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伊甸园之河 第五章 生命的复制大爆炸

勘校:盘古书柜 分类:科幻 更新时间:2020-04-06 01:24:03 来源:本站原创

第五章 生命的复制大爆炸

大多数恒星──我们的太阳就是一颗典型的恒星──已经稳定地燃烧了几十亿年。在星系的某处,有时会有一颗恒星在没有什么明显预兆的情况下,亮度突然增大,成为非常少见的超新星。

在大约数星期的时间里,超新星的亮度会达到原来的数十亿倍,然后,它就熄灭了,仅剩下暗淡的残骸。在一颗恒星变成超新星,并处在闪耀高潮的那几天中,它所放射出的能量,比过去上亿年中作为一颗普通恒星放射能量的总和还要多。如果我们的太阳变成了超新星,那么整个太阳系顷刻间就会烟消云散不复存在。所幸的是,这种事不大容易发生。在我们这个拥有数千亿颗恒星的银河系中,天文学家们迄今只记录到三次超新星爆发,分别发生于一○五四年、一五七二年和一六○四年。蟹状星云就是一○五四年超新星爆发事件留下的残余。这颗超新星是中国天文学家发现并记录下来的。当然,我这里所说的「一○五四年事件」,指的是有关这一事件的信息于一○五四年到达地球,而事件本身发生的时间则要比这早六千年。这颗超新星所放射的强光的前锋于一○五四年到达地球。自一六○四年以后,只观察到发生在其他星系的超新星。

还有另外一类恒星能够承受的爆炸。这种爆炸,不是形成超新星,而是产生信息。这种爆炸比超新星爆发缓慢得多,而形成的时间之长,是超新星所无法比拟的。我们可以把它称为「信息爆炸」或「复制爆炸」。为什么叫做「复制爆炸」,下面我们将会讲到。在形成信息爆炸的最初几十亿年中,只有近紧邻,才有可能探测到「复制爆炸」。最终,这隐约的爆炸证据泄漏到了宇宙中较远的地方,并且变得(至少是有可能)可以从遥远处探测到它。我们尚不知道这种爆炸将怎样结束。也许,最终它会像超新星那样逐渐消失,但首先我们还不知道这种爆炸会达到什么程度。或许,最终的结局是一场剧烈的、自我毁灭性的大灾难;或许,最终的结局是比较和缓的、重复的物质喷射,物质沿着预定的轨道,而不是简单的弹道轨道,离开星球,进入遥远的宇宙空间,在那里,它也许会影响其他星系发生同样倾向的爆炸。

我们对宇宙中「复制爆炸」了解得如此之少,是因为迄今我们仅仅看到一个例子;对任何现象,仅有一个例子不足以作为归纳性判据的。我们这一例子,其历史仍在发展之中。至今它走过了三十至四十亿年的历史,才刚刚开始向紧邻恒星泄漏。我们谈及的这个恒星是一颗黄色的主序矮星,接近我们银河系的边缘,在银河系一条旋涡臂附近。我们把它称为太阳。爆炸实际上起源于一颗在近日轨道上运行的行星,但引起爆炸的能量全部来自太阳。当然,这颗行星就是地球,而这场历时四十亿年的爆炸(或者称为「复制爆炸」),就是生命的复制大爆炸。我们人类是复制爆炸的一个极端重要的具体表现形式,因为正是通过我们──通过我们的大脑,我们用符号记述的文化,以及我们的技术──这爆炸才能向着下一个阶段发展,回荡于宇宙的深处。

我在前面说过,我们这颗复制炸弹,是宇宙中我们迄今已知的独一无二的复制炸弹,但这并不意味着这类爆炸比超新星少。不可否认,在我们这个星系中已经观察到了三颗超新星,那是因为超新星释放出的能量极大,从非常遥远的距离以外也很容易看到它。如果不是在几十年前,人类发射的无线电波开始从我们这颗行星飞向宇宙,那么,即使在离我们很近的其他行星上,也观察不到我们的生命爆炸。直到不久以前,我们的生命复制爆炸的唯一明显的具体表现形式也许就是大堡礁了。

一颗超新星就是一次巨大的、突然的爆炸。任何爆炸都是由触发事件开始的:某种量超过临界值,于是事情上升到失去控制,导致远远超出触发事件的结果。复制爆炸的触发事件,便是自发地产生能自我复制而又可变的独立体。自我复制之所以是一种潜在的爆炸现象,其理由与任何爆炸事件相同:指数式增长。你拥有的资金越多,你获得的利润就越大。你上旦有了一件自我复制的物品,你很快就会有两件。随后每件又各自复制一件,你就有了四件。再后就是八,十六,三十二,六十四……这样的复制仅需经过三十代,你就会拥有超过十亿件的复制品。经过五十代,便会有一百万亿件。经过二百代复制,则会有天文数字(一千零六十)的复制品。这是理论上的推算。现实上,它永不可能达到如此庞大的数量,因为这一数量比宇宙中原子的总数还要大。这一自我「拷贝」的爆炸过程,远在它们自由倍增到二百代之前就受到了限制。

关于启动了地球上这一进程的复制事件,我们还没有找到直接的证据。我们只能推断,这事件肯定发生过,因为我们自己就是这聚合在一起的爆炸的一部分。我们虽不能确切地知道最初的、启动自我复制的关键事件是什么,但是我们能够推断它必定是哪一类事件。它是从化学事件开始的。

