
普通人都能明白的生物学 · 记功口、三本账,与一场敢先认输的试验
王德生 著 · 德麦国际专著第 385 号 · ISBN 979-8-90690-922-0 · 约 20 万字
王德生在中国农村长大,父亲是农民。1990 年,他在复读一年之后考进湘潭大学。
此后他一路读的是数学。他在中国科学院获得计算数学博士学位,又在那里做了博士后研究。那些年他打交道最多的是网格:怎样把一块区域切成一个个小单元,怎样让这些单元在计算里既不挤、也不漏。Voronoi 图、Delaunay 剖分、重心 Voronoi 剖分、有限元,是他那时的日常工具。
Voronoi 图的做法很朴素:给定一些点,把平面上的每一个位置,划给离它最近的那个点。平面于是被分成一块块区域,每一块都对着一个点。这是数学里一种「离谁最近就算谁的」的划分办法。
2005 年,他带着家人到了新加坡,起初在大学里当教授。他先后在英国斯旺西大学和新加坡南洋理工大学任职。
他在新加坡创办德麦国际(Demai International Pte. Ltd.),任首席执行官,并以德麦国际出版社(Demai International Press)的名义出版专著。
他提出的 SDE 框架,三个字母分别指显露、差异序列、特征纠缠,中文简称「显露·差异序列·特征纠缠」。这套框架有一个反复出现的问题:一样东西,是被发现的,还是发生的?它在别处已经被用来重读哲学、教育、经济学与经典。
他的专著用德麦国际出版社的名义出版。「普通人都能懂」「普通人都能明白」是其中的一个系列,面向没有读过原著、也没有受过专门训练的成年读者。
需要先说明的是:作者的专业是计算数学,不是实验生物学。本书里的生物学事实,取自公开发表的文献;凡拿不准的年份、题名与结论,都标了〔待核〕,等专业读者核对。
这一套「属性纠缠应用丛书」,是把同一把刀拿到不同学科里去用。每一卷都选一个学科里吵了很久、至今没有定论的问题,而且这个问题在 AI 到来之后变得更急。
本书是丛书的第 2 卷,也是「普通人都能明白」系列的生物学卷。它与丛书其他各卷共用一套方法,各讲各的学科;读这一卷,不需要读过别的卷。
一个周末,研究生阿远回县城,看他的中学生物老师陈老师。他在手机上给她看一张图:一团彩色的带子,拧成一个小小的球。这是他们实验室用 AI 设计、再让细菌表达出来的一个蛋白,自然界里没有。
陈老师戴上老花镜看了很久,问:「它有用,那这个『用』算在谁名下?」
她问的不是它有什么用。有什么用,阿远一口气能说出三条。她问的是:用,记在谁的账上。
阿远答不上来。你也可以问问自己:身边最近有什么东西「有用」,而你说不清它算谁的?
这个蛋白能结合某种分子,结合得牢。它的形状、序列、结合力,实验室里一项一项测得清清楚楚。只有一件事,实验室的表格里没有一栏可以填:它往后属于哪一条谱系。
本书就从这一句问话开始,到结语才回答。
生物学里关于「生命是怎么来的、靠什么延续」,吵了几十年,大致有三家。
基因派说,生命靠复制:能把自己抄下去的那段序列,才是演化的主角。生态位派说,生命靠互动:有机体改造环境,环境回头挑选有机体。有机体派说,生命靠自己维持自己:一个细胞、一只草履虫,会自己补、自己修、自己挑去处。
本书把这三家看成三门「属性发生学」:一家专讲客体那一头怎样长出属性,一家专讲互动那一头,一家专讲主体那一头。三家各看对了一头。
陈老师的课上,三家都讲过,只是她没把它们叫作三家。讲遗传时讲基因,讲食物链时讲环境,讲草履虫时讲生物自己会躲会找。三家加起来,差不多就是一本教材。
三家都不是稻草人。基因派有汉密尔顿的亲缘选择,生态位派有线粒体的来历和蚯蚓翻出的土,有机体派有一只游向糖的细菌。本书会先把每一家看对的那一头写足,再说它停在哪里。
三家吵得厉害,却有一件事谁也没吵:这一份后代,算谁的?
基因派默认算给复制子;生态位派默认算给那个改造了环境的有机体;有机体派默认算给那个自己维持自己的闭合。三家都觉得这件事不用问。
这不是疏忽。多数时候,这件事确实不用问:一头牛生下一头牛,没有人犹豫它是谁家的。要问,得走到边缘去:一丛竹子,一团黏菌,一块被挤散又聚拢的海绵。
你可以在自己身边试一试:一枝从老树上剪下来插活的枝条,长成了新树,它算老树的后代,还是一棵新树?大多数人张口就答。不过这个答案,是有人定的。
你若把这一句拿去问基因派的学者,他会觉得答案太明显:算复制子。拿去问生态位派,他会说算构建者。问有机体派,他会说算那个自己维持自己的闭合。三个人都答得又快又顺,这就是问题。
本书要问的就是这一句。
自然选择决定的是「有多少」:哪一种变异留下的后代多,哪一种少。
可是一群细胞分裂出新的细胞团,这些新细胞团算老细胞团的后代,还是算其中每一个细胞的后代?选择数得清个数,写不了名字。
本书把决定「这一份后代、这一个效果算在谁名下」的那道结构或做法,叫作记功口。它不决定多少,只决定户名。一个受精卵从单个细胞长起,是一道记功口;身体里只有生殖细胞的后代才能传下去,是一道记功口;豆科植物对不肯固氮的根瘤菌减少供氧,是一道记功口;母孔雀挑哪一只雄孔雀,也是一道记功口。
举一个实验室里的情形:一群原本各自过日子的单细胞生物,被放在一起养,每过一段时间就倒掉大部分,只留一小撮去繁殖下一轮。留哪一小撮、怎样留,就是在写户名。同样的一群细胞,留法不同,集体层面发生的事就不同。
多少,可以数;户名,要有人记。可数的多少在选择那里;户名在一道道具体的结构里。本书要找的,就是这些结构,以及怎样量它们的好坏:新一代集体的创始细胞有多少来自同一个老集体,握口的一方有没有自己的利害,撤掉这道口以后集体会不会退回去。
带走的话:选择决定有多少,记功决定算谁的。
我们习惯说:先有个体,个体去竞争,赢的那个留下后代。
本书倒过来说:先有记功口一代代把后代记到同一个名下,账记得够一致、够久,那个名下才成了一个「个体」。个体不是挣到适应度的那个承载者,而是一个被记出来的账户。团藻是一个空心的小球,表面排着成千上万个细胞,少数负责生殖,其余负责游动,常被拿来当作「从细胞群到个体」的样本。它算一个,还是几千个?看账怎么记。
为什么要倒过来说?因为「先有个体」的说法,会让人以为账是个体自己开的。倒过来说,账是被记的:谁来记,怎么记,记得整不整齐,都是可以问、可以量的事。
一株竹子,一窝蚂蚁,一团细胞,算不算一个个体,不看它长得像不像一个,看账记得怎样。
这有一个可以测的判据:账记够了以后,把外加的那道关口撤掉,集体还会不会退回一盘散沙?不退,它就是个体了。
这个判据,后面会写成一场试验。本书事先写明:试验出了什么结果,这一条就该撤回。
哲学家戴维森讲过一个思想实验:一道雷劈进沼泽,碰巧劈出一个和某人一模一样的「沼泽人」。他有没有那个人的记忆、那个人的意思?几十年里,这只是一个思想实验。戴维森问的是那个存在有没有那个人的记忆和意思。
阿远的蛋白让它落了地:一个有效果、却没有任何祖先的分子。本书说,有效果还不等于有功能;效果被某道记功口记到某条谱系名下,才成为功能。在此之前,它是「无主之功」。
「无主」不是说它没有价值,是说它还没有被任何一条谱系收下。同一个分子,如果某天被实验室一代代养下去,被一个农场用下去,它的效果开始被记到一条线上,也就开始有了功能。
自然选择那么挑剔,为什么放过了衰老?本书的答案是:记功口只记生殖系,身体是不入账的那一部分。身体会老,是因为它从来不在那本账上。
拿一家公司的年终总结作比:总结里写了给股东的分红,没有写员工的退休金。员工的辛苦是真的,只是不在那张表里。本书说的身体,就是不在那张表里的那一部分。
癌反过来:记功口漏记了,功劳从整体漏回到单个细胞。细胞活得兴旺,整体被掏空。
这个答案离前人最近。柯克伍德讲资源怎样在生殖与维持之间分配,本书讲这些资源记在谁名下;两者怎样分开,第 12 章和第 23 章专门对账。
这里讲的是演化上的道理,不是医学;哪里该去看医生,本书不插嘴。
两件事看上去相反,其实是同一本账的两个口子:一个是身体没有入账,一个是细胞把功劳漏回了自己手里。
本书后面各用一章讲衰老和癌,并把衰老的答案写成一条可以检验的预测,事先登记,不许事后挑。
人握记功口很久了:驯狗、种麦、育种、做定向进化,都是人在决定哪些后代记进哪一条谱系。农民年年留种,是在决定哪一粒算下一季的开头;育种者给品种起名、登记,是把后代记在一条线上。实验室里有一类做法,让蛋白在试管里一轮一轮地变化、被筛选,筛选的标准由人来定,这叫定向进化。可是从前握口的人都有自己的利害。
AI 第一次以「无利害、能提出候选」的身份握住了记功口。它一夜提出几千个候选,再排出前十个;剩下的那几千个,是它不要的。你每天也在用类似的东西:手机替你挑出前十条,剩下的几千条,你再也看不到。这里说的「主体位」,只指能提出、挑选、否决,不等于 AI 有意识。
这对人的老习惯是一个改动:从前握口的人,有自己的口味、成本和名声要顾;AI 的流程没有这些。这里说的「无利害」,是指它不靠哪个后代活下去,也不因哪个后代多得什么。这个差别,是本书第四编要反复量的东西。本书同时会把 AI 带来的真实好处与需要的治理一并写出,不只写危险。
本书最后把一切收成三本账:读数账(序列、轨迹、频率,这些只是痕迹)、价值账(守得住、换得公、被选中)、意义账(一条谱系在三处地方各走到了哪里)。
拿阿远的蛋白对着看:读数账上,它折成什么形,序列是什么;价值账上,它折得稳不稳,来往得公不公,有没有人选它;意义账上,它进了哪一条谱系。第三本,眼下还是空的。
这三本账不是三种观点,是同一件事的三种记法:读数账记看得见的痕迹,价值账记好不好,意义账记一条谱系走到了哪里。书名的问,要到第三本账里才有答案。
生命是谁的作品?是被记到谁名下的作品。
生命不是哪一头的作品:基因派、生态位派、有机体派各看对了一头,却都把「谁是那个个体」当成了起点。个体不是挣到适应度的那个承载者,而是一道「记功口」一代代记账而显出来的账户:选择决定后代有多少,记功口决定这些后代算谁的。达尔文过程不是两件事(变异、选择),而是三件(变异、选择、记功);序列、表达轨迹、种群频率,只是它一路留下的痕迹。AI 第一次以「无利害、能提出候选」的身份握住了记功口。
这几年,实验室里开始出现一种新东西:自然界从来没有过的蛋白。
它们不是从哪个物种身上找来的,也不是把旧蛋白改几个字母。它们由计算机先提出形状,再由研究者挑出一部分,交给细菌去表达。有的能结合某个分子,有的能催化某个反应。它们有用。
一个有用、却没有祖先的东西,把一个老问题逼了出来。
生物学讲「功能」,向来要看来历:心脏的功能是泵血,因为祖先的心脏正是靠泵血才被留下。这个说法很好用,直到你遇见一个没有祖先的分子。它的「用」是从哪一天开始算的?算在谁名下?
生物学处理这类难题,有一个现成的办法:看来历。来历查得清,功能就说得清;来历查不清的,先放着。放了很久,因为大多数时候,来历都查得清。
细想下去,这个问题不是 AI 带来的。它一直在生物学里,只是从来没人把它当成一个问题。
一群细胞,什么时候算「一个」生物?一株竹子从地下伸出几百根竿,算一株还是几百株?一窝蚂蚁,蚁后产卵,工蚁终身不育,算一只蚂蚁,还是一窝蚂蚁?身体里的细胞那么努力,它们的后代却一个也传不下去,这份努力算谁的?母孔雀挑中一只雄孔雀,下一代算在那只雄孔雀名下,凭什么?一段柳枝被剪成十截,各自插活,是一棵树,还是十棵?
每一个问题都在问同一件事:这一份后代、这一个效果,记在谁名下。
本书说,这件事要由一道结构去做。做这件事的结构,本书叫它记功口。
过去,「没有祖先的功能」只是一个思想实验。哲学家戴维森设想过一道雷劈进沼泽,碰巧劈出一个和某人一模一样的存在。没有人真的遇见过。
现在,实验室里隔些日子,就能做出一个自然界没有的蛋白。2003 年,贝克的研究组设计出 Top7,一个自然界没有见过的折叠。2024 年的诺贝尔化学奖,一半给了计算蛋白设计,一半给了蛋白结构预测。这些是学界公认的事实。
有了这些,那个一直存在的问题,第一次有了具体的、摆在冰箱里的样子。书名问的「生命是谁的作品」,在这里变成一个可以追问的问题:这支管子里的东西,算谁的?
书名里有两个字,需要先交代:作品。
作品,通常有一位作者。说生命是谁的作品,听上去像是在找作者。本书不找造物主,也不找一个设计者。本书用这两个字,是借它的另一层意思:一件作品总有一个署名,而署名是被人记上去的。
生命有没有作者,本书不管。生命的每一份后代、每一项效果,是被记到谁名下的,本书要管。
生物学里关于这类问题,大致有三家:押在基因上的、押在环境与互动上的、押在有机体自己维持自己上的。本书不说它们错了。
基因派看对了:复制保真是真的,谱系靠复制延续,这一条到今天没被推翻。生态位派看对了:有机体会改造环境,环境回头挑选有机体,这条反馈是真的。有机体派也看对了:生命会自己维持自己、自己挑去处,这不需要意识也能做到。
三家各看对了一头。它们欠的是同一笔:都把「这一份算谁的」当成了不用问的事。
本书也不是在反对达尔文。选择是真的,复制是真的,生态位是真的,自维持也是真的。本书只多问一句。
本书看生物学的东西,分三层看:读数,好不好,为了什么。
读数是它长成什么样,序列是什么,频率多少,可以测,可以填表。好不好是它有没有用,稳不稳,换得公不公。这两层,生物学讲得很细。
第三层,为了什么,生物学一直讲得很少。原因不难懂:一说「为了什么」,就像在说自然有目的,这是教科书最怕的话。所以这一层被当成目的论,赶出了门。
本书说,缺的正是这一层。不过这里的「为了什么」,不是自然的意图,是一条谱系往后走到哪里、被谁接着养下去。它是账本上的事,不是天意。
一本讲生物学的书,最怕的是什么都能解释。本书在最后一章写好了一场试验,并且事先写明:出现什么结果,本书就撤回自己的核心说法。
这不是客气话。本书的母题是「记功先于个体」:先有关口把后代记到集体名下,集体层的可遗传变异随后出现,分工更晚。如果只改「记到谁名下」这一件事,结果什么都没变,这个母题就该撤回。
那场试验写在最后一章,你可以先翻过去看看。导读里另有一节,把本书怎样才算错,用人话说了一遍。
本书讲的道理,有一半是学界公认的事实,有一半是本书自己的判断。两者会分开写。凡是本书的判断,都会用「本书的看法是」或「换一副眼镜看」起句,不冒充实验结论。
本书用的材料,大致有三类:学科公认的实验与事实,前人论述的大意,和本书自己的判断。转述前人,本书只写大意,不替人造句。
这本书写给没有读过进化论教科书的成年人,也写给读过很多的人。你不需要懂分子生物学,需要的只是一点耐心:每一章只交给你一个判断,一句话,能抄进本子。如果你是学生物的,有些地方会觉得讲得太慢,可以跳读:每章第一节和最后那句带走的话,就是骨架。
书里有不少人名、年份和实验。凡是学界公认的事实,本书平铺直叙;凡是本书自己的判断,会明说是判断;凡是拿不准的,会标出来。你不必记住那些名字,记住每章末尾的一句话就够了。
书里有两位陪你读的人,都是虚构的。
陈老师六十出头,在县中学教了四十年生物。她说话慢,讲台上从不说「大自然的目的」,爱追问一句「那算谁的」。她一辈子在批改、记分、写评语,知道「记到谁名下」本身就是一件要做的事。
阿远二十多岁,是她以前的学生,现在读研究生,用 AI 设计蛋白。他手快,信数据,起初觉得「有用就是有用,算谁名下是哲学问题」。
他们不替本书作证,只替本书提供场景。问题由陈老师问,阿远常常答不上来,道理由本书来讲。
从导论开始就好。阿远的手机上有一张图,陈老师有一个问题。其余的章节,都是为了回答这个问题而走的路。读到某一章觉得绕,就回到导论里那三层,看一眼,再接着读。
全书五编,前面有一章导论,后面有一章结语。每章四五千字,核心几章更长,可以一次读一章。
导论讲阿远的蛋白和陈老师的那一问,先把全书要用的几样工具磨一遍。
第一编「三家各押一头」,四章。先摆一道老难题:自然选择为什么容忍衰老。再请基因派、生态位派、有机体派各说一遍。三家各看对了一头,都没问「算谁的」。
第二编「三家的欠条」,十章。先请两位已经在讲「生成」的最强对手出场,再请一个最可能把本书压倒的实验,然后用一张表收三家的欠条,看两张具体的欠条和一只孔雀,和离本书最近的前人对一次账,用四个检验过一遍进化论史,最后把欠条写成一条定理、三条方程。
第三编「缺了的第一层」,九章,是全书的心脏。生物学讲「好不好」,也讲「读数」,却把「为了什么」当成目的论赶出了门。这一编给出记功口、个体、功能、意义层、读数、物种,最后回到第一编的衰老难题,给出答案。第 16 章把「个体」的读法讲全,第 17 章是全书的母题章,第 19 章讲功能和沼泽人,第 23 章回到衰老,第 26 章写癌。
第四编「AI 坐上主体位」,九章。人握记功口已经一万多年:驯化、绿色革命、育种、定向进化。握得好,也握坏过。最后写 AI 怎样坐上主体位,带来什么新危机,又怎样回头改了人。第 28 章讲定向进化,第 30 章讲 AI 怎样握口,第 31 章讲无主之功,第 32 章讲回写。
第五编「三本账」,五章。把全书收成读数账、价值账、意义账,落到种地、养宠物、做实验,最后一章写一场能证明本书错的试验。
结语回答书名。后面有七件附录:判词怎样才算错的全文,预先登记的预言,欠条表,一个最小的模型,术语对照,与本系列其他各卷的对账,和〔待核〕清单。
前言里的那段话,是全书的判词。读到后面,你会不断回到它,所以在这里再摆一遍,一个字不改:
生命不是哪一头的作品:基因派、生态位派、有机体派各看对了一头,却都把「谁是那个个体」当成了起点。个体不是挣到适应度的那个承载者,而是一道「记功口」一代代记账而显出来的账户:选择决定后代有多少,记功口决定这些后代算谁的。达尔文过程不是两件事(变异、选择),而是三件(变异、选择、记功);序列、表达轨迹、种群频率,只是它一路留下的痕迹。AI 第一次以「无利害、能提出候选」的身份握住了记功口。
结语里,它会第三次出现。到那时,你可以拿它对一对,看这一路下来,每一个词是不是都落了地。
只有一个下午:读导论、第 17 章、第 18 章、第 30 章和结语。
为教书的人来的:读第 1 章、第 6 章和第 36 章。
为孩子来的:读第 11 章(孔雀的尾巴)、第 24 章(驯化)、第 36 章(种地、养宠物、做实验)。
为实验室来的:读第 12 章到第 14 章、第 17 章、第 18 章、第 37 章。
只有十分钟:读卷首的「十分钟读完这本书」。
为挑毛病来的:先读附录一和附录二,那里写着本书怎样才算错,预先登记了什么。
从头读到尾也可以。每章开头都是一件家常事,结尾都有一句带走的话和两行小账:上一行写本章拆了什么,下一行写本章立了什么。
陈老师,六十出头,县中学的生物老师,教了四十年书。阿远,二十多岁,她以前的学生,研究生,用 AI 设计蛋白。两人都是虚构的,不承担任何证据。
他们在书里各有一个习惯:陈老师爱问「那算谁的」,阿远爱先说「有用就是有用」。书里不让他们讲理论,理论由本书来讲。
本书的核心说法,可以被一场试验推翻。最后一章会把这场试验写成可以执行的设计,这里先用人话说一遍,推翻本书有四条路。
第一条:拿一种原本是单细胞的生物,让它们在实验里长成细胞团。几组之间什么都一样,只改一件事:新细胞团的「创始细胞」来自同一个老细胞团的比例。如果这一件事改了,集体层什么都没变;或者集体的利益要等细胞之间分了工才和单个细胞的利益分开,那么「记功口」这个说法就该撤回,本书退回前人的「适应度转移」说。
第二条:如果「记到同一个名下」的比例上升,并不先于集体层出现可以遗传的差别,「记功先于个体」就该撤回。
第三条:如果集体层的反应随这个比例平平地、一点一点地变,没有一道坎,本书的命题就要收窄,只剩下「两种算法之别」。
第四条:如果账记够了、记得够久,把外加的关口撤掉,集体还是退回去了,那么「不回弹即个体」与「个体是显出来的」这两条就该撤回。
那道坎在哪里、要记多少代,都要在试验之前登记好,不许事后挑。
读这本书时,你可以随身带三个问题:
这一份算谁的?
谁在记?
记的人有没有利害?
这三个问题可以带到别处去用。读一条新闻,说某项技术有了成果,你也可以问:这个成果算谁的,谁在记,记的人有没有自己的利害。
全书的比喻是记账,但每一章都要落回到可以测的东西上。先认一下脸。
第一个量叫记账一致性:子代集体的创始细胞来自同一个亲代集体的比例,逐代测。比例高,账记得整齐;比例低,一个新的细胞团里掺着不同老团的细胞,账就乱。
第二个量是持有者的利害。握记功口的一方,可能是没有利害的筛,可能是有利害的守门者,也可能是无利害而能提出候选的设计者。三类各有各的毛病,第三编、第四编会逐一讲。
第三个量是回弹系数:撤掉记功口以后,集体层退回去的程度。
这三个量,第 17 章、第 18 章和第 37 章会写得更细。
每一章有固定的几件。开头是一件家常事,一个画面,不讲理论。中间有三到四个小节,每个小节一个判断,判断在前,材料随后,出处写在句子里。凡批评一家之前,先把它看对了什么写足,必要时写出它完全成立的条件。章末回到陈老师或阿远的一天,给一个明天能试的小办法;然后是一句带走的话,和两行小账。
第五编的每一章,再加两个「想一想」。它们没有标准答案,是留给你自己的。
凡标了〔待核〕的地方,是作者自己没有十足把握的年份、题名或结论。本书宁可把没把握写在纸面上。
本书说的「基因派」「生态位派」「有机体派」,是为了叙述方便起的名字。学界并没有这样三个门派,每一位学者也未必肯认领。本书做的是:每一次批评,都落到具体作者的具体论述上,说清是哪一位、哪一部著作、哪一条主张。出处拿不准的,标〔待核〕。
你如果恰好是其中某一家的行家,发现本书把你的立场写窄了,请把它当作一个可以被改的地方。
书里的家常词,第一次出现时会解释一次,之后不再解释。生物学的专门词很少,需要时都有交代;附录五有一张术语对照,把本书的家常说法和学界的叫法并排列出来。
外国学者的名字,本书用「中文译名(英文原名)」的写法;译名拿不准的,宁可多写一个原名。年份、题名、结论拿不准的,标〔待核〕,附录七统一收着。
本书讲的「主体位」「能动」,只指能提出、挑选、否决,不等于有意识。一个细胞绕开盐粒、一套 AI 流程排出前十名,都不说明它们「知道」什么。
书中凡带引号转述的学者原话,请读作「大意如此」。拿不准的年份、题名和结论,都标了〔待核〕,统一收在附录七。
本书讲衰老、癌与基因检测,只讲演化上的道理,不讲临床。本书讲道理,不替你解读自己的检测报告,也不作诊疗建议。身体真有难处,请找医生。
写到 AI 设计蛋白与生物安全的地方,本书只讲概念、历史与治理,不写任何可以照着操作的步骤。
你一定有过这样的时刻:一件东西明明有用,你却说不清它算谁的。
小区门口有人种了一排月季,开得很好。是种花的那位老人的功劳,是物业的,还是那块地的?你说不清,也没觉得要说清。
一个周末,阿远回县城看陈老师。他读研究生第三年,在一个做蛋白设计的实验室。吃完饭,他掏出手机,给老师看一张图。
图上是一团彩色的带子,有几段卷成螺旋,有几段铺成平平的片,拧在一起,像一个攥紧的小拳头。
「这是我们组做出来的一个蛋白,」阿远说,「自然界里没有。是 AI 先给出形状,我们挑出来,再让细菌表达。它能结合一种分子,结合得还挺牢。」
陈老师把老花镜往上推了推,看了很久。她教了四十年生物,课本上的蛋白都有名字、有来历:血红蛋白是运氧的,胰岛素是管血糖的,每一个都能往上追到某个祖先。
她把手机还给阿远,问了一句:
「它有用。那这个『用』,算在谁名下?」
阿远笑了:「老师,这是哲学问题。」
陈老师没笑:「你先别急着把它推给哲学。」
先把事实说清。
蛋白是细胞里干活的主力:酶催化反应,血红蛋白运氧,抗体认出入侵者。它是一串氨基酸连成的链。链会自己折叠,折成某种立体的形状;形状决定它能和什么结合、能催化什么反应。几十年来,生物学家研究的蛋白几乎都来自活着的生物:从细胞里提出来,测它的序列,解它的结构。
计算设计走的是另一条路。它能走通,靠的是一个老发现:蛋白的氨基酸顺序,在合适的条件下,通常就足以决定它折成什么形。这个想法,是二十世纪六七十年代由克里斯蒂安·安芬森(Christian Anfinsen)等人的实验奠定的〔待核〕。研究者先在计算机里想要一个形状,再反过来求一条能折成这个形状的序列。2003 年,美国华盛顿大学大卫·贝克(David Baker)的研究组设计出一个叫 Top7 的蛋白,它的折叠方式在自然界里没有见过,做出来以后,实测的结构和设计的几乎一样。
二十年后,这条路有了深度学习。机器可以在很短的时间里提出成千上万个候选,研究者从中挑选,交给细菌或酵母去表达(也就是让细胞照着序列,把这个蛋白造出来),再测它们能不能折对、有没有用。2024 年的诺贝尔化学奖,一半给了计算蛋白设计,一半给了蛋白结构预测。
阿远的那个蛋白,就是这样来的。本书只讲到这一层:它由 AI 提出,由实验室表达,自然界没有。怎样设计、怎样表达,本书不写。
回到陈老师那一问。你会怎么答?
第一种答法:算阿远的。是他挑的、他做的实验、他写的论文。这一条对了一点:没有人挑,那个形状不会离开计算机。可是阿远自己也说,形状不是他想出来的,他只是在几千个候选里挑了几个。
第二种答法:算 AI 的。形状是它提出来的。这一条也对了一点:没有它,就没有这个候选。可是 AI 提出了几千个,它并不在乎哪一个最后进了实验室,也不会因为这一个成功而多得什么。
第三种答法:算细菌的。真正把那串氨基酸一个个连起来的,是表达它的那些细菌。这一条也对:没有细胞,序列只是一行字母。可是细菌并不靠这个蛋白活下去,下一代细菌也不会因此多一个。
三种答法各对一点,各缺一点。
你也许注意到了,这三种答法正好对应生物学里吵了很久的三家:一家说功劳在那串能被抄下去的序列,一家说在环境与互动,一家说在那个自己维持自己的活物。第一编会请它们各说一遍。
这里先留一句话:三种答法都在争「谁出了力」,没有一种在问「谁来记」。
本书看任何一样生物学的东西,都分三层看。
第一层是读数:它是什么样子。这个蛋白折成什么形,序列是哪些字母,结合得多牢。读数可以测,可以写进表格。
第二层是好不好:它有没有用。它能不能结合那种分子,稳不稳定,会不会伤到别的东西。生物学讲适应、讲保真、讲交换,讲的都是这一层。
第三层是为了什么:它进不进哪一条谱系,往后有没有谁靠它活下去、传下去。
前两层,生物学讲得很细。第三层,生物学一直不太敢讲,因为一说「为了什么」,就像在说自然有目的。第三编会专门讲这件事:「为了什么」不是没有,是被当成目的论赶出了门。
拿一口祖传的铁锅来对一对。读数是它多重,口径多大,壁多厚。好不好是它好不好用,会不会粘。为了什么是:它传给了谁,往后有没有人接着用它、养它。前两层,你拿秤和锅铲就能答;第三层,要去问这口锅挂在谁家的灶上。
阿远的蛋白,第一层很清楚,第二层也不错,第三层是空的。陈老师那一问,问的正是第三层。
本书后面常说「记账」「户名」「入账」。这是一套家常比喻,先把它说明白,免得你以为它只是修辞。
想象一个小饭馆,几个人合伙开。月底分红,要把赚的钱算给每个人。这里有两件事:一件是赚了多少,一件是这笔钱算谁的。前一件,看流水;后一件,看账本上每笔记在谁名下。两个合伙人流水相同,只要账本的记法不同,各人拿到的钱就不同。
生物学里的选择,管的是前一件,赚了多少。哪种变异的后代多,哪种少,选择数得清清楚楚。后一件事,这些后代算谁的,选择管不了,要有一个东西去记。
这个比喻本身不能算证据。所以每一章都会把它落回到可以测的量上:新一代集体的「创始细胞」有多少来自同一个老集体(记账一致性);握口的一方有没有自己的利害(持有者的利害);撤掉那道口以后集体会不会退回去(回弹系数)。这三个量,第 17 章再详细讲。
本书有七个家常词,会在全书反复用到。我们先拿阿远的蛋白,把它们各用一遍。
形状(SDE 框架里叫显露):长出来、能被认出的样子。那团攥紧的小拳头,就是这个蛋白的形状;从「几千个候选之一」到「我们组的那个蛋白」,它越来越认得出。
路(差异序列):一串有先后、会修正的不同。AI 先提出候选,人先挑一轮,细菌表达,测,不行再改,再挑。这条路一先一后,顺序换了,结果就不同。
土(特征纠缠):让路能走、形状能长的那片缠在一起的地。计算机里的模型、实验室的仪器、细菌的细胞、缓冲液的温度、组里谁有空做实验,全缠在一起。同一条序列换一片土,可能就折不对。
回写:长出来的东西回头改土、改路。这一次结合得牢,下一轮设计就往这个方向挑;组里的人也开始相信 AI 的排序。
一锅粥:什么都在、还没分开。一夜之间提出的几千个候选,在被挑之前就是一锅粥。
正在成形:形状冒头、还站不稳。挑出来的十个,送进细菌,能不能折对、能不能重复,还说不准。
定型:稳住、认得出、传得下去。可是「传得下去」对一个蛋白意味着什么?它只能靠实验室一次次重新表达;它自己没有后代。
七个词就用到这里。后文会用得少,只在要紧处出现。
第一个误会:记功口就是选择。不是。选择决定「有多少」:哪一种留下的后代多。记功口决定「算谁的」:这些后代记在谁名下。第 17 章会把两者分开讲。
第二个误会:个体就是一块肉、一个看得见的活物。不是。本书说的个体,是一个被记出来的账户。一棵竹子、一窝蚂蚁、一团细胞,算不算一个个体,要看账怎样记。
第三个误会:AI 坐上主体位,是说 AI 有了意识。不是。本书说的主体位,只指能提出、挑选、否决。AI 能提出候选,能排出前十,能把剩下的放下;这和它有没有感觉、想不想要,是两回事。
本书每一章末尾都有两行小账。上一行问:本章拆了什么。下一行问:本章立了什么。
拿这一章本身举例。
拆了什么:拆了「有用就有了户名」这个默认。三种常识答法都在争谁出了力,没有一种在问谁来记。
立了什么:立了陈老师那一问,和看东西的三层:读数、好不好、为了什么。
阿远的蛋白,现在在两个地方。
一个地方是电脑里的一个文件,记着那串氨基酸的顺序。另一个地方是冰箱里,零下八十度,一支小小的冻存管,里面是表达它的那株细菌,管壁上贴着一张标签,写着日期、编号和一个缩写。
想让这个蛋白往后「有谱系」,要做的事其实很平常:实验室里有人隔一段时间,从冻存管里取一点,重新养起来,养好了,再冻一管新的。这一管接着上一管。哪天有人想用它,先翻登记本,找到最近的一管。
这条谱系,一端是计算机里的文件,另一端是登记本上的字。细菌没有商量,蛋白也不知道。是实验室里的人和一套规矩,把一管管细菌接成了一条线。
陈老师听阿远讲到这里,问:「要是登记本丢了呢?」
「那就找不回来了。其实管子还在,序列也能重新测。可是没有人能说,这一管是从哪一管来的。」
「那它还是原来那个蛋白吗?」
阿远想说是,又觉得这样答太快。
在往下走之前,先把三种常识答法各自成立的条件写清,免得你觉得它们只是错的。
「算阿远的」,在署名、评奖、实验记录这些场合够用。这些场合里,「户」本来就是人,人有名字,有单位,有账号。
「算 AI 的」,在追溯「这个形状从哪里来」时够用。软件的版本号,模型的参数,训练时用的数据,都是这一条线上的记录。想核对一项设计,就要翻这几样。
「算细菌的」,在问「这个蛋白在哪里、按什么规矩被造出来」时够用。没有细胞里的机器,这串字母不会变成立体的东西。
三种答法,是三种记法,记的东西不同:一种记谁出了力,一种记形状从哪来,一种记它在哪里被造出来。三种之间没有谁高谁低。本书要问的,是它们都没有记的那一笔:这个蛋白往后,是哪一条谱系的。
阿远的话,代表很多人的想法:在实验室里,一个蛋白有用就是有用,算谁名下,写论文时按作者顺序排就是了。
这个说法在日常工作里完全成立。做实验的人不需要先回答户名,就可以把蛋白测得清清楚楚;工程上,能不能用、稳不稳,才是要紧事。本书不否认。
不过有三个地方,户名会冒出来,而且冒得很具体。
第一个是署名与权利。论文里谁是作者,专利上谁是发明人。这类事近年已经让期刊编辑部和一些国家的法院碰上了新问题:由 AI 系统提出的设计,署谁的名。一些期刊明确表示,AI 工具不能列为作者〔待核〕;也有法院在专利案件中裁定,发明人必须是自然人〔待核〕。本书不评价这些裁决,只是看到,人们为这件事立了规矩,说明户名不是自动有的。
第二个是责任。一样东西出了问题,谁来管,谁来查,得有一条线能找回去。
第三个是延续。一个蛋白将来如果要在实验室之外存在,比如被一家企业继续做下去,被一套农业系统用下去,那一条「谁接着养它」的线,是靠人一手接一手维持的。
这三处,都不需要阿远去回答哲学问题。它们只需要有人回答:这一笔,记在谁名下。
那天晚上,阿远走的时候,陈老师送他到楼下。
阿远还在想那句话。他说:「老师,在我们实验室,一个蛋白有用就是有用。算谁名下,写论文的时候按作者顺序排就行了。」
陈老师说:「那论文的作者,是那个蛋白的祖宗吗?」
阿远没接话。
陈老师又说:「先别说蛋白。人为什么会老,你们实验室答得上来吗?」
你今晚也可以试一件小事:找一样你家里最近「有用」的东西,一盆花、一个旧工具、孩子做的一个小发明,问自己一句:它的用,算在谁名下?是谁在记?你会发现,「谁出了力」和「记在谁名下」,常常不是同一个答案。
一个东西有用,不等于它已经有了户名。
拆了什么:拆了「有用就有了户名」这个默认;三种常识答法都在争谁出了力。
立了什么:立了陈老师那一问,和读数、好不好、为了什么三层。
这一编四章。第 1 章先摆一道老难题:自然选择那么挑剔,为什么放过了衰老。第 2 章到第 4 章请生物学里的三家各说一遍:基因派押在复制的结构上,生态位派押在有机体与环境的互动上,有机体派押在生命自己维持自己上。每一家都先把它看对的那一头写足。
读完这一编,你会看到一个反差:三家各看对了一头,可是谁也没问过一句「这一份后代算谁的」。
你一定有过这样的时刻:一个孩子问你一个问题,你张口就要答,答到一半,发现自己其实不懂。
陈老师退休前的最后一节课,讲的是自然选择。她讲了四十年,闭着眼都能讲:变异,遗传,生存斗争,适者留下。长颈鹿的脖子,桦尺蛾的翅膀,细菌的抗药性。
快下课时,后排一个瘦瘦的男生举手。
「老师,既然选择会淘汰有害的东西,那人为什么非老不可?老了眼花、腿软、记不住事,这些都有害啊。」
全班笑了。陈老师没笑。她转身在黑板上写下两个字:选择。
粉笔停在那里。她想说「因为老了以后已经生完孩子了」,可这句话她自己也觉得不够。为什么生完孩子,身体就可以不管了?谁定的?
下课铃响了。那个男生的问题,她没有答完。
这一章,就从这道难题开始。
先把难题立起来。
自然选择的道理很简单:一群生物里,有些个体带着的变异让它们活得久一点、生得多一点,这些变异就会在下一代里变多。有害的变异会变少,有利的会变多。几百万年下来,眼睛、翅膀、免疫系统都是这样一点点被磨出来的。
衰老是有害的。老了,跑不快,躲不开天敌,生不出孩子,扛不住病。按照选择的道理,能推迟衰老的变异应当一直被留下,衰老应当越来越晚、越来越轻,最后被选没了。
可是它没有。几乎所有我们熟悉的动物都会老:老鼠两三年,狗十几年,人几十年。
这道难题在生物学里的位置,有点像经济学里的「水与钻石」:水是活命的东西,却便宜;钻石没什么用,却贵。看上去是一个小矛盾,拆开来,整套理论的底子都露了出来。
衰老难题也是这样。它问的不只是「人为什么会老」,它问的是:选择这台机器,到底在给谁干活?
