伊甸园之河

天天读书网（www.book.d78i.com）整理前言--------------------------------------------------------------------------------大自然，看上去是个通俗的名字。在它的名下，数十亿数十亿数十亿粒子，数百万数百万数百万次，玩着它们的无尽的游戏。　　　　　　　　　　 皮特·海因（Piet Hein）皮特·海因的这首短诗记述了传统的早期物理世界。但是当跳跃的原子小球偶然撞到一起时，组成了一种具有某种单纯特性的物体，重大的事件在宇宙中发生了。这种单纯的特性，是指这种物体的自我复制能力，即：这些物体能够利用周围的物质，把自己再一模一样地“拷贝”出来，在这个过程中偶尔也会出现有某些小缺点的“复制品”。在这次发生于宇宙某处的独一无二的事件之后，随之而来的便是“达尔文的自然选择”，于是，在我们这个星球上出现了一幕奇特华丽的表演，我们把它称为“生命”。如此众多的事实，被如此少量的假设所解释，这种情形从未有过。达尔文学说不仅仅掌握了绰绰有余的解释能力。生命自我复制所遵循的法理简洁有力，具有诗一般的美感。这种美感甚至超越了最使人难以忘怀的关于世界起源的神话。我写这本书的目的之一，就是要对达尔文生命论的鼓舞力给予充分的承认。线粒体夏娃比神话传说中的夏娃更富有诗意。生命的特征，用大卫·休漠（David Hume）的话来说，“最使曾经充满期望的人们着迷般地赞赏它”的是由一些元件组成的、能够完成某种明确意向的结构。达尔文称这种结构为“极端完善和复杂的器官”。地球生命的另一个特征，也给我们留下深刻的印象，那就是它们丰富的多样性。就估计的物种数量而言，创造生命的方式就有几千万种。我写此书的另一目的，就是让读者理解，所谓“创造生命的方式”这种说法，与“向后世传递DNA编码文本的方式”是同义语。我所说的“河”，是DNA之河，它流经地质时代并出现分流，那陡峭的河岸控制着每个物种的遗传游戏。“DNA之河”的比喻是一种有效的解释问题的方法，它有令人惊异的说服力。从某种意义上来说，我所写的书都致力于阐述和探索具有无限威力的达尔文进化论原理。只要有足够的时间，让原始的自我复制的结果呈现出来，达尔文主义的威力随时随地都会释放出来。《伊甸园之河》继续执行这一使命，并从宇宙的高度，讲述简单的原子撞击游戏中发生复制现象之后，接着发生的故事。在本书的写作过程中，我有幸得到各方面人土的支持、鼓励和建议，以及建设性的批评，他们是：迈克尔·伯基特（Michael Bir－kett）、约翰·布罗克曼（JohnBrockman）、史蒂夫·戴维斯（SteveDavies）、丹尼尔·丹尼特（Daniel Dennett）、约翰·克雷布斯（John Krebs）、萨拉·利平科特（Sara Lippincott）、杰里·莱昂斯（Jerry Lyous）。特别是我的妻子拉拉·沃尔德（Lalla Ward）。本书中有一些段落曾在别处发表过，在这里引用时又做了加工。第一章中关于数字计算机和模拟计算机代码的那些叙述，摘自我发表于《观察家》（The Spectator，1994年6月11日）的一篇文章。第三章中记述了丹·尼尔森（Dan Nilsson）和苏珊娜·佩尔格（SusannePeIger）关于眼睛进化的研究，部分取材于我在《自然》杂志（Nature）1994年4月21日上撰写的文章。我要感谢这两本刊物的编者允许我引用上述文章。最后，谨对约翰·布罗克曼和安东尼·奇塔姆（Anthony Cheetham）邀请我参与《科学大师佳作系列》丛书的写作，致以谢忱。1994年于牛津第一章　数字之河--------------------------------------------------------------------------------任何民族，都有关于他们部落列祖列宗的英雄传说。这些传说，往往形成他们的宗教崇拜。人们敬畏甚至崇拜自己的祖先，因为正是他们的祖先，而不是那些超自然的神灵，掌握着揭示生命奥秘的钥匙。生命诞生后，大多数在长成之前就死了；能达到成年井繁殖后代的只是少数；能够繁殖千代的，更是极少数。