一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

撰文 | 尹涛

对于20世纪80年代的小姐姐和小哥哥来说,收音机堪比今天的手机、平板、笔记本电脑。

没有收音机?你可能娶不到媳妇儿。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

那么问题来了,如果你家收音机坏了,找谁修?怎么修?需要几个步骤?

物理学家vs生物学家修收音机

如果你找到迷人的理查德·费曼先生,他只需要绕着它转两圈就能修好收音机。

在《理查德·费曼传》和《别闹了,费曼先生!》中,都提到了物理学家理查德·费曼小时候修收音机的故事。

10多岁的费曼痴迷于收音机,甚至做起了修收音机的小生意。但与一般人不太一样的是,他只要边踱步边思考就好了。

有一次,他先是盯着坏了的收音机看了看,然后便在屋子里走来走去。人们怀疑他根本修不好收音机。

费曼在屋里散了会儿步之后,从收音机里拽出了两根管子,将它们的位置互换又插了回去。结果收音机就这么被轻轻松松地修好了。于是,收音机的主人惊呆了。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

理查德·费曼

那么,要是找一名生物学家来修收音机,他能完成这项任务吗?

你可能会遗憾地发现不行。

俄罗斯生物学家尤里·拉泽布尼克写过一篇著名的幽默论文,题为《生物学家能修理收音机吗?》。

这是一篇拿自己开涮的文章,拉泽布尼克假设自己妻子的老式晶体管收音机坏了,需要他修理。

好吧,对于一位典型的生物学家来说,修理收音机可不是件小事。

第一步:收集大量类似的收音机,仔细检查每一台,留意它们之间的差别,并根据颜色、形状、大小等对元件进行分类。

第二步:试着移除一两个元件,或者让它们交换位置,看看会发生什么。这是为了确定哪些元件是关键性的,因为移除关键元件会导致收音机完全停止工作,而缺少不那么重要的元件只会影响音质而已。

到这里,一项庞大的研究才刚刚开始。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

一台晶体管收音机可是有很多元件的,它涉及很多变量,因此生物学家需要更多的预算才能对收音机进行深入研究。

接下来,他可能还会使用功能强大的显微镜,深入到晶体管、电容器等元件的原子层面去寻找线索。

看到这里,你会觉得很荒谬吧?

为什么会出现这样的结果呢?

这是因为物理学与生物学在研究问题的方法上有着根本性的不同。

生命是什么?

在20世纪40年代,生物学的发展还远远落后于物理学。别提生命基本过程的细节了,人们甚至搞不清楚,为什么生命看起来似乎能够违背物理学的一个基本定律——热力学第二定律。

如果你忘了这是什么,可以简单理解成“万事万物都有熵增大(变得混乱)的趋势”,只要回想一下不收拾的屋子会乱成什么样子就会明白了。

著名的物理学家薛定谔提出了一个问题:生命是什么?

没错,就是那个把猫关在盒子里,让它既生又死的家伙。他怀疑,当时已有的物理学和化学可能没法解决这个问题。

于是,天才的薛定谔先生预言了某种“非周期性晶体”的存在,认为它是生命的秘密。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

你可能猜到了,他说的正是DNA。

接下来的几十年里,分子生物学领域出现爆发式发展。

科学家弄明白了DNA的双螺旋结构,破解了遗传密码,还把达尔文的进化论和遗传学整合起来。

说起DNA,恐怕今天已经没有人不知道了。生物学家在做研究时也习惯了从分子层面去看待和解决问题,这也是修收音机对他们来说有难度的原因吧。

幸福来得这么突然,还这么成功,以至于大多数科学家觉得:生命那些令人惊讶的性质,似乎可以单靠原子和分子物理学来解释了,不用再借助任何全新的理论。

这就是还原论的观点。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

可是,提出“生命是什么”这个问题的薛定谔本人并不这么乐观,玻尔和海森堡这些量子力学的大佬也认为:我们需要新的物理学,才能彻底解决这个问题。

因为只靠DNA为核心的分子生物学,并不能完全解释生命为什么有那么大的“魔力”。

组成生命和非生命的原子都是一样的,为什么一团细胞和一块石头就那么不一样呢?这种尺度,或者说规模带来的巨大差距说明:在微观和宏观之间,在没有生命的无机物和生物体之间,有个至关重要的秘密还没有揭开。

我们可能需要换个角度思考问题,比如,如果生命是台机器——当然是比收音机要复杂多的、极为精妙的高级智能机器,它的硬件自然是分子结构,那么软件是什么?