二十世纪中叶,有三种答法先后出现。三种都讲通了一段,都是今天教科书里的标准内容。我们一种一种来。
第一种:晚年的害处,选择看不见。
这是英国生物学家彼得·梅达沃(Peter Medawar)的答法。他在 1951 年的一次就职演讲里讲了这个想法,第二年印成小册子,题目就叫《生物学中一个未解决的问题》〔待核〕。
他的意思大致是:就算一种生物根本不会老,它也会死于别的原因,被吃掉、冻死、饿死、病死。年纪越大,还活着的个体就越少。于是,一个只在晚年才发作的有害突变,碰到它的个体本来就不多,它们大多在发作之前就已经死于别的原因,并且早就把这个突变传给了孩子。
选择的力量随年龄变弱。年轻时发作的害处,选择看得一清二楚,很快就把它淘汰;晚年才发作的害处,选择几乎看不见,它们就在一代代里慢慢攒下来。衰老,就是这些攒下来的晚发害处一起冒出来的样子。
后来的人把这叫作「突变积累」。
这一条讲通了一件事:为什么选择对晚年「不上心」。它很漂亮,因为它不需要任何特别的假设,只要有外部的死亡,就有选择力量随年龄下降。
教科书喜欢拿亨廷顿病来说明这个道理:它由一个显性突变引起,常在中年以后才发作,而发作前,携带者往往已经生了孩子。选择对这样的突变使不上劲,它就一代代留了下来。这个例子只是帮你看见「晚发」二字的分量,它不是衰老本身,本书不拿它去下结论。
梅达沃那一代人,手里没有今天这么多数据,他是靠推理走到这一步的。这也是他的了不起:先把道理想清楚,几十年后才有人拿实验去量那条「选择力量随年龄下降」的曲线。
第二种:年轻时的好处,换老年的坏处。
1957 年,美国生物学家乔治·威廉斯(George C. Williams)发表了一篇关于多效性与衰老演化的论文〔待核〕。
「多效性」是说,同一个基因可以同时管好几件事。威廉斯的想法是:如果某个基因让年轻时长得快、生得多,却让老年时身体垮得快,选择会怎么对待它?
选择会留下它。因为年轻时的好处,选择看得清楚;老年时的坏处,按梅达沃的道理,选择看不太清。一笔早到的收入,换一笔晚到的账单,在选择的算盘上是划算的。
后来的人把这叫作「拮抗多效」。
这一条比第一条多讲通了一件事:衰老不只是选择「顾不上」的结果,它还可能是选择「主动换来」的代价。年轻时的旺盛和老年时的衰败,可能是同一枚硬币的两面。
你在日子里也见过这种买卖。一个人年轻时拼命工作,换来事业,也换来后来的腰椎和失眠。年轻时的账,当时就到手了;后来的账单,当时没人去看。威廉斯说的是:身体里的基因,也在做这样的买卖,只是它们不知道。
这一条还有一个好处:它可以拿来推测。如果拮抗多效是对的,那么人为地压住晚年的某个害处,应当会让年轻时的某个好处跟着变差。这类检验,实验室里已经做了不少,结论并不总是整齐,本书不替它们下定论〔待核〕。
第三种:资源只有这么多,花在生殖上,就省在修补上。
1977 年,英国生物学家汤姆·柯克伍德(Tom Kirkwood)提出了「一次性体细胞理论」。
他把问题换了一个角度:一个有机体能拿到的能量和材料是有限的。这些资源可以花在两件事上,一件是修补身体,一件是生孩子。修补做得越彻底,身体越不容易坏,可是留给生殖的就越少。
如果外面的世界本来就危险,一个个体迟早会死于意外,那么把身体修得永远不坏,就是浪费。更划算的分配,是把身体修到「够用」,把省下来的资源投到生殖里。身体是一次性的,像一件只打算穿几季的衣服,做工不必按穿一辈子来。
这一条讲通的,是第三件事:衰老和有机体怎样分配自己的资源有关。它把前两条讲的「选择看不见」「选择换来」,落到了身体内部一笔一笔的账上,可以去测:修补花了多少,生殖花了多少。
三种答法并不互相排斥。今天的教科书往往把它们一起讲,当作衰老演化的三根柱子。它们都对。
可是对,不等于看全了。
换一副眼镜看,这三种答法各自押在了不同的地方。本书用「三头」来分:客体那一头,是能被复制、能被测出来的结构;互动那一头,是一方和另一方之间的交换;主体那一头,是有机体自己维持自己、自己做分配。
梅达沃偏在客体那一头。他讲的主角是突变,一个个落在染色体上的、可以被复制下去的改变。选择看不见它们,它们就攒下来。整个故事里,有机体只是这些突变路过的地方。
威廉斯偏在互动那一头。他讲的主角是一笔交换:年轻的好处换老年的坏处,早的换晚的。故事的骨头是这笔买卖划不划算。
柯克伍德偏在主体那一头。他讲的主角是一个会分配资源的有机体:它把多少花在修补,多少花在生殖。故事的骨头是有机体自己的那本预算。
本书说的「偏」,不是说它们错了,是说每一家把故事的重心放在了一头,另外两头当成了背景。梅达沃的突变要落在会死的身体里才有意义;威廉斯的交换要有一个能把早晚两笔账连起来的身体;柯克伍德的分配要有一个把资源分给「生殖」与「修补」两边的界线。
这三头怎样对位,是本书的一个编码假说,不是学界的定论。你也可以把威廉斯看成偏客体,因为他讲的仍是一个基因。本书这样分,是为了看清下一件事。
三种答法有一个共同的起点,起点处有一句话,谁也没说出口。
再看一遍。梅达沃说,晚发的突变「已经被传给了孩子」;威廉斯说,年轻时的好处让个体「生得多」;柯克伍德说,资源在「修补身体」与「生殖」之间分配。
三句话里,都已经站着一条分好的界线:一边是身体,一边是要传下去的那一部分。身体是会老、会坏、会被丢掉的;生殖细胞是要被记进下一代的。
这条线是谁画的?
在三种答法里,它是现成的,是故事开始之前就已经在那里的。它们讨论的是:线的这一边要花多少、那一边要花多少;这一边的害处选择看不看得见。它们没有问:为什么身体这一份,从来不算进下一代的账?
你可以想一下:如果一种生物的身体里,任何一个细胞都有机会长成新的个体,这条线还在不在?如果有一种生物,整个身体就是一团可以不断分出新个体的细胞,它会不会老?
这条线在生物学里有一个很老的名字。十九世纪末,德国生物学家魏斯曼(August Weismann)就主张,身体的细胞和生殖的细胞是两条路:生殖的那一条传下去,身体的那一条随个体死去〔待核〕。这个想法后来被叫作「魏斯曼屏障」,教科书里写得很自然。三种衰老理论都站在它上面,没有人觉得这需要解释。
可是你想想看,这是一件多么奇怪的事。一个受精卵分裂了几十轮,变成几十万亿个细胞。其中极少一部分被留作「生殖的候选」,其余的全部是「身体」,注定要在这一代终了。这个分配,是一个结构在做的,而不是一个自然的、从一开始就有的事实。
不少生物并不这样。一株草莓会沿着地面伸出匍匐茎,每隔一段长出一棵新苗,新苗与母株一模一样,它们算同一株,还是许多株?一条水螅可以从身体的一侧长出芽来,芽长大了脱落,成了新的水螅。在这些生物那里,哪一部分是「身体」、哪一部分是「要传下去的」,没有一条那样清楚的线。
第 23 章回到这里,那时本书会给出自己的答案。这里先把这句话写下来:三种答法都默认,身体和生殖系的账本早已分好。
在往下走之前,要先把柯克伍德的看见写足。因为他离本书要说的东西最近。
一次性体细胞理论最了不起的地方,是它让衰老变成了一个可以算账的问题。在他之前,衰老常被说成「磨损」,像机器用久了会坏;可是机器没法自己修,生物是会修的。柯克伍德问的是:既然会修,为什么不修好?他的回答是:修是要花钱的,钱只有这么多。
这个回答有很多后续的证据支持。比如,在天敌多、意外死亡率高的环境里,一些动物演化出更快的衰老;在天敌少的岛屿上,同类动物往往老得慢〔待核〕。这正符合「外面越危险,越不值得修好身体」的推论。
美国生物学家史蒂文·奥斯塔德(Steven Austad)有一项常被引用的研究:他比较了美国大陆上的弗吉尼亚负鼠和一座近岸岛屿上的同种负鼠,岛上的天敌少,据报告,岛上的负鼠老得更慢,也更晚开始繁殖〔待核〕。这个故事讲得很顺,所以更要提醒一句:它是一个野外比较,不是一次受控实验,不同种群之间还有许多别的差别。本书只拿它说明,这套理论是可以拿到野外去量的。
再说回来,柯克伍德这套理论有一个很家常的比喻:同样是做一件衣服,你打算穿一辈子,就会用好布、缝细线;你只打算穿一季,就只会缝到不开线为止。身体也是这样,它会按「预计能用多久」来决定把工做到几成。
所以本书不反驳一次性体细胞理论。本书要做的,是在它的账本上再加一行:资源怎样分是一回事,这些资源记在谁名下是另一回事。这一行,要等到第三编才写得出来。
梅达沃的道理,后来被人写成了数学。1966 年,英国的威廉·汉密尔顿(W. D. Hamilton)发表了一篇讨论自然选择怎样塑造衰老的论文〔待核〕。他算的是:在一个有外部死亡的种群里,某个年龄段出现的变异,对整个种群的适应度能有多大的影响。他的结论,大意是:这个影响随年龄一路往下走,过了生育期,就快要变成零。
先用一个假设的小数目看一眼。数目是为了看清道理,不是测来的。
设想一群动物,每年因为意外死去一半。开头是一百只,一年后剩五十,两年后二十五,五年后不到四只,十年后,平均下来一只也剩不下。再设想有一个有害变异,要到第五年以后才发作。一百只里,能活到发作的,不到四只。选择想靠这四只去淘汰它,而它们早在发作之前,大多已经生过孩子。
这就是「选择的力气随年龄下降」。
你可以把它想成一辆从早到晚都在上人、下人的公交车。站台上有个检票员,想认清每位乘客的品行。越靠近终点站,车上的人越少,他能认清的乘客也越少。到了终点,车里已经没人了。
这里要说清一个条件。选择力气下降,要有外部的死亡做前提。一种生物若几乎不会被意外夺走性命,比如被照料得很好的笼养动物,这条曲线就会缓得多。所以梅达沃的道理不是「一切生物必然衰老」的定理,而是一个条件句:在外面有死亡的地方,选择管不到晚年。
理论说得通,还要拿去量。最常被引用的一类实验,用的是果蝇。
美国生物学家迈克尔·罗斯(Michael Rose)在 1980 年代做过一组选择实验〔待核〕。他把果蝇分成两类饲养。一类照常,年轻就繁殖;另一类,只让较晚才产卵的雌蝇留下后代,一代一代这样挑。据报告,几十代之后,只留晚产者的那一类,寿命明显变长,而早期的产卵量下降了〔待核〕。
这一组结果,对前两种答法都有话说。寿命能被选择推迟,说明衰老不是不可改的磨损。早期产卵量下降,与「年轻时的好处换老年的坏处」合拍。不过,实验的细节、重复的情况和对结果的不同读法,文献里都有争论,本书不替它们裁决〔待核〕。
这里有一个容易被忽略的细节:挑选是谁在做?是研究者。这个实验里,哪一批苍蝇的卵留下,哪一批倒掉,是研究者的手决定的。实验演示了选择可以推迟衰老,而它借来的那一句「哪些后代算数」,是人写的。这件事,在第 28 章谈定向进化时会再遇到。
第一个反对:衰老是为了给后代让路。
这个想法很早就有,魏斯曼本人一度也这样想,后来不再坚持〔待核〕。它听上去很顺:老的不走,新的没地方。
不过它要求选择在「群」这一层挑,而群体层的选择要胜过个体层的选择,条件是苛刻的。设想群里出了一个不肯衰老的变异,它的携带者多活几年、多生几窝,在群体里自然会变多,除非有什么东西,把「让路」的好处记给了让路的那一方。这个反对错的地方不在「群」,而在它把「好处归谁」留成了空白。这类空白,正是本书要问的那一类。衰老之谜还不是回答它的地方,第 23 章再说。
第二个反对:野外的动物活不到老,衰老在自然里不重要。
过去这样想的人不少。后来,不少野外的长期追踪研究把数据放在一起,综述报告说,在许多野生种群里,能看到晚年繁殖与存活的下降〔待核〕。这一条不但没有动摇三种答法,反而是支持:三种答法要解释的,正是「野外也会老」。
阿远回到实验室,拿陈老师那一句话,问了组里三个人。
周一,他问一位做群体遗传的博士后。她想了想,在纸上画了一条往下掉的曲线,说:「晚发的坏变异,选择看不见,一代一代攒下来。」
周三,他问隔壁组一位做进化生态的师兄。师兄说:「年轻时多生,老了就垮,是一笔交易。」他还举了几个野外的例子。
周五,他问实验室里一位做细胞衰老的老师。老师说:「细胞每分裂一次,都要修。修要花资源,修到哪一步算够用,是个分配问题。」
三个答案,阿远都记在本子上,也都听懂了。周末他翻出来看,心里有一种说不出的别扭:三个人,谁也没有提过身体和后代之间那条线。他想不起来,这条线是什么时候有人教给他的。
他把这个感觉发给陈老师。陈老师回了三个字:「记下来。」
退休以后,陈老师常想起那个后排的男生。
有一天她在菜市场碰见他。他已经读大学了,学的是计算机。她问他还记不记得那个问题,他说记得,后来在网上查过,「说是因为生完孩子以后,基因就不管身体了」。
陈老师说:「那你觉得,基因是怎么知道哪一部分是『身体』、哪一部分是『孩子』的?」
男生想了想:「它不用知道吧,本来就分好的。」
「本来就分好的,」陈老师重复了一遍,「我教了四十年,也一直这么讲。」
她回家后,翻出一本旧的教案。上面有她当年抄的一页板书:「体细胞——不遗传;生殖细胞——遗传。」她看着这两个破折号,第一次觉得,破折号后面那两个词,是有人替它们写上去的。
你可以试一件小事。下次有人跟你解释某件事「本来就是这样」,你只追问一句:是谁把它分成这样的?大多数时候,对方答不上来。答不上来的地方,往往就是一道没人看见的线。
后面的章节会反复用到三个可以量的量。这一章先挂上第一个:记账一致性,也就是同一批后代,被几个不同的记账人算到同一个户名下的程度。三种答法讲衰老,都没有量过它:身体和生殖系的账,到底是同一个人在记,还是各记各的。
选择没有放过衰老,是身体从来就不在它的账上。
拆了什么:拆了「衰老难题已经被三种答法解决」的印象;三种答法各偏一头,都讲通了一段。
立了什么:立了一句没人说出口的话——三种答法都默认身体与生殖系的账本早已分好。
你一定有过这样的时刻:一个孩子用一句话,把你几十年没想过的事问穿了。
阿远的表姐家有个八岁的儿子,叫豆豆。那阵子电视上在放亲子鉴定的节目,豆豆看得入迷,跑来问阿远:「舅舅,亲子鉴定是怎么验的?」
阿远是学生物的,觉得这题好答。他拿了一张纸,画了两个圆圈,一个写「爸爸」,一个写「妈妈」,中间画一个小圆圈,写「豆豆」。
「你身上的基因,一半来自爸爸,一半来自妈妈。鉴定的时候,看你的基因和爸爸的对不对得上。」
豆豆盯着纸看了一会儿,问:「那我身上有一半是爸爸的?」
「一半基因是。」
豆豆又问:「那另一半呢?另一半我是谁的?」
阿远想说「另一半是妈妈的」,话到嘴边停住了。孩子问的好像不是这个。他问的是:我是谁的。
这一章请出生物学里最硬的一家,它对这个问题有一个干脆的回答。
基因派的回答是:你是基因的。准确地说,你是你身上那些基因用来把自己复制下去的一个工具。
这个说法最出名的版本,来自英国生物学家理查德·道金斯(Richard Dawkins)1976 年的《自私的基因》〔待核〕。它的底子更早,来自乔治·威廉斯 1966 年的《适应与自然选择》〔待核〕,以及 1960 年代以来群体遗传学的一系列工作。
道理是这样的。
一个人活几十年就死了,他的身体传不下去。他的孩子也不是他的复制品,而是父母两边的基因洗牌之后的新组合。再往下传几代,组合又被打散了。
那么,世代之间真正延续下去的是什么?是一段段基因。一段基因可以在你身上,也可以在你的孩子、孙子、远房表亲身上,它的拷贝在一代代身体里传下去,比任何一个身体都活得久。
道金斯把能被一代代精确复制下去的东西叫「复制子」,把装着它们、替它们去生存繁殖的身体叫「载具」。选择最终挑的,是那些能让自己的拷贝变多的复制子。身体做的一切,跑、躲、求偶、养孩子,从长远看都是复制子在给自己铺路。
你可以把这个画面想成一份手稿和一本本印出来的书。书会旧、会破、会被扔掉;手稿上的那几行字,却被一版再版地印下去。演化看的是哪几行字印得最多。
本书把基因派叫作「生物客体的属性发生学」:生命的种种属性,眼睛、翅膀、合作、攻击,都从复制的结构里长出来。客体,是能被复制、能被测出来的那一头。
基因派最硬的一块,是它解开了合作的难题。
达尔文自己就被一个现象困扰过:工蜂、工蚁不生孩子,一辈子替蜂后干活,有的还会为保卫蜂巢去死。选择不是留下生得多的吗?一个不生孩子的性状,怎么能被选择留下来?
1964 年,英国生物学家威廉·汉密尔顿(W. D. Hamilton)发表了关于亲缘选择的论文〔待核〕,给出了答案。
他的意思是:你身上的一个基因,在你的亲属身上也有一定的概率有拷贝。你帮亲属多生了孩子,就等于帮这个基因多留了拷贝。只要帮出去的好处,乘上你和亲属共有这个基因的概率,大于你自己付出的代价,帮忙的那个基因就会被选择留下来。
这条规则后来被写成一个简单的不等式,叫「汉密尔顿法则」。式子里的那个概率,叫「亲缘度」,常写作 r。
这一条威力很大。它解释了为什么蜜蜂、蚂蚁里不育的工职那么常见,为什么很多动物会为亲属发出报警的叫声,为什么父母会为孩子付出那么多。几十年来,大量的野外观察和实验支持它。
拿一个家常的例子想一想。一对双胞胎姐妹,姐姐没有生孩子,却把妹妹的三个孩子带大,供他们读书。从姐姐自己的「后代数」看,她是零;从她那一半和妹妹相同的基因看,她的照顾,帮了这些基因的拷贝。汉密尔顿的算法,把这份帮助算了进去。
这类算法有个厉害之处:它不要求姐姐「知道」基因,也不要求她算账。它只说,如果某种倾向——愿意帮亲属——在统计上让这类基因变多,这种倾向就会留下来。
这是基因派最硬的一块,到今天也没被推翻。本书后面会一再用到它。第 18 章还会专门讲,本书的一个关键量和亲缘度有什么不同,那时也要先还汉密尔顿一个公道。
还有一件更基础的事,基因派也是对的:复制保真是真的。一段 DNA 被复制时,出错的概率非常低,细胞还有一整套校对和修复的机器。没有这份保真,形式守不住,谱系就散了。本书第三编会把这份保真叫作「真守」:谱系把形式守住。
不过,基因派在一个地方借了东西,自己没有推出来。
再看那幅画面:复制子,载具。复制子要变多,得靠载具去生存、去繁殖。可是载具是什么?谁是那一个载具?
道金斯的回答,大体是:载具就是那个装着复制子的有机体,一个人、一只蚂蚁、一棵树。可是这个「那一个有机体」,在复制子的道理里推不出来。复制子只会被复制,它不会画出一个身体的边界。
举一个基因派自己也很熟悉的例子。
一个有性生殖的生物,生殖细胞形成时,每对染色体只有一条能进入卵子或精子。正常情况下,这是公平的:每一条都有一半的机会。不过有一类基因会作弊,它们能让自己进入生殖细胞的机会远远超过一半,代价是损害整个身体。生物学家把这类基因叫「分离偏离因子」,道金斯自己也讨论过这类「法外之徒」〔待核〕。
一个身体之所以还像一个身体,而不是一群各自作弊的基因,靠的是什么?靠的是那套让每一条染色体机会均等的分裂机制,以及一整套压住作弊者的装置。有人把基因组比作一个「议会」:多数基因靠公平分裂才能一起受益,于是联手压住少数作弊者〔待核〕。
注意这里发生了什么。决定「下一代算在哪一条染色体名下」的,不是复制本身,而是一道分裂的规矩。复制子的拷贝能不能进入下一代,要先过这道规矩。
再往外看一层。道金斯后来写了《延伸的表型》〔待核〕,说基因的作用不止于身体,河狸的水坝、蜘蛛的网、寄生虫对宿主的操纵,都是基因的「表型」延伸到了身体之外。这个说法很有力,不过它借得更多:水坝是在一条河里、一片环境里起作用的;寄生虫的操纵要经过宿主的身体。那些「延伸」出去的部分,靠的是有机体和环境之间的来往。
所以基因派的推导里有两笔借来的东西。一笔借自主体那一头:一个会生存、会繁殖、有边界的有机体。一笔借自互动那一头:有机体和环境之间的来往。
借本身没有错。每一套理论都要借。问题在于,基因派默认后代「算给复制子」,好像这一笔是复制本身推出来的。其实不是。复制决定拷贝像不像,决定拷贝有多少;拷贝记在哪一个名下,是那道分裂的规矩、那个身体的边界、那片环境一起做出来的。
在继续之前,要避免一个常见的误会:以为基因派就是「基因决定一切」。
认真读下去,基因派里最严肃的人,从来没有这样说。威廉斯在《适应与自然选择》里反复提醒,不要在没有证据的地方到处找「适应」;道金斯也说过,基因影响行为,不等于行为不能改。他们说的是:从长时间看,哪一类变异能留下来,要看它的拷贝能不能比别的拷贝更多地留下来。这是一个关于「谱系怎样延续」的论断,不是一个关于「人是什么」的论断。
所以,要和基因派对话,不能拿「人不只是基因」去反驳它。它同意。它要说的只是:在谱系延续这件事上,复制的结构是最稳的那一条线。
还有一个常被忽略的贡献:基因派把演化变成了可以计算的东西。种群遗传学里,一个突变的频率怎样随世代变化,要用几个量写成方程:突变率、选择系数、种群大小。方程的解可以拿去和测序数据对。这使得演化生物学从讲故事变成了可以检验的科学。第三编谈「读数」时,本书会把这件事当作生物学最大的成就之一。
再回到亲缘选择。本书在这里要多说一句,这是本书的看法,不是汉密尔顿的原话。
汉密尔顿法则里,你帮亲属多生的孩子,「算」进了你那个基因的成绩。生物学家后来把这叫「包容适应度」:一个个体的适应度,包括它自己的后代,也包括它帮亲属多生的那一部分,按亲缘度打折。
这是一种记账的办法。它决定了别人生的孩子,有多少算到你的账上。这个办法很好用,算出来的结果也和观察对得上。可是它本身就说明了一件事:后代算谁的,不是自明的,是要定一个规则去算的。
汉密尔顿把规则定得很巧,基因派接过去用。不过规则从哪里来、在生物身上由什么结构执行,这件事在基因派里没有被当成一个问题。
本书对基因派的一句话是:复制决定像不像,不决定算谁的。
本书把基因派叫作「生物客体的属性发生学」,这个名字值得拆开说一遍。
「客体」,是指能被拿出来、被复制、被测量的那一头。一段 DNA,可以被提取,可以被测序,可以被拿去和另一段对。它在显微镜下、在测序仪里,都是一个「摆在桌面上的东西」。
「属性发生学」,是指一个东西的性质是怎样长出来的。基因派的回答是:从这个东西的结构上长出来。蛋白的形状从序列上长出来,行为的倾向从神经的连接上长出来,种群的变化从频率上长出来。结构决定属性。
这个回答,在客体那一头是完整的。你问:这个蛋白为什么结合这个分子?答:因为它的序列折成了这个形状。这一问一答,不需要别的。
可是问题换成「这一份后代算谁的」,客体那一头就不够了。同一段序列,在一个细菌里,在一株植物里,在一个被人饲养的牲畜里,被「记」的方式不同;记法不同,谱系就不同。序列自己,说不了这件事。
这就是第 8 章要收的欠条里的第一张。先把它记在这里。
汉密尔顿法则最爱用的例子,是蜜蜂、蚂蚁这一大类膜翅目昆虫。它们的性别由一套特别的办法决定:雌蜂由受精卵发育,有父亲也有母亲;雄蜂由未受精的卵发育,只有母亲。结果是,同一位父亲生的姐妹之间,共有基因的比例特别高。按教科书的算法,姐妹之间的亲缘度是四分之三,比她们和自己将来孩子之间的二分之一还高〔待核〕。于是有人推想:与其自己生,不如帮蜂后养妹妹。
这个推想漂亮,也有后话。蜂后常常同好几只雄蜂交配,不同父亲的姐妹之间,亲缘度就被拉了下来。还有些社会性昆虫并没有这套性别决定。后来的研究者因此一直在争:这套性别决定,到底是社会性演化的原因,还是之后才有的条件〔待核〕。本书不裁这场争论。
把这个例子放在这里,是为了写清基因派完全成立的条件:谱系清楚,谁是谁的姐妹,算得出来;拷贝的去向可以追踪;每一个「户」的边界,在算之前就已经划好。条件齐了,它的预测又准又细。条件不齐的地方,比如一群边界说不清的细胞,它要先借别人划好的线才能开算。
读到这里,会有人替基因派说话:你说户名是分裂的规矩、身体的边界做出来的,这些规矩、边界,不也是基因编码出来的吗?
这个反对说对了一半。分裂要用的蛋白,管边界的细胞膜成分,压作弊者的机制,背后当然都有基因。这些基因本身也是演化的产物,是被选择留下来的。本书同意。
不过要看这个同意落在哪里。它说明规矩是演化出来的,没有说明规矩与复制是一回事。同一个基因放进不同的规矩里,它的拷贝记到谁名下,就不一样。拿两种生物对照:有性生殖的动物,一个受精卵发育出整个身体,只有一小部分细胞留作生殖;一株草莓,靠匍匐茎,从身体的任何一段都能长出一棵新苗。不必假设两者的基因有多大差别,只看记法就够了。
这个对照怎样读,第 23 章还要用。这里先记下一句:基因决定规矩是用什么零件造的,规矩决定拷贝进谁的账。
基因派曾被人批评过一个说法,叫「豆袋遗传学」:好像把一堆豆子装进袋里,一粒一粒地数,仿佛基因彼此无关。提出这个批评的人里,有恩斯特·迈尔(Ernst Mayr)〔待核〕。为它辩护的人里,有 J. B. S. 霍尔丹(J. B. S. Haldane),他的辩护大意是:数豆子是一种记账的办法,账面上的算术本身没有错〔待核〕。
这场争论给本书留下一句话。「记账」这个词,生物学家自己早就用过。他们承认,账面上的数字,要靠一套约定才算得出来:哪一粒豆子算一粒,哪一袋算一袋。这套约定,在数据库里是编号,在田野里是记号笔,在种群遗传学里,是写在方程第一行的那句「设种群大小为 N」。
那个 N,是谁数的?
陈老师教遗传,有一节课是带学生数豌豆。
那是孟德尔的老实验:圆粒豌豆和皱粒豌豆杂交,后代里圆的和皱的,比例接近三比一。孟德尔当年数了七千多粒,据记载,圆粒五千四百多,皱粒一千八百多,比值在二点九六上下〔待核〕。
课堂上没有七千粒。陈老师给每个小组发了几荚豌豆,让他们剥开,数圆的、皱的。结果很不齐整:一荚七粒,有的七比零,有的四比三,有的二比五。学生急了:「老师,三比一呢?」
「你们把各组的加在一起看看。」
加到全班,数字才慢慢靠近三比一。
陈老师在黑板上写了一行字:「定律在加法之后。」她没有多说。学生们那天记住的是,一荚豆子是一户,一户里看不出规律;规律要在许多户加起来之后才出来。至于哪几户加在一起、哪几户另算,是老师在讲台上定的。
三比一是真的。不过,它是在一道记账的手续之后才被读出来的。
后来阿远又去表姐家,豆豆还记着那个问题。
阿远想了几天,换了一个答法:「你身上的基因,一半像爸爸,一半像妈妈。可你算谁家的孩子,不是基因说了算的。是你出生的时候,医院在出生证上写了谁的名字,家里在户口本上把你记在哪一页。」
豆豆说:「那要是写错了呢?」
阿远说:「那就要去改。改的时候,要拿基因去对一对。」
「所以基因是用来对的,不是用来写的?」
阿远愣了一下,笑了:「差不多。」
阿远把这段对话讲给陈老师听。陈老师听完,说:「这孩子比你们实验室的人问得好。」又说:「他问的是户口本,你们答的是化验单。」
阿远这回没有反驳。他想起实验室里,每一份样品都要贴标签,写上编号、日期、是谁的。没有标签的样品,哪怕序列测得再准,也进不了数据库。标签不在序列里,在那个贴它的人手里。
你也可以试一试。下次你听到「这是基因决定的」这句话,先别急着同意或反对,只分开问两件事:基因决定的,是像不像,还是算谁的?你会发现,很多「基因决定」的说法,其实只讲了前一半。
这一章可以先挂一个量:持有者的利害。基因抄得再准,自己没有利害,它也不会替任何一份后代挑户名;谁有利害,谁的记法就会偏。以后每遇到一道记账的口,先问一句:这个持有者,自己有没有利害。
基因能把形式抄下去,却不会自己写上户名。
拆了什么:拆了「后代天然算给复制子」这个默认;载具的边界和延伸表型,都借了有机体与环境。
立了什么:立了基因派看对的那一头:复制保真与亲缘选择;也立了一句话——复制决定像不像,不决定算谁的。
你一定有过这样的时刻:一件事做成了,大家都说是自己的功劳,你却觉得,真正出力的是另一个谁也没提的东西。
学校后院有一小块荒地,陈老师带学生在那里种过菜。有一年秋天,她让学生蹲下来看蚯蚓翻出的细土堆,一粒一粒,像撒过的小米。
「这片地,」她说,「是它们耕的。」
蹲在最前面的女生抬头问:「老师,那后来地肥了,菜长得好,是算蚯蚓的功劳,还是算菜的?」
「算菜的怎么讲?」
「因为是菜长得好呀。」
「算蚯蚓的怎么讲?」
「因为地是它们翻的。」
两个孩子争了起来。陈老师没拦。她想的是另一个问题:蚯蚓翻土的时候,并不知道自己在种菜;菜长得好,对蚯蚓的后代,又有什么好处?
这一章请出生物学里的第二家。它盯着的,正是那只蚯蚓。
生态位派的出发点,是一个看上去很朴素的事实:生物不只是适应环境,它们也在改造环境。
河狸咬断树木,筑起水坝,一条溪流变成一片池塘,池塘边长出新的植物,来了新的鱼和鸟。白蚁堆出高高的蚁丘,里面的温度和湿度,比外面稳定得多。植物的根往土里分泌酸,改变周围的土壤;蚯蚓把落叶拖进土里,让土变得疏松、肥沃。
达尔文自己对这件事就有兴趣。他晚年专门研究过蚯蚓,1881 年出版了一本关于蚯蚓怎样形成腐殖土的书〔待核〕,算了一年里一亩地上的蚯蚓要翻起多少土。
二十世纪后半叶,美国生物学家理查德·列万廷(Richard Lewontin)把这件事推到了理论的中心。他在 1983 年一篇题为「有机体是演化的主体与客体」的文章里说〔待核〕,主流的说法把环境当成一个「问题」,把有机体当成「解答」:环境先提出难题,有机体靠变异去碰运气,碰上的留下来。这个说法里,环境是现成的、不动的、在那里等着挑人。
列万廷说,这是半幅图。有机体不只是被环境挑,它也在改环境、选环境、决定自己遇到什么。环境不是一个独立的、预先给定的东西;它有一半是有机体自己造出来的。
后来,英国的奥德林-斯米(John Odling-Smee)、凯文·拉兰德(Kevin Laland)和马库斯·费尔德曼(Marcus Feldman)把这个思想系统化,在 2003 年出版了《生态位构建》〔待核〕。他们的核心意思是:有机体通过自己的活动改变环境,这些改变会持续存在,并改变后代所面对的选择压力。这条反馈回路,不是演化的副产品,而是演化的一个起因。
这家人为什么值得认真对待?因为它有硬的数学。他们把生态位构建写进了群体遗传学的模型,证明在某些条件下,构建活动能让基因频率朝着没有构建就不会出现的方向走,甚至能让一个对个体不利的性状固定下来。
本书把这一家叫作「生物互动的属性发生学」。互动,是有机体和环境之间来来回回的那一头。这一头的属性,比如一种动物能不能在某处生存,是在这来回之间长出来的,不是单靠基因,也不是单靠环境。
生态位派有一个概念,名字有点拗口,叫「生态遗产」,英文是 ecological inheritance。意思很朴素:一代生物走了,它们改过的土还留着,下一代就在这块改过的土上出生。
这件事你家里就有。你出生那年,爷爷在院子里种了一棵枣树。你长大了,枣树也长大了,夏天乘凉,秋天打枣。你没有种那棵树,你继承的是它。你的孩子再出生,继承的是你和爷爷留下的整个院子。
放到生物上,意思就更重了。河狸一代代筑坝,坝一代代加高,池塘越来越大。最早筑坝的河狸早就死了,它们的后代出生在一个已经被改造过的溪谷里,这个溪谷对它们的生存、觅食和躲避天敌,都产生影响。这一份影响,不是通过基因传下去的,是通过这块土传下去的。
于是出现了一个有意思的情形:同一个种群,基因没有变,因为土变了,选择压力就变了。反过来,因为选择压力变了,种群的性状又跟着变,再反过来作用于土。生态位派给这条回路,写出了数学模型,并用模型说明:这样的传递,有时能让某个性状的演化,跑得比单靠基因的传递快得多,或者慢得多,甚至朝着相反的方向走〔待核〕。
这一点,是这一家最扎实的贡献。它让「环境」不再是一块背景布,而成了有历史的东西。
不过,你要注意一个微妙之处。土能传下去,可是土传给了谁?河狸的坝,传给了河狸的后代,也传给了住进池塘的青蛙、水草和蚊子。同一块土,所有路过的生物都能用。那么,这块土算谁的遗产?生态位派的模型里,这件事是通过设定来回答的:谁构建,谁就是土的所有者,土改变的是它自己后代的选择压力。可是青蛙也在受益,也在受影响。设定里把青蛙放在了模型之外。
这个小小的设定,就是下面第六节要谈的那一笔。先放在这里,有个印象。
生态位派还有一块根基,是共生。
你的肠道里住着几百万亿个细菌,它们帮你消化、帮你训练免疫。这是共生,但还算松散:它们是外来者,你把它们养在里面。
更深的共生,是把对方变成了自己的一部分。
二十世纪六十年代,美国生物学家琳·马古利斯(Lynn Margulis)提出,真核细胞里的线粒体和叶绿体,原本是独立生活的细菌,被另一个细胞吞进去,没有消化掉,反而住下来,一代一代,成了细胞的器官〔待核〕。这个想法起初遭到许多人反对,后来在基因序列上找到了强的证据:线粒体里的 DNA 和某类细菌更近,它的核糖体也更像细菌的。
这件事的分量很重。你身上每一个细胞里,都有几百到几千个线粒体,它们曾经是别人。你这具身体是一场很早很早的合并的产物。
所以,生态位派有一个深刻的提醒:「一个生物」的边界,不是自然给定的。两个原本各活各的生命,可以合成一个。在演化的长河里,这样的合并发生过不止一次。
不过,共生并不总是和气的。
豆科植物,比如大豆,根上长着小小的瘤,里面住着根瘤菌。根瘤菌能把空气中的氮变成植物能用的氮肥,植物则给它们糖和住处。这是一笔互惠的交易。可是,并不是每一只根瘤菌都老实干活。有的菌在根瘤里「偷懒」,吃了糖,却不固氮。
2003 年,美国生物学家 E. 托比·基尔斯(E. Toby Kiers)和同事做了一个实验〔待核〕:他们人为地把大豆根瘤周围的气体换成不含氮气的混合气,让里面的根瘤菌没法固氮。结果据报告,植物减少了对这些「偷懒」根瘤的氧气供应,里面根瘤菌的繁殖也随之下降。也就是说,宿主在惩罚不合作者。
请把这件事记在心里。第 11 章、第 17 章要用到它。这是整个生物学里,一道看得见的「记功口」:宿主决定,哪些共生者的后代能够继续繁殖,哪些不能。
生态位派看对了什么,要写足。
它看对的第一件,是环境不是被动的筛子。选择不是一台立在那里、给每个路过的个体打分的机器。有机体会走动,会挑地方,会改地方。在很多情况下,环境本身就是有机体前几代留下的东西:树上的巢,土里的洞,池塘里的水。
它看对的第二件,是反馈是真的。有机体改了环境,环境回头改变选择压力,选择压力再改变有机体。这条回路一旦成立,演化的速度和方向都会变。人类的例子被广泛引用:很多人到成年还能消化牛奶,被认为与几千年的乳畜业有关〔待核〕。养牛改了人的饮食环境,环境回头选择了能消化乳糖的基因。第 32 章还会回到它。
它看对的第三件,是「个体」的边界不是现成的。线粒体的故事,说明一个生物可以是另一个生物的内部。后来的共生研究者,把整个动物或植物与它身上的微生物,合起来叫「共生功能体」,认为演化的对象可以是这个整体。
这三条,到今天都是成立的。本书不反驳其中任何一条。
不过,生态位派也借了东西。
回到蚯蚓。「这片地是它们耕的」,这一句话里,已经站着一个「它们」:一群蚯蚓。生态位构建的理论里,也总有一个「构建者」:改了环境的那个有机体,那个物种,那个种群。构建者是谁,被当成了给定。
但在很多情况下,这个「谁」并不清楚。
一池塘的水草,是哪一株改了水?一片珊瑚礁,是哪一个珊瑚虫造的?一个蚁丘,是哪一只工蚁堆的?理论上可以说,「蚁群」是构建者。可是蚁群是不是一个个体,恰恰是需要说明的事情。后面第 18 章会看到,一群细胞什么时候算一个个体,要看账怎样记。生态位派没有问这件事,它让「构建者」直接进了场。
再看一遍共生。根瘤菌被惩罚,这件事被生态位派当成「互惠与欺骗的博弈」来讲。这没有错。可是换一个角度看:宿主的惩罚,决定了哪一些根瘤菌的后代能继续繁殖。这不是单纯的博弈,这是一道关口,决定「哪一份后代记进下一代的账」。生态位派看见了这个现象,没有把它当成一个需要单独拿出来讲的结构。
本书在这里要留一个伏笔。互动那一头,其实是两件事:
一件是换土:有机体改了环境(生态位构建)。
一件是记功:环境、宿主、配偶,决定哪些后代算谁的(记功口)。
生态位派讲透了第一件,把第二件和第一件搅在了一起,当作同一回事。第 14 章会把这两件拆开,第 17 章会把第二件完整讲出来。
前一章说基因派是「客体的属性发生学」,这一章也要把生态位派的名字拆开。
「互动」,指的是一方和另一方之间来来回回的那一头:有机体和环境,宿主和共生者,雌和雄。它不是摆在桌面上的东西,而是发生在两者之间的事。你没法把一次互动拿出来放在显微镜下,你只能看到它留下的痕迹:被翻过的土,被截断的溪,被减少的供氧。
「属性发生学」,是说一个东西的性质,怎样从这样的来来回回里长出来。生态位派的回答是:从反馈里长出来。一种动物为什么能在某处生存,不只看它的基因,也不只看那里的气候,而要看它和那里的土一起走过了多少代。
这个回答,在互动那一头是完整的。你问:这片池塘为什么能养活这么多鸟?答:因为河狸一代代筑坝,把一条溪变成了湿地。一问一答,不需要再借什么。
不过,当问题变成「这一份后代算谁的」时,互动那一头也不够了。反馈可以告诉你土怎样被改,却不能告诉你土的好处记给了谁。第 14 章会把这个缺口,写成一张可以核对的码表。
陈老师的蚯蚓,有个老前辈。
达尔文 1881 年那本书里,有一段算账。他估计,在英国一些肥沃的园地里,一英亩土中住着数万条蚯蚓,它们一年翻到地面的细土,按他的推算有十吨上下〔待核〕。他还留意过一块放在田里的大石头,据记载,石头在几十年里慢慢下沉,他的家人后来接着去量〔待核〕。这是个很家常的实验,不需要仪器,只要有耐心,有一把尺子。
这个例子说明,生态位派的材料不是空想。蚯蚓改土,是可以量的:翻了多少,沉了多少,肥了多少。不过要看清,达尔文量的是土的变化,没有量「哪些蚯蚓的后代因此多了」。第二个量,他的时代也没法量。到了今天,量法有了,问题也跟着换了:土变好了,好处到了谁的账上,要看这块土传给了谁。
生态位构建的模型,在什么条件下最漂亮?答案是:构建者的后代,恰好就是改动之后那块土的受益者。
想一棵长在窗外的枣树,爷爷种的,你家吃。这里构建者的谱系与土的受益者重合。这种时候,说「构建改变了后代面临的选择」,一点也不勉强。白蚁的蚁丘、河狸的坝,大致也是这个样子:筑的是自己这一群,用的也是自己这一群。模型里写进去的参数,反映的就是这种「土传给自己人」的情形。
条件一放松,事情就变了。同一条溪里,河狸筑的坝让青蛙、水草、蚊子一起受益;同一片地里,蚯蚓翻的土让邻近的杂草和种下的白菜一起长好。这时候,「构建者的后代得利」不再自动成立,好处可以流向任何人。
生态位派自己把这个前提说得很清楚:构建的好处要有某种局限,局限在构建者的后代那一边〔待核〕。它不遮掩,是公开的条件。本书想看的,只是它怎样实现:好处是怎样被局限在自己人那边的?有时靠地理,土就在巢边;有时靠一道专门的结构。
切叶蚁的蚁后,据报道,在婚飞离巢之前,会在口腔里带上一小团自家蚁巢里养的真菌,到了新地方,用它开出第一块菌圃〔待核〕。蚜虫体内有一类共生细菌,叫布赫纳氏菌(Buchnera),据说是通过卵一代代传下去的,母蚜的卵里就带着它们〔待核〕。
这两件事的共同点是:共生者不是在路上碰巧遇到的,是被带上的。「带上」这个动作,本身就决定了下一代的共生者是谁家的。
生态位派把这类现象叫垂直传递,把它看成稳定共生的一个条件。本书的看法是:它是一种具体的结构,不告诉你谁出力最多,只告诉你下一代的账从哪一页开始。后面第 17 章会把这一类结构统称为记功口。这类结构的好坏,是可以量的:下一代里共生者来自同一个亲代的比例有多高,带错了、带丢了的有多少。
生态位派的人可以这样回应:你说的「传给谁」,模型里早有现成的参数。设成 1,是全部传给自己人;设成 0,是全部给别人;设成中间值,是一半一半。这不就把你的话包括进去了吗?