这少数中的极少数，是元祖中的精华，他们才是以后世世代代后人的真正祖先。祖先虽少，后代众多。现今所有活着的生物体，包括每一种动物和植物，所有的细菌和真菌，各种爬行类动物，还有本书的读者，都能回顾自己的祖先并骄傲地宣称：在我们的祖先中，没有一个是幼年夭折的。他们都活到了成年，每位找到了至少一个异性伙伴并交配成功“。我们的祖先，没有一个在有了至少一个孩子之前就死于敌手，或死于病毒侵染，或死于失足坠崖。我们祖先成千上万的同龄人，有很多就是由于这些原因而不幸陨命。然而，我们的每个祖先都逃脱了这种厄运。上面的陈述是再明白不过的了，然而还远不止这样一些事情。还有很多事既难以理解又出人意料，或者既清楚明了又让人惊异。所有这些都是本书将要讨论的内容。所有生物体的基因，都是从它们祖先那里继承的，而不是从列祖列宗那些失败的同代人那里遗传的。因此，所有的生物都有一种倾向，那就是拥有成功的基因。它们具备能够使它们自己成为祖先的那些东西，即生存能力和繁殖能力。这就是为什么生物都自然地会继承这样的基因，这些基因倾向于建造一个设计良好的机器——一个积极工作的机体，仿佛是在努力使自己成为一个祖先。这也正是为什么鸟儿那么善于飞翔，鱼儿那么善于游水，猴子那么善于攀缘，而病毒又是那么善于传播。这也正是为什么我们热爱生命，热爱性事，热爱孩子。这是因为我们所有的人无一例外地从延绵不断的成功祖先们那里继承了我们全部的基因。这个世界到处都有生物，而这些生物都具有那些能够使它们成为祖宗的东西。一句话，这就是达尔文的进化论。当然，达尔文的进化论远不止这些；而且，现在我们能说的就更多，这也就是为什么我们读的这本书没有到此止笔的原因。这里，很自然会出现对上面这段话的误解，这是极有害的。它会使人认为，由于祖先们做了成功的事情，便产生了一种结果：它们传给它们孩子的基因，比它们从上一代那里继承的基因有了提高。有关它们成功的某种东西留在了基因中，这正是它们的后代所以善飞翔、善游水和善于求爱的原因。错了，大错特错了！基因不会在使用过程中得到改善，除非出现非常少见的偶然错误，它们只是被按原样传下去。并非成功产生了好的基因，是好的基因创造了成功。任何个体在它一生中所做的一切，都不会对基因产生任何影响。那些生下来就具有好基因的个体，最有可能成长为成功的祖先，因此，与不良基因相比，好的基因更有可能传至后世。每一代就是一个过滤器、一个筛网：好的基因能够穿过筛网到达下一世代；不良基因则由于个体幼年夭折，或者没有后代而终止。或许，不良基因有幸与好的基因同在一个身体之内，它们也可能通过一两代的筛选。然而，要一个接着一个地通过1000个筛网，就不仅是要有运气了。通过1000个世代的逐次筛选之后，那些让生物体能经受筛选的基因，很可能就是好基因了。我曾说过，那些经历一个接一个世代存活下来的基因，应该是曾成功地产生了祖先的基因。这话不错，然而也有明显的例外，需要在这里加以说明，以免造成误解。有些个体从本能上就不会生育，但它们似乎生来就是为了帮助把它们的基因传给下一代。工蚁、工蜂、白蚁中的工白蚁和黄蜂中的工黄蜂，都是不能生育的。它们辛勤劳动不是为了成为祖先，而是为了使它们有繁殖能力的亲属（通常是它们的姐妹和兄弟）成为祖先。这里有两点需要弄明白。第一，在任何一种动物中，姐妹兄弟共有相同基因的概率是很高的；第二，是外部环境，而不是基因，决定了一只白蚁是变成能生殖的白蚁，还是变成不能生殖的工白蚁。所有的白蚁，都带有这样一些基因，它们在某些环境条件下能使白蚁成为不能生殖的工白蚁；而在另外一些条件下变为有生殖力的白蚁。能生殖的白蚁把一些基因一代代传下去，这些基因能使得工白蚁帮助它们繁殖后代。工白蚁在基因的作用下辛勤工作，而这些基因的副本则存在于会生殖的白蚁体内。工白蚁这些基因拷贝竭尽全力帮助有生殖力的拷贝通过世世代代的筛选。工白蚁既可能是雄性的，又可能是雌性的；但在蚂蚁、蜜蜂和黄蜂中，做工的都是雌性。除此之外，原理上都是相同的。从广义上说，这种情况也表现在若干种鸟类、哺乳动物和其他动物中，它们中的兄长或姐姐在一定程度上抚育弟弟或妹妹。总而言之，基因取得穿过筛网的通行证，不仅靠那些自身将要成为祖先的个体，而且也靠着那些有亲属将成为祖先的个体的助力。