化学是在所有恒星内部和所有行星上演出的剧本。在化学中扮演角色的演员是原子和分子。即使是最稀有的原子,用我们习惯的计数标准来衡量,其数目也是极其巨大的。伊萨克.阿西莫夫(Isaac Asimov)曾经算出,整个北美洲和南美洲十六公里深的地层内「石艾」215原子的数目「仅有一万亿个」。化学的基本单元总是在改变合作伙伴,形成不断变换的总数巨大的较大单位──分子。然而无论数目多么巨大,相同种类的分子总是相同的;这跟同一物种里的各个动物,或者著名工匠制作的每一支小提琴不一样,它们之间总有不同之处。原子运动的化学规律,使某些分子在世界上越来越多;另一些分子变得越来越稀少。很自然,生物学家就把那些在群体中越来越多的分子称为「成功的」分子。然而仓促接受这种说法是无益的。成功,就其字面意义而言,是一种在我们这个故事的后期才能达到的特性。

那么,导致复制爆炸的重大关键事件又是什么?我已经说过,它就是自我复制实体的出现;我们也可以把「自我复制实体」称为遗传现象的创造过程。我们可以把这个过程称为「同类生同类」,即「龙生龙,凤生凤」。这不是通常分子显示的现象。水分子虽然产生于庞大的群体中,却未表现出任何接近真正遗传的特性。从表面上看,你可能认为它们有这种特性。氢(H)和氧(O)经燃烧生成水,水分子(H2O)的群体就增大了。用电解的方法把水分子分解成氢气和氧气,水分子的群体又会变小。然而,尽管这里面有水分子群体的动态变化,但它却没有遗传特性。真正的遗传,需要一个起码的条件,那就是要有两种截然不同的H2O分子,它们都能产生与它们自己一样的「复制品」。

分子有时出现为两种镜象体。葡萄糖分子有两种,都由同样的原子,以同样的方式,组装成葡萄糖分子,唯一的区别是它们互为镜象。其他糖分子,以及许多其他分子(包括非常重要的氨基酸分子)也是这样。或许,对于化学遗传来说,这里有「龙生龙,凤生凤」的机会。右旋分子能否产生出下一代右旋分子,左旋分子能否生出下一代左旋分子呢?首先,让我们了解二些有关镜象分子的背景情况。这一现象最早是在十九世纪由伟大的法国科学家巴斯德(Louis Pasteur)发现的。巴斯德在观察酒石酸盐晶体(葡萄酒中的一种非常重要的物质)时取得了这一发现。一块晶体就像是一件固体的建筑,大到可用肉眼看见,人们有时把它做成项链佩戴。相同的原子(或分子)一个挨一个摞起来形成一块固体,这就是晶体。这些原子(或分子)并不是胡乱摞在一起,而是排列成规则的几何数组,就像身材一致的卫兵整齐划一的队列。那些已经成为晶体一部分的分子,就成了新增加分子的「范本」;新的分子从水溶液中析出,准确地嵌入晶体。这样,整个晶体按照一个精确的几何晶格生长。这就是为什么食盐的晶体是正六面体,而钻石晶体是四面体。当任何一种形状成为建造另一个像它自己一样的形状的模板时,我们就有了可能自我复制的微弱迹象。

现在,让我们回到巴斯德的酒石酸盐上来。巴斯德注意到,同一份酒石酸盐水溶液中出现了两种不同的晶体。这两种晶体除了互为镜象之外完全一样。他很费劲地把这两种晶体分成两堆。再次将它们分别溶解,他就得到了两种酒石酸盐溶液。尽管这两种溶液大部分特性都相同,巴斯德还是发现它们会使偏振光向相反方向旋转。这两种溶液中,一种会使偏振光逆时针旋转,另一种使偏振光顺时针旋转,因此这两类分子通常被分别称为左旋分子与右旋分子。你会想到,如果这两种溶液再次结晶,每种液体产生的纯晶体会是另一种纯晶体的镜象。

镜象分子互相之间确实不同,这就像左脚的鞋子与右脚的鞋子不同一样,无论你怎样尝试,都不可能把它们互相替换。巴斯德原来的溶液是两类分子的混合物,在结晶的时候,这两类分子执意各自与它们的同类排列在一起。一个独立体中存在两个(或更多)截然不同的类型是存在真正遗传的必要条件,但这还不够。晶体之间要实现真正的遗传,左旋和右旋晶体在达到某个临界大小的时候,就应当一分为二,而每一半又成为生长的范本,再生长到临界大小。在这些条件之下,我们确实会看到两个增长中的对立的晶体群体。我们也许真的应该说在晶体群中「成功」了,因为这两类晶体都在争夺相同的原子组分,其中一类晶体可能以牺牲对手为代价,凭借善于自我复制而变得数量大得多。遗憾的是,已知的绝大多数分子并不具有这种突出的遗传特性。

我为什么说「遗憾」呢?出于医学上的目的,化学家们想制造全部都是左旋的分子,他们甚至恨不得能「繁育」出这类分子来。但是,就分子所起的形成其他分子的范本作用来说,这些分子通常是成为其镜象分子的范本,而不是左旋分子「发育」出左旋分子,右旋分子「发育」出右旋分子。

这就使问题复杂化了,因为如果你是以左旋的形式开始,最终你会得到一个左旋分子与右旋分子各占一半的混合体。这一领域的化学家们正试图哄骗分子「生育」同一旋转方向的子代分子。然而,这是一个极难实现的把戏。

