斯图尔特·考夫曼的自动催化组

斯图尔特·考夫曼是一位有着非凡创造性的科学家。考夫曼的思考从“秩序”开始。对考夫曼而言，秩序就是对人类存在的奥秘的回答，它解释了在这个似乎是被偶然因素、混乱和盲目的自然法则所支配的宇宙里，我们怎么会作为有生命的、会思考的生物出现并存在的。秩序告诉我们，人类确实是大自然的偶然产物，但又不仅仅只是偶然的产物。达尔文认为，人类和所有其他生命体无疑都是40亿年随机变化、随机灾难和随机生存竞争的产物。但考夫曼认为达尔文的自然选择法也并不是人类存在的故事的全部。达尔文并不知道事物存在自我组织的力量，即将自己组织成日益复杂的系统的持续力量，尽管事物也像热力学第二定律所描述的那样，同时也存在永远趋于解体的持续力量。达尔文也并不知道，秩序和自组力量创造了有生命的系统，就像创造了雪花这种形式，或一锅沸腾的汤的热汤分子对流的现象。所以考夫曼宣称，生命的故事确实是一个偶然现象和偶然事件编织而成的故事，但这也是一个关于秩序的故事：它表现了一种融于大自然的经纬之中的深刻的、内在的创造力。

考夫曼早年就思考生物学：“从一个受精卵开始，然后就这个东西逐渐发展，变成一个有秩序的新生命，然后又变成一个成熟的生命。”不知为什么，单个的受精卵能够分裂，变成不同神经细胞、肌肉细胞和肝脏细胞，以及上百种不同的细胞，这个过程精确到万无一失。大多数新生命一出生就完美无缺，至今仍然是生物学中最美丽的奥秘之一。遗传程序中的最微小的错误都会导致一个发展中的细胞的癌变，或可以将之完全置于死地，分子基因学家努力译解精确无误的生化机制，研究在这个生化机制中基因A是如何打开基因B的，基因C、D、E的活动又是如何影响整个开关过程的。而考夫曼思考细胞差别是怎样形成的。他发现，在一个真正的细胞里许许多多的调节基因可以同时作用，所以基因组电脑不像人类制造的计算机那样逐步执行指令，而是同步的、平行地执行大多数，或所有遗传指令。如果情况真是这样的话，那么重要性不在于是否这个调节基因精确地按照界定好的程序激活了那个调节基因，而是这个基因组作为一个整体是否能够安顿下来，将活性基因组合成一个稳定的、自我连贯的形态。单个的基因组能够有许多稳定的行为形式这一事实，也许正是发育过程中能够产生许多不同细胞类型的致因。

如果我们只能用大量详尽的自然选择过程中未必能发生的细节来解释生物的秩序，那我们今天就不会存在于此了。只有足够的宇宙空间和时间上的机遇并不能产生这一切。考夫曼想要证明秩序是最初就出现的，并不是后天置入和演化出来的。在遗传调节系统中，秩序是天然而成的，带又不可避免的性质。秩序以某种方式自由地存在于事物之中，它是自动形成的。达尔文描述任何一种生物体的精确的遗传详况都是随机演变和自然选择的产物，但生命本身的自组，即秩序，却具有更深刻、更根本的含义。秩序纯粹地产生于网络结构，而不是产生于细节。事实上，秩序是造物主的头等奥秘。遗传秩序自由地存在可以从真正的细胞里发现其遗传回路，它显然经过了几百万年进化的精加工。考夫曼推想，在无数可能的遗传回路中，它们是唯一能产生有秩序的稳定构型的遗传回路吗？如果是这样的话，那他们就是一种黑桃牌的类似物了。进化居然能幸运到产生它们，那就真是个奇迹了。或者稳定的网络就像拿到一手黑桃、红桃、草花和方块混合牌一样通常吗？因为如果情况果真是这样的话，那进化偶然选择了有用的遗传回路，就是一件轻而易举的事了。真正的细胞中的网络就会是正好凑巧通过了自然选择的那个了。

那么秩序从何而来？如果每一个基因都被许多其他基因所控制，使基因网络变得像一盘意大利面条一样稠密地纠缠在一起，那么整个系统就会猛烈动荡，陷于混乱的局面。稠密连接的网络会非常敏感：调节任何一个基因的状态，从打开的状态调节到关闭的状态，就会引发雪崩现象，导致网络像瀑布一样无休无止地来回翻滚。这就是为什么稠密连接的网络总是趋于混乱状态的原因，它们永远不可能安顿下来，但在只有两个输入的网络中，开关一个基因并不会引起连续扩散的变化波动。在大多数情况下，被触及的基因会恢复到原来的状态。事实上，只要基因活动的两种形态相差不是很大，它们就会趋于会聚。这就是“秩序”。考夫曼的秩序与布莱恩阿瑟的“杂乱”其实是同一回事——也就是“突现”，即复杂系统中永不停息地把自己组织成各种形态的趋向。