对,模型可以包括它。本书没有说模型不行,要说的是这个参数的值从哪里来。
一个参数设成 1,在现实里要有东西让它是 1:一团带上路的真菌,一枚带着共生菌的卵,一道惩罚偷懒者的关口。这些东西是长在生物身上的结构,会出毛病,会被作弊者钻空子,在不同的物种里做得有好有坏。惩罚之后偷懒者的繁殖降了多少,下一代里共生者纯不纯,都是可以拿来量的。
参数写在方程里,结构长在生物身上。本书想把后者当成研究对象。
陈老师的邻居,是一位做了几十年面食的阿姨。她蒸馒头从不用现成的酵母,每次留一块老面,下次发面时揉进去。
有一回,陈老师向她要了一小块。蒸出来的馒头,味道跟阿姨家的差不多,又不完全一样。陈老师夸:「你家的老面真好。」
阿姨说:「这是我婆婆传下来的,传了几十年。」
陈老师后来想了很久。老面是一团酵母和乳酸菌合起来过日子的东西〔待核〕。借出来的这一块,到了她家,吃她家的面粉,受她家厨房的温度,过一个月,已经不是原来那一块了;留在阿姨家的那一块,也在一点点变。各家的老面,慢慢带上各家的味道。
可它们仍然被叫作「同一个老面」。没有人在面团里写名字。名字写在话里:「我婆婆传下来的」。
那天蚯蚓的争论没有结论。放学以后,陈老师一个人在后院又蹲了一会儿。
地确实肥了。不过她忽然想到,那一年她们种的是白菜,收的是白菜,没有一只蚯蚓因为白菜长得好而多生了孩子。蚯蚓翻土,做的是它们自己的事;白菜得了好处,是顺带的。那么这份「好处」,到底该记在谁名下?
她后来在备课笔记里写了一行字:「改土的,不一定是得利的。」
你也可以试试。看到一件「有人在受益」的事情,比如一个小区变得整洁,一个班的成绩变好,别急着问谁出的力,先分开问两件事:是谁改了那片土?又是谁的名字被记在了好处旁边?答案常常不是同一个人。
这一章落在一个量上:记账一致性。根瘤菌和豆科植物,各自改土,各自受益;这两笔功,是由同一个口记,还是各记各的,一致性就不一样。改土的人是谁,不能代替这个量。
改了土的那一方,不一定就是功劳记上去的那一方。
拆了什么:拆了「构建者是谁不用问」这个默认;根瘤的例子说明,惩罚不合作者的宿主,做的是另一件事。
立了什么:立了生态位派看对的那一头:有机体会改土,土回头选有机体;并留下一个伏笔:互动其实是换土和记功两件事。
你一定有过这样的时刻:看着一只小动物,觉得它「好像知道」自己在干什么。
阿远在实验室用显微镜看草履虫。草履虫是一种单细胞的生物,形状像一只小拖鞋,浑身长满细毛,靠细毛划水。他在载玻片的水滴边上放了一粒盐。
草履虫游到盐粒附近,忽然一退,掉了个头,绕开了。
阿远看得入神。他回头对正在隔壁桌写材料的陈老师说:「老师,它好像知道盐不好。」
陈老师走过来,看了看,说:「先别说『知道』。」
「那说什么?」
「说它躲开了。」她停了一下,「知道不知道,是另一回事。」
阿远没有立刻服气。他觉得这是咬文嚼字。不过这一章要说的这一家,恰恰是把这个区别说得最清楚的一家。
有机体派的出发点,是一个很简单的问题:生命和非生命,差在哪里?
一块石头会被风化,一团火会烧完,一座钟会停摆。它们都在走向平衡。生命不是这样。一个细胞,只要还活着,就在不停地吃进东西、排出废物、更新自己的零件,把自己维持在一个远离平衡的状态。它不是静静地待着,而是一直在忙,忙着让自己继续成为自己。
智利的两位生物学家温贝托·马图拉纳(Humberto Maturana)和弗朗西斯科·瓦雷拉(Francisco Varela)在 1970 年代给这个想法起了名字:自创生(autopoiesis)〔待核〕。意思是:一个系统,它的各个部分彼此制造,部分制造出来的东西,又恰好构成了制造它们的那个系统本身。细胞膜把细胞围起来,细胞内的反应制造细胞膜的材料;两者互相成全,谁也离不开谁。
后来的人,比如阿尔瓦罗·莫雷诺(Alvaro Moreno)和马泰奥·莫西奥(Matteo Mossio),把这个想法推进成「组织闭合」〔待核〕:一个有机体里的各种约束,彼此依赖,谁的存在靠别的约束来维持,谁又反过来维持别的约束,构成一个闭合的网。生命,就是这样一张自己维持自己的网。
这个想法听上去抽象,其实很生活。一座房子,砖头不会自己补自己;一个活细胞,会。你割破手指,伤口会自己长上;你饿了,身体会发出信号,让你去找吃的。有机体派把这种「自己补自己」看成生命的核心。
说「细胞有能动」,有人听了觉得夸张。那就拿一个最小的例子,看看它到底是什么意思。
大肠杆菌是一种长约两微米的小细菌,身上有几根细长的鞭毛。它在水里的行动方式,有两种:一种叫「直跑」,鞭毛朝同一个方向旋转,细菌沿着一条大致的直线游一段;一种叫「翻滚」,鞭毛换了方向,细菌原地乱转一下,然后朝着一个随机的新方向再游。
如果水里有一点糖,糖的浓度在某个方向上高一些,细菌会怎样?它并不「知道」糖在哪里。它做的事很简单:游的时候,如果感到糖的浓度在上升,就少翻滚,多直跑;如果感到浓度在下降,就多翻滚,早点换方向。多次下来,整体上,它就朝着糖多的地方游过去了。这叫趋化性。
这套机制,生物学家研究了半个多世纪,细节已经很清楚:细胞膜上有感受糖的受体,受体把信号传给一串蛋白,蛋白最后控制鞭毛的转向。整个系统很小,很精巧,也很便宜。
为什么要在这里提它?因为它是「能动」的一个最干净的样本。这只细菌在一群可选的位置里,倾向于待在糖多的地方。这种倾向,可以测:你在水里放一个糖的梯度,数一数一段时间后,多少细菌聚在了高浓度那一端。这个比例,就是它的「觅位选择率」。
数据在那里,不需要任何关于「内心」的假设。细菌没有脑,没有神经,更谈不上意识。不过它在做一件事:根据自己的状态和环境的变化,调整自己的去向。这是最低限度的「提出、挑选、否决」:对糖的方向,它说「往这边」;对毒物的方向,它说「不」。
有机体派说,生命的这一头,不能被还原为基因,也不能被还原为环境。基因给了细菌一套受体和马达,环境给了糖的梯度,可是「往哪边去」的那个动作,是细菌自己在做。
有机体派还有一个贡献:它让「能动」这个词回到了生物学里。
「能动」,英文叫 agency。意思是:一个东西自己去做一件事,而不是被推着走。有机体不是一块被动的橡皮泥,让环境随意捏。它会选择自己待的地方,会躲开有害的东西,会走向有益的东西。
澳大利亚的生物学家丹尼斯·沃尔什(Denis Walsh)在 2015 年的《有机体、能动与演化》里〔待核〕,明确主张:有机体在演化里不是被动的承载者,而是主动的参与者。它通过自己的活动,改变自己面对的选择压力,甚至影响自己的发育方向。
读到这里,要先把一个边界写清楚。
本书说的「能动」,不是意识,也不是意图。草履虫绕开盐粒,并不意味着它「感到」了什么、「想」了什么。这里的能动,只指它能提出、挑选、否决:对环境里的某些东西,它会走过去,对另一些,它会退开。这样的选择可以用实验来量,比如在一个梯度的环境里,一群细胞往哪边走的概率有多大。
本书后面把这个量叫作「觅位选择率」:一个有机体在可选的位置里,倾向于待在哪里。它是一个读数,不需要任何关于「内心」的假设。
这一点很要紧。如果有人说「细胞有能动,所以细胞有意识」,这是跳了一步。自维持不等于意识。草履虫能自己维持自己,也能挑地方,但没有任何证据表明它有一种「被感觉到的内心」。意识是不是只属于脑,属于哪些脑,是心理学和哲学要回答的另一个问题。本书不管。
有机体派看对了什么,要写足。
它看对的第一件,是生命不是一堆零件的拼装。一台机器的零件,每一个都是先造好、再装上去的,装配的人是外面的工程师。生命不是这样,生命的零件是在整体里长出来、又维持着整体的。拆开来看,每一个都是别的部分的产物。这使得生命在原则上与人造的机器不同。
它看对的第二件,是能动是真的。有机体会影响自己遇到什么。一个简单的例子:同样是一片森林,不同的鸟选择不同的树枝筑巢、不同的时间觅食,它们遇到的环境,其实各不相同。这一点,让「环境对所有生物都一样」的想法站不住。
它看对的第三件,也是对本书最重要的一件:自维持,是有机体的一个真特点,也是一个可以测的特点。一个细胞,能不能在饥饿中维持自己的膜、自己的能量,是可以拿实验去量的。
这三条,本书全部接受。
但有机体派也借了东西。
先看一个具体的问题:一个细胞团,是一个闭合,还是很多个闭合?
比如一团团的盘基网柄菌。当食物耗尽,成千上万个原本各自为政的变形虫细胞会聚拢在一起,形成一个小小的子实体,一部分细胞变成柄,死去,另一部分变成孢子,传下去。这算一个有机体,还是几万个有机体凑在一起,有机体派并没有现成的答案。
有机体派很难回答这个问题。它的核心概念是「闭合」,每个闭合自己维持自己。可是谁是一个闭合,由谁来划那条线?
在草履虫那里,答案看上去一目了然:一个细胞就是一个闭合。不过一旦到了多细胞生物,每个细胞都是自维持的,而整个身体也是自维持的。哪一层才是「那个有机体」,要另外说明。如果细胞团里有一些细胞作弊,只顾自己繁殖,不管整体,它们还算整体的一部分吗?
有机体派常常把这个边界当成给定。它说:一个有机体,就是一个组织闭合。可是这个闭合是怎样形成的、是什么在维持它的边界、边界出了问题怎么办,这些并没有从「自维持」本身推出来。
再进一步。后代算谁的,有机体派的默认回答是:算给那个自维持的闭合。一只草履虫分裂成两只,算那一只草履虫的后代,好像天经地义。可是一株竹子的地下茎,一丛珊瑚,一团酵母,一片克隆的杨树林,「那个闭合」是哪一个,答案不是一眼就能看出来的。
本书在这里没有批评自维持这个想法。自维持是真的,能动是真的。本书只指出,当问题变成「这一份后代算谁的」时,有机体派又借了一笔:闭合的边界。边界不是自维持推出来的,它要由别的东西来划。
前两章把基因派和生态位派的名字拆开了,这一章也拆有机体派的。
「主体」,指的是自己去做、自己维持、自己挑的那一头。草履虫绕开盐粒,细菌游向糖,一个细胞补自己的膜,都是主体这一头在起作用。它不是一个摆在桌面上的东西,也不是两者之间的来来回回,而是一个「从里面做出来」的动作。
「属性发生学」,是说一个东西的性质怎样长出来。有机体派的回答是:从自维持里长出来。一个细胞为什么能活到明天?因为它今天把自己补好了。一个有机体为什么能对环境作出反应?因为它的各个部分彼此制造,构成了一个能够自己行动的整体。
这个回答,在主体那一头是完整的。你问:这只草履虫为什么没有被盐杀死?答:因为它检测到盐,并且转了向。一问一答,不借别的。
不过,当问题变成「这一份后代算谁的」时,主体这一头也不够了。自维持可以告诉你一个闭合怎样延续自己,却不能告诉你,闭合分出去的那一块,算它的,还是算新的闭合的。这个缺口,和前两章留下的缺口,是同一个形状。
三家的名字都拆完了。下面,该把它们摆在一张桌子上看一看,三家各看对了一头,一头是客体,一头是互动,一头是主体。那么谁来看那三头之间的接口?
有机体派的想法,并不新。
德国哲学家康德在 1790 年的《判断力批判》里〔待核〕,讲过有机物的一个特点:一棵树的各个部分,彼此既是原因,又是结果;叶子养根,根又养叶子。他大意是说,这样的东西,不能像钟表那样,由外面的匠人把零件一个个装起来〔待核〕。钟表里的一个齿轮,不会制造另一个齿轮。
这一家完全成立的地方,是边界清楚的单细胞:一个草履虫分成两个,一个细菌分成两个,每一次分裂,那个闭合就是个体,新长出来的闭合就是后代。在这样的体系里,自维持几乎一手包办。第 7 章会看到,大肠杆菌的长期实验,用的正是这一类体系。
两百多年以后,自创生、组织闭合这些说法,是把这个老想法写成了可以和实验对接的语言。这一点要说在前面:有机体派不是在空中造楼,它接着一条很长的线。
有一个下午,阿远带陈老师去看酵母。
面包酵母是一种单细胞的真菌,繁殖的办法叫出芽:母细胞的侧面鼓出一个小包,小包慢慢长大,最后与母细胞分开,成为一个新细胞。分开的地方,母细胞的壁上留下一圈疤,叫芽痕。用荧光染料,可以把这些疤染亮〔待核〕,数一数,就知道这颗母细胞已经生过多少个孩子。据报告,一颗母细胞一般生到二三十个芽,就不再分裂了,这个数目叫作「复制寿命」〔待核〕。
陈老师凑近目镜,看见一颗圆圆的细胞,旁边挂着一个小的。阿远指给她看:母的那颗个头大,疤多;挂着的那颗小,身上没有疤。
「哪一个是原来的?」
「母细胞。」
「那小的长大了,分开了,它也要生芽。它算谁的?」
「算新的。」
陈老师隔了一会儿,又问:「你怎么知道,那个小的不是母的一部分?」
阿远说,实验里就是用疤来认的。小的身上没有疤,所以是新生的。
「疤是谁的?」
阿远答不上来。疤留在母细胞的壁上,是母细胞身上的东西。要知道这颗细胞生了多少个,得去数它,不能去数它的孩子。酵母没有账本,只有这些疤。据说新生的芽,会重新回到「年轻」的状态,老化的痕迹留在母细胞那一边〔待核〕。这件事跟第 1 章的衰老难题有一层亲戚关系,本书先把它放在这里。
有人会问:恒温器也能根据室温调节,该冷就开,该热就关,它有能动吗?
有机体派的回答很明确,也有道理。恒温器的反馈再精巧,它的零件是外面的工厂造的,坏了要外面的人来换;它不制造自己。细胞不同,它的膜、酶和能量分子,是它自己的反应造出来的,造出来的东西又回过头去维持这些反应。
本书采用这个区分,再补两句。第一,本书说的能动,是一个可以测的程度:把一群细胞放进一个梯度里,数它们往哪边走。恒温器也可以测「开关的概率」,但它测的是别人设定的规则,不是一个自己维持着的东西在挑位置。第二,有没有意识,是另一个问题:恒温器没有,细胞据现有证据也没有。
后面讲到 AI 时,会遇到同一个区分:能提出候选,不等于自己制造自己。
有一个很老的实验,常被拿来讨论「谁是一个」。1907 年,美国生物学家 H. V. 威尔逊(H. V. Wilson)把海绵挤过细密的丝布,拆成一粒粒单个的细胞,再把这些细胞放回海水里。据记载,细胞会重新聚拢,长成新的小海绵〔待核〕。
这件事对有机体派是个很好的考验。拆开以前,这是一个闭合,一块海绵;拆开以后,是几万个各自还活着的细胞;聚拢以后,又是一块海绵。闭合的边界,在这三步里来回地变。整个过程中,没有哪一步需要先说清「海绵」是什么。
这时候问「后代算谁的」,就不好回答了。聚拢出来的新海绵,说它是旧海绵的后代可以,说它是这些细胞的后代也可以。如果你拿自维持去答,那么每一个细胞都在自维持,海绵也在自维持,哪一层的自维持才算数?这个问题不是有机体派推不出来,是它没有打算去推。
那一天,阿远在笔记本上写下:「草履虫躲开了盐。」划掉了「知道」。
回家路上,他想起实验室里另一件事。他们组养的大肠杆菌,每天要从老的培养瓶里取一点,转到新的瓶里。取多少、取哪里,是他定的。他取的那一点,成了「后代」;剩下的,倒掉了。
没有人问过大肠杆菌愿不愿意被取这一点。它们有没有能动?有。能不能决定自己的后代算谁的?不能。是他的手,决定了哪一份算数。
他把这件事讲给陈老师。陈老师说:「会自己维持自己,不等于知道自己算谁的。」
阿远在回去的车上,把这句话抄在了手机备忘录里。
你也可以试试。看见一只猫躲开水、一棵树朝窗户长,先分开问两件事:它做了什么选择?它的「后代」,是谁在算?
这一章落在持有者的利害上。恒温器会自己维持,却没有什么东西因为它维持得好不好而得失;海绵挤过细布还能重新聚拢,聚拢之后算谁的,要看有没有一个口在记。能动只管提出、挑选、否决,利害管的是后果落在谁身上,两者是两个量。
会自己维持自己,不等于知道自己算谁的。
拆了什么:拆了「闭合的边界是现成的」这个默认;多细胞、克隆和聚集型生物,都问不出一个现成的「那一个」。
立了什么:立了有机体派看对的那一头:自维持与能动;并写清边界——能动只指能提出、挑选、否决,不等于有意识。
三家各押一头:基因派押复制的结构,生态位派押互动的反馈,有机体派押自己维持自己;三家都默认,「这一份后代算谁的」是自明的,没有一家把「记到谁名下」当成一件需要结构去做的事。
这一编十章。先请两位已经在讲「生成」的最强对手出场:扩展进化综合和发育系统理论,各还公道,各指出被当成给定的那一样。再请一个最可能把本书压倒的实验:大肠杆菌的长期演化。然后用一张欠条表收三家,看两张具体的欠条,看一只孔雀,和离本书最近的前人对一次账,用四个检验把进化论史过一遍,最后把欠条写成一条定理、三条方程。
这一编的反差,是一个让人不太舒服的发现:最好的整合模型,也有一样东西,是它直接拿来用的。
你一定有过这样的时刻:听一个人讲了半天道理,台下有人问了一个最基本的问题,台上的人想都没想就答了,你却把那个答案记了下来。
阿远去听一场研讨会。主讲的老师讲的是「现代综合过时了」。他一页一页地放幻灯片:生态位构建、表观遗传、发育可塑性、非基因的遗传。每一页都说,教科书里那套只讲基因、只讲随机突变、只讲自然选择的说法,太窄了。
讲完了,台下一个博士生举手:「老师,那您说选择作用在谁身上?」
老师笑了笑:「当然是有机体。」
阿远在本子上记了一个词:「当然」。
他回去琢磨了一路:有机体,是哪一个?一个细胞,一头鹿,一群蚂蚁,一丛草,都可以叫有机体。那个「当然」,是从哪来的?
这一章,要请出本书最尊敬的对手之一。
扩展进化综合(简称 EES),是近十几年生物学里最有影响的一股理论思潮。它不是一个人的主张,而是一群人的共同纲领。
2010 年,美国科学哲学家马西莫·皮柳奇(Massimo Pigliucci)和德国生物学家格哈德·米勒(Gerd Müller)编了一本书,叫《演化:扩展综合》〔待核〕。2015 年,拉兰德等人在一篇综述里系统写出这个纲领的结构和预测〔待核〕。
它想说的是:二十世纪中叶形成的「现代综合」,把演化看成基因频率的变化,这个说法没有错,但太窄。要把它扩展,至少加进几样东西。
第一,发育偏向。突变并不是向各个方向均匀地冒出来的。一个生物怎样发育,决定了哪些变化容易出现,哪些几乎不可能。变异有「脾气」。
第二,可塑性。同一套基因,在不同环境里能长出不同的身体。一些时候,是环境先引起了某种性状,基因后来才把它固定下来。
第三,生态位构建。上一章已经讲过,有机体改环境,环境回头选有机体。
第四,更宽的遗传。除了基因,亲代还会通过表观遗传标记、文化、共生菌、改造过的环境,把东西传给后代。
这四条,加起来,等于说:演化不是外面的环境挑选里面随机冒出来的东西,而是有机体、发育、环境之间一场长期的相互生成。
这就是 EES 的「生成」。它不再把有机体看成一个被动的容器,而把它看成演化的一个原因。
本书要向它致敬。因为这一章的后半部分,要指出它的一个欠条,所以要把话说得更清楚:它是今天最好的整合模型。它的每一条主张,都有大量证据。本书用的许多材料,比如发育偏向、生态位构建,原本就是它整理出来的。
可是,回到阿远记下的那个词。
「选择作用在谁身上?当然是有机体。」
EES 在很多地方改写了现代综合,但有一件事,它几乎原样接了过来:演化是适应度不同的个体之间的事。那个有适应度的东西,那个承载适应度的东西,是有机体。
适应度,是一个个体留下后代的能力。这个概念一旦要用,就需要一个前提:谁算一个个体,谁的后代算谁的后代,总得先有个说法。
在大多数教科书例子里,这个问题没有问。一头鹿,一棵树,一只蝴蝶,一目了然。可是一旦走出这些例子,「个体」就不再是一眼能认的事。
一株竹子,从一根地下茎长出几百根竿,哪一根算一个个体,并不好说。一片杨树林,几千棵树共享一套根系,基因完全一样,说它们是几千个个体,还是一个,两种说法都有人在用。一个蜂群,工蜂不育,所有的繁殖都靠蜂后,适应度是算给蜂后,算给整个蜂群,还是算给工蜂?一个癌细胞团,它的细胞也在复制、也有适应度,它们是整体的一部分,还是一个新的「个体」?
EES 讲的是:有机体如何生成,环境如何生成,二者如何互相改写。它讲的「生成」,是在一个已经有了个体的世界里发生的生成。那个「有适应度的东西」,它是当成现成的拿来用的。
这是 EES 的一笔欠条,只有这一笔:适应度的承载者,被当成了给定。
请注意,本书这里的说法很窄。本书不说 EES 把三头都当成了给定,也不说它忽略了互动或主体。它恰恰讲了互动,讲了有机体的能动。本书只说,在它的推导里,「谁是那个承载适应度的个体」这一项,没有被当成需要推出来的东西。
EES 并不是一个没有对手的理论。
2014 年,《自然》杂志登出一组对话式的文章。一边是拉兰德等几位学者,题目大意是:演化理论需要重新想一想吗?他们回答:需要。另一边是沃尔夫(Gregory Wray)等几位学者,回答:现有的理论本来就已经把这些东西装进去了,没有必要另立旗号〔待核〕。
这场争论的有趣之处,不在于谁赢了,而在于它暴露了双方都同意的一件事:不管是主张「扩展」的,还是主张「够用」的,大家谈的都是同一个对象——一个已经被当成个体的有机体,在发育里、在环境里、在遗传里发生了什么。
主张扩展的一方说:这个有机体的发育,不只是展开基因的程序,它在和环境一起「建造」自己。主张够用的一方说:这些建造的过程,早就可以用现有的框架来描述。两边吵的是:哪些机制算重要,哪些该被算作主流。
没有一方在吵:这个有机体是怎么成为「一个」的。
这并不是说他们疏忽了。在发育生物学和多数动植物学的日常工作里,「一个个体」的边界通常是明白的,一头牛就是一头牛。争论的焦点自然落在别处。
可是,当你的问题变成「适应度」时,情况就不同了。适应度是演化理论的货币,货币总要有个账户。
让我们把那个「当然」,拿到几个具体的场合里去试一试。
水螅的芽。一条水螅可以从身体的侧壁上长出芽来,芽慢慢长大,长出触手,然后从母体脱落,成为一条新的水螅。在芽还连着的时候,它算母体的一部分,还是一个新的个体,两种说法都讲得通。到它脱落的那一刻,哪些细胞「是母体的」,哪些「是新体的」,也没有一条现成的线。
管水母。海里有一种叫管水母的东西,看上去是一只优美的水母,实际上是由许多不同形态的小个体连在一起组成的:有的负责漂浮,有的负责捕食,有的负责消化,有的负责繁殖。每一个小个体都由受精卵长出来,可它们合在一起,像一个整体。这到底算一个个体,还是一个群体,生物学家的叫法并不统一。
地衣。我们常在树皮和石头上看到的地衣,是一种真菌和一种藻(或蓝细菌)长期共生所形成的整体。它有稳定的形态,有自己的繁殖方式(比如产出带着两种成员的小颗粒)。算一个,算两个,还是算三个,各有各的说法。
肿瘤。一个肿瘤里的细胞,彼此基因几乎相同,它们增殖、竞争、演化,在宿主体内形成了一个自成一体的群落。它们的适应度,既可以算在宿主的账上,也可以算在肿瘤自己的账上,要看你怎么记。
这些场合里,「当然是有机体」这句话,都得变成一个问句:「哪一个才算有机体?」
EES 的大多数工作,不需要回答这个问题;它假设答案已经在那里,才去谈发育与环境的交互。这个假设平时没有害处,好像一块地基。但如果你打算盖的是一座更高的楼,就要问地基是怎么打的。
本书多出的一点,可以用一句话说:承载者由记账生成。
在 EES 的世界里,个体先在,然后个体去适应、去构建、去遗传。本书的说法是倒过来的:先有一道「记功口」,把一代代后代记到同一个名下;账记得够一致、够久,那个名下才成了一个个体,才有了适应度可言。
适应度,不再是承载者的一个属性,而是记功口记下的一笔。
这个说法,可以拿来对 EES 的每一条主张。发育偏向,偏向的是某一个单位的发育;生态位构建,构建者是某一个单位;更宽的遗传,传下去的东西,记在谁名下?EES 对这些问题的答案,都是「有机体」。本书的问法是:有机体是怎样成为一个记账单位的?
这是「交互论已经有了,三属性多出什么」在生物学里的答案:交互论把有机体和环境当成输入,讲它们怎样互相作用;本书追问的是,那个「有机体」本身,是在什么条件下被生成的。
扩展进化综合的材料,不全是理论。
水蚤是池塘里一种小甲壳动物。如果水里有捕食它的小虫留下的化学信号,据报告,水蚤的幼体会长出尖尖的头盔或尾刺;水里没有这种信号,同样基因的水蚤就不长,或长得很小〔待核〕。头盔有用,它让捕食者不容易吞下去;可是长头盔要花资源,所以没有天敌的水里,不长更划算。
这是可塑性的一个标准样本:同一套基因,两种身体,由环境信号来选哪一种。还有报告说,母蚤闻到过信号,生下来的幼体就更容易长出头盔〔待核〕。这是「更宽的遗传」的一种可能。
这个例子对本书有两层价值。一层是公道:基因不是唯一说话的,这个论点在这里有实物。另一层是提醒:这个例子里,哪只是母蚤,哪只是幼体,谁是谁的后代,没有人犹豫。个体这一项是现成的,所以全部的注意力才能放在可塑性上。
「更宽的遗传」是扩展进化综合里争论最大的一条,值得单独看一眼。
常被引用的一个例子,是小鼠的毛色。有一个品系的小鼠,因为基因组里一段插入的序列,毛色可以从黄到褐不等,据报告,这与母鼠怀孕时的饮食有关,也与那段序列上的化学标记有关〔待核〕。这是表观遗传的一个样本:序列没有变,标记变了,性状跟着变。
不过,标记能传几代,是另一回事。哺乳动物形成生殖细胞时,大部分标记会被擦掉重写,所以多代传递的证据要苛刻得多,不同实验室的结果也不一致〔待核〕。在植物和线虫里,有人报告过更长的传递,是否通用,仍在讨论〔待核〕。
本书对这一条的态度,是把它当作一个开放的实证问题。它能传多远,由实验说了算。无论传多远,那个被传的东西,都要先算在某一个账户名下,才谈得上「传」。
扩展进化综合的每一条,在什么情况下几乎不留缺口?答案已经露出来了:个体清楚的时候。
一头鹿,一只蝴蝶,一棵孤零零的树。这些对象里,一个受精卵长出一个身体,一个身体再生一批卵。发育偏向、可塑性、生态位构建、更宽的遗传,都可以直接装进这条线里去讲。绝大多数脊椎动物和昆虫的教科书例子,都在这个范围里。
在这个范围里,本书和它没有分歧。分歧只出现在边缘:个体的边界不清,或者会变的时候。也就是第二编以后,要一再回到的那些体系。
读到这里,该有人提出一个公平的反对:说它把个体当成给定,似乎不公平。演化生物学里本来就有一条研究线,专门问个体是怎么出现的:单细胞怎样变成多细胞,分散的复制子怎样变成染色体。约翰·梅纳德·史密斯(John Maynard Smith)和厄尔什·绍特马里(Eörs Szathmáry)1995 年的《演化的重大转变》,是这条线上的代表〔待核〕,后面还有 Buss、Michod、Okasha 等人。
这个反对是对的,而且正因为对,本书才把这些人留到第 12 章去对账。
要把两件事分开。一件是扩展进化综合的四条主张:偏向、可塑性、构建、更宽的遗传。它们在推导里,把承载者当成了给定。另一件是「重大转变」这条研究线,它恰恰把承载者当成要解释的东西。本书的母题站在第二条线的旁边,不站在四条主张的位置上。
微生物实验室里,有一个天天在做、没有人觉得奇怪的动作:数菌落。
把一点菌液涂在琼脂平板上,放进恒温箱,过一夜,平板上长出一粒粒圆点,每一个圆点叫一个菌落。阿远数过无数次,数完写下的单位却不是「个」,是 cfu,菌落形成单位。
陈老师问他:「为什么不写个?」
阿远说,一个菌落,可能是从一个细胞长出来的,也可能是从黏在一起的几个细胞长出来的。平板上看不出来。所以只好说,这是一个能长成菌落的「单位」。
陈老师笑了:「你们也有数不清是几个的东西。」
「这是规矩。」阿远说,「没有这个规矩,数据就没法比。」
「这规矩是谁立的?」
「大家。」
适应度要有承载者,承载者先要有一个「一」。在平板上,这个「一」是靠约定得来的。在自然里,它靠什么?
散会以后,阿远去找那位老师请教。
他问:「老师,您说选择作用在有机体身上,那一个蜂群呢?」
老师想了想,说:「看情况,有时候是蜂群,有时候是蜂。」
「看什么情况?」
老师笑了:「这是个好问题。我们现在还没有一个统一的回答。」
回去的路上,阿远给陈老师发了一条消息:「今天听到一个很诚实的回答。」
陈老师回:「诚实的回答,往往就是一个还没填的格子。」
你也可以试试。听到一个很有道理的理论,别急着挑它的错,只问一件事:它的哪一个词,是「当然」?