实际上,这个把戏的某种形式(尽管它可能并未涉及左旋右旋这种事)在四十亿年前就自然地和自发地实现过。那时,这个世界还刚诞生,转变为生命和信息的大爆炸才刚刚开始。然而,在大爆炸能够顺利进展之前,还需要有比简单的遗传更多的东西。即使左旋分子和右旋分子都显示出真正的遗传特征,它们之间的竞争也不会产生什么令人非常感兴趣的结果,因为只有它们两类。比如,一旦左旋分子赢得了竞争的胜利,这件事情也就结束了。不会有更多的进展了。

较大的分子能够在分子的不同部位上表现出旋性。例如,抗菌素莫能霉素(monensin)有十七个不对称的中心。这十七个中心,都各有一个左旋构型和一个右旋构型。二的十七次幂等于131072,因此,这种分子就有131072个不同的分子异构体。如果这131072个异构体都拥有真正的遗传特性,并且每种构型只产生本类型的分子,那么就会出现错综复杂的竞争,因为这131072个构型中最成功的成员在连续各代分子群体的数量统计中会逐步表现出自己的优势。但是,即使如此,这也不过是一种有限的遗传,因为虽然131072是个大数目,却仍然是个有限的数字。对于名副其实的复制爆炸来说,遗传是必需的;无限数量,即无尽的种类,也是必要的条件。

关于镜像遗传的问题,我们已经以莫能霉素为例进行了讨论。

然而,左旋与右旋的差别,并不是唯一可能用于遗传复制的差异。

美国麻省理工学院的化学家朱利叶斯.雷贝克(Julius Rebek)和他的同事们对产生自我复制分子的问题进行了认真的研究。他们所使用的不是镜像变构体。雷贝克等人采用两种小分子,这两种小分子到底叫什么名字无关紧要,我们姑且把它们称为A和B。将A和B混合于溶液之中,它们互相结合形成了第三种化合物C。每一个C分子的作用,就像是一个范本(或模具)。A分子和B分子在溶液中自由漂浮运动,发觉自己塞进了「模子」里面。一个A和一个B挤撞着落入模子里的某个位置上,从而使它们准确地排列并联结在一起,形成一个新的C分子,同前一个C分子一模一样。这些C分子不是紧紧靠在一起形成晶体,而是相互分离的。现在,两个C分子都成了产生新C分子的范本,于是C分子的群体呈指数增长。

至此,这个系统并未表现出真正的遗传特性,但它记下了结果。各种形式的B分子都与A分子相结合,形成自己的一类C分子变构体。这样,我们就会有各类C分子:c1、c2、c3,等等。每一类C分子变构体都是形成其同类C分子的范本。因此,C分子群体是不均质的。此外,不同类型的C分子在制造子代分子方面的效率是不同的。因此,在C分子群体中存在着各种C分子变构体之间的竞争。然而更妙的是,紫外辐射能诱导C分子发生「自发性突变」。新的突变型是「真正繁育的」,它产生与它相像的子代分子。

令人满意的是,新的突变型在竞争中战胜其母型,并很快占满整个试管,而这试管是这些母型分子的生存之地。A/B/B综合体并不是唯一具有这种行为的分子组。还有D、E和F,这是一个可资比较的三元组。雷贝克的研究组甚至能使A/B/C综合体和D/E/F综合体的成分杂交,形成能自我复制的「杂交体」。

在自然界中我们所知道的真正自我复制的分子──核酸DNA和RNA──总的来说更富有变异潜力。如果说雷贝克的复制体是一条只有两节的短链,那么DNA分子就是一条无限长的长链:这长链有千百节,每节又有四种类型;并且,当一段特定的DNA作为形成新DNA分子的模板时,每个链节又各自成为另一种特定类型链节的模板。这四个单位称为碱基,它们是四种化合物:腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤,分别简写为A、T、C和G。A总是作为T的模板,反之T总是A的范本;G总是作为C的模板,反之C总是G的范本。任何想象得到的A、T、C和G的排列都可能实现,并且能够忠实地复制下来。另外,由于DNA链的长度是不确定的,所以,能有的变异范围实际上是无限的。对信息爆炸来说,这是一个潜在的配方;而信息爆炸的交混回响可以从这行星家园直达每个恒星。

我们太阳系的复制爆炸,自它开始至今四十亿年中,大部分时间它的影响限制在它自己的星球上。只是在最近一百万年里,才出现了一个能发明无线电技术的神经系统。并且,仅仅是在最近几十年里,这个神经系统才实际上开发了无线电技术。现在,携带着丰富信息的无线电波正以光速从这颗行星向遥远的宇宙空间飞去。

我所以说「信息丰富」,是因为已有许多无线电波在宇宙中传播。恒星发出可见光频率的辐射,这个我们已经知道;恒星也发射调频的辐射。原始大爆炸留下的背景噪声仍然存在,那是它对时空的洗礼。但是这些无线电波并未组成有意义的形式,它还算不上是「信息丰富」。在半人马比邻星座的一颗行星上的射电天文学家会与地球上的射电天文学家一样,探测到这种背景噪声,但是他们同时会注意到,从太阳这颗恒星的方向射来了形式更为复杂的无线电波。他们可能不会把这种形式看成是四年前电视节目信号的混合物,但是他们会认为,与通常的背景噪声相比,从太阳方向传来的无线电波,形式更复杂、信息更丰富。半人马座上的射电天文学家们会兴奋而激动地报告,太阳发生了一次信息意义上的超新星大爆炸(他们会猜测──但又不能肯定──它实际上是来自绕太阳运动的一颗行星)。