本书标题所说的河，指的是一条DNA之河，它是在时间中流淌，而不是在空间流淌。它是一条信息之河，而不是骨肉之河。在这条河中流淌的，是用于建造躯体的抽象指令，而不是实在的躯体本身。这些信息通过一个个躯体，并对其施加影响；然而信息在通过这些躯体的过程中却不受躯体的影响。这条河流经一连串的躯体，不仅不会受这些躯体的经历与成就的影响，而且也不受一个潜在的、从表面上看，更具威力的“污染源”的影响，那就是：性。在你的每一个细胞中，都有一半基因来自你母亲，另一半基因来自你父亲，这两部分基因肩并肩地相依相伴。来自你母亲的基因与来自你父亲的基因最紧密地结合在一起，创造了你——他们的基因的不可分割的精妙混合体。但是来自双亲的基因本身并不融合，仅仅是发挥它们各自的作用，基因本身都具有坚实的完整性。进入下一代的时刻到来了，一个基因或者进入这个孩子的体内，或者不参与这样的行动。父亲的基因不会与母亲的基因混合，它们独立地完成重组。你身体内的一个基因，或者来自你的母亲，或者来自你的父亲。这个基因来自你的4位祖辈之一，而且仅仅来自他们中的某一位；进一步推论，这个基因来自你的8位曾祖辈之一，而且仅仅来自他们之中的某一位。依此规律，可以追溯到更远的世代。我们谈到了一条基因之河，但是，同样我们可以说它们是通过地质年代行进的一队好伙伴。从长远的观点来看，繁殖种群的所有基因互相都是伙伴。从短期来说，这些基因存在于个体之内，而且与同享一个躯体的其他基因成为“临时的”比较密切的伙伴。只有基因善于组建个体，而这些个体又能在该物种所选择的特定生活方式下，很好地生存和繁殖，这些基因才能代代相传。为了能很好地活下去，一个基因必须与同一物种（同一条河中）的其他基因良好合作。为了能长久地生存下去，一个基因必须是一个好伙伴。这个基因作为同一河流中其他基因的伴侣，或者在其他基因的背景下，它必须做得很好。其他物种的基因是在另外的河流之中。不同物种的基因不会在同一个体中共存，因此，从某种意义上来说，它们不必相处得很好。作为一个物种，其特征是；任何一个物种的所有成员流过的基因之河都是相同的，而同一物种的所有基因都必须做好准备，相互成为良好的伙伴。当一个现有物种一分为二的时候，一个新的物种就诞生了。基因之河总是适时分出支流。从基因的角度来说，物种形成（即新物种的起源）便是“永别”。经历一个短期的不完全的分离之后，这支流与主流不是永远分道扬镳，就是其中之一或双方都起向干涸、消失。两条河在各自的河道之内是“安全”的，通过性的重组，河水互相混合、再混合。但是，一河之水永远不会漫过自己的河岸，去污染另一条河流。一个物种分裂为两个物种之后，两套基因就不再互为伙伴了。它们不会再在同一个躯体中相遇，因此也就无从要求它们和睦相处。它们之间不再有任何交往。这里所说“交往”的字义是指两套基因各自的暂时载体——个体之间的性交。为什么会发生物种分裂？是什么因素导致两套基因的永别？又是什么原因使得一条河流分成两条支流，并且互相疏远以至永不汇合？尽管在细节上尚有争论，但没有人怀疑这一观点，即，最主要的原因是由于偶然发生的地理上的分离。虽然基因之河是在时间中流淌，然而基因的重新配对，却是发生在实在的个体之内，而这些个体都在空间中占有一定位置。如果北美灰松鼠与英国灰松鼠相遇，它们是有可能交配井繁殖的。但是，它们不大可能相遇。北美灰松鼠的基因之河与英国灰松鼠的基因之河实际上被4800公里宽的海洋隔开了。尽管人们认为，一旦有机会，这两支基因队仍然能够成为好伙伴，但事实上它们已经不再互为伙伴了。它们已经互道珍重，当然这还不是一次不可逆转的永别。但是如果照这样再分离数千年，这两条河就会漂离得非常远，以至如果这两种灰松鼠相遇的话，它们将不能再交换基因了。这里的“漂离”两字，说的不是空间上的分离，而是指它们已不能相容。类似这样的事情，肯定也发生在以前灰松鼠和红松鼠分离之后。这两种松鼠已经不能杂交了。虽然在欧洲的有些地区它们同时存在，而且经常相遇，还在一起争夺坚果，它们已不能再交配产生具有繁殖能力的后代了。这两种松鼠的基因之河流得相距太远了，以致它们的基因在同一躯体中已不再能够互相合作了。许许多多世代以前，灰松鼠的祖先与红松鼠的祖先原本是相同的个体。但是，后来它们在地理上被分隔开了——把它们分开的，或许是山，或许是水，而最终是大西洋。