复杂-第27部分

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在分子生物学和发育生物学领域，试验工具是全新的，为了研究生命系统的细节需要采
集大量的数据资料。所有的荣誉和光荣都归于实验室。“分子生物学家都坚信，所有的
答案都会随着对特殊分子的了解而获得。”考夫曼说。“大家都极不愿意去研究生物系
统是如何运作的。”比如，基因网络研究中的吸引子的概念对他们来说是很浮夸的。
　　在神经科学和进化生物学领域，排斥理论的气氛要略微淡一些。但即使在这些领域，
考夫曼的网络概念也被认为有点儿怪诞。他谈论庞大网络中的秩序和统计行为，却无法
用这个分子或那个分子来举例说明。许多研究人员很难理解他在说些什么。“当初有人
对我的基因网络的研究工作有所反应，沃丁顿就赞赏我的想法，还有其他许多人也都赞
赏我的想法。这就是我得到了我的第一份工作的原因。我为此感到非常高兴，非常骄傲。
但在此之后就沉寂了下来，从七十年代初期开始走下坡路。人们不再特别关心这件事
了。”
　　考夫曼把大量时间投入到学习如何做生物实验之上了。他感到一种与他当初从哲学
转向医学院时同样的冲动：他不信任自己的辩才和理论倾向。“部分原因在于我觉得自
己需要做脚踏实地的工作。但另一部分的原因是我真的想知道世界究竟是如何运作的。”
　　考夫曼特意把研究重点放在小小的果蝇身上。基因学家在二十世纪初已对果蝇做了
大量的研究。果蝇现在仍然是生物学家从事发展进程方面研究时最喜欢的实验对象。果
蝇有许多有利于做实验的特点，它会出现古怪的变化，新孵出的果蝇的腿会长在触须应
该长的地方，或它的生殖器会长在应该是它的头部所在的位置，等等。果蝇的这些变化
给了考夫曼研究遗传形式的充分余地，他可以由此思考发育中的胚胎是如何进行自组织
的。
　　1973年，他对果蝇的研究使他来到了华盛顿郊外的美国健康研究所。那个研究所给
他的两年任期使他得以逃脱去越南战场服兵役。「他在华盛顿的时候已经设法推延了四
年服兵役。根据众所周知的“贝雷计划”（Berry　Plan），物理学家在做医学实验期间
可以推延服现役。］1975年，他对果蝇的研究使他获得了宾夕法尼亚大学终身教授的职
位。他开玩笑说：“我选择宾州大学，是因为那附近有非常好的印度餐厅。”但认真地
说，他选择宾州，是因为他觉得无法再回到芝加哥大学地区的海德公园街区，把家安在
那里，尽管当时加州大学也允诺了他同样的职位。他说：“那儿的犯罪率太高，种族关
系太紧张了。你会感到你无力对此做出任何改善。”
　　考夫曼当然不会后悔他耗费在果蝇上的时间。他发表的关于果蝇发育的论述就像他
对网络形式的论述那样充满激情。但他同时也记得1982年那生动的一幕。“我在塞拉利
昂山上，忽然意识到，我已经有好几年对果蝇提不出什么新的见解了。我忙忙碌碌地做
着核移植实验、无性系实验和其它实验，但我其实并没有产生任何新的想法。我感到一
种全面的困顿。”
　　不知为什么，他当时立刻就明白，是回到他起初关于基因网络和自动催化研究去的
时候了。见鬼，如果没有其它内容的话，他觉得他已经善尽其职了。“我已经有权去思
考我想去思考的问题了。在读完医学院、做过医生、接生过六十个婴儿、为新生儿吸抽
过骨髓、照料过贲门抑制等一个年轻的医生应该做的一切事情以后，在主持过实验室，
学会了如何使用闪烁计数器、如何拿果蝇做遗传实验等其它一切事情以后，尽管生物学
界依然蔑视理论，但我已经有权做任何我想做的事情了。我已经满足我在牛津读书时的
渴望，已经不怕自己会才思缥缈了。我现在深信自己是个优秀的理论家。这不一定是说，
我总是对的。但我信任自己。”
　　特别是他认识到，现在是回到自动催化组的研究上去的时候了，而且这次要把它做
对。他说，在1971年，他真正拥有的只不过是非常简单的计算机模拟。“我非常清楚地
知道，随着方案中蛋白质数额的增加，它们之间相互反应的次数增加得会更快。所以当
这个系统变得足够复杂时，就会产生自动催化现象。但在分析工作中我并没有得到多少
结果。”
　　所以他重又开始进行计算，就像以往一样，一路研究下来，总是以发明数学公式而
告终，“1983年，我耗费了整个秋季，从十月份一直到圣诞节，一直在证明各种数学定
律。”他说。聚合物的数量、相互作用的次数、聚合物的接触催化反应的次数、这个巨
大的反应图示中的相变次数，从中探测究竟在什么样的条件下自动催化才会发生。他怎
么能证明会发生自动催化现象呢？他记得整个结果匆匆忙忙地形成于11月份，在他从印
度开会回来的二十四小时的飞机航班上，“我返回到费拉德尔菲亚时简直累坍了。”他
说。圣诞节那一天他匆匆忙忙地草涂下这个定律，到了1984年元旦前，他获得了结论：
他在1971年只能推测，不能证明的滑稽的相变得到了确凿的证明，这个定律表明，如果
化学反应过于简单，相互作用的复杂程度过低的话，相变的现象就不会发生，这个系统
就会是一个低于临界点的系统。但如果相互作用的复杂性达到了一定的程度，考夫曼的
数学定律就可以精确地界定这意味着什么——这个系统就会是超越临界点的系统，自动