正如我们所知道的,就时间进程而言,生命复制爆炸比超新星爆发慢得多。我们自己的生命复制爆炸经历了几十亿年,才到达无线电的大门口:在这个时候,我们人类世界的一部分信息开始流向宇宙,并开始让与太阳系相邻的恒星系沐浴在我们发出的有意义的脉冲之中。如果我们的信息爆炸具有典型性,我们可以设想,信息爆炸要跨越一系列分级递进的「门坎」。在生命复制爆炸的历程中,「无线电门坎」和它前面的一道门坎──「语言门坎」,出现得比较晚。至少是在我们这颗行星上,这两个门坎之前是「神经细胞门坎」,再往前则是「多细胞门坎」。第一道门坎,也就是所有这些门坎的祖宗,叫做「复制者门坎」,它是导致整个大爆炸过程的触发事件。

「复制者」为何如此重要?偶然产生一个分子,它具有一种无伤大雅的特性,可以作为模板合成与自身一样的另一个分子,而它就是最终反响可能超出行星的大爆炸的触发者,这怎么可能呢?正如我们已经看到的,复制者的部分能力表现于它的指数式增长上。一个简单的例子便是所谓的「连锁信」。你收到一张邮寄来的明信片,上面写道:「将这张明信片上的内容,分别抄写在六张明信片上,并在一周之内分寄给你的六个朋友。如果你不这样做,你将被咒语所困,在一个月之内死于可怖的极度痛苦之中。」如果你是明智的,你会把这明信片扔到一边去。但是,有相当一部分人不那么明智,他们或者属于盲目参与,或者属于害怕恫吓,寄出了六份相同的东西给其他人。在这六人当中,可能有两个人被说服而又将明信片寄给其他六个人。假设平均说来,有1/3的收信人遵照要求写了明信片,那么这明信片的流通量每周会增加一倍。理论上讲,这就意味着,一年之后邮寄明信片的数量将多达二的五十二次方,等于四千万亿。这么多的明信片,足以把全世界的男人、女人和孩子都闷死。

指数式增长如果未被资源短缺所阻止,那么它准会在短得令人吃惊的时间内造成大得令人吃惊的结果。实际上,资源是有限的,还有其他因素也会对指数式增长起限制作用。在我们所设想的这个例子里,当人们第二次收到这种连锁信的时候,大概就会回避它了。在争夺资源的竞争中,「复制者」的某些变异体会应运而生,因为它们能有效地倍增。这些更为有效的「复制者」会逐渐淘汰那些效率低下的竞争对手。这些复制体无一是有意识地使自己倍增,理解这一点非常重要。但是将要发生的只是这样的情形:这个世界将充满更有效的复制者。

在连锁信这个例子里,可能在明信片上多写一些好听的词语会更有效。去掉诸如「如果你不照明信片上的话去做,你就会在一个月之内死于可怖的痛苦之中」等令人难以置信的语言,改成「我恳求您,为了拯救您和我的灵魂,请不要冒险;哪怕您对此信还有些许怀疑,也请您遵照信上的指示,把这封信寄给其他六个人。」像这样的「突变」,会一次又一次地发生,最终的结果是邮寄中的信件将是一个许多不同信息的大杂烩,它们都来自同一个原本,但是具体的措辞上有了不同变化,每一封信讨好奉承的程度和方式也不一样。比较成功的变异体会以牺牲其不太成功的对手为代价,求得成功率上升。「成功」是「流通频率」的简单同义词。「圣祖德的信」就是这种成功的一个著名例子;这封信已在全世界周转了好几次,在这个过程中数量可能在增加。在我写这本书的时候,弗蒙特大学奥利夫.古迪纳夫博士(Oliver Goodenough)给我寄来了那封信,我们就此为《自然》杂志合写了一篇文章《思想病毒》。圣祖德的信是这样的:有了爱一切都能办到把这篇文章寄给你,是为了给你送去好运气。这篇东西起源于新英格兰。迄今它已绕地球邮寄了九次。这次该把好运送给你了。如果你在收到这封信四天之内再把它接着寄出去,你就会得到好运气。这不是开玩笑。你会从邮件中收到好运。不要寄钱。请把本文的抄件寄给你认为需要好运气的人。千万不要寄钱,因为信仰无价。不要留住此信。此信必须在九十六小时之内离开你。「远景研究计划」(A.R.P)的一位官员乔.埃利奥特收到了四千万美元。杰.韦尔奇的妻子在他接到信五天之后死了,因为他没把信寄出去。然而在妻子去世之前,韦尔奇收到了七.五万美元。请寄出此信的抄件,然后看四天之后会发生什么事。这封连锁信来自委内瑞拉,是索尔.安东尼.德格那斯写的,他是一位南美的传教士。信的副本必须周游全世界。你必须把这信抄二十份,分别寄给你的朋友和有联系的人,几天之后,你就会得到一个惊喜。即使你不迷信,这也是爱。请注意以下事实:坎顿纳.迪亚斯于一九○三年接到了这封信,他叫秘书誊抄此信并寄了出去。几天之后,他彩票中奖得了二百万美元。卡尔.多比特是一位办公室工作人员,他收到信之后,忘记应该在九十六小时内再把信寄出去。他失去了工作。后来,他找出这封信,抄了二十份寄出。几天后,他又得到一份更好的工作。多兰.费尔柴尔德接到信后不相信它,把信扔到一边,结果他在九天以后死去。一九八七年加利福尼亚州一位年轻妇女接到这封信时,信已经非常破旧,字迹模糊难辨。她心里想,要把它重新打字,然后再寄。于是把信放到一边,以后再办。她受到各种各样问题的折磨,包括花大笔钱去修车,皆因这封信在她手里停留九十六个小时没有寄出。后来她终于将信重新打字,履行了心中的承诺,她得到一辆新车。记住,不要寄钱。不要忽视它,它很灵验。

