜥在草叢里蜿蜒而行時，你根本說不清楚它與蛇有什么不同。可是，如果你驚動了它，它就會展現(xiàn)出蛇所沒有的技藝：扔掉自己的尾巴逃之夭夭，而且被它扔掉的尾巴仍然在原地扭動。

脆蛇蜥可不是只有這點兒絕活。如果仔細觀察，你會發(fā)現(xiàn)它的咽喉不能彎曲，眼皮能動，耳朵可以張開——這些特征是蜥蜴特有的。這樣看來，這種特別的生物無法歸屬于我們熟悉的任何一個類別。

生命的形式逾百萬，形形色色，亂七八糟，要想理出個頭緒來，就得先把它們放入我們稱之為物種的框架里去。依據(jù)腿爪、咽喉或者耳朵這些外形特征將它們歸入各個物種是不是更易于操作呢？在查爾斯·達爾文之前的大約一個世紀里，生物分類學家卡爾·林奈就是這么干的，他奠定了現(xiàn)代對不同生命形式的分類框架；古生物學家喬治·居維葉也是這樣做的，他還將化石做了分類。

要想分類，首先就得比較。通過比較，我們發(fā)現(xiàn)鳥類的腿和獅子的腿如此相似，玫瑰和萬壽菊的花也極其相似，給我們留下了深刻的印象。依據(jù)這些相似性，達爾文提出了所有生命都屬于一個大家庭的觀點。

然而，像居維葉這樣的科學家卻不愿意接受生物鏈進化的觀念，因為他從化石中看到了巨大的差距。1827年，他這樣寫道：“如果物種是逐漸變化的，那么我們應該看到這些變化留下的痕跡。”如果當初他看到了我們現(xiàn)在所知的中間階段，也許他會有不同的見解。

可是，也許他不會，因為不愿接受進化學說的原因遠遠不止是知識不全面那么簡單。事實上，我們可以一路追溯到柏拉圖，他的影響很大，20世紀的思想家阿爾弗萊德·諾思·懷特海把整個歐洲哲學都算作他的論著的“系列腳注”之一。

在柏拉圖看來，可感知的物質(zhì)世界是一種更高現(xiàn)實隱約可見的影子，真正重要的是抽象概念的領域。在追隨柏拉圖的人看來，足球、高爾夫以及乒乓球的實質(zhì)是其球的形狀。這種純粹的、抽象的、不變的實質(zhì)是真實，而球這種物體本身則不是，因為球的存在就像影子一樣，轉(zhuǎn)瞬即逝。

分類學家的任務可能會令人望而卻步。但是，以每個物種特有的柏拉圖所說的實質(zhì)進行區(qū)分，事情還是能夠辦得到的。比如說，無腿的身軀和可彎的咽喉是蛇區(qū)別于其他爬行動物的實質(zhì)。所以，找到一個物種的實質(zhì)是關鍵。

存在問題的是脆蛇蜥。此外，不易歸類的生物還有幾百種，比如說晚白堊紀的真足蛇，它有殘余的后腿。在不斷變化的達爾文世界里，轉(zhuǎn)眼間就會冒出新的物種，其特征往往相互重疊。20世紀的生物學家恩斯特·邁爾稱柏拉圖為“進化學說偉大的反主角”，實際上，正是邁爾用一種現(xiàn)代生物學的方法替代了物種的實質(zhì)的概念，即基于同一種群中能夠交配的個體的方法。

但很可能還是柏拉圖的思想說了算，這在以前發(fā)生過很多次。我們需要拋卻生物瞬息萬變的外貌特征，往更深層次探尋。

脆蛇蜥本身由幾十億個細胞構(gòu)成，每個細胞里有成千上萬種蛋白質(zhì)——由20種不同氨基酸組成的長長的繩索狀分子。每個蛋白質(zhì)都有一種獨特的能力，它可以促成化學反應，或防止細胞崩潰，或感知營養(yǎng)，或從其他細胞接收信號等等。每一種本領都是一項創(chuàng)新，從實質(zhì)上講，這是一種有用的新特征，自數(shù)百萬年前產(chǎn)生以來，它一直起著生死攸關的確定作用。

DNA的隨機變化是如何帶來創(chuàng)新的？達爾文的自然選擇概念對理解進化雖然起著關鍵作用，但在這里也派不上多大用場。問題是，自然選擇只能擴散已有的創(chuàng)新。植物學家雨果·德·弗里斯在1905年說得最為經(jīng)典：“自然選擇有可能解釋適者生存，但不能說明最適者的產(chǎn)生?！保ㄔ诎雮€世紀之前達爾文就已經(jīng)承認，承認變化隨機相當于承認我們不知道這些變化從何而來，只不過換了一種說法而已。）