这一章落在记账一致性上。适应度的承载者不是现成的,它由记账显出来;记得越一致,承载者的边界就越清楚,记得越乱,边界越糊。以后凡说到「这个个体的适应度」,先问:它的账,记得有多一致。
讲了生成的理论,也可能把「谁在生成」当成了现成的。
拆了什么:拆了「适应度的承载者是现成的」这个默认,并且只指出这一样。
立了什么:立了一句话——承载者由记账生成;并还了扩展进化综合一个公道:发育偏向、可塑性、生态位构建和更宽的遗传,都是真的。
你一定有过这样的时刻:每年做同一件事,做了三十年,忽然有一天,觉得「又是它」这三个字,好像不太对。
陈老师在教室后面的窗台上,每年春天养蚕。三十多年没断过。三月桑叶一发,她就去向同事要几张蚕种,放在纸盒里。蚕卵孵出来,蚕宝宝一天天长大,蜕皮,结茧,化蛾,产卵。到了来年春天,再来一轮。
有一年阿远来看她,站在窗台前看那一盒蚕。
「老师,这些蚕,是去年那批的孩子吧?」
「是,也不是。」陈老师说,「每年都是这些蚕,又都不是。」
阿远不太懂。陈老师说:「蚕还是那个蚕,桑叶换了,天气换了,养它的纸盒换了,连我手的力气也不如从前。可是我每年都说,『又养了一遍』。」
这一章,请出本书的第二位最强对手,它想认真对待的,就是这个「又一遍」。
发育系统理论(Developmental Systems Theory,简称 DST),源头是美国的哲学家苏珊·奥雅马(Susan Oyama)1985 年出版的《信息的个体发生》〔待核〕,后来由保罗·格里菲斯(Paul Griffiths)、拉塞尔·格雷(Russell Gray)等人发展〔待核〕。
它的出发点是一个听上去很激进的主张:基因没有特权。
在传统说法里,基因携带「信息」,环境提供「条件」。基因像一份蓝图,环境像施工现场。DST 说,这个分法是人为的。一只蚕要长成蚕,需要的东西很多:卵里的基因,卵里的细胞质,母体留下的蛋白,合适的温度,桑叶里的营养,肠道里的微生物。这些都是「发育资源」,彼此缠在一起,一个也不能少,没有哪一个天然地更「负责」。
既然这样,演化里被传下去的,就不只是基因,而是整套发育资源。更准确地说,是它们一起搭成的东西:一个生命周期。
在 DST 看来,演化的单位,是一个一遍遍重新来过的生命周期。蚕卵——幼虫——茧——蛾——卵,一圈走完,又一圈。每一圈都需要整套资源再一次到位。资源到位,周期复现,就是遗传;资源不到位,周期断了,就是灭绝。
这个说法有两个很扎实的好处。
第一,它把「遗传」放回了它本来的位置。人们说「遗传」,常常暗指一些东西从亲代到子代有一条通道。DST 说,通道不止一条。巢、洞穴、共生菌、母亲的行为、养育的文化,都是通道。这和上一章的 EES 是相通的,EES 的「更宽的遗传」,就是受它启发。
第二,它取消了一种不好的二分。「天生」和「后天」、「基因」和「环境」,在 DST 里都没有那么清楚的界线。有一个例子常被引用:许多鸟类的鸣唱,既有天生的倾向,又必须在幼鸟时期听到成鸟的歌声才能学会。我们说那是「先天」还是「后天」?DST 说,这个问题问错了。
陈老师的蚕,有一段值得说的来历。
家蚕(Bombyx mori)是人类驯养时间最长的昆虫之一。通行的说法是:它的祖先是一种野生的蚕蛾,在中国被驯化,大约五千年前就已经有了丝织的实物证据〔待核〕。今天的家蚕,早已离不开人:成虫的翅膀退化,飞不起来;幼虫不会自己爬上桑树;整个生活,要靠人供桑叶、给温度、搭蔟架让它结茧。
用 DST 的话说,一只家蚕的生命周期,涉及的资源包括:卵里的基因,卵里的细胞质,桑叶的化学成分,养蚕人的手艺,蚕室的温湿度,蔟架的形状,还有一代代养蚕人传下来的经验。如果把其中任何一样拿掉,这个周期就接不上。
所以,家蚕是 DST 最好的一个样本。你若说蚕的「遗传」,仅仅指基因,就漏掉了一大半。从祖先到子孙,传下来的是一整套人和蚕一起维持的生活。
这是 DST 看对的第一件事。接着看它看对的第二件。
很多人有一种习惯,把一个性状的原因,分成「先天的」和「后天的」两份,比如说:这个孩子的个子,六成靠遗传,四成靠营养。
DST 的主张是:这个分法,在大多数时候是一个错觉。
打个比方。一块长方形的面积,等于长乘宽。你问:这块面积,多少是长决定的,多少是宽决定的?这个问题是没有意义的。长和宽缠在一起,谁也不能单独贡献一部分。一个性状的发育,常常也是这样:基因和环境不是相加,而是相乘。
举一个鸟的例子。很多鸟的鸣唱,既有天生的倾向,又必须在幼年时听到同类的歌声,才能学会。有些鸟如果从小被隔离起来,听不到同类的歌,长大后唱出来的歌就不成样子。再往下挖,你会发现,连「听到同类的歌」这件事,也需要鸟的耳朵、脑子里的神经回路、父母愿意在合适的时候开口。每一样都是「资源」,缺了一样,歌就唱不对。
DST 要说的是:没有哪一样资源,天然地比别的更「负责」。「基因里的信息」这种说法,只不过是把许多资源中的一种,抬高成了蓝图。
本书同意这一点。事实上,本书后面讲的「三头纠缠」,和它同出一路:三头不是三个先存在、后拼起来的东西,而是同一个聚合体的三种侧重。
本书对 DST 有一份真诚的尊敬。可它也有一样被当成给定的东西,只有这一样:生命周期复现这条判据。
回到那盒蚕。陈老师说,「每年都是这些蚕,又都不是」。DST 说,生命周期复现了。那么请问:什么叫「复现」?
蚕每年都从卵到卵走一圈。可是每一圈的资源都不一样:桑叶的品种、温度的曲线、纸盒的湿度、陈老师的手。那么「同一个周期」是怎样被认出来的?拿什么当标准?是看它们的基因相同吗?那就回到了基因。是看形态相似吗?那就是在看读数。是看有没有传下去吗?那就是在用结果去定义原因。
更要紧的是,有些情形里,周期是「并行的」、「重叠的」或「合并的」。一株草莓,母株和匍匐茎上的新苗,是同一个周期还是两个?一个蜂群,从一窝分成两窝,哪一窝是「原来那个周期」的延续?一个黏菌,在饥饿时聚成一团,又散成孢子,它的周期,是算每一个细胞的,还是算整团的?
在这些问题上,DST 的回答大致是:看情况,取决于研究者选择怎样划分周期。这个回答是诚实的,可它同时承认了一件事:「复现」不是自己出现的,而是有人(或有某种结构)判定它复现了。
本书的说法是:复现靠记功口逐代记账。每一代的新个体,被记到了哪个谱系名下,那一条谱系才算「复现」了一遍。复现,不是在记账之前就存在的事实,而是记账之后读出来的结果。
这样一来,DST 的发现是对的,三个「别分先天后天」都是对的;本书只是把它的判据往前推了一步:什么在判定「同一个周期又来了一遍」?
在写下去之前,要先交代一条本书不把它算作「三家」之一的路线:演化发育生物学(evo-devo)。
evo-devo 讲的是,发育怎样偏置可能的变异。比如,许多动物的身体前后轴,都由一类叫 Hox 的基因家族排布;改动这些基因,可以一下子改变身体的节数、肢的位置。在一个生物类群里,哪些形态变化是容易发生的、哪些几乎不可能,常常取决于发育的结构。
这是一个重要的发现:变异不是均匀地向各个方向发散的,而是沿着发育打开的通道走的。第 10 章会专门讲它。
为什么它不算「三家」之一?因为它不押三头中的任何一头做本体。它既讲基因(调控网络),也讲环境(发育的条件),也讲有机体(形态的组织)。它是一个兼容的模型,可以和三家中任何一家结合。
本书把它照实写出,也照实说一句:它公开承认的条件,不算欠条。比如它说,「发育偏向」需要一个已经能够发育的有机体,这是它自己明说的前提,不是偷偷借来的东西。本书的欠条,只指「直接给定、自己没推出、又没声明」的那种项。evo-devo 在这一点上做得很干净。
为了让这一节不只是一个名词,补一个画面。美国遗传学家爱德华·刘易斯(Edward Lewis)研究过果蝇的一类突变,叫双胸(bithorax):突变体的第三胸节被发育成第二胸节的样子,长出了第二对翅膀,成了四个翅膀的果蝇〔待核〕。还有一类叫触角足(Antennapedia),触角的位置上长出了腿〔待核〕。这些基因后来被归入 Hox 基因一类,大意是告诉身体的每一节:你是第几节。刘易斯因这类工作,与别人共同获得 1995 年诺贝尔生理学或医学奖〔待核〕。
这些例子说明,发育的结构给变异划了路:不是任意改一个地方,就能多出一对翅膀。演化发育生物学把这条路讲得清清楚楚,也没有把「谁的后代」当成要偷偷借的东西,所以本书把它单独放在三家之外。
发育系统理论里,有一个常被讨论的论点,叫「对等论」:基因和别的发育资源,在因果上站在同一排,没有哪一样天然是信息的来源,别的只是条件〔待核〕。为它辩护的人里,有格里菲斯和罗宾·奈特(Robin Knight)等〔待核〕。批评者的回应也有道理,大意是:基因序列和别的资源毕竟不同,它有稳定的、可以读出的编码,别的资源没有这样一套对应〔待核〕。
这场争论还在继续。本书的做法,是不在对等论上押宝。无论对等是否成立,有一个问题都还在:这些资源合起来搭成的「生命周期」,当它要被数的时候,数的是谁的?
陈老师养蚕,有个不起眼的做法:每年蚕蛾产下的卵,她收在一个纸盒里,放进家里冰箱的蔬菜层,来年春天,桑叶发出新芽,才拿出来。
这个做法有生物学的缘由。家蚕有一种叫滞育的状态:蚕卵里的胚胎暂停发育,等到合适的时候再继续。许多品种的卵是否滞育,据报告,与母蛾自己做卵时经历的温度和光照有关〔待核〕。也就是说,蚕卵里带着母亲那一季的日子。养蚕的人长期用低温保存蚕种,让它在桑叶出来的时候才醒〔待核〕。
这正是发育系统理论最爱讲的那一类事:亲代传下来的,不只是卵里的基因,还有一段亲代怎么过的日子。母蛾的经历、冰箱的温度、桑叶发芽的时间,都是它说的「发育资源」,缺一样,这个周期就接不上。本书同意这一点,没有保留。
北美有一类周期蝉,若虫据说在地下待十三年或十七年,然后在同一年大批钻出地面,几周内羽化、交配、产卵,再等下一轮〔待核〕。研究者按出土的年份给它们编了号,叫作「年群」(brood),用罗马数字,依次排下去〔待核〕。
这是发育系统理论的一个好样本:一个生命周期长到十几年,却整整齐齐地复现。
不过,看一下那个「年群」。同一年钻出来的,是一个年群;十七年后,同一个地方再钻出来的,被叫作同一个年群。这个「同一」,是研究者按出土的年份和地点标上去的。是不是真的是前一轮的后代,要靠野外的追踪和遗传数据去核对。核对的过程中,也发现有的年群会提前或推迟出土〔待核〕。
这样看,复现有两层:一层是蝉自己的生活节奏,一层是人给它起的编号。发育系统理论说周期复现,指的是前一层。本书想问的是,两层之间,有没有一样东西,把「这一年的这一群」接到「十七年前的那一群」名下。
发育系统理论还有一个爱用的实验,来自小鸭。
刚出壳的小鸭,会偏爱自己这个物种的母鸭的叫声。人们过去觉得,这是「天生」的。美国发育心理学家吉尔伯特·戈特利布(Gilbert Gottlieb)做过一系列研究〔待核〕。据报告,孵化之前,如果让雏鸭听不到自己发出的叫声,它们出壳以后,就不再偏爱同类母鸭的叫声;给它们听到自己的声音,偏爱才会出现〔待核〕。
也就是说,那个看上去天生的偏好,需要一段出生之前的「听」。基因、胚胎自己的声音、蛋壳里的环境,缠在一起,才长出这个偏好。把它分成「先天多少、后天多少」,没有办法分。
这是发育系统理论最扎实的一类证据,本书照单全收。
发育系统理论的人可以这样回应:什么叫同一个周期,本来就看研究的目的而定,没有一个脱离目的的唯一答案。你说有一个记功口在记账,不过是把研究者的划分,换成了生物的划分。
这个回应有力量。研究者确实在划,不同的问题要不同的划法。
不过,本书说的记功口,与研究者的划法有一点不同:它可以被动手脚。如果生物身上真有一道结构,在决定「这一份后代算谁的」,那么我们就可以改变它,看账是不是跟着变。第 13 章讲的两个检验、第 37 章的试验,做的就是这件事:把外加的那道关口撤掉,看集体层退回去多少。
研究者的划分,撤不掉;生物身上的结构,可以撤。这是两者的区别,也是本书敢把话说成可以出错的原因。
后来的一年,陈老师把蚕盒放到了讲台上,让学生自己去数:这一批蚕,从孵化到结茧,用了多少天;去年那一批,用了多少天。
学生数出来,每年都不一样,差了一周多。
「那它们是同一种蚕吗?」陈老师问。
「是。」
「凭什么说是?」
学生想了半天,有人说:「因为它们能互相交配。」有人说:「因为都是您从老师那里要来的。」
陈老师在黑板上写下后一句:「您从老师那里要来的」。她说:「这一条,倒是最实在的。因为有人记着。」
你也可以试试:看到家里一件「传下来的东西」,比如一口锅、一个食谱、一套筷子,问一句,它是怎么被认作「同一个」的。答案里,多半有一个人的记忆,或者一个记在本子上的名字。
这一章落在记账一致性上。「又来了一遍」能不能成立,要看逐代的账有没有记成同一户。账记得一致,复现就稳;账今天一户、明天一户,所谓周期就只是研究者划出来的线。
说「又来了一遍」之前,总得有人先把它记成同一笔。
拆了什么:拆了「生命周期复现是现成的判据」这个默认,并且只指出这一样;第四条路线 evo-devo 公开承认的条件,不算欠条。
立了什么:立了一句话——复现靠记功口逐代记账,复现是读数;并还了发育系统理论一个公道:基因没有特权,遗传不止一条通道。
你一定有过这样的时刻:有人拿出一个很老、很长、做得很细的东西,你一时竟不知道说什么好,只觉得那里面有一种耐心。
阿远有一次给陈老师看一张图。图上是十二个小烧瓶,排成两行,每个瓶里是浅浅的一层培养液,旁边有一行小字:每天转一次。
「从哪一年起?」
「一九八八年。」阿远说,「三十多年,没断过。每天早上,取出一百分之一,转到新的瓶里。」
陈老师算了算:「这是比我教书还长的事。」
「是。他们换过很多批学生,换过实验室,搬过地方。瓶子还在转。」
陈老师看了很久,说:「这比我教书还有耐心。」
这一章,就从这十二个瓶子说起。因为它是整本书里,最可能把本书压倒的一块证据。
美国生物学家理查德·伦斯基(Richard Lenski)在一九八八年开始了一项实验〔待核〕。他取了一株大肠杆菌,分成十二份,各放进一个烧瓶,里面是只含有限葡萄糖的培养液。每天,他或他的学生取出一百分之一,转进新的培养液;其余的丢弃。每过五百代左右,他们把一部分样品冷冻起来,留着以后翻出来比较。
大肠杆菌繁殖很快,一天大约六七代。三十多年下来,这十二个「种群」已经走过了几万代,是人类有记录以来最长的演化实验之一。
它的结果,几乎是一部教科书。
第一,适应度稳步上升。把任何一个时期的细菌,拿去和最初的祖先放在一起竞争,后来的总是赢。一开始上升得快,后来慢下来,不过几万代过去,还在往上走〔待核〕。
第二,变化可以追到序列上。每一个种群里的突变,都可以用测序读出来。哪一个突变在什么时候出现,什么时候占了多数,都有记录。
第三,可以重放。因为有冷冻的样品,研究者可以把某个时期的细菌解冻,重新放进培养液,让演化再来一遍,看结果会不会一样。这相当于给了演化一台「时光机」。
这个体系,是纯遗传模型的主场。每一个细菌是一个个体,没有性,没有分工,没有复杂的社会结构;它们的后代是克隆;环境由实验者精确控制,每一天都一样。变异是随机的,选择是葡萄糖,遗传是复制。
在这个体系里,你要问的几乎所有问题,基因派都能回答:为什么这一株赢了?因为它的某几个突变让它吃糖更快。它的序列是什么?可以读出来。
这是对本书的一次最强的压测。如果三头纠缠的想法是对的,那么在这个最干净的遗传体系里,也应当看到互动和主体的踪迹;如果这里一点踪迹都没有,那本书的说法,就要收窄到「只在多细胞、有社会、有人为干预的地方才成立」。
本书的看法是:它没有被推翻,但被收窄了一点。边界出现在两处。
先看一看实验是怎么做的。它的力量,一半来自做法。
十二个瓶子里的细菌,全部从同一株祖先来。这株祖先是实验室里用了很多年的大肠杆菌,没有带能让细菌彼此交换基因的小环,每一次分裂,都是一个变成两个〔待核〕。
十二个瓶子里,六个放的是祖先本身,六个放的是从祖先里挑出来的另一株,两者只差一个对吃糖毫无影响的小突变。这个小突变的作用,是让菌落在特制的平板上显出不同的颜色〔待核〕。日后把两种菌混在一起比赛,数起来一目了然。
培养液很淡。每升里只有二十五毫克葡萄糖,细菌几个小时就吃光了,然后在瓶里饿着,等第二天的转瓶〔待核〕。
于是每个瓶里的一天,有三段:刚换进新瓶的头几个小时,细菌在适应;有糖的时候,细菌疯长;糖吃完以后,细菌挨饿。几万代的选择,都发生在这三段里。
转瓶是一百倍的稀释。长回一百倍,需要六点六多一点代,所以一天约是六七代。这个数不是估的,是除出来的。
最要紧的是冷冻。每隔五百代,取一份样品,加上防冻的甘油,放进零下八十度的冷柜。研究者管这些小管叫「冷冻的化石记录」〔待核〕。化石是死的,这些小管不是,解冻以后还能继续长。
这套做法里,有一个不起眼的前提:每一个细菌就是一户。
细菌分裂,一个变成两个,两个都是它的后代,没有人需要问「这两个算谁的」。整个体系对户名的处理,是被设计成不必处理的。
这个实验最耐人寻味的地方,是十二个种群的对照。
十二个种群来自同一个祖先,生活在完全相同的条件里,每天吃同样的糖。如果演化只是环境对生物的单向塑造,十二个种群应当走到几乎相同的地方。事实上,它们在大方向上确实很像:都在吃糖的速度、细胞的大小上有显著的变化,许多相同的基因反复出现突变。这种「平行演化」,是自然选择有力的明证。
可是在细节上,它们又各不相同。每个种群都有自己的一串具体突变,到了几万代之后,十二条路已经走出了不同的样子。有的种群出现了「突变株」,突变率一下子高了很多;有的种群里长出了不同的细胞形状;还有的出现了前面提过的两支共存。
这个结果,让人想起一句老话:条条大路通罗马,但每条大路都是自己的路。
这个对照给了我们一个判断演化的尺子:哪些是各个种群共有的,那是选择;哪些是只在某一个种群里有的,那是历史。选择让十二个种群彼此相像,历史让它们各不相同。
有一件事值得单独说。据报告,到几万代的时候,十二个种群里已有大约一半,各自独立地出现了突变率高出许多倍的株系〔待核〕。它们靠着碰巧带上一个有利的突变,占了上风,高突变率就跟着一起留了下来〔待核〕。同样的起点,同样的条件,走到了不同的地方。
还有一个读数。据报告,在头两万代里,基因组上积累突变的步子大体匀速,而适应度的上升却在变慢〔待核〕。序列这本账,和「好不好」这本账,走得不一样快。
这提醒你一件事:序列是读数,适应度是另一层的读数,两层之间,要有人去对。
冷冻的样品,就像是十二本带日期的账:每五百代一页,一页页翻过去,你能看到哪一个突变,在哪一页第一次出现,在哪一页占了多数。这是目前生物学里最完整的一本「后代账」之一。
请记住这个比喻,它在本章结尾要回来。
第一处边界,叫 Cit+。
大肠杆菌有一个著名的特点:它在有氧的条件下,不能把柠檬酸盐当食物。培养液里其实一直有柠檬酸盐(它是用来稳定金属离子的),不过细菌吃不了它。
大约在三万一千代的时候,十二个种群里的一个,细菌忽然能吃了。培养液变得浑浊,因为这个种群能利用的食物一下子多了一大类,数量激增〔待核〕。
这是一个重要的演化创新:一种新的能力。研究者想知道,这件事是怎么发生的,是一次极其罕见的「大突变」,还是一系列小步子积累的结果?
这个问题背后,站着一个更老的问题。古生物学家古尔德(Stephen Jay Gould)曾设想:把生命的录像带倒回去重放,会不会放出同样的故事〔待核〕。冷冻的小管,第一次让人有机会真的按一下重放键。
他们用冷冻的样品做了重放。2008 年,扎克·布朗特(Zachary Blount)和同事发表了结果〔待核〕:他们从这个种群不同时期的冷冻样品里,各取许多克隆,各自重放,看有多少会重新发展出柠檬酸盐的利用能力。
结果据报告是:早期的样品,几乎不会;到了某个时期之后的样品,才有一定的概率会,而且需要很长时间。也就是说,这件事依赖于此前已经积累下来的某些突变,研究者称之为「增势突变」(potentiating mutations)。没有它们,后来的那个关键突变也许发生了,但没有效果。
这意味着:Cit+ 的出现,既不是必然的(十二个种群只有一个出现了),也不是纯粹的随机(需要之前的历史)。它是一件「历史偶然」:依赖于此前走过的路。
后来的研究据报告查到了那一步的样子:一段基因被多复制了一份,落到一个在有氧时也开着的启动位置旁边,于是原本只在缺氧时才用的那条运输柠檬酸盐的通道,在有氧时也开了〔待核〕。
打个比方。一条老街上,有一扇门一直锁着。钥匙早就有,只是挂在另一个门框上。某一天,有人把钥匙复制了一把,挂到了这扇门旁边。门没有变,钥匙也没有变,变的是它们挂在哪里。
这条路上的每一步,都是遗传的,都是可测的。不过整件事的「故事」,不能只靠最后那个突变来讲,要靠整条历史来讲。
第二处边界,是一个叫 S 和 L 的故事。
1990 年代末,研究者注意到,十二个种群里的一个,分成了两支,肉眼就能看出菌落的大小不同:大的叫 L(large),小的叫 S(small)〔待核〕。2000 年,罗森(Daniel Rozen)和伦斯基发表了对这两支的研究〔待核〕。
两支都从同一个祖先来,都在同一个瓶子里,吃同样的糖。可是它们长期共存,没有一方把另一方挤掉。研究的结论大致是:L 支吃糖快,吃完了会排出一种别的物质,S 支恰好能吃这种物质。L 为 S 提供了一块「土」,S 靠这块土活了下来,两支形成了一种分工式的共存。
请注意,这里发生的事。
在一个看上去最简单的系统里:单一食物、单一环境、克隆的后代,种群自己长出了「两本账」。一部分细菌的后代记在 L 的谱系,一部分记在 S 的谱系;它们不是靠谁更适应来决定谁留下,而是靠互相提供对方所需要的东西,两本账同时存在。
用基因派的话讲,这当然也可以解释:频率依赖选择,一支稀少的时候占便宜,所以两支都不会消失。这个解释是对的。本书想说的是另一层:这里的互动那一头,自己冒了出来。没有人在外面安排它,是种群在自己的瓶子里,长出了环境(L 排出的物质),这个环境又选择了新的类型(S)。这就是生态位构建。
读到这里,你也许会提出一个很有分量的反驳:S 和 L 共存,不过是频率依赖选择,教科书里早就有,为什么要说成「两本账」?
这个反驳有一半是对的。
对的那一半:如果你只想预测两支会不会都留下来,频率依赖的模型就够用了。哪一支少的时候占便宜,哪一支就会回升。预测可以画成一条曲线,拿去和数据比。本书没有理由绕开它。
另一半是:模型里的每一个细菌,都是一个独立的户。邻居不同,适应度就不同,如此而已。模型不问,L 排出的那种物质,算谁的。
它确实不属于任何一个细菌。它漂在瓶子里,改变了所有细菌的日子。
这笔「土」的账,在模型里被折成了一个系数。折算是合法的,系数也好用。本书只想指出:在折算之前,有一步被省略了。那一步是,土是谁造的,土带来的好处,最后记给谁。
这一步,在这个瓶子里可以省,因为所有细菌共用一个户名:同一个瓶子,同一个祖先。到了后面的章节,它就省不掉了。
在往下收窄之前,先把基因派的公道还足。
纯遗传模型在这个体系里几乎说了算,是因为四个条件同时成立。
第一,后代是克隆。复制保真,突变少,而且每一个都数得出来。
第二,环境每天被重置。同样的瓶子,同样的糖,同样的温度,选择压力几乎不变。
第三,没有集体。没有性,没有分工,细胞就是单位,没有哪一层在细胞之上。
第四,转瓶是随机取样,不偏袒任何一支。
四个条件里,只要有一个松动,纯遗传模型的把握就会变小。比如环境天天在变,选择就不再指向同一个方向;比如细菌结成了团,团和细胞的账就得分开算。
这不是它的弱点,是它的使用说明。一台好仪器都有量程,写清量程,是对仪器的尊重。
本书后面各章要去的地方,恰好是这四个条件被一个个撤掉的地方。
那么,这块最强的证据,最后给了本书什么?
先说它给了基因派的:在这个体系里,纯遗传模型走得极远。适应度的变化,大部分都能由序列的变化解释;演化的节奏,能在群体遗传学模型里复现出来。这是一个了不起的成就。
再说它对本书的压力:如果这里没有任何互动和主体的痕迹,本书就只能说,三头纠缠是一个关于复杂体系的说法,对简单体系不适用。
实际看到的,比这个要有趣:边界上出现了历史偶然和两支系共存,互动那一头在最干净的系统里也冒了出来。
最后,本书要指出一件很容易被忽略的事。
请回头想一想这个实验是怎么做的。每天,实验者取出培养瓶里的一百分之一,转到新的瓶里;其余的丢掉。是谁决定了「哪一百分之一」进入明天?是实验者的移液器。这一百分之一,是随机取样,没有偏好;不过正是这个操作,决定了「哪些后代记进明天的瓶子」。
在这个体系里,「户名」是已经定好的:每一个细菌就是一个户,它的后代就是它自己的后代;每天的转瓶是一道固定的、不偏袒任何一支的关口。这是一道无利害的「筛」。
所以,本书的收窄结论是:纯遗传模型在「户名已定」的体系里走得最远;户名一旦要定,它就要借账。
借谁的账?在 Lenski 的瓶子里,借的是实验者的转瓶(一道外加的关口),借的是 L 排出的物质(一块互动造出的土)。这些,就是下面几章要一步步摆出来的东西。
这和上一章陈老师的蚕是同一件事:什么算「又来了一遍」,总得有人先把它记成同一笔。在 Lenski 的瓶子里,那个人是做实验的人。
陈老师家里有一块老面。她说是母亲留下的,母亲又是从谁那里分来的,她也说不清。每次蒸馒头,她揪下拳头大的一团,放进小瓷盆,盖上湿布,留到下一回。
有一个周末,阿远蹲在厨房里看她揉面。
「老师,您留下的这一团,下一回蒸出来的馒头,算这一回的孩子吗?」
「你说算就算。」陈老师手上没停。
「要是您这回揪错了,揪下来的是没发好的那一块呢?」
「那下一回就蒸不好。蒸不好,我就去隔壁借一团。」
「借来的那一团,算不算原来那块面的后代?」
陈老师终于停了手。她想了一会儿,说:「我一直这么留,这么借,没想过要算。」
十二个瓶子里的转瓶,就是一次次揪下的那一团。区别有两处。
一处是,陈老师的手有偏好,会挑发得好的;实验者的移液器不挑,摇匀以后随手取一份。另一处是,陈老师可以借,实验者不借:瓶子里没有隔壁。
所以那个体系里的户名,才会那样干净。
阿远后来去那个实验室的网站,看到一张照片:一个冷冻柜,里面码着一排一排的小管,每一管标着日期。
他想到陈老师书架上,那一排用牛皮纸包起来的旧教案,每年一本,封面上用钢笔写着年份。
他给陈老师打电话:「老师,那个实验,其实也是在记账。」
「记什么账?」
「每五百代冻一次,就是一页一页地记。」
陈老师说:「那就是说,账不是细菌自己记的。」
「不是。」
「是谁记的?」
阿远沉默了一会儿,说:「是做实验的人。」
你也可以试试。看到一个很大、很长、很稳的系统,比如一座老村子、一家老店、一个家谱,问一句:它的「账」,是谁在记?
这一章落在记账一致性上。Lenski 实验之所以最适合基因派,是因为户名已经写好:十二个瓶子,每一瓶的谱系都清清楚楚,一致性接近满格。一致性一旦掉下来,纯遗传模型就开始吃力。
在户名已经写好的地方,基因几乎说了算。
拆了什么:拆了「纯遗传模型对一切都够用」的印象;Cit+ 的历史偶然和 S、L 两支系共存,是它的两条边界。
立了什么:立了一个收窄的结论——纯遗传模型在「户名已定」的体系里走得最远,户名一旦要定,它就借账。
你一定有过这样的时刻:两个人互相抄作业,抄到谁也说不清原稿是谁的。
陈老师批改作业,年底碰上过这样的事。两个同桌的作业本,同一道应用题,写法一模一样,连中间一步写错的地方都一样。她把两本摆在一起,看了很久。
她问两个孩子:「谁先写的?」
甲说:「我的。」乙也说:「我的。」
她再问:「那你们是怎么写到一模一样的?」
甲说:「他看我的。」乙说:「她看我的。」
陈老师叹了一口气,在两个本子上都写了两个字:待查。
上一章的结论是:纯遗传模型一旦遇到户名,就要借账。借的是什么账,这一章来对。
这一章,本书要把前四章里三家各自借来的东西,摆到一张桌子上,核对一下,到底是谁抄了谁。结果会让你有点意外:三家抄的,是同一笔。
先把前面讲过的东西,摆成一张表。
| 派别 | 押哪一头 | 借了哪一头 | 借在推导的哪一步 | 本卷出处 |
|---|---|---|---|---|
| 基因派 | 客体:复制的结构 | 主体:一个有边界的有机体;互动:有机体与环境的来往 | 从「复制子变多」走到「这一份后代算给复制子」这一步,要借载具和延伸表型 | 第 2 章 |
| 生态位派 | 互动:改土与反馈 | 主体:一个知道自己的「构建者」;客体:构建的结果要靠遗传才能留下 | 从「环境被改了」走到「功劳算给构建者」这一步,把构建者当成现成的 | 第 3 章 |
| 有机体派 | 主体:自维持与能动 | 客体:闭合要靠可复制的结构才能延续;互动:闭合的边界要靠环境来划 | 从「有机体自己维持自己」走到「后代算给那个闭合」这一步,把边界当成给定 | 第 4 章 |
三家的借法,看上去不一样:基因派借的是载具,生态位派借的是构建者,有机体派借的是闭合。名字不同,位置却相同。
每一家,在从「我的这一头」走到「这一份后代算谁的」那一步,都停了一下,然后抓来一个「那一个」:那一个载具,那一个构建者,那一个闭合。
这张表有三个读法,每个读法回答一个问题。
第一个问题:每一家的「主场」在哪里?看第二列。基因派的主场是客体:能被复制、能被测出来的结构。生态位派的主场是互动:有机体与环境之间的来回。有机体派的主场是主体:自己维持自己、自己挑选。三个主场,各自问的问题不同,各自答得极好。
第二个问题:每一家在什么地方「出了主场」?看第四列。出主场的那一步,几乎都在同一个位置:从「我这一头讲清了某件事」,走到「所以这一份后代算谁的」。这两句话之间,有一个小小的跳跃。
第三个问题:每一家借来的东西,是不是对方的主场?看第三列。是的。基因派借的载具,是有机体(主体)的东西;生态位派借的构建者,也是有机体(主体)的东西;有机体派借的闭合边界,却要靠环境(互动)来划。三家互相借,借来借去,没有任何一家从自己的主场里推出了这个「那一个」。
用日子里的话讲:三个人合伙开店,一个管货,一个管客,一个管账房。每个人遇到「这笔钱算谁的」这类问题时,都说「这个得问另外那两位」。三个人互相推。结果是:店开得很好,账一直没人记。
注意,这里没有任何一家做错了事。每一家借东西,都是正常的科学做法:没有一个理论是完全自足的,每个理论都有它依赖的背景。问题只在于,这一笔借的东西,对全局特别要紧,它决定了「个体」和「适应度」能不能谈。
「欠条」这个词,在本书里有一个比较窄的意思,值得先说清。
不是所有借来的东西都算欠条。一个理论明说「我假设有机体已经存在,在这个前提下讨论」,这是它公开承认的条件,不叫欠条。就像你借钱,写了借条,当面说明了数目和日期,那是一笔明账。
欠条指的是另一种情况:直接给定、自己没推出、又没声明的东西。一个理论在推导里用了某一样东西,当作自明的,既没有从自己的前提推出来,也没有把它列入假设。读者若不是特意追究,是看不出来的。
第 14 章会把这个标准写成一条定理,并配一张码表,让没读过本书的人也能照着去核对。本章先举一个例子,看欠条是什么样子。
基因派说:选择作用于载具,使得其中的复制子变多。这句话里,「载具」是一个被用到的东西。它从哪里来?基因派没有把它当成一个需要推出的量,也没有明说「我假设载具已经存在」。它直接用了。
这就是一张欠条。而且本书认为:这张欠条,不是基因派一家的毛病,而是三家共有的。
把这个发现用一句话写出来,就是本书的第一条核心判断。下面这句,逐字抄自本书的论证,请你读两遍:
三家共同的、从没说出口的预设:「这一份后代算谁的」是自明的——基因派默认算给复制子,生态位派默认算给构建生态位的那个有机体,有机体派默认算给自维持的那个闭合;三家都没有把「记到谁名下」当成一件需要结构去做的事。
注意这句话里的措辞。它没有说三家忘了讲后代,它们讲得很多;它没有说三家讲错了,它们各自讲对了一头。它说的是:在每一家的推导里,「这一份后代算谁的」这件事,没有被当成需要说明的事。
打个比方。三家好比三个会计,一个擅长管流水,一个擅长管合同,一个擅长管人事。每个人都做得很好。不过三个人都默认,每一笔钱记在哪个账户下,是「不用想」的,没有人去问:「账户是谁开的?」
这一章不是要批评他们没问。是要说明:他们没问,不是因为疏忽,而是因为在各自的体系里,这个问题没有位置。
基因派的体系里没有账户,只有复制子;生态位派的体系里没有账户,只有构建者与环境;有机体派的体系里没有账户,只有闭合。三个体系里,「户名」都是一个多余的词。
现在可以回头收第 1 章留的伏笔了。
第 1 章讲了衰老的三种答法:梅达沃、威廉斯、柯克伍德。我们当时说,三种答法都默认,身体和生殖系的账本早已分好。
现在可以更准确地说:它们欠的就是这一笔。
梅达沃说晚发的害处「已经传给了孩子」,那是在默认:孩子,是算给带着这些突变的那一个身体的。威廉斯说年轻时的好处让个体「生得多」,那是在默认:生出来的后代,算在这一个个体的成绩单上。柯克伍德说资源在「修补」与「生殖」之间分配,那是在默认:生殖投入的东西,最后落在「一个有机体」的账上。
也就是说,衰老的三种理论,和基因派、生态位派、有机体派用的是同一种默认。只不过一个落在突变上,一个落在交换上,一个落在分配上。
这说明了什么?说明这个「没问」,不是三家之间的恩怨,而是整个领域一个很深的习惯。
那么,为什么这个问题,几十年来没有被提出?
本书给出的一个解释是:在大多数日常的例子里,答案确实不用多想。一头鹿生一头小鹿,一株稻子结一粒稻谷,小鹿算鹿妈妈的,稻谷算稻子的。账是现成的,没有人有机会去怀疑。
只有在一些边缘的情形里,这个「不用想」才露出裂缝:
这些边缘情形,在教科书里往往被放在「特殊情形」一栏。本书的看法是:它们不是特殊情形,而是平常情形的放大镜。平常的例子里,那道记账的结构,因为太稳定,反而看不见了。
往下走之前,先替三家说一句话:他们不问,是有资格不问的。
科学靠分工。一个做复制保真的实验室,没有义务同时回答有机体的边界从哪里来;一个研究生态位构建的小组,也没有义务回答构建者是怎样成为构建者的。每一家都从自己最有把握的地方出发,这是它们能走得这样远的原因。
而且,在很大一片地方,「不问」是完全成立的。
凡是后代的户名由一道又稳又老的关口写好的地方,三家的算法彼此一致。单细胞起点的动物,每年同一时节结子的庄稼,一窝窝认得母亲的幼崽,用哪一家的算法,数出来的都差不多。
这就像三把尺子量同一张桌子,读数相同,没有人会去问刻度是谁画的。
出事的,是读数开始不一致的时候。
拿一个假想的情形,请三家各答一次。
一个细胞团,一百个细胞,某一天从中间裂成了两半,各五十个,各自继续长。要问的是:这是一个个体生了一个孩子,还是一个个体变成了两个,还是两个新的个体。
真的生物里有这样的事。水螅出芽,珊瑚被浪打断的枝落在别处长成新的群体,都和这个假想差不多。
下面是按各家的思路推下去,大致会得到的答法。这是本书的推演,不是他们的原话。
基因派数拷贝。两半里的序列,都是原来那些序列的复制品,拷贝没有少,也谈不上「生」。要回答算几个个体,得先说哪一块是载具,而载具恰好是要回答的东西。
生态位派看土。两半还踩在同一块被改过的土上,各自继续改。要回答谁是构建者,就得先把哪一半当成主角,而这也是要回答的东西。
有机体派看闭合。裂开以后,两半各自维持自己,各是一个闭合,所以是两个。不过裂开之前,那一百个细胞是一个闭合,还是一百个闭合?这取决于闭合的边界划在哪里。
三个答法:没有生;一个构建者变成了两个;两个新的闭合。
同一件事,三个数。
每一个答法,在各自的主场里都说得通。不过没有一家,能凭自己的东西,把三个数里挑出一个来。
换一个你熟悉的画面。
孩子出生以后,要上户口。办手续的人会让你选:孩子随父亲落户,还是随母亲落户。
孩子自己填不了这一栏。他在表格上没有位置,他的位置是办手续的人划出来的。
户口本上的一页,把这个孩子记到了某个家的名下。从此以后,许多事都跟着这一页走:他在哪里上学,他怎样被统计,他算几口人里的哪一口。
孩子没有变,变的是他被记在谁的名下。
本书拿这个画面,只为说一件事:「这一份算谁的」,在人间是一道手续,有人经手,有一栏要选。生物的世界里也有这样的一栏。三家的推导里,这一栏被默认填好了,填的人一直没有出现。
有读者会说:算谁的,不过是个约定,研究者想怎么算就怎么算,何必说成生物学的事。
这个反对有一半是对的。
对的那一半:很多时候,确实是研究者选的。科学哲学里讨论过这样的情形:同一批数据,把选择记在基因名下,还是记在个体名下,有时可以数得一样好〔待核〕。第 12 章会请出讨论这件事的人。
不对的那一半:有些户名,不是研究者划的,是生物自己做出来的。受精卵是单个细胞的起点,生殖系在胚胎里早早被隔开,这些都是生物自己做的。研究者可以换一种数法,换不掉这道关口。
约定可以改,关口改不了。
还有一层。如果约定可以随便换,三家的争论就只是口味之争了。不过这场争论持续了半个世纪,没有谁说服谁,这说明每一种数法背后,各有各的关口在撑着。
于是问题变成了:研究者的约定,和生物自己做出来的关口,对不对得上;对不上的时候,听谁的。
这个问法,才是这张欠条真正的内容。
那两本作业,陈老师后来没有一直放着待查。
她把两个孩子叫到办公桌前,出了一道差不多的题,让他们当着她的面各做一遍。一个做得出来,一个卡在第二步。
她在做得出来的那一本上,把「待查」划掉,写上了名字。
阿远听她讲完,说:「所以不是把两本再对一遍,是有人当场看着。」
「对,」陈老师说,「户名要有人当场写。事后对,只能对出两个『我的』。」
散步的时候,阿远问陈老师:「老师,您说三家都欠这一笔,那他们知道吗?」
陈老师说:「知道的人,其实有。有的写在脚注里,有的说在会议的茶歇上。」
「那为什么不写进正文?」
「因为正文里没处放。」陈老师说,「要想把一个问题写进正文,得先有一个词。他们没有那个词。」
阿远想了想:「所以我们要给它一个词。」
「对。」陈老师点点头,「第一步是给欠条起个名字。」
你也可以试试。下次你在一个争论里,觉得两边说的都有道理又都不够,不妨先问:两边是不是都默认了同一件事?把那件事写下来,往往比继续吵更有用。
这一章落在记账一致性上。三家的欠条是同一类东西,把它们排在一起,可以问同一个问题:在你们各自的体系里,这一份后代,是几个口在记,记得一不一致。一致,欠条就还得上;不一致,就还不上。
三家吵了几十年,欠的却是同一笔账。
拆了什么:拆了「三家各有各的难处」的印象;一张表看下来,三家在同一步借了同一类东西。
立了什么:立了三家共有、从没说出口的预设——「这一份后代算谁的」是自明的;并收了第 1 章的伏笔:衰老的三种答法也欠这一笔。
你一定有过这样的时刻:剪下一根枝条,插进另一个盆里,它居然活了,你忽然不知道该怎么称呼它。
阿远帮陈老师整理一缸水草。缸里的草长得太密,要剪掉一些。陈老师递给他一把小剪刀,他就一段一段地剪下来,放在桌上。
「这些扔掉吗?」
「别扔,」陈老师说,「插到那个新缸里去。」
阿远照做了。过了两周,新缸里的水草也长得绿油油的。
陈老师看着那一缸,问:「新缸里这些,算老缸的后代吗?」
阿远说:「算吧,都是从那儿剪下来的。」
「那它们是老缸那几株的孩子,还是那几株自己的另一部分?」
阿远张了张嘴,答不上来。
这一章,就是要从这个「答不上来」出发,追问适应度这个概念里,藏着的一笔没记清的账。
先把适应度讲清楚。
适应度,是演化理论里最核心的一个概念。粗略地说,它描述一个类型(可以是一个基因型,一个个体,一类性状)留下后代的能力。适应度高的类型,下一代里占的比例会增加;适应度低的,会减少。自然选择,就是适应度差异带来的结果。
这个概念有很多讲究。其中最有名的一场争论,是关于「适者生存」是不是同义反复。批评者说:谁是适者?就是生存下来的。谁生存下来了?就是适者。绕了一圈,什么也没说。
科学哲学家们对此给出了回应。其中一个有影响的回答,是苏珊·米尔斯(Susan Mills)和约翰·比蒂(John Beatty)1979 年提出的「倾向解释」〔待核〕:适应度不是实际留下了多少后代,而是在某种环境里,期望能留下多少后代的一种倾向。就像一枚均匀的硬币,倾向是一半,哪怕这一次抛出来全是正面。
这个回答很好地化解了同义反复的指责。它把适应度,变成了一个关于概率的陈述,可以独立于实际结果去估计。本书对此全盘接受,并且要先还它这个公道:适应度概念,经过几十年的打磨,已经讲得很细了。
这场同义反复之争,连大名鼎鼎的科学哲学家也卷进去过。波普尔(Karl Popper)在 1970 年代中期说过一段话,大意是:自然选择学说近乎同义反复,更像一个研究纲领,而不是一条可检验的理论;后来他公开收回了这个看法〔待核〕。一个概念值得被这样认真地争,说明它是真的重要。
不过,请你留意这个概念里一个没有被写出来的东西:留下「后代」。
适应度数的是后代的数目。可是数之前,要先决定:什么算「后代」?什么算「这一个的后代」?
