难以掌控的复杂性

当今最大的挑战，是能对复杂的系统提供一个精确完整的描述，不仅细胞生物学和生态学是如此，所有的科学都是如此。科学家已经将许多系统拆开来研究。他们认为自己对大多数的因素和作用力已经有所了解，下一项任务是将它们重新组合，至少是在描述整个系统主要特性的数学模型中重组。这方面的努力能有多少成果，要看研究人员由较普遍的组织层次进入较特殊的层次时，对突生（emergence）现象的预测能力有多高。简言之，这是对科学整体论的极大挑战。

物理学的论题是所有科学中最简单的，而且在某些方面已经展现了功绩。他们把氮原子这样的单独粒子看作随机的，并且从中推导出这些粒子聚集起来时所呈现的行为模式。19世纪麦克斯韦和波兹曼[1]推创统计力学（statistical mechanics），以古典力学描述组成气体的大量的自由运动分子，而正确预测出气体在不同温度下的运动状态。其他研究人员也同样在分子和气体这两个组织层次之间来回探索，更进一步以分子之间的作用力来定义黏力、热传导、相变以及其他的宏观性质。在下一个层次中，量子理论学家在20世纪初期，把电子和原子内部其他粒子的集体行为，与原子和分子的古典物理学相联结。过去的一个世纪中，许多像这样的进展已经把物理学铸造成所有科学中最准确的。

超越传统的物理领域，在更高、更特殊的组织层次上，我们在综合上的问题也更加困难，几乎难以想象。生物体和物种这样的实体与电子和原子不同，它们具有无穷的变数。更糟糕的是，其中的每一个变数在成长和进化的过程中，还会继续发生变化。想想以下这个例子：在生物体制造出来的供应自身需求的大量分子中，有一种简单而属于烷类的碳氢化合物，完全由碳原子和氢原子所组成。1个碳原子只可能产生1种分子；10个碳原子可能产生的分子有75种；20个碳原子，可能有366319种；40个碳原子，就有62万亿种可能。这些碳氢化合物的长链上再加入氧原子，就产生了醇类、醛类和酮类，而且分子种类会随着分子大小更快速地增加。现在如果从这些分子中选出部分的集合，并想象它们能由许多不同的酶催化反应来合成，那么你所面临的复杂程度已经超出目前所能想象的。

有人说，生物学家因为嫉妒物理学的发展而深受其苦。他们也建立了类似物理学的模型，由微观现象推演出宏观现象，但是发现这个模型很难和他们在真实世界中遭遇的繁复系统相吻合。尽管如此，理论生物学家还是很容易禁不住诱惑。（我承认自己也是其中之一，而且对自己所导致的败绩要负更多的责任。）配备了复杂的数学观念和高速的计算机，生物学家可以对蛋白质、热带雨林和其他的复杂系统做无数的推测。每当他们往上进入另一个组织层次时，就需要设计新的演算法，采用一组有明确定义的数学运算式来解决既定的问题。借由巧妙地挑选程序，他们可以创造出许多虚拟的世界，而这些世界能进一步进化成具有更高组织层次的系统。当他们漫游穿过类似克里特岛迷宫的计算机空间时，必然会遇到紧急的状况，发现有些复杂的现象并无法经由基本的元素和程序来预测，而且并不在演算法当初的构想范围内。但是，仔细看好！从中产生的一些结果，其实很像真实世界中的突生现象。(www.daowen.com)

生物学家的希望逐渐升高，他们在一群具有类似想法的理论家所组成的会议上，报告自己的研究结果。经过酌量的质疑和探索之后，大家都点头同意：“是的，很有原创性，很令人兴奋，又很重要——如果这是真的。”如果这是真的……如果是真的。自大狂妄是他们的弱点，而他们所提出的远景则是他们的幻想。他们正站在一个突破性发展的边缘上！但是他们怎么知道自然界的运作程序和他们的计算机程序相同，亦或接近？许多程序可能是错误的，但仍能产生几乎正确的答案。生物学家尤其容易犯“矢志维护结论”的谬误：只因为某个理论能够产生正确的结果，就假设理论中的步骤必然和真实世界中的过程一致。这是错误的。

为了更进一步看清这点，让我们试着考虑一朵画中的花，它就像照片那样精细，也和真花一样美丽。我们心中会认为画中宏观的实体具有真实感，因为它和土地中生长出来的花朵一样。若从远距离看，我们可能很容易把真实物体和它的图像相混淆。但是这两种花的产生过程极其不同。画中花朵的微观成分是颜料细点，而不是染色体和细胞；它的发展途径储存在艺术家的大脑中，而不是储存在控制组织发育过程的DNA配方里。生物理论学家如何能确定，自己的计算机模拟并非只是另一幅描绘花朵的图画？

[1]麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879），英国物理学家，剑桥大学第一位实验物理教师，对电磁学和气体动力论有重要贡献，为电磁辐射理论的先驱。波兹曼（Ludwig E. Boltzmann，1844—1906），奥地利物理学家，是用数学方法描述气体的统计力学的第一人，提出一个分子的气体常数（波兹曼常数）。——译注