圣祖德这份滑稽的文件上。满处是经过几次「突变」留下的痕迹。文字上漏洞百出,用词不当,并且已知还有其他版本在流行。我们的文章在《自然》杂志上发表以后,我又收到来自世界各地的若干个明显不同的版本。例如,其中有一封信中「A.R.P.官员」被写成了「R.A.F官员」。美国邮政局非常熟悉圣祖德的信。邮政局的报告说,这封信在邮政局有正式记录之前就回来了,而且有再次爆发流行的迹象。

信里列举了很多例子,照着做的人交了好运,拒绝照着做就大难临头;然而请注意,无论是照着做的人,还是拒绝的人,都不可能把自己的事写到信中去。那些交好运的人,在信件尚未出手之前还没遇到好事,而受害者则根本就没有把信寄出去,他们怎么可能把自己的遭遇写进去?我们可以推测,这些故事都是臆造出来的,从信中那些令人难以置信的内容人们就能想到这一点。连锁信与那些导致复制爆炸的自然复制者最主要的区别也就在这里。连锁信最初是由人发出的,措辞上的变化是由人的头脑产生的。然而,复制爆炸开始时却没有思想,没有创造力,也没有意图,那时只有化学。然而,一旦自我复制的化学物质有机会生长,就会出现这样的自发趋势:比较成功的变异体以牺牲不成功的变异体为代价频繁增长。

正如在连锁信中出现的情况,在化学复制者中,成功就是周转频率的同义语。但是,那只是定义,差不多就是同义反复。成功是靠实际能力得到的,而实际能力意味着某种实实在在的东西、「同义反复」之外的任何东西。一个成功的具有复制能力的分子,由于有一定的化学特性,使其能够得以复制。尽管这些复制者自身的性质看起来是惊人一致,但是,实际上这意味着可以是几乎无穷无尽的变化。

DNA是如此一致,它完全由A、T、C、G这四个字母排列顺序的变化所组成。相比之下,为使自己得以复制,DNA序列所使用的方法则是千变万化,令人迷茫,这些情况我们在前面几章中已经见到了。让我们举几个例子:为河马提供更有力的心脏,为跳蚤提供更富弹性的腿,为雨燕提供更符合空气动力学的流线型翅膀,为鱼提供更有浮力的鳔。所有动物的器官和四肢,植物的根、叶和花,所有眼睛、大脑和思想,甚至连恐惧和希望,都是成功的DNA序列把它们自己送向未来的工具。工具本身千变万化,但是,相反地,制造这些工具的方法却极其单一,令人难以置信:仅仅是A、T、C、G的排列一次又一次地突变。

事情可能不总是那样。我们尚无证据说明在信息爆炸开始时种子的密码是用DNA字母写成的,确实,以DNA/蛋白质为基础的整个信息技术是如此复杂,化学家格雷厄姆.凯恩斯-史密斯(Graham Cairns-Smith)把它称为高技术,你简直难以想象它是偶然出现的,在它前面并没有某种其他自我复制体系作为先驱。这先驱也许是RNA;或者可能是某种像朱利叶斯.雷贝克的简单自我复制分子那样的东西;或者它可能是某种非常不同的东西:我在《盲人钟表制作匠》一书中详细讨论过一个具有挑战性的可能,那就是凯恩斯-史密斯本人提出的看法(见他的《生命起源的七条线索》)。他说,无机泥土结晶体即是最初的复制者。我们也许永远不能确定这一点。

我们所能做的,就是猜测发生在宇宙中任何地方的任何行星上的复制大爆炸的年表。具体发生了什么事,则必须取决于当地的条件。在冰冷的液态氨的世界里,DNA/蛋白质系统不会有什么作为,然而或许另外的某种遗传与胚胎系统能够运转。不管怎么说,这些正是我想忽略的那种细节,因为我想集中讨论与行星无关的一般方法的若干原则。现在,我要较为系统地讨论任何行星上生命的复制爆炸都须经过的一系列门坎。这些门坎,有一部分很可能具有普遍性,另外一些则仅限于我们这个星球。至于确定哪些具有普遍性,哪些只有局部意义,并不是很容易的事情,而且,这本身就是个很有兴趣的问题。

第一道门坎,当然就是复制者门坎,也就是说,出现了某种自我「拷贝」的系统。在这种系统中,至少有一种尚不完善的、在复制过程中会出现偶然的随机错误的遗传变体。跨过第一道门坎之后,行星上就有了一个混合群体,在这个群体中,各种变异体互相争夺资源。资源将会短缺,或者在竞争达到白热化程度的时候将变得短缺。一些变体的复制品在争夺匮乏的资源时,会表现得相当成功,而其他变体的复制品就不那么成功。这样,现在我们就有了一种自然选择的基本形式。