于是灰松鼠的一套基因与红松鼠的一套基因分道而行。地理上的隔离导致它们在生育上缺乏适应性。好伴侣变成了坏伴侣。或者，如果做一个让它们交配的试验，它们将表现出不是好伙伴。坏伙伴会越变越坏，直至现在，它们干脆就不再互为伴侣了。它们之间的分离是永别，两条基因之河分开了，而且注定越离越远。在很久很久以前，我们人类祖先和大象祖光之间也曾发生过同样的事情。或者，鸵鸟的祖先（它也是人类的祖先之一）和蝎子祖光之间，也发生过这种事情。现在，DNA之河或许已经有了近3000万条支流。所以这样说，是因为据估计现在地球上大约存在着这么多个物种。而且，还有一种估计，现存物种的总数，只不过是地球上曾经存在的物种总数的1％。由此可以得出，地球上总共曾经存在过30亿条DNA河的支流。今日的3000万条支流之间，已经发生了不可逆转的分离。它们中的大多数将最终消失得无影无踪，因为大多数物种终将消亡。如果你沿着这3000万条河流（为了简洁明了起见，我用“河流”这个词代替“河流的支流”）溯本求源，就会发现它们都曾一个接一个地与其他河流互相汇合。大约在700万年前，人类的基因之河与黑猩猩的基因之河是合在一起的，而几乎在同时，大猩猩的基因之河与黑猩猩基因之河也是合在一起的。再倒退数百万年，我们所加入的非洲古猿基因之河与猩猩基因之河合流。在比这更早的年代，我们祖先的基因之河是与长臂猿的基因之河同流的（而长臂猿的基因之河顺流向下，分裂出几个不同种的长臂猿与合趾猿）。如果我们在时间坐标上再奋力回溯，曾与我们的基因之河合流的一些河流，在向前流淌的过程中又分出许多支流：欧洲猴、美洲猴，以及马达加斯加狐猴等等。在更久远的过去，我们人类的基因之河曾经与另外一些基因之河合流，一些主要的哺乳动物种群，如啮齿动物、猫、蝙蝠、大象等，就是后来从那些基因之河分裂出来的。再往前，我们又见到另外一些基因之河，各种爬行动物、鸟类、两栖动物、鱼类、无脊椎动物，分别是从这些河流分裂出来的。在关于基因之河的比喻中，我们必须对一个重要方面加以注意。当我们想到所有哺乳动物的源头支流（而不是说细分至出现灰松鼠的小支流）时，头脑中便浮现出密西西比河和它的支流密苏里河这样宏伟的图象。归根结底，哺乳动物分支，是在不断地分支再分支，直至产生了所有的哺乳动物——从老鼠到大象，从掘穴而居的困鼠到高踞枝头的猴子，等等。人们会这样想：哺乳动物的源流必定是一条滚滚向前的巨大洪流，不然它怎能注满它的千万条重要支流呢？然而，这种联想却是大错特错了。所有现代哺乳动物的祖先从非哺乳动物分离出来，这与任何其他物种的形成相比，并不显得“声势浩大”。如果当时恰巧有一位博物学家光临，这个过程甚至不会引起他的注意。基因之河的新支流就像一条小溪，栖居育着夜间活动的小生灵。这些小生灵与它们的非哺乳动物亲戚之间的差异极小，就像红松鼠与灰松鼠之间的那种关系。只是到了后来，我们才把哺乳动物的祖先当做哺乳动物看待。在最初时，它们不过是另一种貌似哺乳类的爬行动物，与其他十来种有口鼻部的小动物并无显著差别，都是恐龙的一小口美食。所有大的动物类群，比如脊椎动物、软体动物、甲壳纲动物、昆虫、环节动物、扁虫，以及水母等等，在早期它们的祖先分手的时候，同样也没有什么戏剧性。当软体动物（以及其他动物）始祖的基因之河，与脊椎动物（以及其他动物）始祖的基因之河刚刚分离的时候，这两群生物（可能类似蠕虫）非常相像，以至它们之间还可以交配。它们仅仅是由于偶然地被地理上的障碍所分离，才未能相遇和交配。比如，也许是干旱，陆地把原来的统一水体隔开了。没有人能猜到其中一个群体注定会生出软体动物，而另一个群体注定会生出脊椎动物。这两条DNA之河不过是刚刚勉强分开的小溪，这两种动物类群还很难区分开。动物学家们对这些都是很明白的，但是每当他们认真注视巨大的动物类群（比如软体动物和脊椎动物）时，他们就往往忘了这些，而被诱人迷津，认为主要类群间的分离才是重要的事件。动物学家们之所以会误入歧途，是因为他们已经被教会了一种几近虔诚的信条：动物界每一个大的分界都有某种权独特的标志，德文称之为“BauPlan”（生物蓝图）。尽管这个词不过是“蓝图”的意思，然而它已经成为被认可的术语了。