「适应度」这个词,在不同的人口中,指的东西并不相同。
有时指的是基因的适应度:一个等位基因的拷贝在下一代里变多还是变少。有时指的是基因型的适应度:一类基因型的个体平均留下多少后代。有时指的是个体的适应度:这一个有机体一辈子生了多少个孩子、孩子又活了多少。有时指的是群体的适应度:一个群体产生了多少新的群体。
这四种用法,不是随意选的。每一种,都意味着一个不同的「记账单位」:基因,基因型,个体,群体。
有一个生物学家们都知道、但不常提起的事实:选对了单位,同一组数据会得到完全不同的故事。
打个比方。一家公司有五个部门。你想知道这家公司「赚得好不好」。你可以数每个员工赚了多少,可以数每个部门赚了多少,也可以数整个公司赚了多少。三个数,都对,各回答一个问题。但如果你问的是:哪一个部门在拖后腿?你要看部门的账。如果你问的是:哪个员工应当升职?你要看个人的账。
群体的账也有难处。蜜蜂的蜂群繁殖靠分蜂:春末夏初,老蜂王带着一部分工蜂飞走,另找地方筑巢;留下的蜂群,由新羽化的蜂王接手。要问的是,飞走的是母群的孩子,还是母群自己搬了家;留下的是母群,还是它的女儿。养蜂人说得很随意,要写进适应度的公式,就得先选一种说法。
选择单位之争,争了半个世纪,其实就是在争:我们该用哪一本账。
本书这里的意思,不是要在这场争论里站队,而是指出一个更根本的事实:不管用哪一本账,总得有一个东西,把后代记到那本账上。基因的后代,由复制来记;个体的后代,由生殖来记;群体的后代,由群体繁殖来记。这些「记」,是不同的结构在做,不是同一个。
回到克隆植物。美国犹他州有一片叫「潘多」(Pando)的颤杨林,据报道,它由一个基因型长出的几万根树干组成,共享同一个根系,被认为是已知最重的单个生物之一〔待核〕。
这片森林,用不同的单位去数:
数树干,是几万个「个体」。
数基因型,是一个「个体」。
数根系,也是一个「个体」。
如果问:这片森林一年「繁殖」了多少次?数树干,是几万次萌芽;数基因型,是零,因为没有新的基因型出现;数种子,是另一个数。
三个数,在适应度的计算里,会导出三种不同的结论。一个想知道这片森林演化趋势的研究者,必须先选一种。他选哪一种,是研究者做的决定,不是森林告诉他的。
这并不是说森林没有个体性。它的意思是:个体性不是一个等着被观察的现成事实,它是被一种记法定下来的。而记法不同,结论就不同。
回到那一缸水草。
假如用适应度的办法数。老缸里的一株草,剪下一段插到新缸,这一段长成了新的一株。这一株,算是母株的后代吗?
有一个生态学上的老区分:基株与分株。基株(genet)指由一颗种子发育出来的整个克隆,包括它所有的无性繁殖的部分;分株(ramet)指其中每一个能独立生活的单位。一片由一颗种子发育的杨树林,是一个基株、几千个分株。
数后代的时候,有两种数法:数分株,一株一株数,新缸里的算一个新的;数基株,整片只算一个,新缸里的不算新增。两种数法,得到的适应度完全不同,对选择的预测也可能完全不同。
选择自己不会告诉你该用哪一种。选择只会作用在「被数的那个东西」上。
也就是说,选择给出的是「有多少」,「这些算谁的」是另一件事。
再看几个例子。
第一个,上一章讲到的豆科植物。根瘤里的菌,有的老实固氮,有的偷懒。宿主减少对偷懒者的供氧,它们的繁殖下降。这里,「多少」在变:偷懒菌的后代变少。不过更重要的是,哪一些根瘤菌的后代,被允许继续记在这个宿主的「共生谱系」里,是宿主决定的。
第二个,蜜蜂。蜂群里的工蜂不生育,她们的「适应度」,如果按自己生的孩子数,是零。可是按汉密尔顿的办法,她们帮蜂后养大的妹妹,算作她们的包容适应度。这是一个很聪明的记法,也是一个必须被明说的记法:谁帮了谁,多少算到谁的账上,是规则决定的。
第三个,癌。一个细胞突变后分裂得特别快,它的后代数量高于周围的细胞。按「有多少」来数,这个细胞适应度很高。不过它的后代,最后随着宿主的死亡一起消失了。这些后代,算谁的?算那个癌细胞,还是算整个身体?第 26 章要讲。
这些例子里,「多少」都是可以数的。数不清的,是「算谁的」。
光说不够,拿几个数字走一遍。下面的数是本书编的,只为看清算法,不是哪一种植物的实测。
设有一小片草,开春时是三株,各从一粒不同的种子长成。到了秋天,每一株都靠匍匐的茎,长出了六个能独立扎根的小苗,一共十八个,加上原来的三株,合计二十一个。同一个秋天里,其中一株落下一粒种子,萌出一株新苗。
要问的是,这片草这一年的适应度是多少。
数分株。开春三个,入冬二十二个,增长了七倍多。
数基株。开春三个,入冬四个,增长了三分之一。
两个数,差了五倍多。
再设边上另有一片,条件一样,只是不长匍匐茎,靠种子繁殖:三株,落下十二粒种子,萌出十二株新苗。数分株,开春三个,入冬十五个,增长五倍。数基株,也是五倍。
现在比一比。按分株数,匍匐的那片赢,七倍多对五倍。按基株数,种子的那片赢,五倍对三分之一。
「谁更适应」,答案随着你数什么,整个翻了过来。
选择没有出错。选择只是作用在了「被数的那个东西」上。出错的是,我们以为只有一种数法。
户名,在人手里是很具体的动作。
吊兰有一种长长的茎,茎上垂着小苗,已经长出了根须。小苗没剪下来的时候,算母株的一部分,靠母株供水供肥。剪刀一落,它就成了另一株。
从一个变成两个,发生在哪一刻?不是它长出根须的时候,也不是它第一次自己吸水的时候。在家里的账上,是剪刀落下的那一刻。
自然界里没有这把剪刀。风、水流、动物的脚、茎的枯断,在不同的时刻替它剪。同一类植物,在不同的地方,一变二的时刻不同,适应度的算法就得跟着变。
阿远每周也做一个差不多的动作,叫挑单菌落。
菌液涂在平板上,每一个能长起来的细胞,长成一个小圆点,叫菌落。阿远用牙签挑起其中一个,转进新的培养液。
这是微生物实验室里最平常的动作,平常到没有人觉得它在做什么大事。
实验室里通常把一个菌落看作来自一个细胞。这个看法大体靠得住,偶尔也靠不住:两个粘在一起的细胞,会长成一个看上去只有一个的点。
挑这一下,等于在说:这一管以后的所有细胞,都记在那个起点细胞的名下。
这道手续不是细菌做的,是阿远的手做的。他的手还有偏好:习惯挑最圆、最大、边缘最整齐的那一个,自己不一定留意。细菌自己从不挑单菌落。不过这一下很有力量:它把一锅各不相同的细胞,变成了一管户名清楚的细胞,后面所有的比较,都建立在这一下之上。
第 7 章的转瓶是一道随机的关,挑单菌落是一道有意的关。两者都在写户名,只是写的人不同。
有读者会说:既然数分株还是数基株要看约定,那干脆只数基因,就绕开了。
这是第 2 章里基因派的办法,它完全成立,而且在很大一片地方最干净。
它成立的条件是:你关心的那一段序列,在传递中保持完整,它的每一份拷贝,都能追到一路复制下来的来路。
克隆植物就满足这个条件。上面两种数法里,序列的拷贝数是一样多的。
不过,拷贝数回答的是「这段序列留下了多少份」,回答不了「这些份被哪一家收下了」。同一段序列的一百份拷贝,分散在一百个能独立扎根的分株里,和集中在一个基株里,是两种局面:前者里,每个分株自己承受天气和虫害;后者里,整片一起承受。
所以,只数基因,不是绕开了户名。它是把户名记在了序列的名下。
这是一种记法,而且是很好的一种。可它仍然是一种记法。
那么,户名是谁来写的?
这就是本书全书的问题。但在这一章,先把它的形状画出来。
写户名的东西,必须满足三个条件。
第一,它必须在后代出现的那个节点上起作用。比如,一个受精卵从一个细胞开始,这个「单个细胞」的瓶颈,就把后代记到了「这一个亲代集体」的名下;一个细胞团随机碎裂成几块,每块各自长大,则没有这样的记法。
第二,它必须一代一代重复。只发生一次的,不算结构,是偶然。户名要一代代地写,才有稳定的账。
第三,它必须有一个「谁在写」。一道无利害的筛,一个有利害的守门者,一个无利害却能提出候选的设计者。三类写法,后果不同。
本书把满足这三个条件的东西,叫作记功口。第 17 章会把它完整讲出来,现在只是预告。
现在先把这一章的结论落下来:适应度这个概念,有一半是「数」,另一半是「记」。数的那一半,选择管;记的那一半,选择不管,要靠一个别的东西来做。这一半,在现有的理论里,没有位置。
那缸水草,后来被陈老师分成了三份,一份给了阿远,一份送了邻居,一份留在家里。
过了一年,邻居来串门,说她那缸草长得特别好,问陈老师:「当初那几根,是不是你家那株的孩子?」
陈老师说:「是它的一部分。」
「那我家这缸,算你家的吗?」
陈老师笑了:「你家的,算你家的。」
阿远在一旁听着,忽然意识到:陈老师刚才说的,不是生物学,是「户名」。一缸水草,在生物学上可能是同一个基株的一部分,在邻里之间,已经是另一户的了。同一件东西,记在哪里,取决于谁在记。
阿远回到实验室,挑单菌落的时候,手停了一下。
他看着平板上那些小圆点,想:我挑哪一个,是我定的。这一管以后的所有细胞,都记在这一个的名下。他在管壁上写下日期和编号。那串编号,就是户名。
你也可以试试。分一盆绿萝给朋友,过一年再问:「这是我的那盆的孩子,还是你的绿萝?」看看你们俩,会不会给出同一个答案。
这一章落在持有者的利害上。适应度数的是多少,不管谁数;户名写给谁,要看写的人有没有利害。选择是无利害的筛,所以它给不出户名;这一点,是整本书里第一个可以量的差别。
选择会数数,不会写名字。
拆了什么:拆了「适应度已经把后代讲清了」这个默认;适应度里有一半是「数」,另一半是「记」。
立了什么:立了一句话——选择给出多少,不给出户名;并留下一个伏笔:户名由什么做出来,第 17 章回答。
你一定有过这样的时刻:一件事看上去全凭运气,可你越看越觉得,运气也有它的脾气。
陈老师在课上演示抛硬币。她先拿一枚新的,抛了二十次,十一次正面,九次反面,学生们说:「差不多一半一半。」
然后她从抽屉里拿出另一枚,边缘磨歪了一点。她让学生一人抛十次,全班加起来,正面明显多。
「这一枚是偏的。」一个学生说。
「对,」陈老师说,「可它知道你押哪边吗?」
教室里安静了一下。有人笑:「它怎么可能知道。」
「那么,」陈老师说,「偏,和知道,是两回事。一枚歪了边的硬币,每次都往同一边多落一点,可它既不是为了让你赢,也不是为了让你输。」
这一章要讲的,就是这个「偏,但不知道你押哪边」。它讲的是生物学里最容易被误解的一件事:变异。
变异,是达尔文过程的第一件事。没有变异,选择无物可选。
关于变异,生物学里有一个经典的结论:变异是随机的。意思是,变异的出现,与生物当下面临的环境需要无关。细菌在抗生素下变得耐药,不是因为抗生素「诱导」出了耐药突变,而是耐药突变本来就在种群里零星存在,抗生素只是把它们挑了出来。
这个结论的最有名的实验证据,是卢里亚(Salvador Luria)和德尔布吕克(Max Delbrück)1943 年的「波动实验」〔待核〕。他们把同一株细菌分成许多独立的小培养,让每一管各自长,然后全部暴露于一种会杀死细菌的病毒。如果耐药是被病毒诱导出来的,各管里的耐药菌数目应该差不多;如果耐药突变是本来就随机出现的,各管里的数目就应该忽高忽低,因为有的管里突变早出现、传了很多代,有的管里晚出现、传得少。实验结果,是后者。
这是生物学史上最漂亮的实验之一。它说明:变异不是被环境「定做」的。
后来的研究,把这个图景丰富了。变异不是均匀的。有些位置的 DNA 比别的位置更容易出错;有些类型的改变(比如把一个碱基换成另一个特定的碱基)比别的类型更常发生;基因组里不同区域,修复的效率也不同。这些都是「突变的偏向」。有机制,有偏向。
2022 年,有一个研究组在《自然》杂志上发表了一篇关于拟南芥的文章〔待核〕,据报告,他们发现拟南芥基因组里重要基因所在的区域,突变率比别处更低,这种偏向与基因组上的某些表观标记有关。他们据此提出,突变的偏向,可能反映了一种「保护重要基因」的演化结果。这个结论引起了不小的争议,有其他研究者提出,这一图景也许可以用测序和统计上的因素来解释〔待核〕。
本书无意裁决这场争论。它的出现本身,说明变异的「偏向」是活跃的研究前沿。不过无论怎样争论,有一点没有变:这类偏向,是指突变发生的概率不均匀,而不是指突变「朝着当下有利的方向」发生。
卢里亚和德尔布吕克的实验,值得多讲几句,因为它的聪明,在于一个统计的画面。
先想两种可能。
第一种:耐药是被病毒诱导出来的。每一管里的细菌,遇到病毒的时候,各自有一个很小的机会变成耐药的。这像每个人各抛一枚硬币,结果集中在平均数附近:各管里的耐药菌,数目差不多。
第二种:耐药突变在遇到病毒之前,就已经随机出现了。这像彩票。多数管里没有中奖,一个耐药的也没有;偶尔有一管,突变出现得早,传了很多代,一下子有几百个。各管之间忽高忽低,差得很远。
他们把许多支独立的小管排开,数结果,看到的是彩票〔待核〕。
据卢里亚自己后来的回忆,他是在一次联欢会上,看同事玩老虎机,想到这个办法的〔待核〕。老虎机和彩票是一回事:多数时候什么也没有,偶尔吐出一大把。
1952 年,莱德伯格夫妇(Joshua Lederberg 和 Esther Lederberg)用一块丝绒,做了另一种检验〔待核〕。他们把长满菌落的平板轻轻按在丝绒上,再把丝绒依次按到几个新平板上,每个新平板都复印出同样位置的菌落图案。有的新平板里加了抗生素。结果是,在加了抗生素的平板上活下来的位置,对应回没加抗生素的原板,早就是耐药细胞所在的位置〔待核〕。
两个实验,办法不同,指向一处:变异先出现,选择后来挑。变异出现的时候,不知道选择要什么。
「有偏向」不是一句空话。偏向有名有姓,每一种都有化学上的原因。
第一种,碱基的换法不一样。DNA 的四个碱基里,有两对性质相近。换成相近的那个,叫转换;换成差得远的,叫颠换。在许多生物里,转换比颠换常见得多,人类基因组里大约是两倍上下〔待核〕。
第二种,被贴了标记的位置特别容易变。在许多脊椎动物的基因组里,有些胞嘧啶会被贴上一个甲基,这样的胞嘧啶容易自发地变成胸腺嘧啶,于是那些位置的突变,比别处高出许多〔待核〕。
第三种,重复的地方容易打滑。一段短序列连着重复很多遍,复制的时候,酶容易滑一步,多抄或者少抄一遍。
三种偏向,都有机制,都能测,都不均匀。
没有一种需要「知道」环境要什么。转换多于颠换,在沙漠里和在海里一样;甲基标记的位置容易变,春天和冬天一样。
人类的新突变也能这样测。把父母和孩子的基因组一并测出来对比,就能找出孩子身上父母谁都没有的新突变,每个孩子大约几十个〔待核〕。再追下去,还能分辨每一个来自父亲还是母亲。据报告,来自父亲的更多,而且随着父亲年龄增大而增多〔待核〕。
请留意这一步。一个新突变出现的时候,没有户名。它是靠父母与孩子的对照,被追认给某一位亲代的。追认,是一道手续。
关于变异的随机性,生物学史上有一场著名的争论,值得单独讲一讲。
1988 年,约翰·凯恩斯(John Cairns)和同事在《自然》上发表了一项研究〔待核〕。他们把一种不能消化乳糖的大肠杆菌放在只有乳糖的培养基上,让它们挨饿。过了一段时间,据报告,这些细菌里长出了能消化乳糖的突变株,数量似乎超过了「随机突变」所能预期的。他们的解读是:细菌在饥饿的压力下,是不是有可能「有选择地」产生有用的突变?这个想法被称为「定向突变」。
这个报告一下子引起了轰动。因为如果它是对的,意味着变异和环境的需要之间有一条通道,拉马克式的遗传似乎要复活了。
接下来的几年,许多研究者去重复、去分析。后来的结论大致是:这个现象可以用别的机制解释,比如细菌在饥饿时,整体的突变率会上升(所谓「应激诱导的突变」),而且这种上升可以集中在基因组的某些区域;同时,原来观察到的结果里,也混入了选择在其间的作用〔待核〕。这些机制,并不是让突变「知道」哪一个有用,而是让突变的总体概率变大了。
其中一种后来被较多讨论的解释是:饥饿的时候,细胞里那段有缺陷的基因被多复制了几份,拷贝多了,碰上恢复功能的突变的机会就多了;能吃乳糖之后,细胞才继续长大〔待核〕。这个解释里,没有哪一步需要突变「知道」方向。
这个例子之所以值得讲,是因为它很好地说明了,什么叫「有机制、有偏向、不朝适应定向」。在饥饿下,突变率的确可能变化,这是有机制、有偏向的。但没有证据表明,突变能根据「当下哪个方向有利」来精确选择方向。
争论的结果,不是证明了变异绝对随机,而是把「随机」的意思弄准确了:变异的概率可以不均匀,也可以随压力变,但它不朝当下的适应方向定向。
这就是下面要写的操作定义的来历。
现在可以给出本书的操作定义了。本书把这一层意思,叫作「变异不看方向」。它的用法很窄,只有一层意思:
突变有机制,有偏向,但它的偏向,与「此时此地哪个方向有利」统计上无关。
这就是本书说的「变异不看方向」。注意这三个短语。
「有机制」:突变不是魔法,每一类突变都有它的化学和物理上的原因。
「有偏向」:突变的概率分布不均匀,某些位置、某些类型更常见。
「不朝适应定向」:偏向的方向,与当下的适应方向,没有系统性的相关。
这个定义可以测。方法是:选定一个生物,在一个环境里,一边测出每种可能的突变发生的概率(突变谱),一边测出每种突变在这个环境里的适应度效应(选择谱)。然后问:这两张谱,相关吗?
如果突变谱和选择谱呈正相关,也就是越有利的突变越容易出现,那就是「朝适应定向」,本书的定义就被推翻。如果没有系统性的相关,本书的定义就成立。
这是一个可检验的陈述。目前已有的证据,大体支持「无关」,但在细节上(比如压力下突变率上升的各种机制),还有许多开放的问题。本书取的是保守的立场:不朝适应定向,写下来,随时接受修订。
另一堂课上,陈老师给那枚歪边的硬币加了一条规则。
第一轮,规则是:抛出正面,算「活下来」。第二轮,规则换成:抛出反面,算「活下来」。硬币还是那一枚。
每个学生抛十次,把「活下来」的次数报到黑板上。
第一轮,全班「活下来」的次数多。第二轮,少。
陈老师问:「它是在帮第一轮的忙吗?」
学生们说不是。
「那它是在跟第二轮作对吗?」
一个学生说:「也不是。它没变,是规则变了。」
这就是「不朝适应定向」的意思。第一轮,硬币的偏碰巧顺着规则;第二轮,碰巧逆着规则。把两轮合起来看,硬币的偏,和「此时此地什么算有利」,没有关系。
规则可以换,硬币的脾气没换。
读到这里,你也许会问:突变既然有偏向,那不就是有方向吗?拉马克的影子,是不是又回来了?
这个问题值得认真答。
「偏向」和「定向」是两个词,说的是两件事。
偏向,是说突变的概率分布不均匀,有的位置高,有的位置低。这是关于突变自己的一张谱。
定向,是说这张谱跟着此时此地的好坏走:什么有利,就多出什么。这是突变谱和选择谱之间的关系。
前者是事实,后者才是本书的操作定义要排除的东西。
还有一个相近的问题:压力大的时候,突变率上升,这算不算定向?
不算。压力下整体突变率上升,是所有方向一起变高,像把整个转盘拨快了。转盘拨快了,指针并不因此知道该停在哪里。
在这里,要把第四条路线——演化发育生物学——再写一节。因为这是它的强项。
演化发育生物学讲的「发育偏向」,是另一个层次的偏向。突变本身可以是均匀的,但一个突变能不能「长出」一个活的身体,要经过发育这道工序。发育的结构,决定了哪些变化容易走通,哪些走不通。
打一个比方。一座房子的设计图,如果你随机改动一处,可能会让整座房子塌掉,也可能只是让窗户变大了一点。改动的位置不同,后果就不同。发育网络里,有的节点牵一发而动全身,有的则可以自由调整。
所以,同样的随机突变,经过发育的「过滤」,出现在成体上的变化就是有偏向的。比如,许多脊椎动物的四肢,趾的数目变少比变多容易;同一类昆虫的翅脉模式,沿着某几个方向变化比沿别的方向容易〔待核〕。
这是演化发育生物学的一大贡献:它让人看到,选择之前,已经有一道「筛」,是发育这道筛。
本书对此没有异议。这个偏向,同样是「有机制、有偏向」,也同样不朝「此时此地的有利」定向,它是发育的结构给出的,而不是当下的环境给出的。所以,它与本书的操作定义相容。
那么,这第二张欠条,欠在哪里?
三家都用到变异。基因派用它作为复制中出错的来源;生态位派用它作为构建者之间的差异;有机体派用它作为能动者彼此不同的原因。三家都需要「变异不是朝着适应定向冒出来的」这个前提,否则选择就没有事可做:如果变异已经朝着有利的方向冒出来,选择只是在确认。
可是三家都没有把这个前提当成「需要说明的事」。它被当成背景,一个不值得提的东西。
为什么这是一张欠条?因为「变异不朝适应定向」,意味着这个世界上存在一类「不可预期的东西」:它的出现,不是任何一方设计的,也不是任何一方预料的。这类东西,必须被某个东西接住:有的被选择淘汰,有的被留下。留下的那些,要被记到某个名下。
换句话说:如果变异是定向的,那么谁的变异,就是谁的功劳,户名是现成的。正因为变异是「无主」的,所以「记到谁名下」才成了一个问题。
这是第二张欠条的意思:变异的无主,使户名成为必须由结构去做的事。三家都用了变异的无主,又没问:无主的东西,是怎样落户的?
第 9 章说,选择只数数,不写名字。这一章说,变异本来就没有名字。两头合在一起,户名无处可落,只能由另一道东西来写。
后来上课,陈老师又拿出那枚歪边的硬币。
她问学生:「你们抛一百次,它大概会有多少次正面?」
学生们说了一堆数,有人说七十,有人说六十五。
她说:「我告诉你们,它偏的方向,我自己也不知道。」
学生们愣了。她说:「我没测过。偏,和知道偏向哪边,又是两回事。」
阿远在教室后面听着,忽然想起实验室里每次做测序,都要先测一个「本底错误率」,才能知道后面读到的变异是真的还是仪器的。他在手机上写了一行字:先测偏,再谈变。
你也可以试试。下次有人说「这全凭运气」,你问一句:这个运气,偏不偏?偏的话,往哪边偏?
变异讲到这里。下一章,要讲一股既不在变异、也不在保留的劲:吸引。
这一章落在持有者的利害上,同时是回弹系数的第一个预告。变异不看方向,所以谁来收,就成了关键:收的人有没有利害,收了以后撤掉这个口,谱系会不会回到原来的样子。后面会有一个系数,专门量这一点。
变异有脾气,却没有方向感。
拆了什么:拆了「变异要么随机、要么被环境定做」的二分;变异有机制、有偏向,但不朝适应定向。
立了什么:立了「变异不看方向」在生物学里的操作定义,并指出第二张欠条——变异的无主,使户名成为必须由结构去做的事。
你一定有过这样的时刻:一个小孩问了一个问题,你给出了一个听上去很有道理的答案,孩子又追了一句,你就答不上来了。
周末,阿远带表姐家的豆豆去动物园。孔雀正好在开屏,一整片蓝绿色的羽毛在阳光下铺开,像一把巨大的扇子,上面一只只「眼睛」闪闪发亮。
豆豆仰着头看,说:「舅舅,它的尾巴那么大那么重,跑都跑不快,为什么还要长这么大?」
阿远想起大学里学过的,说:「因为母孔雀喜欢。」
豆豆想了想:「她喜欢,就算数吗?」
阿远愣住了。他本来觉得这是一句再清楚不过的话:母的喜欢,公的就长大尾巴,下一代的公孔雀就更多地有大尾巴。可是孩子问的是,「算数」是什么意思?她喜欢,是不是就等于下一代的账,记在了那只公孔雀的名下?
这一章,就要把这个「算数」讲清楚。
先要把一个最有力的对手请出来。因为在生物学里,对孔雀尾巴有一个流传很广的解释,它试图把美收回到「真」里去。
达尔文本人对孔雀尾巴是头疼的。据传他在一封给友人的信里说,每次看到孔雀尾巴上的羽毛,就觉得不舒服〔待核〕。原因很清楚:如果自然选择是「适者生存」,一条又大又重、招引天敌的尾巴,明摆着不利于生存,怎么会被选出来?
1871 年,达尔文在《人类的由来及性选择》里〔待核〕提出了答案:除了自然选择,还有性选择。一个个体不仅要活下来,还要被异性选中。一个性状如果能让它在竞争配偶时胜出,哪怕对生存有害,也可能被选择留下来。
后来的学者想追问:异性为什么偏偏喜欢这样的性状?
1975 年,以色列生物学家阿莫茨·扎哈维(Amotz Zahavi)提出了「累赘原理」〔待核〕。他的意思是:华丽而昂贵的性状,是一种诚实的信号。能拖着这么大一条尾巴还活得好好的雄孔雀,说明它的体质一定很强壮,因为只有强壮的个体才付得起这个代价。弱的个体假装不了,因为尾巴的代价会把它压垮。
这个说法很漂亮,也影响深远。它把「美」收回到了「真」里:母孔雀喜欢大尾巴,是因为大尾巴是对基因质量的一个可靠的、造不了假的信号。美,不过是真的广告。
本书要对累赘原理表示尊敬。它解释了许多现象:为什么有那么多动物的求偶信号昂贵到近乎自毁;为什么一些信号的强度和个体的健康状况真有关联。这一条,是「美归于真」的最强说法,到今天仍然是性选择理论的一根支柱。
累赘原理后来有了一个数学上站得住的版本。格拉芬(Alan Grafen)1990 年的一篇论文,据说证明了:只要信号的代价,对强的个体比对弱的个体便宜,诚实的信号就可以稳定地留下来〔待核〕。
这个条件很具体。它不要求信号越贵越好,要求的是同一个信号,强者付得起,弱者付不起,价差拉开了。
条件成立的地方,累赘原理完全成立。
一个常被举的例子是家朱雀。雄鸟胸前的红色,来自食物里的类胡萝卜素,吃得好,红得艳。据希尔(Geoffrey Hill)1991 年前后的研究,雌鸟偏爱更红的雄鸟〔待核〕。红色在这里很难造假:色素要从食物里来,来得多,说明找食的本事强。
这是美贴着真走的情形。本书不但承认它存在,还承认它在鸟类里相当常见。
可是,这并不是故事的全部。在扎哈维之前,还有另一条线索。
英国统计学家、遗传学家罗纳德·费希尔(R. A. Fisher)在 1930 年的《自然选择的遗传理论》里〔待核〕,提出过一个完全不同的想法,后来被叫作「费希尔失控」。
他的想法是这样的:假设有一部分母孔雀,偶然偏爱尾巴稍长的雄孔雀。偏爱长尾巴的母孔雀,会生下长尾巴的儿子,也会生下同样偏爱长尾巴的女儿,因为偏好和性状都是遗传的。于是,「偏好」和「尾巴」在后代里被绑在了一起。尾巴越长的雄孔雀越容易被选中,尾巴就越来越长;而选择长尾的母孔雀,也因为生下了更有魅力的儿子而占便宜,偏好也越来越强。两边互相推动,像一个正反馈,一直到长尾巴的生存代价大到刹住车为止。
在这个故事里,尾巴不必告诉母孔雀任何关于体质的信息。尾巴之所以美,是因为大家都觉得它美,而大家都这样觉得,是因为过去的母孔雀这样觉得。
2017 年,美国鸟类学家理查德·普鲁姆(Richard Prum)出版了《美的演化》〔待核〕,把这条线重新推到了前台。他的主张,用一句话概括:美自己会长。美不一定是真的广告,它可以是配偶偏好与性状共同演化的结果,一种自成一体的审美;这种审美,可以脱离任何实用的信号功能而独自展开。
普鲁姆的书,在鸟类学界引起不小的争论,有人认为他把「审美」说得太满,有人认为他批评适应主义批评得太狠。本书不替任何一方下判断,只拿走它里面一个对本书有用的东西:「被选中的吸引」,是一股独立的劲,不一定能化成「有利于生存」或「诚实的信号」。
本书把这股劲,叫作美聚:被选中的吸引。它与「保留」——能不能活下来、能不能守住形式——是两件事。一个形式可以因为美而聚拢后代,却不见得更能活命;也可以因为能活命而保留,却一点也不吸引谁。
费希尔的失控,起初只是书里的一段文字。1980 年代初,几位理论家把它写成了数学模型,其中有兰德(Russell Lande)1981 年的和柯克帕特里克(Mark Kirkpatrick)1982 年的〔待核〕。大意是:只要偏好和性状都有遗传基础,两者就会被绑在一起,沿着一条线一路往前走。
有人在实验室里检验过这条线。
柄眼蝇的雄蝇,眼睛长在细长的柄的两端,柄越宽,越受雌蝇欢迎。威尔金森(Gerald Wilkinson)和雷伊洛(Paul Reillo)在 1994 年前后,把柄眼蝇分成几组,一组选宽柄的雄蝇留种,一组选窄柄的。几代之后,据报告,不只是雄蝇的眼距变了,雌蝇的偏好也跟着变了:宽柄组的雌蝇,更偏爱宽柄的雄蝇〔待核〕。
偏好跟着性状一起走,正是失控的预言。
不过,这个结果不等于孔雀就是这样。在野外,要把累赘原理和失控分开,仍然很困难,因为两种说法对同一只孔雀,常常给出同样的预期。本书不裁这个官司。
说到这里,也许你会问:这些都是故事,有没有人真的量过?
有。瑞典生物学家马尔特·安德松(Malte Andersson)在 1980 年代初做过一个著名的野外实验〔待核〕。他研究一种非洲的长尾寡妇鸟,雄鸟的尾羽特别长。他把一些雄鸟的尾羽剪短,把剪下来的羽毛接到另一些雄鸟的尾巴上,使它们的尾巴比天然的更长,还有一组只剪了再原样粘上,作为对照。结果据报告,尾巴被接长的雄鸟,筑巢的数量最多;尾巴被剪短的雄鸟,筑巢少。也就是说,雌鸟似乎偏爱更长的尾巴。
另一项研究,是英国生物学家玛丽昂·佩特里(Marion Petrie)在 1990 年代对孔雀做的〔待核〕。她在一个半自然的孔雀群里,观察雌孔雀选择谁。据她的报告,雄孔雀尾羽上「眼斑」的数量,与它得到的交配次数相关。
这些研究,当然有各自的争议,也有后来的重复和不同结果,本书不一一裁断。但至少有一点是清楚的:雌性的偏好,是一个可以测的量;它如何影响下一代的谱系,也是一个可以测的量。本书说「配偶选择是一道记功口」,不是文学上的比喻,是在说一件可以用谱系追踪去核对的事:一窝蛋的父亲,是谁。
科学家们已经用亲子鉴定的办法,对许多野外种群做过这类核对。结果常常出人意料:有的种群里,名义上一夫一妻的鸟,窝里的雏鸟有相当一部分并非「那位丈夫」的孩子〔待核〕。这说明,「后代记在谁名下」这件事,在自然界里,不是靠肉眼看得出来的,需要专门的手段去查。
澳大利亚和新几内亚有一类鸟,叫园丁鸟。雄鸟不靠尾巴,靠搭亭子。
缎蓝园丁鸟的雄鸟,用小树枝搭起两道平行的墙,涂上颜色,在门前摆满蓝色的东西:蓝色的羽毛,蓝色的花瓣,如今又添了蓝色的瓶盖〔待核〕。
雌鸟不会一进门就定。据报告,她们要逛过好几座亭子,看雄鸟在里面跳舞、展示,不满意就走〔待核〕。结果是,一个种群里,少数雄鸟得到了大部分的交配〔待核〕。
请留意这里的分工。
亭子是雄鸟搭的,可是亭子最后留下的,是雌鸟的挑选。雄鸟要在她的眼光里立得住,亭子才有意义。
普鲁姆很爱用这个例子。按他的论述,大意是:这些亭子几乎没有生存上的用处,却是偏好一代代塑造出来的产物〔待核〕。
对本书来说,这里有一个可以量的东西:雌鸟看了几座亭子,才定下来。看得多,是挑得严;看得少,是挑得松。这是持有者有多认真的一个读数。
美聚与保留是两件事,最清楚的例子,在中国人的案头。
金鱼是由鲫鱼养出来的。中国人养金鱼的历史,据说有上千年〔待核〕。养鱼的人挑什么留种?挑好看的:颜色,尾形,眼睛的样子。龙睛的眼睛鼓出眼眶,水泡眼的眼下挂着两个水泡。这些品种,放进大水里,要活下来都不容易,视力差,游得慢,离了人的照料,很快就会被吃掉或饿死〔待核〕。
好看被一代代留下来,活命的本事被一代代放下了。
这里有一道很清楚的记功口:养鱼人的手。他的利害是好看。
另一头,野外的孔雀鱼,故事倒了过来。特立尼达的溪流里,恩德勒(John Endler)1980 年前后的研究据报告发现:捕食者多的溪段,雄鱼身上的色斑少而暗;捕食者少的溪段,色斑多而艳〔待核〕。雌鱼偏爱艳色,捕食者也偏爱吃艳色。两股劲,在同一条鱼身上拉锯。
金鱼是美赢了,孔雀鱼是两边拉平了。
两个故事合起来,说的是同一件事:被挑中,和活下去,是两本账。有时候两本账的方向一致,有时候相反。
现在可以回到豆豆的问题了:她喜欢,就算数吗?