在开始时,互相竞争的复制者中,成功与否纯粹取决于复制者自身的直接特性,例如,它们的形状与模板相符的程度,但是现在,经历许多世代的进化之后,我们来到第二道门坎,即「表现型门坎」。复制者不是凭借自身的特性而存活,而是由于对某种东西产生因果效应而得以存活,我们将此称为表现型。在我们这颗行星上,表现型很容易被识别,如动植物身体上那些受基因能够影响的部分。这意味着身体的所有部分。可以把表现型视为能力的杠杆,成功的复制者靠它来控制通往下一代的道路。一般来说,或许可以给表现型下这样一个定义:它是复制者产生的结果,影响复制者成功的程度,而其自身不被复制。让我们举个例子,太平洋里一个岛上,有一种蜗牛,它有一个特殊的基因决定蜗牛壳是右螺旋还是左螺旋。DNA分子本身既非右旋,也非左旋,但它的表现型却有了螺旋方向。在为蜗牛身体提供保护这一点上,左旋壳与右旋壳的功效可能不同,它们并非都一样成功。蜗牛壳里的基因影响蜗牛壳的形状。能够造出成功蜗牛壳的基因,在数量上会超过不能造出成功蜗牛壳的基因。作为表现型,蜗牛壳不会生出下一代蜗牛壳。每一个蜗牛壳都是DNA制造的,是DNA产生了DNA。

DNA序列通过一系列复杂程度不同的中间事件来影响它们的表现型(比如蜗牛壳的螺旋方向),这些内容都被归纳在胚胎学这个总的题目之下。在我们的行星上,这个链条的第一个环节,总是蛋白质分子的合成。蛋白质分子的每个细节,都由DNA中四个字母的排列次序通过著名的基因编码而精密确定。但是,这些细节很可能只有局部意义。一般说来,一颗行星将含有这样的复制者,它们的表现型(不管通过什么方法)会对复制者成功地进行复制产生有益的影响。一旦跨越了表现型门坎,复制者就以其代表──「表现型」──在这个世界上存活下去。在我们这个行星上,这些表现型通常被限制在基因所存在的躯体内。但是,并非一定如此。有一种学说,叫做「扩大的表现型」(我曾以此为题写过一本书)。它认为,复制者用以实现其长期生存的表现型力量杠杆并不一定限制在复制者「自己」体内。基因能越出特定的躯体,自由地影响世界,包括影响其他躯体。

我不知道「表现型门坎」会达到怎样的广泛程度。我推测,在生命复制的大爆炸已经超越最初阶段的所有行星上,这个门坎应该已被跨过去了。并且,我还推测,列在我这个清单上的下一个门坎也是如此。这就是第三个门坎,即复制者门坎。这个门坎,在某些星球上可能先于、或者与表现型门坎同时被跨过。在早期,复制者很可能是独立的存在体,与裸露的复制者对手一起在基因之河的源头浮动着。但是,我们地球上的现代DNA/蛋白质信息-技术系统的特征,是基因不可能孤立地起作用。基因在其中发挥作用的那个化学世界,不是外部环境中的那种孤立无助的化学。诚然,外部环境构成了背景,但它是一种非常遥远的背景。DNA复制者赖以生存的最直接且至关重要的化学世界,是一个小得多的、比较集中的化学物质的「口袋」──细胞。在某种意义上讲,把细胞叫做化学物质的口袋会误导读者,因为很多细胞内部都有复杂的折迭膜结构,极重要的化学反应就在膜内、膜上,以及膜之间进行。化学微观世界──细胞──是由千百个基因联合组成的,而一些高等细胞是由数十万基因构成的。每一个基因都对环境有所贡献,所有基因都在开拓环境,以保证生存。基因是成组发挥作用的,在第一章中我们已从稍稍不同的角度看到了这一点。

在我们的行星上,最简单的自发DNA复制系统是细菌细胞,而为了制造所需的组分,它们至少要有数百个基因。非细菌的细胞称为真核细胞。我们自己的细胞,以及所有的动物、植物、真菌和原生动物的细胞,都是真核细胞。它们通常有数万个乃至数十万个基因,所有的基因都成组地发挥作用。正如本书第二章所说,看来很可能真核细胞是从结对的五个左右的细菌细胞开始的。但是,这是一种更高级的群体工作方式,不属于我在这里要讲的内容。我要强调的事实是,所有的基因都在化学环境中起作用,而这个环境是由细胞里的基因联合构成的。

在我们领会了基因是以组群方式工作之后,显然立即会设想:现今的达尔文选择是在基因组竞争对手之间进行的,也就是假设选择已经上升到更高一级的组织。的确很诱人,但依我的观点来看,这种说法在更深层次上出现了错误。如下的说法要明确得多:达尔文选择仍然是在基因竞争对手之间进行,得宠的是那些在其他基因面前更为成功的基因;尽管这些其他基因在另一些基因面前是属于得宠的。这一点,我们已在第一章中讨论过了。我们曾提到,共享数字之河的同一条支流的基因逐渐变成了「好伙伴」。