尽管在新版《牛津英语大辞典》中还没有这个词（我对此略感震惊），我总要为它找到一个对应的词。从技术意义上说，Bauplan 常常被翻译为“身体的基本设计”。使用“基本”这个词招致危害，它会导致动物学家们犯严重的错误。举例来说，一位动物学家曾经提出，在寒武纪（大约6亿年至5亿年前），进化过程一定与晚些时候的进化过程完全不同。他的推理是这样的：现在出现的是新物种，而在寒武纪时期出现的是新的类（如软体动物和甲壳纲动物）。谬误是显然的！即使是像软体动物和甲壳纲动物这样根本不同的生物，原本也是同一物种，仅仅由于地理上的原因被分隔开来。在刚刚分开的最初一段时间里，如果它们能相遇的话，还可以互相交配井繁殖后代，但是它们没能相遇。在分别经过数百万年计的进化过程之后，它们各自获得了现有的特征。现代动物学家事后根据这些特征，把它们分别称为软体动物和甲壳纲动物。这些特征被称为“生物蓝图”。但是，动物界主要的生物蓝图是从共同的源头分岔后逐渐进化而来的。在对究竟是如何渐变或如何突变的看法上，显然存在着小小的差异。虽然大家发表的意见很多，但差异并非特别大。还没有人（我的意思是没有一个人）认为进化会快到一步就产生出一个全新的生物蓝图。我所说的这个作者的文章发表于1958年。今天，极少有动物学家明确地接受他的主张，但他们有时会含蓄地表露出来，好像动物的主要类群不是因偶然的地理上的隔离从一个祖先群体分离而成，而是自己冒出来的，而且一下子就完全形成了，就像雅典娜从宙斯的脑袋里钻出来一样。分子生物学的研究表明，在任何情况下，大动物类群之间的接近程度，比我们通常想象的要大得多。你可以把遗传密码看作是一本词典。在这本词典里，要把一种语言的64个单词（4个字母中取3个，共64种可能的三联体）标绘到另一种语言的21个单词（20种氨基酸加1个标点符号）上。两次64：21的排列完全相同的可能性极小，只有100万亿亿亿分之一。然而，事实上，所有迄今为止我们所见到的动物、植物和细菌，它们的遗传密码完全一样。地球上一切有生命的东西肯定都是一个祖先的后裔。没有人对此提出质疑。以昆虫和脊椎动物为例，人们在研究中发现，不仅它们的遗传密码本身，甚至遗传信息的排序也惊人地相似。一个相当复杂的遗传机制决定了昆虫的体节的分化，而在哺乳动物中也发现了不可思议的相似遗传机制。从分子角度来说，所有的动物互相之间都有相当近的亲缘关系，甚至植物也一样。你不得不到细菌中去寻找我们的远亲。即使如此，细菌的遗传密码同我们的也一样。为什么能对遗传密码做如此精确的计算，而对解剖图作同样的精细研究就不可能？原因就在于遗传密码是严格数字化的，而数字是可以精确计算的。基因之河是一条数字之河，下面我必须对这个工程术语详加解释。工程师们给出了数码和模拟信号之间的重大区别。留声机、录音机，直到前不久还在使用的大多数电话机，都是使用模拟信号。激光唱机、计算机，以及大多数现代电话系统，都使用数码。在模拟电话系统中，由声音引起的空气压力的连续波动，被转换成电话线中相应的电压波动。唱机的工作原理与此相似：唱片转动时，它的波状纹道引起唱针的振动，唱针的振动又被转换为相应的电压波动。在电话线的另一端，受话方电话耳机里金属薄膜在变化电流的作用下发生振动，于是受话者便能听到声音了。同样，变化的电流通过唱机的扬声器，便把唱片上记录的音乐放送出来了。这种“密码”既简单又直接：电线中电流的波动与空气压力的波动成比例。所有可能的电压，只要是在一定限度之内，都能通过电线传输，电压之间的差异是重要的。在数字电话中，通过导线的只有2个可能的电压，或者若干个可能的离散电压值，例如8个或256个。信息并非蕴含于电压本身，而是包含在离散电平的图形中。这叫做脉冲编码调制。在任一时刻，实际电压很少能精确地等于8的整数倍（称为标称值），但是，接收装置将抹去零头使它达到最接近的指定电压，这样，即使传输情况很差，在导线的另一端，信号仍然几近完美。你所要做的事，是使这些离散电平相差足够大，从而接收装置不致把随机波动“翻译”为错误的电平。这是数字编码的一个重大特征，这也正是为什么声象系统以及其他信息技术日益走向数字化的原因。当然，计算机早已在它们做的每一件事情中采用了数码。为了方便起见，我们采用H进制码，它只有两个电平，而不是8个或者256个电平。