用本书的话说:算。母孔雀的挑选,本身就是一道记功口。
想一想这件事发生的方式。一群雄孔雀,每一只都有可能成为下一代的父亲。母孔雀走过去,看,挑,选定一只。她选定了谁,下一代里就有谁的孩子,下一代的谱系里就记下了谁的名字。没被选中的雄孔雀,它们活得再久、再健康,也没有后代记在名下。
选择决定了「有多少」:被选中的多,没选中的少。可是挑选这个动作,同时决定了「算谁的」:这一窝蛋,是这一只公孔雀的孩子,不是旁边那一只的。
这是读者在本书里第一次看见一道具体的记功口。现在还不下定义,第 17 章才完整讲。但有三件事可以先记下:
第一,它在后代出现的节点上起作用。母孔雀的挑选,发生在受精之前,每一窝后代的「户名」,在蛋出现之前就定了。
第二,它一代代重复。母孔雀的挑选,是一个稳定的、跨世代的做法,不是一次性的运气。
第三,它有一个持有者,持有者有自己的利害。母孔雀是挑选的一方,她的后代的质量,直接取决于她选谁。她不是一道无利害的筛,是一个有利害的守门者。
这三件事,正是记功口的特征。孔雀的故事,所以不只是性选择的故事,而是一个「后代怎样被记到谁名下」的故事。
有读者要反对:美是人的词,动物只是按本能行事,哪来的审美?
这个提醒是对的。本书用「美聚」这个词,不预设雌鸟心里有什么感受。
本书要说的很窄:有一方在挑,挑的结果可以测,挑的偏好可以遗传,也可以随代数改变。这些都是从外面看得见的东西。
至于她挑的时候,心里有没有觉得美,本书不谈。这里的挑选,只指能提出、挑选、否决,不等于有意识。
按普鲁姆的论述,大意是:这样的偏好,可以叫审美〔待核〕。本书只借他的一条,被选中的吸引是一股独立的劲;不借他的另一条,动物有审美的体验。
动物园里,豆豆还不满足。他问阿远:「那要是母孔雀的眼光不好,选错了呢?」
阿远说:「那她的孩子就会不太好。」
「那她会不会后悔?」
阿远说:「孔雀不会后悔,可是她的后代,会替她承担。」
豆豆似懂非懂地点点头,又跑去看另一只孔雀了。
回家路上,阿远给陈老师发了一条语音,说起这段对话。陈老师听完,说:「你看,你自己也说出来了:她的后代,替她承担。这就是记账。」
陈老师的水草缸里,后来添了几尾孔雀鱼,是邻居送的。
每过一阵,鱼多了,她要捞出一些送人。阿远在旁边看,发现她捞走的,总是颜色暗的那几尾。
「老师,您为什么留下尾巴大的?」
「好看呀。」陈老师拿网兜的手停了一下,「你这么一问,我倒想起来了。这些年,我是不是一直在替它们挑?」
「是。」
「那这缸鱼,算我的,还是算它们自己的?」
阿远答不上来。他想起豆豆在动物园问的那句:她喜欢,就算数吗。
陈老师把网兜放下,说:「我这一下,大概也算数的。」
一缸鱼里,有一道记功口,持有者是陈老师,利害是好看。她从没把这件事叫作选择。如果她哪天换了口味,只留黑色的,这缸鱼的方向,就会跟着换。
你也可以试试。下次你看到一种「很美但没什么用」的东西,比如一种花、一首歌、一件衣服,先别急着问它有什么用,问一句:谁挑了它?挑的人,从中得到什么?
这一章落在持有者的利害上。挑选的一方是有利害的,她选错了,后代就吃亏;所以配偶选择这道口,记下的不是任意的好看,而是带着后果的好看。利害越实,记得越稳。
孔雀的尾巴不是为了活下去,是为了被记上。
拆了什么:拆了「美必须化成有用」的看法;累赘原理是它最强的说法,费希尔失控和普鲁姆则说明美可以自己长。
立了什么:立了美聚——被选中的吸引,是一股独立于保留的劲;并让读者第一次看见一道具体的记功口:配偶选择。
你一定有过这样的时刻:拿着同一份材料,两个人算出了两个不同的数,你查了半天,发现不是谁算错了,而是两个人各用了一套算法。
陈老师在一个旧纸箱里翻出几十年前的成绩册。她当班主任时,学校要求两种记法:一本按小组记,一个小组一个总分;一本按个人记,一个人一个分数。
有一个学生,在小组册上是「第二组,全年级第三」,在个人册上是「中游偏下」。她看着这两页,想了很久。
那个学生并没有变。变的是「数的人」。
她对阿远说:「数的人不一样,算法就不一样。你们研究生物的,有没有人专门研究这个?」
阿远说:「有的。有很多人,都在研究怎么数。」
「那他们数得对吗?」
「他们数得很好,」阿远想了想,「可我觉得他们好像没问,是谁在数。」
这一章,要把这些「数的人」请出来,一个一个对账。先还公道,再说本书在他们身上多出了什么。
下面七位,是离本书最近的前人。凡写到他们「预测什么」的地方,本书只写「按其框架推下去」,并保留〔待核〕,不替他们设预测,不把没写过的话安在他们头上。
Buss:生殖系隔离。美国生物学家里奥·巴斯(Leo Buss)1987 年出版《个体性的演化》。他的核心想法是:多细胞生物里,细胞之间并不总是和谐的。每个细胞都有自己复制的「自私倾向」,如果任其发展,身体会变成一场细胞之间的争夺。个体之所以成为一个个体,是因为演化出了抑制细胞层冲突的机制。其中最重要的一种,是把生殖的细胞早早隔离出来,只有这一小部分细胞能够把东西传到下一代,其余都是「身体」。这样,身体里的细胞没有传宗接代的机会,也就没有争夺的动力。
这个想法极有穿透力。它把「个体」当成一个需要被解释的东西,而不是现成的起点。离本书最近的,就是这一点。
Michod:适应度转移。美国生物学家理查德·米卓德(Richard Michod)在 1999 年的《达尔文动力学》里〔待核〕,讲了一个由单细胞走向多细胞个体的过程。大意是:细胞们起初各自为战,每个细胞的适应度就是自己的繁殖与存活。随着细胞开始分工,一部分负责繁殖(生殖细胞),一部分负责存活(体细胞),集体的适应度逐渐不再等于细胞适应度的简单加总,而是「转移」到了集体层。集体的适应度与细胞的适应度脱钩,集体于是成为一个新的达尔文个体。
按其框架推下去,没有分工,就没有脱钩〔待核〕。
Okasha:两种多层选择。英国哲学家塞缪尔·奥卡沙(Samir Okasha)2006 年的《演化与选择的层次》〔待核〕,把多层选择分成了两种。一种叫 MLS1,把集体里的个体的后代数目当成适应度,看集体怎样影响个体;一种叫 MLS2,把集体产生的新集体数目当成集体的适应度,看集体本身怎样被选择。他的洞见是:这两种,是两种算适应度的办法,各有各的用处。
按其框架推下去,集体层的响应应当随两种算法所适用的条件连续地过渡〔待核〕。
Black、Bourrat、Rainey:生态脚手架。2020 年,布莱克(Andrew Black)、布拉(Pierrick Bourrat)和雷尼(Paul Rainey)在一篇讨论个体性起源的文章里〔待核〕,提出了「生态脚手架」的想法:在一个单细胞生物的环境里,有一些外加的条件,比如一块瓶颈、一种周期性的环境变化,会把细胞团逼成一个整体去繁殖。这些外在的条件像脚手架一样撑着,集体于是成了达尔文意义上的个体。后来脚手架的作用可能被内化,集体自己带着这个结构走。
Godfrey-Smith:达尔文空间。澳大利亚哲学家彼得·戈弗雷-史密斯(Peter Godfrey-Smith)2009 年的《达尔文种群与自然选择》〔待核〕,用几个「坐标」来描述一个种群离「典型的达尔文个体」有多远。其中有一个坐标,是繁殖时有没有经过瓶颈,即新一代是否从很少的细胞开始。瓶颈,是一个衡量尺度。
Clarke:个体化机制。英国哲学家艾利·克拉克(Ellen Clarke)2013 年发表的文章〔待核〕,主张不要找一条普适的「个体」定义,而要承认个体化有多种机制,在不同的生物里,用的机制可以不同。重要的是看清每一种机制做了什么。
Sober 与 Lewontin:记账之争。1982 年,索伯(Elliott Sober)和列万廷发表了一篇关于基因选择的论文〔待核〕,指出在某些情形下,把「选择」归给基因,还是归给个体,取决于怎样「记账」,没有一个客观的、不依赖于记法的答案。这场「记账之争」,此后在选择单位的哲学里持续了几十年。
这七家,各自把「怎样数」讲得很细。本书对他们每一位都深怀敬意。
这七位背后,还站着一本绕不开的书:梅纳德·史密斯(John Maynard Smith)和绍特马里(Eörs Szathmáry)1995 年的《演化中的重大转变》。它把「新的个体是怎样出现的」,当成了生物学里一类正经的问题〔待核〕。
要看清「怎样数」和「谁在数」,最好的办法,是看一条活着的梯子。
池塘里有一类绿色的藻,叫团藻类。它们像是同一个故事的几个章节。
最底下是衣藻,一个细胞,两条鞭毛,自己游,自己分裂。往上是盖尼藻(Gonium):四个到十几个细胞排成一小片,每个细胞都还能自己生出一整片新的来〔待核〕。再往上,细胞多了,排成空心的球。最上面是团藻(Volvox):一个小球上有几千个细胞,绝大多数是不生育的体细胞,只有十几个大细胞负责生殖〔待核〕。
米卓德把这一类藻当作他的样本,用来看适应度怎样一步步「转移」到集体上〔待核〕。
阿远的手机里存着一段团藻的显微视频。一个绿色的球,慢慢地转着,球里面还有几个更小的球。
他拿给陈老师看。
陈老师看了很久:「里面那些小球,算大球的孩子,还是大球的内脏?」
「是孩子。过一阵,小球长大了,从大球里游出去。」
「那大球呢?」
「据说大球上的体细胞,就死了。」阿远说。〔待核〕
「全部?」
「差不多。」
陈老师放下手机,说:「那大球一辈子,生了这么几个,生完自己就没了。它那一辈子,算谁的?」
阿远答不上来。
这一问,恰好落在两位前人中间。巴斯问的是,生殖的细胞为什么要早早隔出来;柯克伍德问的是,身体为什么只是用完即弃的。团藻把两个问题摆在了同一个小球上。
对前人,只说「讲得很细」不够,要写出每一家完全成立的条件。
巴斯的冲突压制,成立在一个条件上:细胞之间确实有利益冲突,而且有些细胞可以靠作弊多留后代。在这样的体系里,把生殖早早隔出来,是压住冲突最省力的办法。第 13 章要讲的盘基网柄菌,就是它的一个活证据。
米卓德的适应度转移,成立在另一个条件上:集体层的适应度,在某一步里,确实不再是细胞适应度的简单加总。团藻这样的体系里,这一步看得见。
奥卡沙的两种算法,成立得更宽:只要多层次同时存在,就必须说清用哪一层的账。这条提醒几乎没有例外。
脚手架的想法,成立在实验里:外加的瓶颈,确实能把细胞团推到成为达尔文个体的路上。
戈弗雷-史密斯的坐标,成立在比较里:用瓶颈这个坐标,确实能把许多生物排成一个序。
克拉克的多机制,成立在生物的多样上:不同的类群,的确在用不同的办法。
每一家都有自己牢靠的地方。本书的每一处追问,都站在这些牢靠的地方上。
在这七家里,有两位与本书「近得几乎要重合」,要单独拿出来对账。它们是巴斯,和另一位:柯克伍德。
巴斯讲的是冲突怎样被压住。生殖系隔离,是一种压制细胞层冲突的机制。它说明为什么一个多细胞个体可以保持合作:因为身体里的细胞,没有传宗接代的机会,不值得作弊。
柯克伍德讲的是资源怎样被分。一次性体细胞理论,讲的是有限的资源怎样在修补身体与生殖之间分配。它说明为什么衰老会发生:因为修补得越好,留给生殖的就越少。
本书讲的,是户名。
这句话怎么理解?用一个例子。
设想有两个细胞团,看上去一模一样。每个团里有一百个细胞,每个细胞每天都把同样多的资源,分给自己的生长和对外的繁殖。资源分配,完全相同。
不同的是账。
第一个细胞团,每一个新团都是从一个细胞开始的,这个细胞来自老团的某一个细胞,每一代的创始细胞,都被记到「那一个老团」的名下。一个新团的所有细胞,都是同一个创始细胞的后代,它们彼此的利益,在一代代里被绑在一起。
第二个细胞团,新团是由许多细胞随机聚拢而成的:从不同的老团里各取一些细胞,混在一起。新团里的细胞,来自许多个不同的老团。这样,没有哪一个老团,能够说「这一个新团是我的」。
两种情况,资源分配完全一样,细胞之间的亲缘度也可以完全一样(假设所有细胞基因相同)。可是,第一种,集体层的差异能被遗传下去,集体可以作为一个整体被选择,个体性出现;第二种,集体层的差异,每一代都被打散,没有一条集体谱系,个体性无从谈起。
同样的资源分配,记到不同的名下,个体就不同。
这是本书的看法,用的是本书自己的推演,不是对巴斯或柯克伍德的复述。巴斯的隔离机制,可以看成一种做账的办法,它把后代记到了生殖系的名下;柯克伍德的分配,是账上的预算。本书想把这本账本身,拿出来作为一个对象去研究。
上面那个例子是假想的细胞团。换一个你熟悉的场面,再走一遍。
一家老字号,开了十家分店。十家店的伙计工钱一样,进货一样,每家每月赚的也一样。资源分配,完全相同。
不同的是账。
第一种记法:十家店的盈亏,都记在「字号」名下。字号有一本总账,分店只是分店。字号的名声,字号的货,字号的规矩,一代代传下去;哪家分店出了岔子,砸的是字号的牌子。
第二种记法:十家店各记各的账,各自盈亏,各自传给各自的后人。过几年,十家店的口味、规矩、价钱,就各走各的了。
资源分配一样,伙计一样,赚得一样,结局不同。第一种里,有一个「字号」在延续;第二种里,只有十家各自的店。
这就是户名。它不改变资源怎么分,它改变的是,这些东西最后留在谁的名下。
把这个画面放回细胞团:一百个细胞,每个每天吃同样的,用同样的,繁殖同样的。账记到集体名下,集体就成了一个能被选择的东西;账记到细胞各自名下,集体就只是一个临时的聚会。
你现在可以拿这个例子,讲给身边的人听。
那么,本书多出的,究竟是什么?
最诚实的回答是:多出一点,持有者的利害。
回想上一章的母孔雀:她是挑选的一方,她挑谁,会影响她后代的质量。她是记功口的持有者,而且她有利害。
再想一个相反的情形:一块岩石,把一群生物隔在两边,使两边的后代分道扬镳。岩石也在决定「哪些后代与哪些后代在一起」,可是岩石没有利害。它是一道无利害的筛。
再想第三种:一位育种者,在一群犬里,挑选哪几条留种。他有自己的利害:他想要某种外形,某种性格。他是一个有利害的守门者。
还有第四种,是本书第四编要讲的:一个设计流程,由机器提出成千上万个候选,再由机器排序。它没有利害,却能提出候选,不只是筛,还能出主意。这是一类无利害而能提出候选的设计者。
三类持有者,对记账的方式有不同的影响。无利害的筛,不会偏袒;有利害的守门者,会偏袒自己想要的;无利害而能提出候选的设计者,则能扩大选项,而不替任何人偏袒。
这三类,在巴斯和柯克伍德那里没有对应项。隔离机制不问「谁在隔离」,资源分配不问「谁在分配」。本书把这个问题问了出来,而且这个问题可以测:谁握着口,他得到什么,撤掉他之后会怎样。第 17 章把它写成三个可测的量。
你可能会问:持有者有没有利害,真的会改变什么吗?这一点,值得用一个对比来说明。
设想三种做法,处理同一批候选。
第一种,一道无利害的筛。比如一条河,把大颗的种子冲到下游,小颗的留在上游。河不在乎哪种种子长得好,它只是按大小分。它的作用是稳定的,不过它的方向,是由种子的物理性质决定的,不是由任何一方的「想要」决定的。
第二种,一个有利害的守门者。比如一位农民,在收获的谷子里挑出最饱满的留种。他的利害很清楚:明年想多收粮。他挑的方向,与他的目标一致;这个方向,可能与谷子自己的「利益」一致,也可能不一致。比如,他可能选出了容易脱粒、却在野外活不下去的谷子。
第三种,一个无利害而能提出候选的设计者。比如一套 AI 设计流程,一夜之间提出成千上万个蛋白候选,再按某种标准排序。它没有想要,也不为明年的收成发愁。可是它的「提出」,扩大了可选的范围,它的「排序」,又在悄悄地决定哪些候选会被人看见。
这三种做法,对谱系的影响不同:
无利害的筛,不偏袒,所以其作用可以被预测,但它没有能力提出新的东西。
有利害的守门者,会偏袒自己想要的,所以其作用带着他的目标,也带着他的盲区。
无利害而能提出候选的设计者,既没有偏袒,又能扩大选项,不过它的「不偏袒」,不等于它的作用没有方向,它的方向,来自它被训练的目标,和用它的人给它的任务。
把这三种放在一起,你就能看出,「谁握着口」这件事,是一个会改变结果的变量。前人的框架,往往把记账的机制看成一个中性的装置,本书的看法是:装置不是中性的,握装置的是谁,在不同的情形里,会让结果很不一样。
这一点可以测。比如,在同一批候选上,换不同的持有者来记账,看谱系的走向有什么差别。第 17 章把它写成「持有者的利害」这个量,第 37 章把它写进试验。
最直接的反对,来自巴斯那一边:你说的记功口,不就是生殖系隔离换了个名字吗?
本书先承认:在许多例子里,两者分不开。
生殖系隔离,既压住了细胞层的冲突,也把后代记到了生殖系名下。在一个体系里,这两件事同时发生,你很难指着其中一件说,这是户名,那是冲突压制。
所以本书不说巴斯错了。本书说的是,要把两者分开,需要一类特别的实验:保持隔离的结构不变,只换握着口的是谁。
同样是把一小部分细胞隔出来,专门负责生殖。这个隔离,如果是细胞团自己做的,是一种持有者;如果是实验者按自己的标准挑出来的,是另一种;如果是一道随机的筛,又是一种。结构相同,持有者不同,谱系的走向会不会不同?
如果走向相同,本书在巴斯之上多出的东西,就只剩下换了一种说法。到那时,本书收窄为一句话:在巴斯之上,只多出「持有者的利害可以测」这一点。
如果走向不同,持有者就是一个真变量。
这个检验,第 17 章写成可以测的量,第 37 章写成试验。
本书在这里预告一个分歧预测。完整的写法在第 17 章,这里先预告它的形状。
设想一个实验:从一种单细胞生物出发,让它长成细胞团,所有组别都是克隆的,没有生殖分工,选择压力相同。只改一件事:新团的创始细胞,来自同一个老团的比例。这个比例,本书叫作「记账一致性」。
按其框架推下去,Michod 的路线预测:没有分工,就没有集体层的脱钩〔待核〕;Okasha 的框架预测:集体层的响应,随一致性连续变化〔待核〕。
本书预测:一致性高的那组,先出现集体层的可遗传变异,然后才出现脱钩;分工若出现,在其后;并且响应在一致性上有阈值,不是连续变化的。
请注意,这里本书只写自己的预测。对手的预测,一律保留〔待核〕,等原文核对后再确认。如果核对后发现原文与这里的写法不符,要按原文改。
陈老师把那两本成绩册重新放回纸箱,盖上盖子。
阿远在一旁问:「老师,您现在知道那个学生到底是第几名了吗?」
「知道了,」陈老师说,「他在小组里是第三,在个人里是中游。」
「那他到底是哪个?」
「他是两个。」陈老师说,「可是学校最后只发了一张奖状。」
「奖状上写的是谁的名字?」
陈老师笑了:「写的是小组的名字。」
阿远低头想了很久,说:「所以最后算数的,是奖状上那个名字。」
你也可以试试。下次你听到一个「团队成绩」,先分开问两件事:这个成绩是怎样数出来的?奖状上写的是谁的名字?
怎样数,前人讲过了;谁在数、他得不得好处,还没人测过。
拆了什么:拆了「个体性已经被前人解释清楚了」的印象;七位前人讲了怎样数、靠什么机制分开,但没有问谁握着那道口。
立了什么:立了本书多出的一点——记功口有持有者,持有者的利害可以测;并预告分歧预测,对手一侧一律用「按其框架推下去」〔待核〕。
你一定有过这样的时刻:有人拿着一堆数据,给你讲一个很有道理的故事,你听着听着,心里冒出一个念头——他是不是先有了结论,再去挑的数据?
阿远教陈老师用表格软件。她学得很认真,在一列数字旁边画了个小图。画完了,她看着图,忽然说:
「你先告诉我规则,再给我看数据。」
「什么规则?」
「怎么算对,怎么算不对。」陈老师说,「你要是先给我看数据,我这个人,会挑着看。看到合我心意的,我就说有道理;看到不合的,我就说是例外。这是人的毛病。」
阿远笑了,说:「这也是做科学的人的毛病。」
「所以要先写规则,」陈老师点头,「再看材料。」
这一章,就按陈老师的办法办。先把四条规则写下来,写得别人可以拿去重做;再看材料,进化论史上四个案例,各用一条规则过一遍。最后让读者先见到下一章、后几章要反复出现的三种生物。
前面几章说了,本书把生物学里的三家编码为三头:客体、互动、主体。本书的一个基本假设是:这三头不是三个先存在、后拼起来的东西,而是同一个聚合体的三种侧重,它们互相改写。
这个说法,需要被检验。本书设计了四个检验,叫作四个「互相」,因为它们检验的都是「三头是否互相改写」。规则如下,请先读规则,再往下看材料。
检验一:共变。规则:在一个体系里,如果其中一头发生了变化,另外两头中至少有一头,在合理的时间尺度内,跟着变化。变化的方向,不由第一头的变化单独决定。共变不要求因果,只要求同步出现,并且这种同步,在独立的多个例子里重复。
检验二:抽离。规则:把其中一头从体系里去掉,或者让它的作用显著减弱,观察其余两头是否还能维持原来的现象。如果现象消失或明显改变,说明被抽掉的那一头不是可有可无的背景。抽离,可以是自然发生的(某个生物天然缺少某一头),也可以是实验做出来的。
检验三:阈值位移。规则:一头的变化,会让另一头出现的门槛移动。判断标准:改变第一头的某个参数,观察第二头出现所需要的条件(比如代数、强度、比例)有没有系统性的变动。
检验四:干预追踪。规则:对其中一头做一个明确的干预,然后在多个世代里,同时追踪另外两头的变化,记录哪一头先变、哪一头后变、变了多少。
这四条规则,有三个共同的要求。
第一,规则在看材料之前写定,不许事后调整。第二,判据要能被别人重复:别人拿同样的规则,去看同样的材料,应当得到大致相同的判断。第三,不通过的也要记:如果某个案例不符合,要写下来,不能当作例外略过。
规则写到什么程度,才算别人能重做?拿共变来说。
规则只说「一头变,另外两头至少有一头跟着变」,还不够。要让别人能重做,还得先写下四样:哪些物种算在里面;变化用什么量来记,比如两棵谱系树的相似程度,或者基因组大小的增减;差多久还算同步,这是时间尺度的容差;要几个独立的例子,才算重复。
这四样不写,规则就留着后门:事后总能找到一种算法,让结果看起来是对的。
后面第 37 章的试验,把这一条用到了极处:容差窗在试验之前就登记好。
共变:蚜虫与它的内共生菌。
蚜虫是一类以植物汁液为食的小虫。汁液里的营养单调,缺少几种必需氨基酸。蚜虫的细胞里,住着一种叫布赫纳氏菌(Buchnera)的细菌,专门替它合成这些营养。这种菌在蚜虫母亲的体内,一代代通过卵传给下一代〔待核〕。
研究者发现,如果把蚜虫的不同物种和它们各自的布赫纳菌的谱系图,并排画出来,两棵树几乎是平行的:蚜虫的物种分化,伴随着菌的同步分化。同时,这种菌的基因组随着长期共生,大幅缩小,丢掉了许多独立生活所必需的基因〔待核〕。
布赫纳菌的基因组只有六十多万个碱基,大肠杆菌的约有四百六十万〔待核〕。缩掉的那一大截,是它住进宿主细胞以后用不着的东西。
这个案例通过了共变的检验。宿主(主体)和菌(另一个主体)的谱系同步变化,彼此的基因组(客体)也在互相调整,它们之间稳定的垂直传递(互动),是三者共变的接口。
这条垂直通道还有另一层意思:母蚜把菌带进卵里,等于把「这一份菌算谁的后代」直接写进了传递本身,几乎不必另外去记。
抽离:盘基网柄菌。
盘基网柄菌是一种土壤里的变形虫。食物充足时,它们各自独立生活,一个细胞就是一个个体。食物耗尽时,成千上万个细胞聚拢在一起,形成一个小小的子实体:一部分细胞变成柄,死去;另一部分变成孢子,传下去。
这里发生了一件有意思的事:这个聚拢,不是从一个细胞长成的,而是不同来源的细胞聚在一起,没有一个「单细胞瓶颈」。研究者发现,这样的聚集体里,有些品系是「作弊者」:它们倾向于挤进孢子那一部分,让别人去做柄〔待核〕。
对本书来说,这是一个自然的抽离案例。它「抽掉」的,是单细胞起点这道关口。结果:作弊者出现,集体的合作不稳定。这与本书的预测一致:缺了那道把后代记到同一个集体名下的关口,集体层的合作就难以稳定。
不过,这个案例没有完全通过,要照实记下来。第一,在野外采到的盘基网柄菌子实体里,混合的程度并不总是高,不少子实体里的细胞来自同一个或很近的品系〔待核〕。第二,这种变形虫自己有一套认亲的办法,能偏向和自己相近的细胞抱团,把陌生的排在一边〔待核〕。
也就是说,它在没有单细胞瓶颈的情况下,另外长出了一道替代的关口。这一条对本书是两面的:它说明「抽离」没有抽干净;它也说明,关口被拿走以后,生物会想办法再造一道。
阈值位移:雪花酵母。
2012 年,拉特克利夫(William Ratcliff)等人做了一个实验〔待核〕:他们把酵母放在液体培养基里,每天让培养管静置一小会儿,只取沉到管底的那一部分去继续培养。因为大的团块沉得快,实验选择的是沉降速度快的。几十天下来,据报告,酵母演化出了一种「雪花」形的多细胞结构:细胞分裂之后不分开,形成分枝的团块。
雪花酵母的有趣之处在于,它的团块是「从一个细胞长出来的」:每个团块的所有细胞,都来自同一个祖先细胞。也就是说,在这个体系里,那道把后代记到同一个名下的结构,是「先定」的,是细胞分裂后不分开这件事本身带来的。
后来的研究者发现,这些雪花长到一定大小就会断开:团块里挤得太紧,分枝连接处的细胞承受不住,团块断成几片,每一片又从头长起〔待核〕。这等于说,团块自己有了一个「繁殖」的时刻,而且每一次,新的团块都是从一个断片开始的。再往后,有人报告,在选择更大个头的条件下,雪花酵母经过几千代,长到了肉眼看得见的大小〔待核〕。
本书的读法是:这个体系里有一个「门槛」。团块要大到一定尺寸,才有沉降上的优势;而团块要长到那个尺寸,需要多个世代的积累。照这个读法推下去,如果改变一个参数,比如让细胞分裂后更容易分开,团块长大的门槛就应当移动。这是一个可以拿去做的检验,本书只写出它的形状,不替实验报告结果。
干预追踪:银狐驯化。
1959 年前后,苏联遗传学家德米特里·别利亚耶夫(Dmitry Belyaev)开始了一个驯化实验〔待核〕。他和同事在养殖场的银狐里,只选一个标准:对人的反应是否温和。一代一代挑下来,只留最温顺的繁殖。
据报告,选择了十几代之后,狐狸的行为明显变得温顺,有的主动靠近人;同时,一些他们并没有选择的性状也跟着变了:毛色出现斑块,耳朵变得下垂,尾巴卷起来〔待核〕。
挑的办法很简单。小狐狸长到几个月大的时候,让试验者伸出手去,看它们是缩回去、扑上来咬,还是凑过来〔待核〕。每一代,只有表现最温顺的那一小部分,才有机会生下一代〔待核〕。
同一个养殖场里,据说还养了另一条线,反过来只选最凶的〔待核〕。两条线并排放着,就成了一个自带对照的干预。
这是一个干预追踪的典型:干预的是一头(人握着记功口,决定哪些狐狸的后代留下),追踪的是另外两头的变化(行为、形态、基因)。
这个案例对本书特别有价值,因为它里面的记功口,很清楚地摆在那里:是人,是人的选择标准。
规则之外,还要先写下:什么结果,算这个案例没过。
共变不通过:两头的变化并不同步,或者同步只出现一次,换一个例子就没有了。
抽离不通过:去掉一头,现象照旧。
阈值位移不通过:改了参数,门槛纹丝不动。
干预追踪不通过:干预了一头,另外两头在多代里没有系统的变化,或者先后次序倒了过来。
把这四条放回前面的案例,结果是这样的。
蚜虫那一例,通过了共变,不过在有些类群里,原来的共生菌被别的菌补充甚至取代过,这是不同步的地方〔待核〕。盘基网柄菌那一例,通过了一半,上面已经说了。雪花酵母那一例,本书只写出了检验的形状,没有结果,所以不算通过。银狐那一例,通过了干预追踪,不过它主要是一条线,没有独立的重复〔待核〕。
四个案例,没有一个干干净净。
这是正常的。一个规则如果每次都全过,要么规则太松,要么案例挑得太巧。
读到这里,一位认真的读者会说:规则是你先写的,可案例是你挑的。你挑了顺手的。
这个反对击中了要害,值得老实回答。
本书能做的有三件。
第一,四个案例都是老案例,不是本书新找的。蚜虫与共生菌,盘基网柄菌,雪花酵母,银狐,各自有一大批文献,彼此独立,不是为本书写的。
第二,不合的地方写出来。上面已经写了:盘基网柄菌没有完全通过,雪花酵母还没有结果,银狐只有一条线。
第三,把规则交给别人。你可以拿同样的四条规则,去找本书没有挑的案例,把「不通过」的那一堆列出来。如果不通过的比通过的多,本书的说法就要收窄。
这三件事,不能让选择的偏差消失。它们只能让偏差露出来,让别人看得见。
这一章的最后,要把后面要反复出现的三种生物,先介绍一下。
莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii),是一种单细胞的绿藻,两条鞭毛,能游泳,能光合。它在实验室里被研究得极其透彻。2019 年,赫伦(Matthew Herron)等人在一项实验里〔待核〕,让衣藻与一种会捕食它的小动物共同生活,据报告,经过几百代,一部分衣藻出现了形成细胞团的性状。这是从头演化多细胞的实验里,一个重要的体系。据报告,那些细胞团不是细胞随机粘到一起的,而是细胞分裂以后没有散开,留在了一起〔待核〕。也就是说,这个团的起点,是一个细胞。
本书第 37 章的判决性试验,就是在这个体系上,再加一个因素。
雪花酵母,上面已经介绍。它是「结构先定」的对照:细胞团的单细胞起点,是这种生物天生带着的。
盘基网柄菌,上面也介绍了。它是「低一致性」的自然对照:聚集成体,没有单细胞瓶颈,作弊者多。
这三种生物,放在一起,刚好排成一条梯子:衣藻,是可以人为调节一致性的实验体系;雪花酵母,是一致性天生高的例子;盘基网柄菌,是一致性天生低的例子。
读到第 37 章的时候,你会再次见到它们。到那时,它们每一个,都有一个角色。
另外,在这里可以先预告一个问题,留到第 18 章再回答:这几个例子里,基因相同的细胞团,亲缘度几乎一样,那么「记账一致性」和「亲缘度」,还有没有可能分开?
下一章,把这几个检验背后用到的码表写出来。
后来,阿远也养成了一个习惯:每次读到一篇很有说服力的论文,他先翻到方法部分,看他们是不是先写好了规则。
有一次,他对陈老师说:「老师,我发现一件事。好论文和坏论文,往往不是结论不同,而是规则写在哪儿不同。」
陈老师说:「规则写在前面的,是在邀请别人来验。写在后面的,是在邀请别人来信。」
阿远把这句话抄在了笔记本上。
又有一次,陈老师在笔记本上画了两栏,左边写「合的」,右边写「不合的」。
她对阿远说:「你每回给我讲一个案例,都要在右边那栏也写一条。」
阿远说:「右边那栏,常常是空的。」
「空的,我才不放心。」陈老师说。
后来阿远给她讲盘基网柄菌,右边那一栏,他写的第一条是:它自己会认亲。
你也可以试试。下次有人给你讲一个数据,你问一句:你是先定的规则,还是先看的数据?问得多了,你会发现,规则先于材料,是人类发明的一件极好的事。
先定规则再看历史,历史才不会只说你爱听的。
拆了什么:拆了「三头纠缠只是一种说法」的印象;用共变、抽离、阈值位移、干预追踪四条先写定的规则,在四个案例上各过一遍。
立了什么:立了四个「互相」检验的规则,并让读者先见到判决性试验里的三种生物:莱茵衣藻、雪花酵母、盘基网柄菌。
你一定有过这样的时刻:你觉得自己说清楚了一件事,别人看了,却说「我没看懂」。你再讲一遍,还是不懂。到最后你才发现,不是别人笨,是你有一些话,一直在心里,没有写出来。
陈老师有一个办法。每年期末,她出一道作文题,批改的时候,让两个从没见过面的老师,各自给同一篇作文打分,互相不通气。打完了,再把两张分数放在一起对。
「分数一样,」她说,「才算数。」
「要是不一样呢?」
「那就说明评分标准里,有一块只在我自己的脑子里。」陈老师说,「得把它写下来,再打一遍。」
这一章,要把本书到现在为止讲的「欠条」,写成一条可以被别人拿去核对的定理;还要把互动那一头拆成两件,让三头写成一组可测的方程。陈老师的办法,在这里用得上:规则要写下来,要让没读过这本书的人,也能照着去打分。
先看码表。码表的作用,是规定:在本书的编码里,哪些原始的项,归哪一头。
| 归哪一头 | 原始项 | 说明 |
|---|---|---|
| 客体 | 序列、复制、保真、基因频率、突变 | 能被复制、能被测出来、能摆在桌面上的东西 |
| 互动·换土 | 生态位构建、环境改变、生态遗产、共生交换 | 有机体改了环境,环境回头改变选择压力 |
| 互动·记功 | 瓶颈、生殖系隔离、制裁、配偶选择、育种、AI 设计流程 | 决定「这一份后代、这一个效果算在谁名下」的结构或做法 |
| 主体 | 自维持、组织闭合、觅位选择、能动 | 自己维持自己、自己挑环境、能提出挑选否决 |
有几件事要说明。
第一,互动那一头,被拆成了两件:换土,和记功。第 3 章留过这个伏笔。生态位派讲的是前一件;后一件,三家都没有单独讲。
第二,同一个词放在哪一栏,要看它在具体句子里起什么作用,不是看它的名字。比如「瓶颈」,当它指的是一个细胞数目少的阶段时,是在描述一个读数;当它指的是「把后代记到同一个集体名下」的做法时,才归记功。码表只是给出默认的归属,遇到歧义,要看上下文。
第三,这张码表是一个编码假说,不是对学科史的定论。你可以不同意其中某一项的归属,但你必须说清楚,你为什么把它放在别处,放到别处之后,推导会有什么变化。
有了码表,欠条就可以被精确地定义了。
一个项,如果满足下面四个条件,就是一张欠条:
第一,它出现在某一家的推导里,并且在推导里起作用。
第二,它不在这一家的「立论门」之内,也就是说,它不属于这一家押的那一头。
第三,它在推导里是直接给定的,没有被这一家从自己的前提里推出来。
第四,这一家没有把它明确声明为假设。
这四个条件缺一不可。比如,演化发育生物学明说「我讨论的是已经能发育的有机体」,这是声明过的条件,不算欠条(第四个条件不满足)。基因派用「载具」,却没有说明载具从哪里来,这就是一张欠条。
然后是欠条定理:
只要本体被押在一头,推导里就必然借另外两头。
这句话怎么理解?想象一个理论,它说:一切性质,都可以从客体那一头推出来。那么,当它要解释「有机体为什么是一个整体」的时候,它必须有办法回答。如果它回答不出来,又不肯停下,那它就得从别处借。借的就是互动或主体的东西。
定理的意思,不是说这个理论不好,而是说:一个单押一头的理论,不可能是自足的。这对三家来说,是一个中性的结论。
盲编:为了让这个判断不依赖我,本书还有一个办法:请一个没读过本书的人,拿着这张码表,去读三家各自的核心文本,把里面每一个用到的原始项,一个个标出来:是归客体、互动,还是主体?再看每一项是不是在推导里被推出来的。这样标出来的欠条表,如果和本书的不一致,本书的就可以被推翻。
这是本书对自己的一个约束:欠条不是我说了算,是别人拿着码表,能核对出来。
光讲规则,不如走一遍。下面这句话是本书自拟的,不是任何一家的原话,只为演示盲编是怎么做的。
「在这片草原上,带有抗旱序列的草,留下的种子更多,所以这条序列在种群里越来越常见。」
一位没读过本书的编码者,拿着码表,把这句话用到的原始项,一个个挑出来。
「抗旱序列」,归客体。「越来越常见」是基因频率,也归客体。
「草」呢?
「草」这个字,在句子里干着很重的活:它是「留下种子」的那一位,是被数的那一位。可是码表的客体一栏里,只有序列、复制、频率;互动一栏里没有;主体一栏里有自维持、能动,也没有「一株草」这样的单位本身。
于是编码者给「草」打上一个问号:它是一个单位,是谁把它当成了单位?
