生命是如何运作的？

2024年的三项诺贝尔科学奖都引起了不小的争议，一些人认为人工智能过于抢戏，这是对人类智慧的不信任。还有一些人则指出这三项科学奖居然都和生物有关，似乎意味着传统意义上的物理学和化学都日渐式微了。

对于菲利普·鲍尔（Philip Ball）来说，所有这些争议都早在预料之中。这位出生于1962年的英国科普作家是牛津大学的化学学士和布里斯托大学的物理学博士，但他毕业后并没有直接从事科学研究，而是去著名的《自然》（Nature）杂志当了20多年的编辑。其间他出版过十几本科普著作，包括已经翻译成中文的《化学元素发现史》《牛津通识读本：分子》和《水：中国文化的地理密码》等等，题材范围相当广泛。

生物学也是鲍尔非常关心的领域，他发现今天的主流社会在描述当代生物学时的叙述方式过于简单，没能体现出生命的复杂性。2019年他去哈佛大学医学院做了几个月的访问学者，和全世界最顶尖的生物学家进行了多次深入的交谈，发现关于生物学的主流传统叙事比他想象的还要过时，于是他决定写一本书，纠正普通人对生物学的错误想法。

2023年底，鲍尔的新书《生命是如何运作的》（How Life Works）终于问世。他在这本书里介绍了当代生物学的最新进展，很多内容都和2024年的这三项诺贝尔科学奖有关。比如，诺贝尔生理学或医学奖给了基于RNA的基因调控，再次证明生命是个复杂系统，光靠DNA是远远不够的。化学奖颁给了人工智能预测蛋白质三维结构的技术，此前科学家们是依靠蛋白质结晶来做出预测的。鲍尔在书中指出，有很多蛋白质是无法结晶的，正是它们构成了细胞内复杂的蛋白质功能网络，而人工智能技术很可能是研究这类蛋白质的唯一方法。

同样地，经典物理学也正是在研究复杂系统时遇到了最大的瓶颈。物理学家喜欢把物理学定义为“负责解释一切的科学”，但经典物理学只擅长解释逻辑简单的事情，面对像生命这样的复杂系统时办法不多，尤其是智能的产生机理更是束手无策。获得本届诺贝尔物理学奖的两位科学家另辟蹊径，通过构建人工神经网络来模拟智能的生成过程，间接地证明神经系统不像DNA那样通过事先编程来运作，而是通过不断地试错来逐步完善，后者才是复杂系统自我进化的主要方式。进化论与生物学的范式转变

和本届诺贝尔科学奖的呼应只是一个巧合，这本书最大的贡献在于鲍尔用大量事实告诉我们，传统的生物学研究范式已经过时了，需要做出改变。

早期生物学重描述，缺理论，直到达尔文横空出世，提出了一套基于自然选择的进化学说，生物学这才有了属于自己的理论框架。DNA双螺旋结构的发现为这个理论框架补充了最重要的细节，一批进化生物学家把DNA和达尔文结合起来，建立了一套被称为现代综合（modern synthesis）的新理论框架，从此确立了生物学的研究范式。

但是，鲍尔通过这本书告诉我们，几乎所有的生物学新发现都不支持现代综合理论的简单设定。比如很多貌似重要的基因被敲除（即用遗传工程手段把某个特定基因彻底关闭）之后并不影响生物活性，即使有影响，结果也往往出人意料，这说明单个基因的功能远比大家之前想象的要复杂和模糊得多，细胞内的整体生化环境才是决定细胞命运的关键。

这个发现直接导致一大批面向消费者的基因测序公司破产，因为单个基因的作用被严重高估了。这个发现还可以解释为什么基于特定致癌基因的靶向治疗方案的成功率远低于预期，因为癌细胞似乎总有办法绕道而行。

现代综合理论的一个最为著名的应用案例就是英国学者理查德·道金斯（Richard Dawkins）提出的自私基因（The Selfish Gene）理论。道金斯相信基因是进化的基本单元，每个基因的终极目标就是尽可能多地复制自己，从而成为自然选择的赢家。但是，鲍尔却通过这本书告诉我们，DNA本身没有任何生化功能，也不会主动复制自己，DNA需要在RNA、蛋白质和脂类等等很多其他分子的全力配合下才能完成自身的复制并发挥作用，所以进化的基本单元不可能是基因，而只能是细胞，或者比细胞层级更高的组织、器官乃至生物个体，道金斯的自私基因理论是不成立的。

同理，生物进化绝不只是简单的基因突变，而是DNA和其他调节因子互动的结果，因此生物进化的速度不但远比我们想象的要快得多，而且此前被认为是伪科学的后天习得性遗传也是有可能发生的。这个想法目前虽然尚有争议，但鲍尔认为只有这样才能解释为什么高等动物会在如此短的时间内被进化出来，神创论者关于这一点的质疑是不成立的。生命的主观能动性

这本书的最大争议点还不是生物进化，而是能动性（agency）这个概念。鲍尔非常反对把生物比作一部机器，他认为生命体一定得是具备主观能动性的行为主体（agent），只有这样才能解释为什么所有的生物都能根据目标的不同在多变的环境中做出具有针对性的灵活反应。

能动性这个概念曾经被认为是唯心主义的，因为它要求行动者具备自由意志。以牛顿为代表的经典物理学隐含了一种类似决定论的思想，即世间万物的一切变化都必须遵从严格的数学法则，因此只需知道世界的初始条件，就能推导出这个世界在未来任意时刻的状态。如果你相信决定论的话，那么自由意志就是不存在的，因为一个人的所有想法都是他大脑内的各个原子相互作用的结果，而这个结果是确定的，只是这个人自己还不知道而已。

熵这个概念的提出似乎否定了自由意志的存在，但后续研究表明，只要输入足够多的能量，一个封闭系统完全可以摆脱熵增的魔咒，自我构建成复杂系统。但是，一个复杂系统要想长久存在下去，必须进化出处理复杂信息的能力。比如一个细胞必须每时每刻对周围环境做出即时判断，并迅速决定哪种分子可以进，哪种分子必须出。这种能力既有可能通过基因突变外加自然选择（也就是现代综合）的方式进化出来，也可以从生活经验中慢慢习得，后者只有成为行为主体才能做得更好，所以行为主体也是被进化出来的。

既然谈到行为主体，那就不能不谈生命的意义。很多原教旨唯物主义者不敢讨论生命的目的和意义，认为这是唯心主义的宗教价值观。但事实很可能正好相反，进化才是最有可能产生目的和意义的过程，大家千万不要小瞧进化的力量。

结语

总之，鲍尔坚信生命就是在宇宙中创造出意义的那个东西，现代生物学所面临的最大挑战就是对生命的意义开发出一个合理的解释框架，只有这样才能真正明白生命是如何运作的。甚至，他认为只有这样的生物学研究才有意义。“如果我们不搞明白生命的意义，研究那么多细节有什么用呢？”他在这本书的结尾这样写道。