即使是在数字电话中，进人送话器的声音以及耳机发出的声音，仍然是空气压力的一种模拟式的波动。从交换机到交换机之间传送的都是数字信息。人们要建立某种代码以便把模拟值一微秒一微秒地“翻译”成离散脉冲系列，即由数码表示的数值。当你在电话里恳求你的情人时，音调的每一细微差异，每一次哽咽，动情的叹息，渴望的音色，都仅仅是由数码这一种形式通过导线传送过去的。你会被数码感动得热泪盈眶，但有一个先决条件，就是那些感人的声音被以足够快的速度编码和译码。现代电话交换机运行速度极快，可以把线路时间分成若干份，这就像一位象棋大师能够同时与20人车轮大战那样。采用这种方法，数以千计的对话可以同时在一条电话线路上进行；这些对话表面上是同时进行的，但在电子学上是分开单独进行的，互相之间没有干扰。一条数据干线，就是一条数字的大河。今天，许多数据线路已不再是导线了，而是无线电波的波束，可以从这个山顶直接发送到那一个山顶，或者由卫星进行转发。这是成千条数字之河，它们仅在表面上分享同一河道，全靠聪颖的时间分配技术才得以实现；就像红松鼠和灰松鼠，虽然生活在同一棵树上，但是它们的基因却从未混合过。让我们再回到工程师的世界里来。模拟信号只要不被反复地复制，它的缺陷倒也无碍大事。录音磁带可能有嘶嘶声，但它很小，除非将声音放得很大，否则你也许不会注意到这嘶嘶声。然而在你将音乐放大的同时，嘶嘶声也被放大，还带进了新的噪声。但是如果你将磁带复录，复录后再复录，一次又一次地复录下去，经过100次的复录之后，磁带上留下的将只有可怕的嘶嘶声。在全模拟电话时代，这种现象就成了问题。任何电话信号经过很长的一段电话线之后都会衰减，因此必须将它们“提升”，即加以放大，比如每100公里就要放大一次。在模拟信号时代，这是一件令人头疼的事，因为每一级放大都会增加背景的嘶嘶声。数字信号也需要放大，但是，由于我们已经知道的原因，这种放大过程不会引入任何“误差”：不论需要经过多少次放大，我们都可以借助一定的装置使信号得到改善，完美地走向下一程。即使数字信号旅行成干上万公里，嘶嘶声也不会变大。在我小时候，母亲对我说，神经细胞就是人体内的电话线。然而，它们是模拟的还是数字的？回答是：它们是这两者有趣的混合体。一个神经细胞可不像一段导线。它是一条细长的管子，一种“化学变化波”从中经过，就像炸药包的引线，在地上咝咝作响地燃烧着。然而，又不像引线，神经细胞能够很快地恢复；在经过短暂的休息之后，神经又能“咝咝作响”了。波的幅度（像引线的温度）在波沿神经传播时会有变化，但这没有任何影响。代码不关心幅度的涨落。有化学脉冲和无化学脉冲，这就像数字电话里的两个分立的电平。从这个意义上讲，神经系统是数字式的。但是，神经冲动不会被编码为字节：它们不能组成离散的代码数值。相反，信息的强度（如声音的响度、光线的亮度，甚至情绪的迸发等等）由脉冲的频率表达出来。工程师们把这种方式叫做脉冲频率调制。在出现脉冲编码调制技术以前，曾经广泛采用脉冲频率调制技术。脉冲频率是个模拟量，而脉冲本身是数字式的：脉冲要么有，要么无，没有其他量值。如同其他数字系统一样，神经系统也从这一特点中获益匪浅。在神经系统中，也有一种相当于“放大器”的东西，但不是每100公里才有一个，而是每1毫米就有一个——在脊髓和你手指尖之间便有800个这样的“放大器”。如果神经冲动的绝对幅度在发挥作用，人的一支胳膊的长度就足以使所传输的信息面目全非，更不要说一头长颈鹿脖子那样的长度了。每一次放大都会引入更多的随机误差，就像进行800次的磁带复录一样。或者，就像用复印机进行复印，复印件再复印，经过800次复印之后，最后得到的将是模糊一片的灰色。数字编码为解决神经细胞题提供了唯一的解决办法，而自然选择也充分接受了它，基因的情况也是如此。弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（JamesWatson）是揭开基因分子结构之谜的人。我认为他们应当像亚里土多德和柏拉图那样世世代代受到尊敬。他们获得了诺贝尔生物学和医学奖，他们应该获此殊荣。然而，与他们的贡献相比，这奖励是微不足道的。