用一個比喻也許能夠更好地說明問題。試想有一個巨大的圖書館，館存圖書以26個字母所有可能的組合順序排列。這個圖書館大得無法想象，而且大多數(shù)文本是純粹的胡說八道。但是，在這些隨意排列的字母組合里總會星星點點地有一些可理解的地方，還有一些包含著真實的或虛幻的故事，不但有狄更斯的《霧都孤兒》和歌德的《浮士德》，還有其他各種各樣的小說和戲劇、每個人的傳記、真實的和編造的世界歷史、編造的想象世界史等等，無法窮盡。有些文本里包含著無數(shù)的技術創(chuàng)新，從車輪到蒸汽機到晶體管，還有無數(shù)現(xiàn)在無法想象得到的技術創(chuàng)新。但是，要找到這么一卷有價值的圖書，其概率是極小的。

在巨大的目錄里，進化是找不到其所需的化學物質(zhì)的。在如此巨大的書堆里，它只能一步一步緩慢地往前挪動。

蛋白質(zhì)就是這個圖書館里的一本書，用20個字母的氨基酸寫成。雖然蛋白質(zhì)的文本不可能有托爾斯泰的《戰(zhàn)爭與和平》那么長，但是它的數(shù)量大得驚人。比如說，每一串500個字母長度的氨基酸里藏有10600個文本，遠遠大于可見宇宙中的原子數(shù)量。

這個圖書館是一個可能世界的巨大空間，對所有蛋白質(zhì)都進行了對生命來說非常重要的編碼。這就是關鍵：進化不只是在巨大的目錄中查找所需的化學物質(zhì)，它得在這一排一排的書陣里一步挨著一步艱難地向前挪動。試想有這么一批瀏覽者，各自代表一個家族，必須盲目地探索這個圖書館，跟著感覺一步一步地走。這聽起來好像圣誕速配游戲，但其中有著可怕的扭曲——突變會將血紅蛋白這樣的關鍵蛋白置于死地，這個血統(tǒng)命運不濟，最終滅絕。

所以，關鍵是要找到管用的文本。大自然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百萬冊，人類工程師發(fā)現(xiàn)了更多，而且發(fā)現(xiàn)的速度未見減緩。如果想欣賞這個圖書館里隱藏的創(chuàng)新奇跡，我們沒必要走得太遠，可以從自己周圍令人眼花繚亂的、形形色色的生物體開始。進化的宏大史詩會隨著在這個圖書館中的搜尋而逐步展開。

在這個圖書館里，如果你想找到某種具體科目的文本但是又沒有目錄，你會暈頭轉(zhuǎn)向，更有甚者會一步踩錯，不久命終黃泉。然而，生命不僅幸存了下來，還在這里發(fā)現(xiàn)了無數(shù)有意義的新文本。為了理解這一點，我們首先得建立進化缺少的這個目錄。這就要求我們搞清楚這個圖書館的組織機構(gòu)圖，理解如何搜索創(chuàng)新的條目。

十幾年來，這一直是我在瑞士蘇黎世大學和美國圣達菲學院集中關注的一個研究課題。我們在實驗室里研究分子的進化，記錄這些分子在圖書館里的旅程及其有用的新發(fā)現(xiàn)；我們也標注了自然種群在數(shù)億年旅程中發(fā)現(xiàn)的數(shù)百萬個分子的位置圖；我們還利用功能強大的計算機模擬探索自然仍未發(fā)現(xiàn)的圖書館的其余部分。通過這樣的努力，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這個圖書館的一個組織體系，這個組織體系對缺乏向?qū)У奶剿髡邅碚f既奇怪陌生，也完美無缺。

只要我們看到自然圖書館的周圍文本有類似的字母順序，最接近（即緊鄰）的文本相差只有一個字母，那么它的一個特點就可以很容易得到解釋。

試想我們從任何一個有意義的文本起步到一個鄰居，然后從那個鄰居再到另一個鄰居，一直走下去，直到穿越大半個圖書館，改變多數(shù)字母但仍然保留該文本的意義不變（也就是說蛋白的功能不變）。然后，我們從第一個文本開始改變一下方向，改變一個字母，然后另一個字母，一直下去，一直走完整個圖書館，但不改變該文本的意義。再想想看，這個旅程的起步不止一種，可以有上百種，每一種都只是對字母不同的同義文本進行編碼。大自然的圖書館就是這樣，里面充滿了各種不規(guī)則的同義文本，我稱其為基因型網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡對其分子及生化功能進行編碼。

如果你想建立這樣一個人類的圖書館，會有人說你瘋了。不只是所有討論晶體管的圖書遍布整個圖書館，還會有無數(shù)個文本以不同的方式說明如何建造相同的晶體管。而我們熟悉的常規(guī)圖書館會把技術手冊集中在一個區(qū)，把達爾文的著作放在另一個區(qū)，托爾斯泰的小說則放在另外一個地方。因此，我們可以把感興趣的排成一條直線。但是，由于基因突變的每一步都很隨意，所以無法走出一條直線來，最終得到的就是不規(guī)則的基因型網(wǎng)絡。

發(fā)生在某些個體身上的DNA隨機變化會禁止血紅蛋白這樣的關鍵蛋白，從而導致個體死亡；但是由于基因型網(wǎng)絡的存在，其他突變可以生成同義文本，保存這個蛋白的功能，拯救這個有機體。這種突變和自然選擇的循環(huán)周期在志愿者的后代身上不斷重復，有些會死去，但是有些會活下來，而且還會更進一步，生存的人口漸漸擴散到整個圖書館。這個過程需要許多代才能展開。