催化现象就会变得不可避免，秩序就会自由存在于其中。
　　真是太妙了。很显然，他接下来要做的事，就是要用更加先进的计算机模拟技术来
证明这些理论设想。他说：“我已经有了关于超越临界点和在临界点之下的两种系统的
设想，我急切地希望看到计算机是否能模拟这两种系统的表现。”但同样重要的是要将
象征真正化学和热动力学的某种情形也编进模拟模式里去。一个更现实的模式至少可以
在如何在实验室创造一个自动催化组这一方面给实验者提供指导。
　　考夫曼知道有两个人可以帮助他，其中的一个他已经见到过了。在巴伐利亚开会期
间，他结识了罗沙拉莫斯物理学家多伊恩·法默（Doyne　Farmer）。法默的想象力就和
考夫曼一样丰富，一样充满活力，而且也像考夫曼一样着迷于自组织的概念。他们俩非
常愉快地在阿尔卑斯山滑了一整天的雪，一直在讨论网络和自组织。他们相处得好极了，
法默甚至安排考夫曼作为顾问和讲师来罗沙拉莫斯做阶段性学术访问。不久，法默又介
绍考夫曼认识了伊利诺斯大学年轻的计算机专家诺曼·派卡德。
　　法默和派卡德自七十年代末在桑塔·克鲁兹读加州大学物理系研究生成为同学开始
就一直合作默契。在加州大学读书时他们俩就都是自喻的“动力系统团体”的成员。这
个团体的成员是一小群致力于那时的前沿领域——非线性动力学和混沌理论研究的研究
生。这个团体的成员对非线性动力学和混沌理论作出了富有创意的贡献。这使他们的动
力系统团体在詹姆士·格莱克（James　Gleick）的著作《混沌》（Chaos）中占有一个
篇章。《混沌》一书发表于1987年秋，差不多就在阿瑟、考夫曼和其他人为参加经济学
会议而聚集桑塔费的那段时间。
　　当考夫曼八十年代初第一次见到法默和派卡德时，他们俩已经开始厌倦混沌理论了。
　　就像法默所说：“又怎么样呢？混沌的基本理论已经血肉丰满了。”他向往走在前
沿的激情。在科学的前沿，事情还没有能够被完全理解。对派卡德而言，他希望自己搅
到真正的复杂之中去。混沌动力学是复杂现象，当然，想想一片树叶在徐徐微风中随意
摇曳吧。但这种复杂太简单化了。在树叶摇曳的情形中，只存在来自于风的一组动力。
这组动力可以被一组数学等式描述出来。而这个系统只是盲目地、永远地遵循这些方程
式运作。没有任何变化，也没有任何改进。“我希望超越这个，深入到生物学和心智这
类更复杂、更丰富的形式之中。”派卡德说。他和法默一直在寻找切入要害的研究课题。
所以当考夫曼建议，他们可以在计算机模拟自动催化系统方面相互合作时，他们便一拍
即合，立即决定做这个尝试。
　　1985年，当考夫曼从巴黎和耶路撒冷体完年假回来后，他们就着手这项研究。“我
们之间开始了密切的合作。”考夫曼说。对化学反应的随机网络的讨论是一回事，这样
的网络可以用纯数学语言来描述。但用相对真实的化学来模拟这些反应又是另一回事了，
这时事情很快就变得复杂化了。
　　考夫曼、法默和派卡德最后得出的是一个聚合物化学的简化模型。基本的化学建设
砖块，也就是根据米勒－尤瑞过程初理在初始原汤中可能形成的氨基酸和其他这类简单
的混合物，在计算机模拟中用a、b、c这样的象征性符号来表达。这些建设砖块能够相
互连接成链，形成更大的分子，比如像accddbacd。这些更大的分子反过来又会发生两
种化学反应。它们可能分裂开来：
　　accddbacd→accd＋dbacd或者它们也可以反过来，最终合为一体：bbacd＋cccba→
bbcadcccba
　　每一组反应都有一个相关的数——化学家将其称为率常数——这个数能够决定在没
有接触剂的情况下发生化学反应的频率。
　　当然，这个实验的全部意义在于观察在有接触剂的情况下会发生什么情况。所以考
夫曼、法默和派卡德必须找到能够分辨哪一个分子触发哪一种化学反应的方法。他们尝
试了好几种方法，其中考夫曼提议采取的一种与其他方法的效果类似的方法，即只是选
取一系列的分子，比如像abccd，然后任意指定每一个分子的化学反应，比如baba＋
ccda→babaccda。
　　在进行模拟时，一旦所有的反应速率和催化强度被界定清楚后，考夫曼、法默和派
卡德就让计算机开始丰富他们模拟的原始池塘，源源不断地提供像a、b、aa这一类的分
子“食物”。然后他们就坐下来，看看他们的模拟会产生什么样的结果。
　　在很长时间内，他们的模拟产生不出多少结果。这很令他们沮丧，但却并不令人吃
惊。反应速率、催化强度和食物供给率，所有这些参数都可能有误。要做的是改变这些
参数，然后再看看什么参数会起作用，什么参数不会起作用。他们在这样做时偶然发现，
当他们把参数修改到有利的范围之内时，模拟的自动催化组就产生了。更进一步的是，
自动催化组形成的条件，似乎正像考夫曼在他的关于抽象的网络定理中所预测的那样。
　　1986年，考夫曼和他的合作者发表了他们的研究结果。虽然这时法默吸收了一名研
究生，里查德·巴格雷（Richard　Bayley），来拓展和大幅度加快这个模拟实验，但法
默和派卡德这时早已兴趣别移了。考夫曼自己也开始进一步思考进化中自组织情形发生
的其他方式。但在这次计算机模拟实验之后，他比以往更深刻地感到，他已经真正面对
造物主的奥秘了。