当生物复制炸弹在一个行星上聚集力量时,必须跨越的下一个重要门坎,或许就是「多细胞门坎」,我把它称为第四道门坎。正如我们在前面说过的,在我们的身体中,每个细胞都是一个小小的局部化学物质之海,有一组基因沉浮其中。虽然它容纳了整个组,然而它却是由组内一个分组所制成的。细胞将自己一分为二,然后每一部分又长成整个细胞那么大,于是细胞数增加了一倍。在发生这种情况的时候,基因组的所有成员都增加了一倍。如果这两个细胞并未完全分离,而是互相间保持着接触,就能形成一个大的体系、大的建筑。这时,细胞扮演着砖块的角色。建造多细胞体系的能力是非常重要的,不管在我们的世界里,还是在其他的世界里都是如此。跨越多细胞门坎之后,表现型就出现了。表现型的外观和功能只有在比单个细胞大得多的尺度上才会被领会。鹿角或树叶,眼睛的晶状体或蜗牛壳,等等,所有这些形状都是由细胞组成的,但是细胞的形状与它们完全不同。换句话说,多细胞器官的生长不同于晶体的生长。可以说,至少在我们的星球上,它们的生长更像一座建筑物的建设。建筑物的形状毕竟不像一块长得过大的砖。手有它独特的形状,但它并不是由手形细胞构成的;然而,如果表现型像晶体那样生长的话,手就会是由手型细胞构成的了。另外,像建筑物一样,多细胞器官之所以具有特定的形状和大小,是因为一层层的细胞(砖块)根据某些规则在一定的时间停止生长。从某种意义上说,细胞还必须知道相对于其他细胞它们自己应处在什么位置。肝细胞的表现,就好像它们知道自己是肝细胞一样,此外,它们还知道自己是处在肝叶的边缘,还是在中间部位。至于它们是怎样做到这一点的,这是个很难解答的问题,需要进一步研究。对这一问题的回答,可能只适合我们这个星球的局部情况,因此我就不在此作进一步的讨论了。在第一章里提到过这些情况。无论它们的细节如何,如同生命中其他方面的改进一样,肝细胞的生长方法也被完全相同的一般过程所优化了:成功基因的有规律生存是由其作用所决定──在这个事例中,「作用」是指对细胞与相邻细胞的关系发挥影响。

我要考虑的下一个主要的门坎,是高速信息处理门坎,我觉得它的意义可能已超越了一个具体的星球。在我们这个星球上,这第五道门坎是由一类特殊的细胞──神经原(或称神经细胞)──跨越的,因此,在地球上我们可以把这道门坎叫做神经系统门坎。不论在一颗行星上是怎样跨越这道门坎的,这个阶段都是极重要的。

因为到了这一步,产生一个动作所需要的时间,要比基因靠化学作用直接运作所花时间短得多。捕猎者扑向它们的美餐,而猎物为求活命而躲闪,都是动用肌肉和神经系统采取行动和作出反应,其速度要比基因最初构建器官胚胎的折迭速度不知快多少倍。当然,在其他星球,速度的绝对值和反应时间的长短会与地球的情形大不相同。但是,在任何星球上,只要由复制者构建的「装置」的反应时间,开始比复制者自己创立胚胎的时间快上若干数量级时,就意味着跨越了一道重要的门坎。我们尚不能肯定,其他星球上的那种「装置」是否一定与我们这个星球上的神经原和肌肉细胞这些东西相似。然而在那些星球,一旦跨越了类似我们星球的神经系统门坎,一系列重要的进展就会接踵而来,而复制爆炸将踏上冲出星球走向宇宙的旅程。

在这些结果中,「脑」作为数据处理单元的巨大集合体,能够处理被「感觉器官」所获取的复杂数据,并且能够把数据记录于「内存」中。跨过神经原门坎之后,便出现更为复杂、更为神秘的结果──知觉意识,我把它称为第六个门坎:知觉门坎。在我们这个星球上,每隔多少时间出现一次这个门坎,我们还不清楚。有一些哲学家认为,知觉门坎与语言有决定性的密切关系;看来这道门坎只曾达到过一次,是被二足的猿类智人越过的。无论知觉是否需要语言,我们都应该认识到语言门坎是一道主要的门坎,即第七道门坎,是在某一颗星球上也许被越过了,也许还没有被越过的门坎。

至于语言的一些细节,诸如它是通过声音,还是通过其他物质媒介来传播,这取决于当地的具体条件。

从这一点来看,语言是一个起联网作用的系统。借助这个系统,脑(这是我们这个星球上的称呼)之间可以友好地交换信息,从而使协作的技术得以发展。协作技术,从制造石器工具开始,经历了金属冶炼、有轮交通工具、蒸汽机时代等,直至今日的电子技术时代,其本身就具有大爆炸的许多特征。因此,协作技术的始创就完全配得上「协作技术门坎」这个称呼,这是第八个门坎。的确,人类文化可能已经培育出一枚全新的复制炸弹,它具有一种新的自我复制机制(我在《自私的基因》一文中称为meme),在一条文化之河中增殖和进化。meme炸弹可能正在发射,它与基因炸弹的轨迹相平行;是后者较早建立了脑/文化条件,使得发射成为可能。然而对我们这一章来说,这又是一个大大的题目。我必须回到行星上的大爆炸这个主题上去,我们还要注意到,一旦达到了「协作技术」这个阶段,发展到一定程度时,就很可能拥有向本行星以外施加影响的能力。于是,就跨过了第九道门坎──无线电门坎。那颗行星之外的观察者就有可能注意到,有一颗恒星系统新近发生爆炸,那是一颗复制炸弹。