蜥蜴類的輸氧蛋白可以說明這樣的探索需要費多大功夫。它們同屬一個存在于10億多年以前但如今早被遺忘的單個遺傳蛋白。至今，它們不僅存在于整個動物世界，也存在于植物王國，在整個圖書館里，它們的足跡到處可見。然而，它們表達的還是相同的化學功能：結(jié)合氧。

但是，它們的氨基酸文本已經(jīng)變得面目全非。今天的血紅蛋白在其大約100個氨基酸當中共享的字母僅僅占4%，就好像是用無數(shù)不同的方式寫了一首表達相同意思和感情的詩，而且還有許多類似的其他分子詩歌。這些蛋白幫忙從營養(yǎng)中提取能量，在我們的細胞之間進行交流，感知我們周圍的世界……

不同尋常的是，以這么多的方式說同樣的事就意味著會有更多的口誤，而且隨著每一次口誤也會產(chǎn)生不同含義的可能。正如在“mold”里改變一個字母就能得到“gold”一樣，一個文本的某些鄰居會表達新的意義。當瀏覽者翻遍原始文本的每個同義詞，就能得到不同的創(chuàng)新。在圖書館里開辟可靠的路徑，基因型網(wǎng)絡就能獲得創(chuàng)新的可能。

讓我強烈地表達這一點吧：如果沒有同義文本的這些路徑，如果沒有在持續(xù)變化的字母序列中表達完全相同的功能的這些基因組，就不可能通過隨機突變不斷找到新的創(chuàng)新，進化就行不通。

所以，大自然的圖書館及其蔓生的網(wǎng)絡對說明生命的進化能力大有幫助，可它們又是從哪里來的？我們從脆蛇蜥或其解剖中看不出來，在生命外形特征上看不到它，在表面之下、組織和細胞的結(jié)構(gòu)中也看不到，甚至在其DNA的亞微觀結(jié)構(gòu)中也看不到。它存在于概念世界里，就是數(shù)學家探索的那種抽象概念之中。這樣說，難道它不是真實的么？

我們是創(chuàng)造新概念還是發(fā)現(xiàn)新概念，這是一個問題，尤其是數(shù)學類的概念。這個問題人類已經(jīng)思考了2500多年，至少從畢達哥拉斯就已經(jīng)開始。當時，他宣布世間萬物都是數(shù)字。有些人跟奧地利哲學家路德維?！ぞS特根斯坦一樣，相信數(shù)學上的真理是人類發(fā)明；但是也有人同意柏拉圖的觀點，認為我們的可見世界是更高真理微弱的影子。在他們中間有許多數(shù)學家和物理學家，包括菲爾茲獎（在數(shù)學上相當于諾貝爾獎）得主費弗曼。他用數(shù)學創(chuàng)新的方式這樣表達自己的體驗：有一種東西令人敬畏。我們不是在創(chuàng)造，只是在發(fā)現(xiàn)一直就有的東西，而這比人類能夠做到的任何創(chuàng)造要美得多。

在物理學界，諾貝爾獎得主尤金·魏格納稱其為“不可理喻的數(shù)學效力”。的確，我們不清楚為什么牛頓的萬有引力定律會比可能激發(fā)了它的掉落的蘋果具有更大的解釋力，為什么萬有引力定律可以描述從吸積行星到整個太陽系以及旋轉(zhuǎn)星系的一切。無論如何，現(xiàn)實似乎遵從某些數(shù)學公式。

大自然圖書館為已爭論數(shù)百年的柏拉圖理論的現(xiàn)實性問題增添了又一維度。在此之前，這個爭論大體上圍繞著我們在數(shù)學中發(fā)現(xiàn)的那類抽象概念。安德里亞斯·瓦格納，瑞士蘇黎世大學進化生物學與環(huán)境研究學院和美國新墨西哥州圣達菲學院教授，2014 年出版其新作：《最適于生存者的到來——揭開進化最大的謎團》。隨著基因型網(wǎng)絡，出現(xiàn)了一種新的要素：實驗科學。

萬有引力定律并不像是一個你能建造的房子的藍圖，可是血紅蛋白文本是那樣的藍圖。我們能夠制造這種蛋白，能夠制造任意一種蛋白，并通過精密的儀器研究其化學意義。加上幾千種自然的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)館里的這些住戶比我們的創(chuàng)造更為奇異。

大自然圖書館是達爾文找到的生物創(chuàng)新的源泉。與柏拉圖設想的抽象王國不同，這個圖書館比可見世界更豐富，更多樣化，也更為復雜。這里藏匿著達爾文進化論已經(jīng)創(chuàng)造甚至能夠創(chuàng)造的所有物種的創(chuàng)新，沒有哪個星球能夠為探索這一切提供足夠大的空間。這只無腿的蜥蜴以及其他輝煌的生物世界，只不過是柏拉圖式可能王國的微弱影子而已。