谈论继续不断的革命，在字眼上几乎是矛盾的，然而不仅仅是医学，还有我们对生命的全部理解都会发生一次又一次的革命。这些革命是观念变化的结果，而观念上的变革是这两个年轻人在1953年发起的。基因本身，以及遗传疾病只不过是冰山的一角而已。在沃森和克里克之后，分子生物学真正的革命性变化，是它已变成数字式的了。在沃森和克里克之后，我们知道，从内部的微细结构讲，基因本身就是一长串纯数字信息。尤其是，基因结构是真正数字式的，像计算机和激光唱机那样完全的数字化，而不是像神经系统那样部分的数字化。遗传密码与计算机代码不同，不是二进制的；遗传密码与某些电话系统也不相同，不是8位码；遗传密码是一种4进制代码，它有4个符号。基因代码完全像计算机的机器代码一样。除了专业术语不同之外，分子生物学杂志里面的每一页都可以换成计算机技术杂志的内容。关于生命核心的数字革命带来了许多结果，其中最重要的是，它给活力论者们关于“有生命物质与无生命物质有极大区别”的观点以致命的最后一击。直到1953年，人们可能还相信，在有生命的原生质中存在着某种基本的、不可再分的神秘物质。自那以后不再有人这样想了。甚至那些原先倾向于机械生命论的哲学家也不敢期望，他们那最不切实际的梦想能得到满足。下面这段科学幻想小说的情节还是说得通的，只是技术上与今天不同，比今天的技术略微超前了一些而已。吉姆·克里克森（Jim Crickson）教授被外国的邪恶势力绑架，他们逼迫克里克森在一个生物战实验室里工作。为了拯救世界文明，他所应该做的最重要的事情，就是把一些绝密的信息传递给外部世界。然而，所有正常的联系渠道都断绝了。只有一个例外，DNA密码有64个三联体“密码子”，足够组成一个包括26个大写字母和26个小写字母的完整英文字母表，外加10个数字、一个空格符号和一个句号。克里克森教授从实验室的样品架上取来一种恶性流感病毒，用无懈可击的英语句子将他要传达给外界的完整情报，设计在病毒的基因图谱中。他在设计的基因图谱上一遍又一遍地重复发布他的情报，还加上了一个极易辨认的“标志”序列，就是说，为首是10个引导数字。他让自己感染了这种病毒，然后到一个挤满了人的房间里不停地打喷嚏。一个流感浪潮横扫全球。世界各地的医学实验室都开始分析这种病毒基因图谱的排序，以期设计出一种疫苗来对付它。人们很快就发现，病毒的基因图谱中有一个奇怪的重复的模式。引导数字引起了人们的警觉：这些数字是不可能自发产生的。于是有人无意中想到采用密码分析技术来解决问题。这样，没费多少工夫，克里克森教授所传递的英文情报就被人们读懂了，消息传遍了全世界。我们的基因系统（也是我们这颗行星上所有生命的通用基因系统）是彻底数字化的。你可以一字不差地把《新约全书》编入人类基因图谱中由“闲置”DNA占据的部分，这些DNA 还没有被利用，至少是没有被人体以通常的方式利用。你体内的每一个细胞都含有相当于46盘巨大的数据磁带的信息，通过无数个同时工作的“读出磁头”将数字符号取出。在每一个细胞中，这些磁带——染色体——所包含的信息是一样的，但不同类型细胞中的读出磁头根据它们自己的特殊目的，挑出数据库中不同部分的信息。这就是为什么肌肉细胞会不同于肝细胞。这里没有受到心灵驱使的生命力，没有心跳、呻吟、成长，也没有最初的原生质，神秘的胶体。生命仅仅是无数比特数字信息。基因是纯粹的信息，是可以被编码、再编码和译码的信息，在这些过程中，其内容不会退化，也不会改变。纯粹的信息是可以复制的，而且由于它是数字信良，所以复制的保真度可以是极高的。DNA符号的复制，其精确度可与现代工程师们所做的任何事情相媲美。它们一代代被复制，仅有的极偶然的差错只足以引起变异。在这些变种中，那些在这个世界上数量增多的编码组合，当它们在个体内解码和执行时，显然能自动地使个体采取积极步骤去保持和传播同样的DNA信息。我们——一切有生命的物质——都是存活下来的机器，这些机器按照程序的指令，传播了设计这个程序的数据库。现在看来，达尔文主义就是在纯粹数码水平上的众多幸存者中幸存下来的。现在看来，不可能有其他的情况。我们可以想象一下模拟式的基因系统。我们已经知道，模拟信息经过连续若干代的复制之后会产生什么样的后果：变成了一片噪声。在设有许多放大器的电话系统中，在多次转录磁带的过程中，在复印再复印的过程中——总之，在累积退化过程中，模拟信号极易受到损害。