正像我们已经看到的,外星上的观察者们最早收到的很可能是无线电波,那是这颗行星上进行无线电通信时泄漏到外空的电波。此后,复制炸弹的技术继承人可能自己就会主动地将注意力转向天外恒星。我们自己业已朝这个方向迈出了小小的一步:向宇宙空间发射专为外星智慧生命「特制」的信息。但是,你完全不了解外星智慧的特性,又怎能为它特制信息呢?显然,这是很困难的,而且我们的努力很有可能已经被错误地接受了。

迄今为止,人类主要的精力都放在努力使其他星球上的观察者们注意到我们的存在,而不是向他们发出有实质内容的信息。这项任务与第一章中提到的那个假想的克里克森教授面临的任务同样艰巨。克里克森把要传达给外界的信息导入病毒的基因组中,我们可以采用与克里克森相同的策略,借助无线电传送信息,向地球以外的世界标示我们的存在,这可能是一个很灵敏的方法。音乐或许是宣传我们这个物种的一个好办法,即使收到音乐信号者没有耳朵,他们也会以他们自己的方式来理解它。著名科学家兼作家刘易斯.托马斯(Lewis Thomas)曾建议,应该播放巴赫的作品,巴赫的全部作品,除了巴赫以外什么也不播放。当然,托马斯自己也担心,他这种意见会被当作是一种自我吹嘘。然而,同样地,完全是外星思想的人可能会错误地认为那音乐是脉冲星有节奏地发射出来的脉冲波。脉冲星是一种每隔几秒钟(或更短时间)有规律地发出一个无线电波脉冲的恒星。一九六七年,剑桥大学的一个射电天文学小组首次发现脉冲星,一时间引起轰动,因为人们以为这些信号可能是外星人给我们发来的信号。然而人们很快就认识到,比较严谨的解释是:一颗以极高速度旋转的小恒星,不断地向外发射无线电扫描波束,就像灯塔工作时那样。直至今天,我们还没有接到过从宇宙中传来的确实无疑的通信信号。

在无线电波之后,关于我们自己的大爆炸的下一步发展,我们所能想象到的就是实际的太空旅行了。这就是第十道门坎:太空旅行门坎。科幻小说家们一直梦想着人类的子代群体在其他行星上繁衍,或者幻想着他们的机器人在行星际增殖。这些子代群体可以被视为自我复制信息新袋中的种苗;这些信息袋会以卫星复制炸弹,继续用爆炸的方式向外再次扩张,既传播基因,又传播meme。如果这一幻想有朝一日成为现实,那么我们作如下想象也许不算太离谱:未来的某个马洛(ChristopherMarlowe)重新描述数字之河,他说道:「看哪,看哪,生命的洪流在大空中流淌!」迄今为止,我们几乎还没有向外迈出第一步。是的,我们已经登上月球;尽管这是个宏伟的成就,尽管月球不是一只葫芦,但是从我们终将与之取得联系的外星人的角度来看,月球距地球大近了,几乎算不上什么太空旅行。我们已经向太空深处发射了数目不多的几个无人宇宙飞行器,它们正沿着没有尽头的轨道向前飞行。

其中之一,作为富于幻想的美国天文学家卡尔.萨根(CarlSagen)突发灵感的结果,携带着专门设计来让任何偶然遇到它的外星智能生物破译的信息。镌刻着信息的金属牌上还饰有制造者的形象──一男一女的裸体像。

这看来是带我们兜了一圈,回到本书开始时关于祖先的神话传说中去。然而,这对男女不是亚当和夏娃,他们优雅形体下面镌刻的信息,是比《创世纪》中记载的任何东西部更有价值的、关于我们生命复制大爆炸的圣经。人们还设计了能得到普遍理解的图像语言:那个牌上记载着他们来自某颗恒星的第三颗行星,以及那颗恒星在星系中的精确坐标。作为我们人类向外星人递交的「国书」,这块牌上还刻着一些表示化学和数学基本原理的图像。如果这个密闭的小舱有幸偶然为外星智慧生物所获,他们会相信,创造出它的那种文明必定具有某种比原始部落的迷信更进步的东西。他们将会知道,在茫茫太空的那一边,很久以前就发生了另一起生命复制大爆炸,并且已经达到一种文明的高峰,值得与之对话。

哎,无奈这个小小密封舱在一个「秒差距」(相当于三.二六光年)的距离内飞经另一个复制炸弹的可能性简直微乎其微。一些评论家认为,这件事的价值,仅仅是地球人在表达他们的激情而已。举起双手,做出和平姿态的一对男女裸体浮雕,被人们郑重其事地送入太空,走上了星际飞行的无尽旅途。其意图显然是将它作为我们人类第一次「出口」有关我们自己的复制大爆炸知识的成果。这件事对我们通常很狭隘的、微不足道的意识可能会有某种有益的作用;而对于众所公认的,威廉.华兹华斯(William Wordsworth)的伟大意识来说,则可能会是剑桥大学三一学院里牛顿雕像的富有诗意效果的回声:

枕上遥望,

窗外一片星月之光。

依稀看见

那教堂前厅中央。

这里矗立着

牛顿的雕像。

严肃而平静

牛顿的面庞,

华美的标志,

为这大智慧

在陌生的思想之海

永远独自远航。

(全书完)

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