考夫曼不相信生命的起源是一个随机的结果，他相信还有另外的产生自我复制系统的途径，一种能够允许有生命的系统依靠自己的努力，从简单的化合反应逐步发展成为生命的方式。他认识到，如果初始原汤中条件成熟，那就完全不用等待随机作用的结果。初始原汤中的混合物会形成一个连贯的、自我强化的相互作用网。更进一步的是，这个网中的每一个分子能够接触和催化这个网中其他分子的形成，这样，较之网外外的分子，网内所有的分子都会稳定的得到越来越大的发展。从整体来看，这个网能够催化自我的形成。它会成为一个“自动催化组”。在这里，秩序再一次出现了，这是自由存在的存在。秩序自然地产生于物理学和化学的法则之中。秩序从分子的混沌之中自发地浮现出来，宣布自己是一个发展的系统。

我们无法在任何一个自动催化组中发现事情的本质，事情的本质存在于这个自动催化组的整体动力上：它的集体行为。自动催化组或许是有生命的，它能够呈现出某种非常明显的生命特征，比如，它能够发展。自动催化组具有开放性，能够随着时间的推移产生出越来越多的、变得日趋复杂的分子。自动催化组甚至具有一种新陈代谢的功能：分子网络能够稳定地把漂浮在初始原汤中的氨基酸和其它形式的分子作为“食品”分子来供应，把它们粘合在一起，将这个自动催化组变成更加复杂的混合体。自动催化组甚至能够显示出原始的自我繁殖的方式：如果一个自动催化组凑巧从一个小池塘溅洒到一个相邻的池塘，那么相邻的池塘中的自动催化就会立即开始在新的环境中发展。如果这个池塘内早有另外的自动催化组存在，那么这两组就会为资源而展开竞争。这样就由自然选择来扬弃和优化这些自动催化组。对环境变化更能适应，或拥有更有效的接触催化效果的，更善于产生相互作用的，或拥有更复杂、更精致分子的自动催化组通过自然选择被保留了下来。这意味着生命确实可能依靠自己的努力从非常简单的分子发展进入存在。这也意味着生命并不是一个随机的偶然事件。而是大自然自我组织的、持续强制力的某种表现。考夫曼坚信生命就是这样开始的。

布莱恩·阿瑟认为自动催化组是一个伟大的发现，不仅仅因为这是关于生命起源的一个绝妙的解释，而且和经济学如此相似。自动催化组就是一个分子转换网，正如经济是商品和服务的转换网一样。从真正的意义上来说，自动催化组其实就像一种极其微小的经济体系，它吸取原料（原始的“食品”分子），然后把原料变成有用的产品（也就是自动催化组里更多的分子）。更有甚者，自动催化组能够依靠自己的努力来进化，就像经济那样，能够随着时间的推移越发展越复杂。如果发明是老技术的新结合，那么，搜书网站相变的存在也有助于解释为什么贸易对经济的繁荣如此重要。假设有两个不同的国家，每一个国家的发展都介于临界点之下，这两个国家的经济就会毫无起色。但假设这两个国家开始做贸易，它们各自的经济就会进入相互依存阶段，形成了一个较为复杂的更大的经济体系，于是就有可能超越临界点，使经济爆发般地向外扩展。一个自动催化组完全能够像经济体系一样经历进化过程中的繁荣期和衰落期。将一种新的分子注入到初始原汤中往往能够彻底改变旧有的自动催化组的结构，这和以马代步的方式被汽车的出现所代替时，经济体系发生了改变是一个道理。自动催化论的特点是骚乱和变化、以及一些严重的后果都起源于看似微不足道的小事，而在这些现象之后隐藏着意义深远的自然法则。

自动催化组思想的效用最终可能远远不限于经济学领域。在这个模型中同时也可以容纳偶发性事件和法则。相变是有规律的，而其中的特殊细节却无规律可循。也许我们掌握了历史的发展进程是如何开始的这样的模型，可以解释工业革命或作为文化转变的文艺复兴这样的历史性事件的起源，解释为什么一个封闭孤立的社会或社会精神在某种新思想注入之后就无法继续保持封闭孤立。你也可以对寒武纪大爆发问同样问题：五亿七千万年前这个充满海藻和池塘浮渣的世界突然爆发而成为充满大量复杂的、多分子生物体的世界。为什么突然出现多样生物？也许是因为世界超越了多样化的临界点而引起了爆发，也许是因为世界从海藻丛发展了更有营养、更复杂的物质，这就导致了一个转换过程带动又一个转换过程的转换爆发期。这和经济现象是一样的。

考夫曼的自动催化组的定律表明：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，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。