接着,用欠条的四个条件逐条核对。
第一,它在推导里起作用吗?起。没有它,「留下的种子更多」无从数起。
第二,它在这一家的立论门之外吗?这句话押的是客体,「草」不在客体的门里。在门外。
第三,它是直接给定、没有推出来的吗?句子里没有任何一步,从序列推出「草」。是给定的。
第四,这一家有没有声明它是假设?没有。
四条都满足,这是一张欠条:被数的那一个单位。
现在把这句话改一改:
「设这片草原上的草,都是已经长成的、有边界的单株。在这个前提下,带有抗旱序列的草,留下的种子更多。」
同一个字「草」,第四个条件变了。这一家声明了它是假设,这就不是欠条,是一笔明账。
前后两句话,用的字几乎一样。差的,只是有没有人把话说在明处。
最后一步是请第二位编码者,不和第一位通气,各编一遍,再对。两张表一致,才算数。两位编码者的一致程度,通常用一个叫科恩 kappa 的统计量来报告〔待核〕。
一条定理,要说清怎样算它错了,才算认真。
欠条定理有三种被推翻的办法。
第一种:找到一个只押一头、却从头到尾自足的理论。它用到的每一个原始项,要么在门里,要么被它自己推了出来,要么被明明白白声明过。这样的理论只要有一个,定理就不成立。
第二种:盲编的人,拿着码表,在三家的核心文本里,标不出本书说的那些欠条,或者标出来的是完全另一批。
第三种:码表本身站不住。如果大量的原始项,放哪一栏因人而异,谁都说得通,那么「借了哪一头」就没有确定的意思。
对第一种,本书要公道地说一句:有些理论确实接近自足。群体遗传学的教科书模型,开头往往就写明:设有一个种群,里面有若干个体,每个个体带有某某基因型。这是写在明处的假设,不算欠条,它在声明的范围内,干净得很。
定理说的是「借」,不是说每一次借都是欠条。借是必然的;声明了的借,是明账,没声明的借,才是欠条。
现在可以把三头之间的关系,写成一组方程了。先说这组方程的性质。
它们是属性层的方程,不是对世界的最终定律。写出方程,不等于证明;方程的价值,在于它要求你说清楚:每一个量,用什么办法测。
本书的三条方程,用大白话说,是这样的。
互动那一头,拆成两件:换土(生态位构建)与记功(记功口)。
第一条:能动,由基因与记功口一起定。某一层的能动,在记账稳定到那一层时出现。
什么意思?一个细胞团,什么时候开始表现得像一个「有能动的整体」,能作为一个单位去挑环境、去躲避危险?本书说:是当那个细胞团的后代,被一代代稳定地记到同一个名下之后。记账不稳定,能动停留在细胞那一层;记账稳定到了集体那一层,能动才会在集体那一层出现。
怎样测?能动,用觅位选择率。也就是,这一层的单位,在可选的位置里,倾向于待在哪里。
第二条:基因频率,由能动与记功口一起定。翻转阈值落在「记账一致性 × 持续代数」上。
什么意思?一个基因在种群里变多还是变少,不只看它自己的好坏,还要看带着它的那个单位,有没有能动,以及后代是怎样被记的。当记账一致性高、持续的代数也足够多时,原本由细胞层决定的频率变化,会翻转为由集体层决定。
怎样测?记账一致性,用谱系追踪;基因频率,用测序时间序列。前者看新一代的创始细胞,有多大比例来自同一个亲代集体;后者看每一代里各个基因型的占比。生态位构建指数,是这一条的协变量:换土的程度,会影响频率,要在统计里把它控制住。
第三条:记功口,由能动与基因一起定。回写在此:持有者怎样记,回头改写被记的谱系,也改写持有者自己。
什么意思?记功口不是一个固定不变的装置。握着口的一方,怎么记,会改变被记的谱系;谱系变了,反过来又改变握口的一方自己。育种者挑了几代狗,狗变了,育种者的口味和标准也跟着变了。
怎样测?同时追踪持有者的标准,和被记谱系的变化,看哪一个先动。
这三条,彼此是缠在一起的:能动靠记功口,频率靠能动和记功口,记功口又靠能动和基因。没有谁先谁后,所以叫纠缠。
方程读起来抽象,拿学校里的事走一遍。
陈老师的学校,几十年里评奖的办法变过。
起先,奖状发给个人。每个学生为自己的名次忙,班级只是一间教室。后来学校改了办法:每学期按班评,全班每个人的分数加起来,记在班的名下,班有班的奖状,班的名声挂在走廊里。
这样评了几年,班开始有了「班的样子」。运动会上有人替班出力,自习时有人替班里的同学补课,同一个班的学生说话办事,带上了一个整体的口气。
这是第一条在说的:某一层的能动,在记账稳定到那一层时出现。记在个人名下,能动停在个人;记到班的名下并且稳定了好几年,能动才在班这一层出现。
第二条说的是阈值。假设学校想知道,评班评到什么时候,同学们的行为会从「各为各的」翻成「各为班的」。直觉上,这取决于两样:班的组成稳不稳,年年重新分班就是不稳;还有这个办法已经持续了多少年。把两样乘起来,乘积小,行为变化来自个人;乘积过了某条线,就翻到班这一边。
下面的数是本书编的,纯属示意。把班的稳定程度记作零到一:年年重新分班,是零点三;多年固定,是零点九。办法持续了二十年。两样一乘:零点三乘二十是六,零点九乘二十是十八。设翻转线在十,第一个班翻不过去,第二个翻过去了。
真生物里的翻转线是多少,本书不知道。这正是第 37 章的试验要事先登记、要去测的。
第三条说的是回写。评班评了十年,学校的评语悄悄变了:以前写「学习刻苦」,后来写「集体意识强」。评的人以为是自己在定标准,其实标准也被被评的班塑造了。班在变,评的人的眼光也在变。
这个类比到这里就停:学校里没有基因这一头。
方程要有用,每个量都得有一个别人能去测的办法。这里把几个量再说细一点,只讲思路,不讲操作。
觅位选择率。给生物一排可选的位置,看它们停在哪里。比如一条从凉到暖的长槽,把线虫或果蝇放进去,过一阵看它们分布在哪一段〔待核〕。这是对单个个体的测法。要问细胞团这一层有没有能动,就把细胞团整个放进去,看它的偏好是否有别于单个细胞。同一个槽,两层各测一次,比较两个选择率。
记账一致性。给不同亲代团的细胞,贴上不同颜色的标记,比如不同的荧光,让它们去长出新的团,再数新团里创始的那一批细胞,有多大比例带着同一种颜色。比例高,就是一致性高。
基因频率。每隔若干代,取一份样品冷冻起来,最后一起测序,画出每个基因型的占比随代数变化的曲线。第 7 章 Lenski 的冷冻小管,就是这种测法的老样板。
还有一个协变量:换土的程度。细胞在改环境,改了多少,要单独记一笔,在统计里把它的影响扣掉,免得和记账的影响混在一起。
一位怀疑的读者会问:把互动拆成换土和记功,是不是为了让方程凑数?
这个怀疑合理。回答它,只能靠一件事:两件能不能各自单独改。
第 7 章 Lenski 的瓶子里,就有一个现成的画面。L 排出的物质,给 S 造了一块土,这是换土;每天的转瓶,决定哪些后代进入明天的瓶子,这是记功。
原则上,实验者可以分开动这两件:换一种取样的办法,不动培养液的成分;或者改培养液的成分,不动取样的办法。具体哪一种改动,真能只动一件,要在每个实验里逐个审查。
两件原则上能分开改,就不是一件事换了两个名字。
那一年的作文评分,最后两位老师给的分,差了十几分。
陈老师把两份评分的细则拿过来对。差距出在「立意」那一项:一位老师把「角度新」算作立意好,另一位老师认为角度新而不扣题,反而扣分。
「所以,这一项,」她说,「我们得写下来:怎样算扣题。」
她当场在细则里加了一句。后来的几年,两位老师的评分,再也没有差过十分。
阿远听完,说:「这就像我们实验室的实验记录本,每一个测量,要写清楚用什么仪器、什么条件。」
「是的,」陈老师说,「写不清楚的东西,后来都会变成争吵。」
你也可以试试。下次你和别人争一件事,争了半天没结果,先停下来问:我们说的是同一个东西吗?把我们各自说的东西,用同一张表写下来,往往争论就消了一半。
三家欠的那一笔,有一个名字。下一编,把它请出来。
互动那一头其实是两件事:换土,和记功。
拆了什么:拆了「欠条只是修辞」的看法;码表和欠条定理让别人可以拿去核对,盲编可以推翻本书。
立了什么:立了互动的两件——换土与记功,并第一次完整写出三条方程,每个量都有测法。
这一编九章,是全书的心脏。第 15 章先和生物学已有的「目的」之论对账:目的论、teleonomy、康德的「自然目的」。第 16 章把「活着」完整读一遍。第 17 章讲记功口,第 18 章讲个体怎样显出来,第 19 章讲功能是记出来的,第 20 章讲意义层在生物学里显成什么,第 21 章讲读数,第 22 章讲物种,第 23 章回到第 1 章的衰老难题,给出答案。
这一编的反差,是一个不太舒服的发现:生物学并不缺「为了什么」,它是把它当成目的论赶了出去。
你一定有过这样的时刻:写东西的时候,被人把某个词划掉了,你觉得那个词不是多余的,可又说不出它为什么要留。
阿远写论文,写到一句:「这一段序列的作用,是为了稳定蛋白的折叠。」
导师拿笔,把「为了」两个字划掉,改成「有助于」。
他不服气,问:「为什么?」
导师说:「生物没有『为了』。『为了』是说它有目的。生物没有目的,只有选择留下来的效果。」
阿远照改了。可心里不踏实。回去给陈老师看,说起这件事。陈老师看着那句话,看了好一会儿。
「你们是怕这两个字吗?」她问。
阿远愣了一下。
「我教了四十年生物,」陈老师说,「讲台上从来不说『大自然的目的』,因为那是不对的。但我也不敢说『心脏的作用,只是碰巧有助于泵血』。心脏就是为了泵血长成这样的,对不对?」
这一章要谈的,就是这个「怕」。
先要承认一件事:目的论被赶出生物学,是有道理的。
古希腊的亚里士多德,把解释一件东西的原因分成四种,其中一种叫「目的因」:一把刀为什么是这个样子,因为它是为了切东西。放到生物上,眼睛为什么是这个样子,因为它是为了看。这个解释很自然,很好懂,也很有力。
问题在于,它似乎暗示:有一个什么东西,事先想好了眼睛要用来看,然后把眼睛做成这样。这个「什么东西」,就是一个设计者。
十七世纪以后,近代科学兴起,一个重要的做法,是把这类「事先想好」的解释,从自然科学里清理出去。培根(Francis Bacon)有一句常被引用的话,大意是:目的因对于科学研究是不育的,像献给神的处女〔待核〕。要解释一件事,应当看它的前因:是什么推动了它,而不是它朝着什么去。
达尔文给了这个做法一个最漂亮的落脚点。他证明了,不需要设计者,只需要变异、选择和遗传,就能得到看上去像「被设计」的东西:眼睛,翅膀,心脏。从此,生物学可以说,这个器官是这个样子,因为在祖先里,长成这个样子的个体,留下了更多的后代。这是一个纯粹的因果解释,没有「事先想好」。
达尔文面对的对手,是一本在英国大学里读了半个世纪的书。1802 年,威廉·佩利(William Paley)出版《自然神学》〔待核〕,开篇是一个人在荒地上捡到一块表。
表里的齿轮咬得严丝合缝。你一看就知道,有人为了报时才做它。佩利接着说,眼睛比表精巧得多,所以眼睛背后,也该有一位制表的。
这个论证有一个好处:它把「为了」说成了一件可以检查的事,看零件之间配合得有多紧。它的毛病,只在最后一步。
达尔文拆的,就是最后一步。他没有否认眼睛配合得紧,他说的是:配合得紧,可以由一代一代的留下来造成,不必有制表人。
所以被赶出门的,其实是「制表人」,不是「配合得紧」这个事实。后面这个事实,生物学还得接着讲。
这是一个了不起的成就。所以本书要先还目的论的反对者一个公道:他们赶得对。如果「为了」意味着有一个设计者,把它赶出科学,是对的。
赶它出门,还有第二个理由,和设计者无关。
1979 年,古尔德(Stephen Jay Gould)和列万廷发表了一篇有名的文章,题目里用了威尼斯圣马可教堂的「拱肩」作比方〔待核〕。两个圆拱并排撑起穹顶,拱与拱之间,必然留下一块三角形的空地。工匠后来在这些空地上画满了图案,看上去像是专门为画图留的。
其实不是。那块空地,是造拱的时候顺带留下的,图案是以后才画上去的。
他们的意思是:看见一个性状,就给它编一个「为了」,是生物学里一种很顺手、也很危险的习惯。故事编得越圆,越没有人去查。这类故事,后来被叫作「就是这样的故事」(just-so stories),名字借自吉卜林讲动物来历的童话集〔待核〕。
本书要还这个批评一个公道:它完全成立的条件,是那个「为了」没有任何独立的检验。你只是看见一个性状,就说它为了某件事,而没有拿出别的证据,那么划掉它,是对的。
这样再看阿远的导师。他那支红笔,也许不是在怕设计者。他是在问:你测过吗?
阿远后来补了一个对照:把那一段序列改掉,蛋白在同样的温度下,折叠稳定的比例降了下来。有了这个对照,那句话才站得住。
所以「为了」被赶,一半是怕设计者,另一半是怕没查过的故事。第二个理由,今天依然有效。本书不打算把它还回去。
可是,赶得太干净,也有麻烦。生物看上去就是「像有目的」的:心脏像是为了泵血,叶子像是为了吸光,候鸟像是为了越冬。不让说「为了」,又得描述这个「像」。
1958 年,美国生物学家柯林·皮腾德里(Colin Pittendrigh)提出了一个新词:teleonomy,可以译作「目的性」或「似目的性」〔待核〕。意思是:生物的结构和行为,表现出一种「像是被目的引导」的样子,但这个样子,是由自然选择产生的,并不需要真有一个目的。
后来,恩斯特·迈尔(Ernst Mayr)在 1974 年的一篇论文里〔待核〕,对这个概念作了进一步的辨析。他区分了几类东西:真正意义上的目的论(有预先设定的目标)、似目的性(由遗传程序引导的、朝向目标的过程)。他的意思是:生物体的目的性活动,是由一套「程序」引导的,这个程序是自然选择塑造的,它是「被编码的」。
迈尔还有一个更早的区分,是「封闭的程序」和「开放的程序」〔待核〕。封闭的程序,指一切指令都写在遗传里,生下来就带着。开放的程序,指遗传只写了一部分,其余要靠学习、经历去补。
举一个常被讲起的例子:候鸟往哪个方向飞。德国的贝特霍尔德(Peter Berthold)一类的研究者,在笼养的黑顶林莺身上做过杂交和繁育实验。据报告,幼鸟在没有见过任何同类迁徙的情况下,到了季节,依然朝着祖辈飞行的大致方向躁动不安〔待核〕。方向,在这里是「写好了」的一部分。
这就是 teleonomy 的好处:它能讲清,「像有目的」的行为里,哪些是程序带来的,哪些是经历补上的。
这是一个很聪明的做法。它保留了「像有目的」这个事实,同时又把「目的」的来源,放回了遗传程序。
本书要还它一个公道:teleonomy 让生物学可以光明正大地描述功能、适应、目标导向的行为,不必为用词感到心虚。
不过,对本书来说,这里有一个值得注意的地方。teleonomy 把「为了什么」,押进了程序,也就是押进了客体那一头。目的,在这里等于一份被编码的、可复制的指令。心脏为了泵血,是因为遗传程序里写着泵血;候鸟为了越冬,是因为程序里写着迁徙。
这样一来,「为了什么」成了一个读数:一份可以读出来的序列。这个处理,在客体那一头是完整的。不过,当你问「这个程序,是谁的?它的后代,算谁的?」时,程序自己回答不了。
还有一种更朴素的办法,不必新造词,只需要换一个连词。
美国哲学家赖特(Larry Wright)在 1973 年讨论功能的文章里,给了一个办法〔待核〕:「心脏的功能是泵血」这句话,可以翻成「心脏之所以在这里,是因为它的祖先泵血,而泵血让那些祖先留下了后代」。这叫来历式的翻译。
翻完以后,「为了」不见了,只剩一串因果。没有设计者,也没有事先想好。每一环都可以去查:祖先是不是真的泵血,泵血是不是真的让它们多留后代。
这个办法,是生物学今天最常用的一种。本书也用。
不过翻译的时候,请留意那句话里藏着的几个字:「它的祖先」「那些祖先」「后代」。这几个字,默认已经有一条谱系摆在那里,祖先和后代,都已经算好了是一家人。
谁算一家人,怎样算,翻译句子没有讲。第 8 章讲过的那一笔欠条,就藏在这几个字里。
还有一个更直接的办法,可以看出这句翻译的边界:把它用到阿远的蛋白上。
「这个蛋白之所以在这里,是因为它的祖先——」
句子写不下去了。它没有祖先。「为了什么」在这里没有地方去,不是因为被赶了出去,而是因为那条谱系根本不存在。这一点,第 19 章接着讲。
比达尔文更早,哲学家康德(Immanuel Kant)在 1790 年的《判断力批判》里,对生物有过一段非常深的思考〔待核〕。
他说,一个有机体,有一个很特别的性质:它的各个部分,既是整体的原因,又是整体的结果。一棵树,叶子靠根吸水,根靠叶子制造养分;树的每一部分,都为别的部分的存在而存在,并且也靠别的部分而存在。他把这样的东西叫作「自然目的」:一个东西,既是原因,又是结果,既是手段,又是目的。
这个想法,与本书第 4 章讲的有机体派(自维持、组织闭合)是一脉相承的。可以说,有机体派就是康德这一段话的现代版本。
康德拿一块钟表来对比。钟表里,一个齿轮带动另一个齿轮,部分与部分是互相配合的〔待核〕。可是一个齿轮,不会造出另一个齿轮;钟表也不会自己修自己,坏了零件,缺了的不会自己长出来。
树就不同。树的各部分,不但互相配合,还互相造出对方,整体坏了一块,其余的会想办法补上。这样互相造就的东西,康德才说是「自然目的」。
要把这里的意思说窄:这里的互相造就,说的是组织,不是感觉。自维持不等于意识。康德用的是「目的」这个词,本书借来的,只是它背后那个互相造就的结构。
康德还做了一件事:他同时说,我们不能真的断言,自然里有目的。我们只是在判断一个有机体的时候,不得不用「目的」这个概念,它是我们的反思判断的一个原则,不是对自然本身的断言。
这是一条很深的门缝:康德看到了,有机体要用「为了什么」才能被理解;他又说,那只是我们理解的方式。他把门开了一条缝,又把它关上了。
本书的看法是:「为了什么」,不只是我们的判断方式,它也是一个可以被放回自然里去的东西,只要你能说清楚,它是怎样发生的、怎样测。这一点,留到第 20 章再讲。
讲到这里,你很可能有一个疑问。
本书说,要把「为了什么」放回生物学。那不就是把目的论请了回来?
这个疑问值得认真回答,因为它抓住了本书最容易被误读的地方。回答有三点。
第一,本书不要设计者,也不要事先想好。本书说的「为了什么」,是一条谱系事后可以被看出来的去向,没有谁在前头定好。
第二,本书不预设终点。它不说谱系朝着哪里去,只说谱系有没有「能去别处」的余地。余地可以测,终点不能。
第三,它可以错。下一章起,「为了什么」会被落成几样可以测的东西。如果测不出来,这一层就是一句空话,应当收回。
还有一句要说明。本书不说谱系「想要」什么。想要,是有没有意识的问题,不在这一卷里。
还有一个接口,先留在这里。教研室里那个男孩问的「谁说它们是一家人」,到第 17 章会落成一个能测的数:新一代集体的创始细胞,有多大比例来自同一个亲代集体,逐代去测。那就是记账一致性。「为了什么」要成为生物学的话,得先过这一关。
所以请把这一章的意思读窄:不是把目的论请回来,而是承认有一层事情,生物学一直在做,只是不让自己说出口。
回到这一章的标题:意义层不是没有,是被当成目的论赶出了门。
在生物学里,「为了什么」的去向,大致有两种。
第一种,被写成读数。比如适应度。一个性状「为了什么」?为了留下更多的后代。适应度,成了「为了什么」的替身。这样,意义层被压平成一个数:留下了多少后代。
第二种,被押进一头。押进客体:为了复制(基因派,或 teleonomy 的程序)。押进主体:为了维持自己(有机体派)。押进互动:为了适应环境(生态位派)。每一种,都把「为了什么」落在三头中的一头,另外两头不再有位置。
这两种处理,都是有道理的。适应度是一个很好的工具;程序、自维持、适应,都真的是生物学里的重要内容。但把它们当成「为了什么」的全部,就丢了东西。
丢掉的,是这样一个问题:一条谱系,不只是在延续,它还在往哪里去?一棵树,不只是活着,它还在长出新的枝;一个物种,不只是在生存,它还保留着变出新东西的余地。这类「往哪里去」,被适应度压成了一个数,被程序压成了一份指令,才没有一个位置。
举一个能算出来的对照。设想两条谱系,每一代都恰好留下两个后代,适应度一模一样。
第一条谱系,三十代过去,每一代长得和第一代没有区别。第二条谱系,每隔几代就有一个新的样子被留进来,三十代之后,已经和起点相差很远。
适应度这一个数,把两条谱系记成了同一个数。可是谁都看得出,它们不是同一回事。
这个差别,不在「多少」里,在「去向」里。生物学没有不看它,只是没有给它一个正式的位置。
本书把这类东西,叫作意义层:创造、自由、幸福,在生物学里的样子。第 20 章会把它们逐一落到可以测的地方。
那天下午,陈老师在书柜底层翻出一摞旧教案。纸已经发黄,是蓝黑钢笔字。
她抽出其中一页,念给阿远听:「叶绿体的作用,是为了光合作用。」
页边有另一个人的红笔,把「为了」圈了出来,写着两个小字:改掉。
「那是教研组统一的意见,」她说,「八几年的事了。说『为了』有目的论的味道,学生会以为叶绿体有想法。」
阿远笑了:「后来改成什么?」
「改成『叶绿体是光合作用的场所』。」陈老师摇摇头,「这句话我讲了三十年,几乎没有学生追问过。」
她停了一下。
「只有一年,有个男孩问:场所是场所,可它凭什么长成这样?」
阿远问:「您怎么答的?」
「我说,因为祖先里长成这样的,留下来了。」陈老师说,「他又问:谁的祖先?」
她把那页纸放回去。
「我当时答不上来。我只会说『同一种植物的』。可是他问的,是『谁说它们是一家人』。」
阿远没有说话。他想起导师那支红笔,也想起自己论文里被划掉的两个字。这一章前头讲过的东西,几十年前就在一间教研室里发生过了:词被换掉,问题被留了下来。
那个男孩的问题,本书到第 17 章才回答。
后来,阿远去找导师,说:「我想把那一句改回来。」
导师说:「哪一句?」
「『为了稳定蛋白的折叠』。」
导师皱了皱眉:「你要说它有目的吗?」
「不是,」阿远说,「我想说,这一段序列在这条谱系里,是因为稳定折叠而被留下的。」
导师想了想,说:「这句话比你原来那一句,好。」
回去路上,阿远给陈老师发了一条消息:「老师,我把『为了』又写回去了,不过加了一个条件。」
陈老师回了一句:「加条件,就是对了。」
你也可以试试。下次你被人用「没有目的」这类话把一个词赶出门,不用急着反驳,也不用急着服气,只问一句:这个词要说的那件事,换什么词说?如果换不出来,那个词就还得留着。
不许说「为了」,问题并没有消失,只是换了个门进来。
拆了什么:拆了「生物学里没有『为了什么』」的印象;它是被当成目的论赶出门,或被写成读数、被押进了三头中的一头。
立了什么:立了意义层在生物学里有位置——它不是目的,是「往哪里去」,落在创造、自由、幸福上。
你一定有过这样的时刻:一个简单的问题问下来,你发现自己的答案,其实有好几层。
那天,阿远从实验室带回来一管菌液,装在一个小小的离心管里,浑浊的,微微泛黄。他把它放在陈老师桌上。
「这管里是表达那个蛋白的细菌,」他说,「细菌活着,蛋白不活着。可是蛋白有用,细菌是为了生产它才被养的。」
陈老师拿起那管,对着窗户的光看了看。里面什么也看不出来,只是一团浑浊。
「那么,」她把管子放下,「这管东西里,有几个『活着』?」
阿远数了一遍:「细菌是活的,一个。蛋白不是活的,零个。一共一个吧。」
「一管里有几亿个细菌,」陈老师说,「你说的是哪一个?」
阿远没答上来。他忽然觉得,这个问题比他想象的要大。
这一章,要把「活着」完整地读一遍。这是本书第一次完整讲出本书的新属性定义。
先把定义写出来,再拆开:
「个体」是互动那一头(记功口)显影、差异那一维稳定、落在现实界的一个账户;「活着」是这个账户在被记账期间的持存。
这句话有三个部分,每个部分回答一个问题。
第一问:哪一头显?
前面说过,本书把一个东西的属性,看成三头缠在一起的:客体、互动、主体。三头不是三个先存在的东西,而是同一个聚合体的三种侧重。问「哪一头显」,就是问:在这件事里,是哪一头的特征最突出地显了出来。
「个体」这个属性,显的是互动那一头,而且是互动里的记功那一件:决定「这一份后代算谁的」的那道口。一个东西是不是一个个体,不取决于它是否有一层皮、有没有一副骨架,而取决于它的后代,是不是被稳定地记到了同一个名下。
第二问:哪一维动?
本书所属的框架,把任何属性的发生,分成三个维度:显露(样子冒出来,被认得出)、差异(一串一先一后的不同,有顺序)、纠缠(各部分缠在一起,互相牵制)。问「哪一维动」,就是问:在这件事里,是哪一维在起主导作用。
「个体」这个属性,动的是差异这一维,而且是差异的稳定:一串一代一代的不同,之所以能被认作是「同一条线」的延续,是因为这串不同稳定下来了,没有被打散。
这个「稳定」,也可以量。办法很朴素:把同一条线上相邻两代的差别,和不同线之间的差别比一比。
如果同一条线上,前后代的差别,一直小于线与线之间的差别,这条线就稳到可以被认作「一条」。反过来,如果线内的差别,和线与线之间的差别搅在一起分不开,那就谈不上有「一条」线。
这是一个可以逐代去查的数,不需要谁来判断「像不像一家人」。
第三问:落在哪一界?
本书把世界分成三界:理念界(可能的样子,设计,想法)、现实界(实际发生的、可以测的事)、自我界(被一个自己感到、认领的)。问「落在哪一界」,是问:这个属性,是在哪一界里被说的。
「个体」,说的是现实界里的事:它有没有稳定的谱系,可以去查,可以去测。至于一个个体「觉得自己是谁」,那是自我界的事,本书不管。
把三问合起来,就得到了定义:互动那一头(记功口)显影,差异那一维稳定,落在现实界——这样的东西,就是一个「个体」,一个账户。
「活着」,则是这个账户在被记账期间的持存。账户还在被记着,就是活着;账户不再被记,就是死了,或者从未活过。
这里的「期间」二字,有开头,也有结尾。
开头,是一道口把这一份记成了一户:一个细胞分裂完成的那一刻,一个受精卵形成的那一刻,一株苗从母株上断开、扎了根的那一刻。
结尾,是这条线不再被记:个体死了,被倒掉了,或者这条谱系断了。
所以,「活着」不是一个全有全无的标签,它是一段有头有尾的时间。至于这段时间多长,是可以测的。
在拆开这句定义之前,先看看前人是怎样答这个问题的。每一种答法,都有它成立的地方。
你在中学教科书里读到的,大概是一张清单:生物能新陈代谢,能生长,能繁殖,对刺激有反应,能适应环境。陈老师教了四十年,每年都要在黑板上写一遍。这张清单很有用,因为它让你拿到一个陌生东西时,有几件事可以去查。
1944 年,物理学家薛定谔(Erwin Schrödinger)出版了一本小书,题目就叫《生命是什么》〔待核〕。他的意思大致是:生命靠不断从环境里吸进有序,才能维持自己的有序,不至于散掉。后来的人把这一点叫作「负熵」。这个看法影响了整整一代生物学家。
另一个常被引用的说法,来自美国航天局一个小组的工作定义:生命是一个能自己维持、并且能经历达尔文式演化的化学体系〔待核〕。这一句,把代谢和演化,放进了同一句话。
这几种答法,本书都不推翻。清单查得出的东西,查得出;负熵说得对;能演化,也确实是生命的要件。
不过它们都有一处没有交代。清单说「生物能繁殖」,却没说哪一个才是那个繁殖的「生物」。定义说「能经历演化」,也没说演化作用在哪一个单位上。一个蚁群里,一只蚂蚁在代谢,整个蚁群也在繁殖,该看哪一个,没有交代。
这个「哪一个」,前人一般当成了给定。本书的新定义,要做的就是把这个「哪一个」,从给定里拿出来,变成可以问、可以测的东西。
现在回到阿远那一管菌液,用这套读法,来读里面有什么。
第一种东西:细菌。
一管里有几亿个大肠杆菌。每一个细菌,每隔二十分钟左右,分裂成两个。分裂的时候,一个细胞变成两个细胞,每个细胞都是原来那一个的「后代」。
这笔账是谁在记,有两道口在同时起作用。
第一道,是细胞自己:一个细胞分裂,一变二,两个子细胞都记在这个细胞的名下。这是最简单的一种记功口:单细胞的分裂。每一个细胞,就是一个账户。
第二道,是实验室:每过一段时间,阿远会从这管里取一点,转到新的培养液里。取多少、取哪里,是他定的。被取走的那一点,成为下一轮的「后代」;其余的,被倒掉。这是一道外加的口,由一个有利害的守门者握着。
所以,这管菌液里的细菌,是有账户的,而且在被记账。从本书的定义看,它们是个体,是活着的。
第二种东西:蛋白。
蛋白由细菌表达,一串氨基酸折成一个形状。它有效果:能结合一种分子。
不过,它有账户吗?
蛋白不分裂,不复制自己。细菌把它造出来,它就在那里;细菌死了,它就慢慢降解。它没有「下一代」。如果想要更多的这种蛋白,需要实验室再表达一次。它的「持存」,不是它自己的谱系在持存,而是实验室记录里的一行字、冰箱里的一管质粒、一套实验流程在持存。
用本书的话说,这个蛋白,有效果,没有账户。它没有一条被稳定记着的谱系。所以它不是个体,也不是活着。
这两个例子放在一起,有一个对照。细菌是活着的,但它的效果(在这管里的功用),是被设计者要走的;蛋白不是活着的,但它的效果,恰恰是这管菌液存在的理由。一个有账户而效果不重要,一个有效果而没有账户。
这个对照,就是全书要处理的对象。陈老师那一问,就是在问:蛋白的「用」,既然没有账户,它算在谁名下?
回到陈老师那个没答完的问题。
本书的回答是:看谁在记这笔账,账怎么记,数目就怎么数。
阿远带陈老师进了一次实验室,让她看转种。他从培养管里取出一小份菌液,加进一管新的培养液,比例是一比一百。剩下的大半管,倒进了废液桶。
陈老师站在旁边,看着那只桶。
「倒掉的那些,」她问,「它们的账呢?」
阿远愣了一下:「没有账。就是倒掉了。」
账其实是有的。只是被取走的那一小份,接着往下记;其余的,账在这一刻被销了。
这件事可以数出来。
按一比一百转种,每个细胞留下的机会,是百分之一。也就是说,这一次转种,每一百个细胞里,平均有九十九个的账户被关闭,一个被带进下一管。这里面没有谁比谁强的意思,它是一个随机的口,只管数量,不管谁是谁。
于是,一管里有几个账户,要看你问的是哪一道口。
按细胞自己的分裂算,一个细胞是一个户,一管里是几亿个。
按实验室的账算,记在本子上的是菌株的编号和转了多少代。同一个编号下的所有细胞,是一个户。
按转种这道口算,被记上的,是那被取走的一小份;被倒掉的,账户在这一刻关了。
三种数法没有谁错。它们回答的是三个问题,对应三道口,各有各的持有者。
你也许想追问,这笔账能不能读出来。
能。做法是在开头给每一个创始细胞挂上一个独一无二的标签,然后逐代查,看每一个标签的后代还剩多少。这类「谱系追踪」的办法,酵母和细菌里都有人做过,有的一次追踪几十万条谱系〔待核〕。账户被记了多久,是一个数;被关在第几代,也是一个数。
这就是「活着是账户在被记账期间的持存」那句话,落到实验台上的样子。
回到那只蛋白,用这套读法,沿着它的日子往下走一遍。
在计算机里,它只是一串被提出来的可能。这时候,谈不上账户。它在理念界,还没有落到实处。
表达出来以后,它在管里。有了形状,有了效果,可以被测量。它走进了现实界。可是它没有分裂,没有下一代,没有哪一道口把它的后代记到谁名下。有效果,没有账户。
假如有一天,某个团队把它放进一条长期培养的菌线里,而且这条线之所以被一代一代保留下来,正是因为这个蛋白的效果,那么情形就变了。那时,这条线有了账户,蛋白的效果被记在了这个名下。
要留意,这里写的是条件,不是步骤。本书不写怎样去做,只写:账户从什么时候才开始。
所以,「有效果」和「有账户」,是隔着一道口的。这一道口,就是下一章的主角。
有些生物,让「身体」和「账户」分得很开。
美国犹他州有一片颤杨林,叫潘多(Pando)。一眼看过去,是成千上万棵树。可是树干下面,据说连着同一套根,所有树干的遗传信息一样,被认作同一个克隆。通常引用的数字,是约四万七千根树干,占地约四十多公顷〔待核〕。
俄勒冈州一片森林里的蜜环菌,更极端。据报告,一株蜜环菌的菌丝网,铺开了近一千公顷,年龄估计在数千年〔待核〕。
问这样的东西「有几个活着」,按教科书的清单,答不出来。树干死了一根,另一根又长出来,整片林子一直在。
按本书的读法,这里要数的,不是树干,是账户。看哪一条克隆线被一代代记在同一个名下,答案是一条。树干死掉,是账户里一个部件的更替。账户本身在持存,所以这条线是活着的。
反过来,如果两棵颤杨树干之间,根系早就断了,各自从种子长起来,那么它们是两个账户,哪怕站得再近。
这个对比,说明了定义里「落在现实界」的意思:账户是可以去查的。顺着根挖下去,看连不连,看基因是不是一样,答案就出来了。
那天陈老师没有再追问。她从抽屉里抽出一张作废的试卷,翻到背面,拿起铅笔。
「你把这管里的事,画给我看。」
阿远在纸的最上面画了一个点,是起点那个细胞。点下面分出两条线,每条线再分出两条。画到第五层,已经有三十二个端点。
「再往下呢?」陈老师问。
「再往下就画不下了。」
陈老师拿起橡皮,擦掉了其中大半的线,只留下几条从上贯到下的细线,别的都停在半路。
「你每转一次种,就是这样擦一次。」她说,「最后留在纸底的,是哪一条?」
阿远看着那张图。纸底上还留着几个端点,它们往上追,追到某个分叉,竟然汇到了同一条线上。
这张图,是谱系追踪读到的样子。管里现在所有的细胞,顺着往上追,经常汇到很少的几个祖先那里。这是随机的结果,没有谁比谁强,只是账在反复转种中一次一次被销,留下的,越来越集中在少数几条线上。
纸上每一个还连着底的端点,是一个仍在被记的账户。每一条停在半路的线,是一个已经关闭的账户。
「活着」和「死了」,在这张图上不是两种东西,是同一条线的两段:连着底的一段,和停下来的一段。
这个定义,不是凭空来的。它与两位前人最接近,要对一下账。
Pross:动态动力学稳定性。以色列化学家阿迪·普罗斯(Addy Pross)在 2012 年出版《生命是什么?》〔待核〕,提出:生命的本质,是一种特殊的稳定性。普通的化学物质,靠「热力学稳定性」持续存在:它们能量低,不容易变。生命不是这样。生命是一群会复制自己的分子,它们靠不断复制、不断被消耗,来维持整体的存在。这是一种「动态动力学稳定性」:稳定的不是某一个分子,而是整个过程。
这个说法,与本书的「活着是账户的持存」很接近:两者都认为,生命的稳定,是一种过程的稳定,不是物质的稳定。
为了看清这一点,借一个小算例。设想一群会复制的分子,每个分子每小时有一半会坏掉。只要它们每小时复制出来的,比坏掉的多,整个群体的数量就能稳住,甚至增长。
这时候,稳定的不是任何一个分子,它们一个个在坏。稳定的是「这一群在复制」这件事。普罗斯要说的,大致就是这个意思〔待核〕。
本书多出的,是一点:承载者由记账生成。Pross 的体系里,那个会复制的实体,是现成的,有稳定性的是它。本书的说法是:什么是「那个会复制的实体」,要看账怎么记。一个细胞团的细胞,各自都在复制,那么稳定的是细胞,还是细胞团?这要看后代记在谁的名下。
Godfrey-Smith:达尔文空间。第 12 章已经介绍过,他用几个坐标,描述一个种群离「典型的达尔文个体」有多远。其中,瓶颈是一个坐标。
本书多出的有两点:第一,瓶颈有持有者,是谁把后代压进了瓶颈、他得到了什么,可以追问;第二,瓶颈有下限,记账一致性低于一个下限,那一层就不成其为个体。这两点,在坐标式的描述里,没有位置。
举个对照。一个人从一个受精卵开始。这道瓶颈,是由上一代的生殖系持有的:卵来自母体里的那条线,精子来自父体里的那条线,送出来的人是谁,可以追。
盘基网柄菌聚拢的时候,情形就不同。聚拢的细胞是谁,没有哪一个亲代集体在送,是土壤里恰好相邻的那些。这里连瓶颈都谈不上,更没有持有者。
在坐标式的描述里,两种情形都可以被写成「瓶颈宽或窄」的一个值。可是谁在持有、持有者的账能不能追,坐标里没有位置。
有三种情形,最容易让这个定义被追问。本书把它们摆出来,逐个读一遍。
第一个:病毒。一颗病毒颗粒自己不分裂,也不代谢。新的病毒颗粒,是宿主细胞照着它带来的指令造出来的。
按本书的读法,这里的口在宿主那里:谁的细胞在造、造多少、哪些被释放,是宿主这道口在记。病毒算不算「活着」,生物学内部有不同意见,本书不在这里裁决。这里只示范问法:谁在记,记在谁名下。
第二个:工蜂和工蚁。多数工蜂一生不产后代。她们的身体在觅食、在守巢、在代谢,这些都是真的。
按本书的读法,被记账的是蜂群这条线,由蜂后那道口去写后代。这并不是说工蜂「不算活着」。本书说的「活着」,是一个关于演化账户的用法,不是对任何一个生命价值的评判。一只工蜂的一生,在日子里怎样,是另一本账的事,第 35 章回来。
第三个:休眠的种子。以色列马萨达遗址出土过约两千年前的海枣种子,后来有人让它发了芽〔待核〕。这两千年里,它在不在「被记账」?