因此，复制只能进行有限的几代。然而，基因则不然，它可以自我复制千万代而几乎没有任何退化。达尔文的进化论之所以成立，仅仅是因为复制过程是完美无缺的——除去一些分立的变异，自然选择法则决定了这些变异或者被淘汰，或者被保留下来。只有数字式的基因系统能够使达尔文的进化论在地质时代中永放光华。1953年是双螺旋年，它将被看作是神秘论生命观和愚昧主义生命观的末日，而达尔文主义者则把1953年视为他们的学科最终走向数字化之年。纯粹的数字信息之河，庄严地流过地质年代，并分解成30亿条支流。它是一个强有力的形象。但是，它在什么地方留下了熟悉的生命特征？它在什么地方留下了躯体、手脚、眼睛、大脑和胡须，树叶、树干和树根？它又在什么地方留下了我们和我们的各个部分？我们——动物、植物、原生动物、菌类和细菌——难道仅仅是供数码式数据从中流过的小河河道吗？从某种意义上来说，是这样。但是，正如我在前面所说，还不止这些。基因并不仅仅是复制它们自己，一代一代往下传。它们实际上把时间消磨在躯体内，它们存在于躯体内，它们影响一代接一代的躯体。躯体，从外观到行为都受到它们的影响。躯体也是重要的。就拿北极熊来说。北极熊的躯体不仅仅是数字小溪的河道，它还是一部像熊那么大而复杂的机器。整个北极熊种群的所有基因是一个集体——它们是好的伙伴，肩并肩地走过时间旅途。但是，它们并不把时间都消耗在陪伴这个集体中所有其他成员上：他们在集体的一群成员内更换伙伴。“集体”这个词的定义是，它是一套基因，这些基因有可能与这集体中的任何其他基因（但不是世界上其他3000万个集体之一的成员）相遇。实际的相遇总是发生在某一北极熊躯体的某一个细胞之中。因而，那个躯体并不是消极地接受DNA的一个容器。每个细胞里都有完整的一套基因，想象一下细胞的巨大数目便足以使你震惊：一只大公熊体内有9亿亿个细胞。如果将一只北极熊的所有细胞排成一队，足以从地球到月球排一个来回。这些细胞分成几百种截然不同的类型，所有的哺乳动物基本上都有几类细胞：肌肉细胞、神经细胞、骨细胞、表皮细胞等等。同一类型的细胞聚集在一起形成组织：肌肉组织、骨组织等等。所有不同类型的细胞都具有构成这种类型所需的基因指令。只有与相关组织相适应的基因才能被激活。这就是为什么不同组织的细胞形状和大小均不相同。更有趣的是，特定类型细胞中被激活的基因导致这些细胞长成特定形状的组织。骨骼并不是没有形状的、硬实而坚固的大块组织。骨骼有它们特定的形状：有中空棒状的，有球状和凹窝状的，还有脊椎骨和骨距等等。细胞由它内部激活了的基因编好了程序，就好像它们很清楚自己的相邻细胞是哪些，自己的位置在哪里。它们就这样形成了自己的组织，长成了耳垂，或者心脏瓣膜、眼球、括约肌等不同的形状。像北极熊这样的复杂有机体，它有很多层次。北极熊的躯体就是许多具有精确形状的器官（如肝脏、肾脏、骨骼等）的复杂集合体。每一个器官又是由特定组织构成的复杂的大厦，建造这些组织的砖块就是细胞，它们通常是一层层或一片片的，也常常是块状的实体。从更小的尺度上讲，每一个细胞都有高度复杂的内部结构，即折叠膜结构。这些折叠起来的膜，以及膜之间的液体，是发生多种不同类型的、错综复杂的化学反应的场所。在一家化学工业公司或者碳化物公司里，可能有数百种性质截然不同的化学反应正在进行。这些化学反应被烧瓶壁、管道壁等分隔开来。在一个活的细胞里，可能有差不多数量的化学反应同时发生。从某种程度上来说，细胞内部的膜就如同实验室里的玻璃器皿。当然，从两个方面来看，这种比喻不太恰当。其一，尽管有许多化学反应是发生在膜之间，但也有不少化学反应发生在膜上。其二，还有更重要的手段将不同的反应分隔开来。每一种反应都是由它自己特殊的酶来催化的。酶是一种非常大的分子，它的三维立体结构提供了能促进反应的表面，从而加速特定类型的化学反应。由于对生物分子来说最重要的是它们的三维立体结构，所以我们可以把酶分子看作一台大型机床，它通过仔细筛选，形成一条制造特定形状分子的生产线。因此，在任何一个细胞里面，都同时独立地发生着数以百计的不同化学反应，这些化学反应都是在不同的酶分子表面发生的。在一个特定的细胞中，发生哪些特定的化学反应，