是信息!

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

将生命与非生命区分开来的东西就是信息。

德国科学家贝恩德–奥拉夫·屈佩尔斯说:

“如果没有信息,生物学就将失去意义。”

在组织尺度上,负责发送信号的分子会在相邻细胞间传递信息,其他分子则随血液循环在器官间传送信号。即便是单个细胞也能收集和处理周围环境中的信息,做出相应的响应。

当然,生物体的最杰出的信息处理系统是大脑,它经常被人们比作数字计算机。

生物会繁殖,并通过繁殖将它们的信息传递给后代。

比如,我们会从父母或祖父母那里遗传某些具体的特征:红头发、蓝眼睛、雀斑、长腿……这种信息被编码在基因中,然后作为繁殖过程的一部分被复制。因此,生物繁殖的本质就是遗传信息的复制。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

除了个体生物之外,还有社会结构和生态系统。蚂蚁和蜜蜂之类的社会性昆虫通过传递信息来协调群体活动,比如觅食和选择筑巢地点等。鸟儿会聚集成群,鱼儿也一样,这些都说明信息交换是它们的协同行为的核心。

所以,著名理论物理学家、宇宙学家和天体生物学家保罗·戴维斯告诉我们:

生命=物质+信息

分子结构是生命的“硬件”,信息网络是生命的“软件”。

生物体中含有大量高效的微型机器,它们聪明地处理和控制着信息,战胜了热力学第二定律,从混沌中获得秩序。而进化让这张隐形的信息网络不断升级。

恭喜你,现在已经get了信息论的全新视角,踏在了物理学、生物学、计算机科学和数学等学科融合的跨界领域。

重新审视癌症基因

信息论能用来做什么呢?

开发信息引擎、建造生物电路、研究量子计算机……基本上你能想到的所有前沿领域,它都能用上,比如,重新审视癌症基因。

在生物学领域,癌症是被研究得最多的课题,过去50年间有超过100万篇相关论文发表。关于令人恐惧的癌症,有两个普遍存在的迷思,你可能正陷在其中:

第一,癌症是一种“现代疾病”

第二,癌症主要危害人类

大错特错!癌症的起源要比现代人类早多了,而且它广泛存在于几乎所有多细胞生物中。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

癌症是什么?

其实它是一种有着古老起源的生物学现象,是多细胞生物在进化过程中付出的代价。

在单细胞的世界里,只有一种生存逻辑:复制,复制,还是复制。从这种意义上说,单细胞是永生的。

然而,多细胞生物的“永生”工作由专门的生殖细胞承担,对于普通的体细胞来说,只需要复制有限的次数就够了,比如一个皮肤细胞通常复制50〜70次。

于是,多细胞生物体就和单个细胞签订了“契约”:单细胞放弃长期复制的能力,加入集体:作为交换,单个细胞的基因信息能得到更好的传播。

当信息传递出现问题,这种契约被破坏的时候,单个细胞就会回到自私的原始生存状态,完全不顾及周围的其他细胞,只追求自己的不断复制。

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

这就是癌细胞的产生和传播。

所以,癌症无新鲜事。这是一种极为古老和原始的细胞防御机制,类似于电脑的安全模式。

它不是损伤的产物,而是对损伤性环境的响应。

有了这样的认知,我们就能理解为什么对抗癌症那么困难了,因为癌症是多细胞生物生存逻辑的一部分,和它作战注定是一场艰巨的斗争。

也许未来的人工智能可以成为我们的数字医生,通过观察我们细胞中的信息模式,为我们进行诊断和预警——包括癌症风险的预警。

然后,我们可以努力调整到健康、平衡的信息模式,或许更换甚至再造部分有缺陷的细胞元件,就像修理收音机那样治疗疾病。

我们的数字医生还可以通过重写生命的软件——信息代码并上传到细胞中,轻松地治好我们,就像程序员找到bug并打上补丁,然后按下重启按钮一样,so easy!

一个有趣的问题:生物学家能修好收音机吗?

《理查德·费曼传》

[美] 劳伦斯·克劳斯 著

中信出版集团

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据