这是定义的一个边角。本书的读法是:账户的持存,不等于身体在动。只要这条线,后来能被查回来、接得上,那么这一段休眠,可以算账户在,只是没有新的一笔入账。不过,种子库里有编号、有采集记录的种子,账一直开着;两千年前埋下的野外种子,账是事后补开的。这两种情形,本书把它们分开写,是否同样算「持存」,留作待验。
一个自然的疑问是:照这么说,骡子不能生育,工蜂不能生育,一个不育的人,岂不是都不算活着了?
不是。回答有三层。
第一,这句定义说的是演化上的账户,不是对任何人的评价。一个人在世上的分量,不由它判定。
第二,不育的个体,仍然是一个账户。骡子是一匹马和一头驴的后代,它的名字,是上一代那道口记上去的。它一生中,都在这条线上占着一个位置。它这一份不再往下分出新的户头,但在它活着的期间,这个账户是在被记着的。
第三,「期间」这个词,已经写进了定义里:活着,是被记账期间的持存。账户有开始,有结束。不育者的账户在它自己这里停下,这是演化账上的事实,并不改变这个个体在日子里的任何东西。
所以,被反对的其实是一个误读:把一个技术用法,当成了一句评价。本书不拿这个定义,去裁判谁活着、谁不算。
还有一个反对,来自严格的人。
你说,一管里有几个账户,要看你问哪一道口。照这样,想数几个就有几个,岂不是随意。
不是。
口是生物的结构或做法,不是你的心情。细胞分裂的口,转种的口,实验室的编号,都是可以去查的。你换一道口,数出来的结果会变,可你换一个人去数同一道口,数出来的结果是一样的。
不同的口,给出不同的数,这并不矛盾。它们各自在回答一个问题。
真正需要回答的,是另一个问题:在你关心的这一层,到底是哪一道口在决定后代去哪里。这个问题没有现成的答案,要去查。第 18 章会给出一个办法:撤掉某道口,看那一层还回不回得去。
最后,要再强调一个边界,因为「个体」「活着」这些词,很容易被读成「有感觉」。
本书说的「活着」,只是一个账户在被记账期间的持存。它不包含任何关于感觉、意识、痛苦的断言。一个细菌是活着的,一个细胞团是一个个体,一株草莓是一个或几个个体,这些判断,都只涉及谱系,不涉及内心。
同样,有机体的自维持,是一种可以测的现象:一个细胞,能不能在饥饿里维持膜、维持能量。自维持是真的,能动是真的,可是自维持不等于意识。意识的问题,属于心理学卷,不在本书的范围。
这一章讲了不少例子。你不必记住它们,只要带走三个问题。
第一问:这里有几个账户?先别数身体,数线。哪些东西,顺着往上追,追到同一个起点?
第二问:谁在记?是细胞自己的分裂,是母体的生殖系,是宿主的制裁,是挑种子的人,还是一套流程?记账的那道口,是可以指出来的。
第三问:记了多久?账户从哪一刻开,到哪一刻关。这一段,就是这个账户的「活着」。
三个问题,没有一个需要你去猜谁在想什么。它们问的是线、口和期间,都可以去查。
那天晚上,陈老师送阿远下楼,路上遇到邻居抱着一盆吊兰。
「陈老师,您这盆兰草,是不是当年我送的那一盆分出来的?」
陈老师说:「是,那一盆分出来的第三代了。」
阿远在旁边听着,忽然觉得这个对话,就是本章要说的东西。吊兰一年年抽出匍匐茎,长出小苗,邻居分了一株给陈老师,陈老师又分了一株回去。三代人,三个阳台,一条没断过的线。
「老师,」他说,「这盆兰草的『活着』,是哪一盆的?」
陈老师笑了:「是这条线的。」
你也可以试试。数一数家里的一株植物,一只宠物,一个传下来的东西,问一句:它是哪一条线上的?这条线,是谁在记?
活着,就是一个账户还在被记账。
拆了什么:拆了「活着是一块肉的属性」的看法;一管菌液里,细菌有账户、蛋白没有账户。
立了什么:立了新属性定义,并用三问(哪一头显、哪一维动、落在哪一界)读了一遍;和 Pross、Godfrey-Smith 对了账。
你一定有过这样的时刻:一件事做成了,功劳却落到了你没想到的人头上,而你当时还觉得,这好像也说得过去。
陈老师年轻的时候,带学生种过一块试验田。那年秋天丰收,亩产比往年高出一大截,县里很高兴,专门开了表彰会。奖状发下来,抬头写的是学校的名字。
回到教室,一个学生举手:「老师,那块地是我们种的。」
陈老师说:「是。」
「那奖状怎么是学校的?」
陈老师没有马上答。她看着那张奖状,想了很久,才说:「因为发奖的人,是按学校来记的。」
学生说:「那要是按班来记呢?」
「那就是班的。」
「要是按人来记呢?」
陈老师笑了:「那就要发好几十张奖状了。」
她当时觉得这是一件小事。多年以后她才意识到,这是一件很大的事:同一块丰收的地,可以有很多种记法,每一种记法,都会决定谁是赢家。
这一章,就从这个「记法」讲起。这是全书的母题章。
先从达尔文说起。
教科书讲达尔文的自然选择,讲的是两件事:变异与选择。一个种群里,个体之间有变异;有的变异让个体留下更多的后代,这些变异就被选择留下来。
后来的教科书又加上遗传,说成三个条件:变异,适应度差异,遗传。1970 年,美国生物学家列万廷(Richard Lewontin)在一篇讨论选择单位的论文里,把这三个条件写得很清楚〔待核〕:只要一个体系里,有性状的变异,不同性状的适应度有差异,并且这种适应度差异是可遗传的,自然选择就会发生。这个说法非常有名,被称为演化的「三条件」。
本书要先还它一个公道:这三个条件,是整个演化理论的骨架,到今天仍然是对的。后面讲的任何东西,都不推翻它们。
还要说出它完全成立的条件:凡是「单位已经定好」的地方,这三个条件就够用了,不需要再加第三件事。
长期培养的瓶子就是这样的地方。瓶子里,一个细胞就是一个户,分裂出来的两个,算谁的从来不用问。变异,适应度差异,遗传,三样齐了,选择就在走。三十多年下来,这套骨架没有出过错。
本书要补的那一件,只在「单位本身要不要定」的地方才露面。
本书想补的,是另一个东西。
读这三个条件的时候,请留意其中的「适应度差异」。适应度差异,是说有的类型留下的后代多,有的少。那么「后代」是谁的后代?是这个类型的,这个个体的,这个群体的?每一个条件,都默认有一个明确的单位,在那里被数。但这个单位,从哪里来?
本书的判断是:达尔文过程,不是两件事(变异、选择),而是三件(变异、选择、记功)。
达尔文过程不是两件事(变异、选择),而是三件(变异、选择、记功)。
变异,提供可选的东西。选择,决定有多少。记功,决定这些算谁的。
这第三件事,一直在发生,只是一直被当成了背景。它之所以不被注意,是因为在大多数日常例子里,它太稳定了、太自然了。一头鹿生一头小鹿,谁的孩子,从来不用问。
读到这里,你很可能会想:第三件事,不就是遗传吗?
不是。这一点要说得非常清楚。
遗传讲的是后代像不像。记功讲的是后代算谁的。
两件事可以分开。举一个例子。
一棵苹果树,品种叫「红富士」。农人想要更多的红富士,办法是嫁接:从母树上剪一段枝条,接到另一棵砧木上。接上去的这一段,长出来的整棵树,在遗传上和母树一模一样,因为它就是母树的一段。遗传,是百分之百的。
不过,这棵新树,算谁的?算母树的「孩子」,还是母树的「一部分」,还是一个叫「红富士」的品种的又一株?果农不会这样问,他的账本上写的是「红富士,某年某月嫁接,某号地块」。这个「品种名」,是一个人记的户名。
再看一个相反的例子。一只杜鹃,把蛋下在另一种鸟的巢里。杜鹃的雏鸟,和养它的那对鸟,在遗传上毫无关系,长得也完全不像。不过,养它的那对鸟,却把全部的精力,花在了这只雏鸟身上。从「谁的繁殖投入」来看,这些投入,被记到了这只杜鹃的谱系上,没有被记到养它的那对鸟的谱系上。
这两个例子,一个是遗传完美、户名靠人记;一个是遗传完全无关、户名靠巢记。两件事,是可以分开的。
所以,本书说的第三件事,不是遗传。它是遗传之外的另一个东西:决定后代记到谁名下的那道结构。
前面的嫁接和杜鹃,是两个很干净的例子。再看几个,你会发现,户名和遗传分开,其实一直在发生。
牛的胚胎移植。一头优良的母牛,受精后,早期胚胎可以被取出来,放进另一头母牛的子宫里长大、出生。小牛的遗传,来自提供胚胎的那一头,怀胎的那一头,一个基因也没给。
那么,在牛群的登记簿上,这头小牛的母亲,写的是谁?不少品种协会的做法,是写遗传上的那一头,同时要求注明是移植所生〔待核〕。怀它的那一头,在登记簿里只是一栏备注。
这就是一道口:登记簿,在决定户名。它没改变遗传一个字。
克隆羊多莉。1996 年出生的多莉,是用一只成年母羊的乳腺细胞核,放进另一只母羊去掉了核的卵细胞里,再由第三只母羊怀胎生下的〔待核〕。三只母羊都和它有关,不过多莉细胞核里的遗传,几乎就是第一只母羊的复制品。
多莉有几个「母亲」?看你问的是哪一道口:问遗传,是提供细胞核的那一只;问怀胎,是第三只;问卵细胞,是第二只。三种数法都有人用,各回答各的问题。
这几个例子有一个共同点:遗传没变,可是「这一份算谁的」,只要换一本账,就换一个答案。而且,换账以后,实验室里的谱系追踪、牧场里的育种计划,都跟着变。
这就是为什么,本书把它当成第三件事,而不是遗传的一个脚注。
本书把决定「这一份后代、这一个效果算在谁名下」的那道结构或做法,叫作记功口。下面是本书对它的定义,请逐字读一遍:
记功口:决定「这一份后代、这一个效果算在谁名下」的生物结构或做法——单细胞瓶颈、生殖系隔离、繁殖体释放、宿主对共生菌的制裁、配偶选择、育种者、AI 设计流程。它不决定多少,只决定户名。个体不是被选择的单位,而是被记功的单位;适应度不是承载者的属性,而是记功口记下的一笔;功能不由来历定,由记账定。
定义里列了七种。下面一种一种说,每一种,都用一个例子。
一,单细胞瓶颈。一个多细胞生物,每一代都从一个受精卵开始。这个受精卵,就是一个瓶颈:所有成体的细胞,都是这一个细胞的后代。这样,整个身体的所有细胞,都被记在同一个名下。
二,生殖系隔离。身体里的细胞分成两类:一类是体细胞,另一类是生殖细胞。只有生殖细胞的后代,能够传到下一代。这样,下一代的「户名」,只记给生殖系那一条线。
三,繁殖体释放。一些生物,把一部分身体,以小的颗粒释放出去,去长成新的个体:地衣的粉芽,苔藓的芽胞,一些藻类的繁殖团块。释放的是什么,释放的是不是整个集体的一小段,决定了新一代记在哪一个名下。
四,宿主对共生菌的制裁。第 3 章说过的豆科植物,对不肯固氮的根瘤菌减少供氧,使它们的繁殖下降。这里,宿主在决定:哪些共生者的后代,能够继续记在这个共生关系的账上。
五,配偶选择。第 11 章说过的孔雀。雌性挑哪一只雄性,下一代就记在那一只名下。
六,育种者。农人留种,育种者挑犬。他挑了谁,下一代的家畜、家犬,就记在谁的谱系上。
七,AI 设计流程。一套流程,提出成千上万个候选,再排序,再把前十个送去实验。哪些候选进入哪条谱系,由这套流程决定。这一种,是第四编的主角。
这七道口,看上去不一样,一个是细胞的结构,一个是生殖的安排,一个是共生的惩罚,一个是动物的偏好,一个是人的选择,一个是机器的流程。
它们有一个共同点:每一道口,都在回答同一个问题:这一份后代,记到谁名下?
七道口放在一起,看上去杂。不过你可以对每一道,问同样三句话:谁持有?持有者对结果有没有利害?撤掉它,下一代的户名会怎样变?
先看第一问和第二问的初步归类。这是本书的初步看法,归得对不对,要到实验里去核。
| 记功口 | 谁持有 | 持有者的利害 |
|---|---|---|
| 单细胞瓶颈 | 亲代的繁殖方式 | 无利害的筛 |
| 生殖系隔离 | 发育的程序 | 无利害的筛 |
| 繁殖体释放 | 亲代集体 | 无利害的筛 |
| 宿主对共生菌的制裁 | 宿主植株 | 有利害的守门者 |
| 配偶选择 | 挑选的一方 | 有利害的守门者 |
| 育种者 | 人 | 有利害的守门者 |
| AI 设计流程 | 一套流程 | 无利害而能提出候选的设计者 |
第三问最有用。撤掉单细胞瓶颈,新一代的创始细胞就会变杂。撤掉宿主的制裁,不肯固氮的共生者往往会多留后代。撤掉育种者,家畜的谱系往往会向野外的方向漂回去。
撤掉以后变不变、变多快,就是第三个量,回弹系数,要测的东西。七道口不是七个比喻,是七个能被问到同一件事的结构。
「记功口」不能只是一个比喻。本书给出三个量,每一个都可以去测。
第一个量:记账一致性。
定义:子代集体的创始细胞,来自同一个亲代集体的比例,逐代测。
举例。一个细胞团繁殖时,如果每一个新团,都是由一个细胞长成的,而这个细胞来自某一个老团,那么记账一致性就是百分之百。如果新团是由一堆细胞聚拢而成,这堆细胞来自三个不同的老团,各占三分之一,那么记账一致性就低得多。
怎么测?用谱系追踪:给每个创始细胞做标记,逐代记下它来自哪个老团。
第二个量:持有者的利害。
定义:握着记功口的一方,对结果有没有利害。本书分三类。
怎么测?看持有者的挑选,跟他自己的目标有没有关系,撤换持有者后,结果有什么变化。
为什么要把持有者分成这三类?因为三类对谱系的作用不一样。
无利害的筛,只放过一部分。它挑得再严,也只是削掉一些,不往谱系里添东西,也不自己改口味。
有利害的守门者,会带着目标挑。同一窝猎犬,交给打猎的人,他留下鼻子灵、跑得快的;交给办犬展的人,他留下毛色漂亮、站姿好看的。几代以后,两群狗会不一样。守门者的目标,写进了谱系里。
无利害而能提出候选的,是第三种。它自己没有想要,却能提出成千上万个候选。这样的持有者,以前没有过。挑的人有利害,提的东西没有,两件事第一次分在了两处。这件事,第四编要用整整几章来讲。
第三个量:回弹系数。
定义:撤掉外加的记功口之后,集体层的某个读数,退回到撤之前水平的程度。用 0 到 1 表示:0 是完全不回弹,1 是完全退回去。
举例。一个细胞团,在实验者的人为干预下(比如每一代只挑单个细胞去繁殖),保持着集体层的合作。如果撤掉这个干预,团里的细胞又开始各自为政,合作崩了,回弹系数就接近 1;如果撤掉之后,合作依然稳定,回弹系数接近 0。
这三个量,把记功口,从一个说法,变成了一件可以测的事。
前面三个量,只给了定义。现在拿一个能用笔算的小例子,把它们走一遍。
先算记账一致性。
陈老师每年春天分豆种。秋天,各个班收豆荚,豆荚来自哪个班的试验畦,有记录。春天,她把种子分到新一年的各个畦里,每畦十粒。
设有四个新畦:
怎样算?这里取一种约定:每个新畦,找出提供种子最多的那个亲本班,看它占几成。
第一畦是 1.0,第二畦是 1.0,第三畦是 0.6,第四畦是 0.4。四个数取平均,得 0.75。
这一年的记账一致性,就是 0.75。明年再算一遍,后年再算一遍,得到的是一条逐代的曲线。
要说明:这只是一种约定。也可以不取最大的那一份,改看份额分得散不散。用哪一种,要在做之前写下来,写下以后不许换。
把豆种换成细胞,把班换成老细胞团,把畦换成新细胞团,数字不变,算法不变。这就是第一个量在实验室里的样子。
再算回弹系数。
设一群细胞团,在实验者每代只挑单个细胞做创始的时候,保持合作的团占九成。没有这道外加的口时,基线只有两成。
现在撤掉外加的口,再养二十代。
如果撤后合作的团还占八成五,说明基本没有退回去。回弹系数,取「有口时的读数,减去撤后的读数,除以有口时的读数,减去基线」,是 0.05 除以 0.7,约 0.07。几乎不回弹。
如果撤后降到三成,那么是 0.6 除以 0.7,约 0.86。大部分退回去了。
这也是一种约定,不是唯一的算法。重要的是两件事:算法在试验前登记,基线要测。
笔算下来,你会发现,这两个量没有任何一步需要「感觉这是不是一个个体」。它们只要你记数。
至于持有者的利害,不用算,要观察。撤换持有者,看他的挑选和他的目标有没有关系。一条河筛种子,换一条河,筛法照旧。换一个育种者,筛法就变。换一套流程呢?这是第四编要问的。
有了这三个量,可以讲全书最关键的一个命题了。
在习惯的说法里,先有个体,个体有了适应度,然后才有选择。本书的说法是倒过来的:
先有关口,把后代记到集体名下;集体层的可遗传变异随后出现;适应度脱钩更后;分工不是前提,是之后的读数。
这就是「记功先于个体」。
为什么这个次序要紧?因为它决定了一个过程的因果方向。习惯的说法里,细胞先分了工,一部分管生殖,一部分管身体,然后集体才成了一个整体,才有集体层的适应度。分工是原因,个体是结果。
本书的说法里,是反过来的:先有那道把后代记到同一个名下的关口,哪怕这时候细胞之间还没有任何分工。关口一立,集体层的差异,开始能够遗传下去。接着,集体的适应度,与里面细胞的适应度,慢慢脱钩。最后,分工才出现,因为这时候,一个细胞为了集体放弃自己的繁殖,才变得「划算」。
这是一个可以检验的次序。它跟前人的路线,在同一个情形下,会给出不同的预测。
这个次序,在自然界里有没有留下过线索?有一条常被拿来讲的路,是从衣藻到团藻的一串生物〔待核〕。
最简单的一端,是单细胞的衣藻。往上,是几个、几十个细胞抱成一团的种类。再往上,是团藻(Volvox):成千上万个细胞排成一个空心的球,球里只有少数几个细胞负责生殖,其余的负责游动。分工,在这一端最彻底。
这一串生物,常被摆成一个梯子,用来讲多细胞化是怎样一步步走上去的。
本书对这个梯子的看法是:它列出了「现在的样子」,至于哪一步在先、哪一步在后,梯子本身不会说。到底是先有分工、才有集体的账户,还是先有集体的账户、分工随后才出现,只有把一致性单独改一改,才能分出来。第 37 章的试验,问的就是这一点。
说「先」「后」,最怕的是事后挑时间。所以这四件事,各用各的测法,互相独立。
记账一致性,用谱系追踪,前面已经算过。
集体层的可遗传变异,看的是子团像不像亲团,而且是细胞层的差别解释不了的那一部分。如果子团像亲团,只是因为里面的细胞像,那只是细胞层的遗传;多出来的这一部分,才算集体层的。
脱钩,看的是集体的适应度,和它里面细胞平均的适应度,是不是不再同升同降。
分工,看的是团里有没有稳定分开的细胞类型,一部分负责繁殖,一部分不负责。
四件事用的是四种测法,没有一种需要借另一种的结果。这样,谁先谁后,才不是同一把尺量出来的。
还有一件事,必须在做之前写下来:容差窗。两件事出现的时间,如果相差不到事先规定的这个窗口,就算同时,不算先后。窗口多大,由试验前登记决定,之后不许改。
第 37 章会把这几件事写成可以执行的设计。这里只要你记住:「先记功」是一个有刻度的说法,不是一句口号。
设想这样一个实验。
起点:一个克隆的细胞系,所有细胞基因相同。没有生殖分工。所有组别的选择压力相同。
只改一件事:记账一致性。分成三组:
三组之间,除了这一点,其余完全一样。
然后看三件事:集体层的可遗传变异什么时候出现;适应度脱钩什么时候出现;分工若出现,在什么时候。
不同的理论,会有不同的预测。按其框架推下去:
Michod 的路线预测,没有生殖分工,就没有集体层的脱钩〔待核〕。
Okasha 的框架预测,集体层的响应,随记账一致性连续变化〔待核〕。
本书预测:高一致性组,先出现集体层的可遗传变异,再出现脱钩;分工若出现,也在其后;而且集体层的响应,在记账一致性上有阈值。
请注意这个预测的几个特点。第一,它和前面两家,在同一个情形下,给出不同的结论,所以是可以区分的。第二,它有一个次序(先可遗传变异、再脱钩、再分工),这个次序,可以逐代去查。第三,它说有阈值,不是连续变化,这一点,也可以通过多个一致性水平的实验去检验。
如果实验结果不是这样,本书要撤回或收窄。具体撤回什么、收窄成什么,第 37 章逐条写。
对手一侧的写法,请再留意一次:这里写的是「按其框架推下去」,并保留〔待核〕。本书没有替他们设预测,也不会用没有核对过的原文去反驳他们。
一个说法,要写明它自己可能错在哪里。关于这一章,有三个常见的反对,它们都值得回答。
反对一:记功口,不过是选择换了个名字。
回答:不是。选择决定的是「多少」,它的结果是一个计数。记功口决定的是「算谁的」,它的结果是一个户名。两者可以分开。长期培养的瓶子里,选择天天发生,户名从来不变;牛的胚胎移植里,选择没有变化,户名换了一栏。
这个回答,是可以被检验的:同样的选择压力,只改记法,看结果变不变。如果结果完全不变,这一章的母题就该撤回。
反对二:户名由观察者说了算,不是生物学的事。
有一类讲法认为,把适应度算在细胞这一层还是集体那一层,是一种算法的选择,取决于看的人想怎样描述〔待核〕。第 12 章介绍过奥卡沙(Samir Okasha)的两种多层选择,就是这个方向。
本书的回答是:在有些体系里,这确实只是算法。不过,在另一些体系里,是生物自己的结构在做这个选择:瓶颈把后代送到哪里,生殖系把哪些细胞留下,都不依赖观察者。你可以去追,追出来的结果,不会因为你换了一副眼镜而改变。
这就是为什么,本书要给「持有者」找一个位置:它让算法有了落点。
反对三:七道口放在一起,太杂了。
回答:它们杂,是因为它们本来就杂。本书没有说它们是一类东西,只说它们回答同一个问题。能不能放在一起,不看它们像不像,看三个量能不能对每一道口都测。
如果有一道口,三个量里有两个测不出来,那它就应当从名单里拿出去。名单不是封闭的。
现在,可以回头收几处伏笔了。
第 9 章留了一处:户名由什么做出来?现在可以回答:由记功口做出来,七道口里的一道或几道。
第 11 章留了一处:配偶选择也是一道记功口。现在可以回答:它是七道口之一,持有者是挑选的一方,有利害。
第 1 章留的那一处,要到第 23 章才收。
后来,陈老师把那张旧奖状找出来,挂在了书房的墙上。
阿远去看她,看到那张奖状,念出上面的字:「某某县中学……」
「就是它,」陈老师说,「当年发给学校的。」
「可是那块地是你们种的。」
「是我们种的,」陈老师说,「可是记上去的,是学校。你看,『功』这个字,还要有人来『记』。」
阿远在书房里站了一会儿,说:「老师,我明白了,一个东西有用,是一件事;它被记在谁名下,是另一件事。」
陈老师忽然补了一句:「你们实验室那个蛋白,是不是也该有这样一张奖状?」
阿远没接话。他想起来,他们论文的作者栏里,写的是五个人的名字,没有一个是那个蛋白的。
「它有用,」陈老师说,「可是奖状上没有它的名字。」
这句话,一半是玩笑。另一半,是下一章要讲的东西。
陈老师点点头:「这就是选择和记功的区别。」
你也可以试试。下次你看到一张奖状、一个署名、一份工资单、一条家谱,问一句:这上面的名字,是谁写的?如果换一个人来写,名字会不会不同?
选择决定有多少,记功口决定算谁的。
拆了什么:拆了「达尔文过程只有两件事」的说法;变异、选择之外,还有第三件——记功。并分清了记功和遗传:遗传讲后代像不像,记功讲后代算谁的。
立了什么:立了记功口的定义、七道记功口、三个能测的量,以及「先记功,后个体」的次序和本书的主分歧预测。
你一定有过这样的时刻:一件事,分的时候很容易,想合回去,却发现再也合不回去了。
阿远小时候,他家和两个叔叔家住在一个老院子里。院子里原来是一户:爷爷奶奶当家,三个儿子,一口锅吃饭,一本户口。爷爷过世以后,三兄弟商量着分了家,各立了户口本,各自做饭,各过各的日子。
最初几年,分得并不彻底。逢年过节,还是在老院子里一起吃饭;谁家有事,另外两家就过来帮忙。
可是时间一长,各家的作息、口味、花销,一点一点地走远了。孩子们在不同的学校读书,说话的口音都开始不一样。
有一年,奶奶说:「要不,还是合回来吧?」
三兄弟互相看了看,谁也没有接话。不是不愿意,是合不回去了。三家的账,已经各是各的了。
这件事,阿远后来想了很多年。他意识到,「分家」这个动作,起初是可以反悔的,一个字就能改回来;可是分了十几年以后,即使把那一个字撤掉,也已经回不去了。
这一章要讲的,就是这样一个「回不去的点」,在生物学里的样子。
本书的母题里,有一个关键的判断:
一致性下限:记账一致性低于下限,那一层不成其为个体;越过下限足够多代,撤掉记功口也不回弹——这是个体性的判据,不是「关口被内化」。
这句话有两层意思。
第一层:下限。记账一致性,是指新一代集体的创始细胞,来自同一个亲代集体的比例。本书说,这个比例有一个下限。低于下限,那一层就不成其为个体。
想一想。如果每一个新细胞团,都是来自十几个不同老团的细胞混在一起,那么,没有哪一个老团,能说「这个新团是我的后代」。集体这一层,没有谱系。没有谱系,集体就没有自己的适应度,选择只能作用在细胞那一层。这时候,说「这个细胞团是一个个体」,是没有根据的。
第二层:回弹。如果记账一致性高于下限,并且这样的情形持续了足够多的代数,那么,即使把外加的记功口撤掉,集体层的性状也不会退回去。这叫不回弹。
打个比方。一根弹簧,你把它拉长,一松手就缩回去,这是回弹。但如果拉得太久、拉得太远,超过了弹性限度,松手以后它就不会再缩回原来的长度了。集体层的个体性,有点像那根被拉过限度的弹簧。
为什么说这个是「个体性的判据」?因为它回答了一个很实际的问题:怎么判断一个集体,是不是真的成了一个个体,还是只是被外面的什么东西撑着?
回答是:把撑着的东西撤掉。如果它马上散架,它不是个体,只是被撑着的一堆;如果它撤掉以后还站着,而且站了很多代,它就是个体了。
这个判据,是可以测的。它不依赖于「我觉得这是个整体」,不依赖于集体看上去是不是整齐、分工是不是精细。它只问一个问题:撤掉之后,回不回弹。
这里的「回弹」,可以用第 17 章算过的办法写成一个数。同样一群细胞团,撤口之后合作的比例几乎不变,回弹系数约 0.07;撤口之后合作大半退掉,回弹系数约 0.86。两个数放在一起,哪一个更像一个个体,不用靠感觉。
有一个自然界里的例子,可以让你看到:缺了这样的关口,会是什么样子。
盘基网柄菌食物耗尽时,成千上万个细胞聚拢,一部分变成孢子,一部分变成柄,去支撑孢子。变成柄的,没有后代。
2000 年前后,斯特拉斯曼(Joan Strassmann)、朱(Yong Zhu)和奎勒(David Queller)报告,把不同品系的盘基网柄菌混在一起时,有的品系会占便宜:它们在孢子里的占比,超过了在细胞总数里的占比〔待核〕。占便宜的细胞,把当柄的活儿留给了别人。
这是一个现成的「撤关口」:这种生物没有单细胞瓶颈,聚拢的细胞来自四面八方。结果,集体的合作,每一次都要重新对付作弊者,从来没有稳到可以不管的地步。
对本书来说,这是一个提示:低一致性的集体,合作不稳。至于它离「下限」有多远,要靠逐代测,不能靠一个故事。
关于这个问题,前人其实有一个流传很广的说法,需要正面对账。
2020 年,布莱克、布拉和雷尼的论文提出了「生态脚手架」的概念〔待核〕。他们的意思是:在个体性刚出现的时候,集体需要外在的条件帮忙。比如,一个周期性的环境变化,每过一段时间,把细胞团打散成很小的片,使得下一轮的细胞团,都是从很少的细胞开始长起来的。这个外在的条件,就像盖房子时的脚手架,撑着一个还没有站稳的结构。
随着时间推移,他们设想,集体自己演化出了相应的机制,内在地做同样的事。脚手架可以撤掉,因为它的功能已经被「内化」了。
本书要还它一个公道:这是目前对个体性起源最清楚的一个说法之一。它抓住了一个要紧的事实:集体的个体性,开始的时候,常常依赖外部条件。脚手架这个比喻,非常好。
但本书想在判据上提出一个不同。
「内化」,是一个机制的说法:关口从外面搬进了里面。它预设了一件事:要有一个内在的东西,替代外在的关口。如果你要说一个集体已经是个体,就得先找到那个内在的东西。
为了公平,要说出这个说法完全成立的条件。
如果一个集体,演化出了一套看得见的内部做法,比如发育过程里专门有一步,把后代压回到少数几个细胞,那么说「关口被内化了」,既准确,也有用。它告诉你:外面撤了脚手架,里面有一套做法接上了。
在这样的体系里,布莱克、布拉和雷尼的说法,和本书的判据,给出的是同一个预测:撤掉外加的口,不回弹。
两个说法会分开的地方,只有一处:当你撤掉了外加的口,集体没有回弹,却还没有找到任何内部的做法。这时候,「内化」说要先找到机制,才肯下结论。本书的判据说,可以先下结论,机制留待后面去找。
这两种态度,各有各的用处。做实验的人想知道的是「它到底成没成」,先下判据,有好处。做机制研究的人想知道的是「它是怎么成的」,找机制,是他的本行。
本书的判据,不依赖机制,依赖测量结果:越过下限、持续足够多代,撤掉关口后,不回弹。至于是通过什么内在的机制做到不回弹的,可以有很多种可能,其中包括「内化」,也包括别的。
这个区别,看上去很小,但意义很大。因为它把个体性,从「找到那个机制」,变成了「做一次撤关口的测试」。前者需要事先知道机制是什么,后者不需要。
此外,本书还有一个与脚手架说法不同的地方:脚手架可以撤掉之后又回来。如果一个集体,在撤掉关口后不回弹,也许是因为它内化了;也许是因为它已经越过了某个门槛。到底是哪一种,需要通过实验去分辨。本书把「不回弹」当作个体性的判据,而不是个体性的原因。
还有一个说法,离本书的判据也很近。奎勒和斯特拉斯曼 2009 年讨论「有机体性」时〔待核〕,提出一个集体像不像一个有机体,要看里面合作多不多、冲突多不多:合作高、冲突低,就更像。
本书要还它一个公道:合作和冲突,是可以量的,而且很实用。盘基网柄菌里作弊者出现,就是冲突的读数。
本书的判据,和它是相邻的两个问法。它问:现在这个集体里,合作与冲突怎样?本书的判据多问一步:把外面撑着的东西撤掉,合作与冲突,还保得住吗?前者看现状,后者看撤后。
前面一直说「外加的记功口」。它在实验室里,常见的有三种加法。
第一种,按性状筛。2012 年的雪花酵母实验,每天让培养管静置,只取沉到管底的那一部分继续养。沉得快的大团块被留下,小的被丢掉〔待核〕。这里,口是「沉降速度」。
第二种,规定一个固定的生命周期。有的实验让细菌在液面上结成一层膜,膜长到一定程度,就被取出、打散,再接种下一轮〔待核〕。这里,口是实验者定的周期,团块怎样繁殖,是人规定的。
第三种,由环境提供压力。2019 年的衣藻实验,用一种会捕食衣藻的小动物作压力,单个的衣藻容易被吃,成团的更难被吃〔待核〕。这里,口是捕食者,它把某些形状的衣藻漏过去,另一些吃掉。
三种口,加法不同,持有者也不同:第一种是一个物理量,第二种是实验者,第三种是另一种生物。
所以,「撤掉外加的口」到底撤的是什么,要事先写明。撤沉降选择,撤周期,还是撤掉捕食者?撤法不同,读出来的回弹也不一定可比。第 37 章为此要多费几页。
读到这里,一个熟悉演化论的读者,会提出一个很自然的质疑。
记账一致性,就是创始细胞来自同一个亲代集体的比例。它和群体内部的亲缘度,不是几乎一回事吗?一个集体里的细胞,亲缘度越高,不是就越容易合作吗?这难道不是亲缘选择,换了个名字?
这个质疑很有力量,必须正面回答。
先还汉密尔顿一个公道:亲缘选择,解释了大量合作现象,到今天仍然成立。汉密尔顿法则说,帮助亲属的倾向,只要好处乘以亲缘度大于代价,就会被选择留下来。无论是蜜蜂,是蚂蚁,还是细胞团,亲缘度高,合作就容易。
为了让这个公道有重量,算一笔账。
举个例子。你帮一个亲兄弟,亲缘度是二分之一。你付出的代价是一个后代的机会,记为 1。对方因此多留下三个后代,好处是 3。二分之一乘以 3 是 1.5,大于 1,这个帮助的倾向就会被选择留下。
这本账,算的是「帮助的得失」。
记账一致性这本账,算的是另一件事:后代的户名。两本账用的是同一批细胞,问的是两个问题。第一本问:这个细胞为什么肯帮别的细胞?第二本问:这一团细胞的后代,算在哪一个集体的名下?
在大多数自然情形里,记账一致性和亲缘度,确实高度相关。一个由单个细胞长成的细胞团,里面的细胞亲缘度很高(接近克隆);一个由多个来源混合而成的细胞团,里面的细胞亲缘度通常较低。所以在自然界里,两者经常是一起变的。
可是,两者不是同一个量。有一些情形,它们可以分开。
情形一:克隆起始的混合创始。
设想一个实验。所有的细胞,基因完全相同(克隆)。那么,任意两个细胞之间的亲缘度,都是最高值:它们没有任何基因上的差别。
现在做两种安排。
安排甲:每一个新细胞团,都由一个细胞长成,这个细胞来自某一个老团。
安排乙:每一个新细胞团,由许多细胞聚拢而成,这些细胞来自许多不同的老团。
两种安排里,细胞基因都相同,细胞之间的亲缘度完全一样(都是最高)。不过,记账一致性不同:甲是百分之百(创始细胞来自同一个老团),乙很低(创始细胞来自许多不同的老团)。
这时候,汉密尔顿法则里的亲缘度,在甲和乙里是一样的,所以它预测:两种安排里,合作的倾向应当没有差别。本书的预测不同:甲里,集体层的可遗传变异会出现,个体性会形成;乙里,集体层的差异每一代都被打散,没有集体谱系,个体性难以形成。
这是一个可以区分的预测。
两个量,怎样分别测?
亲缘度,用基因组测序:测集体里细胞之间的遗传相似度。
记账一致性,用谱系追踪:给创始细胞做标记,逐代记下它来自哪个老团。
两个量,用两种不同的手段,分别测,分别报告。第 37 章的判决性试验里,就是这样设计的。
情形二:一个反过来的情形。
上面是亲缘度相同、记账一致性不同。反过来的情形,也有。
普通狨猴常生双胞胎。两个胚胎的胎盘血管会连通,血细胞互相混入,结果每只狨猴的血液里,有两套遗传不同的细胞〔待核〕。这两套细胞之间,亲缘度只有二分之一,不是克隆。
可是,两个胚胎,来自同一个母体。按本书的读法,它们的创始来源,是同一个亲代,记账一致性很高。
亲缘度低,记账一致性高。这个例子要留意,它的细节,血细胞混入到什么程度,是否也包括生殖系,文献里有不同的报告,需要核对〔待核〕。这里只拿它说明,两个量在逻辑上,不是一回事。
情形三:两个量一起动,没法分开的地方。
也要老实说,在很多体系里,两个量一起动,实验分不开。
盘基网柄菌就是这样。聚拢的细胞,亲缘度往往不高,来源也杂。野外取的子实体里,常发现同时有几种遗传型〔待核〕。在这里,亲缘度低,记账一致性也低,两者同升同降。它是一个有趣的现象,却不能用来区分两个量。
所以第 37 章的设计,主体用的是衣藻,盘基网柄菌只作低一致性的自然对照。衣藻是克隆,亲缘度可以固定住,记账一致性可以人为调。
分开的办法,说到底,是固定一个,变动另一个。
如果找不到让两者分开的实验呢?
那就要退一步,把话说窄一点:记账一致性,是亲缘度之外、可以单独操纵的一个因子。哪怕在某些体系里,两者实在分不开,本书也不说亲缘选择错了,只说:这里多出了一个可以独立控制的量。这个退路,已经写进了第 37 章。
回到第 14 章的三条方程。第一条说:某一层的能动,在记账稳定到那一层时出现。第二条说:基因频率的翻转阈值,落在「记账一致性 × 持续代数」上。
现在可以用大白话,把这两条说得更具体一点。
想象一个坐标。横轴是记账一致性,从零到一;纵轴是持续的代数,从一代到许多代。把它们相乘,得到一个「累积的账」:账记得越一致、记得越久,累积越多。
本书的预测是:这个累积量,有一个阈值。没到阈值,集体层的性状还是由细胞层的力量决定的:细胞各自为政,集体是散的。越过阈值,翻转发生:集体层的力量成为主导,细胞开始为集体而行动。
这个翻转,不是一点一点、平滑地发生的,而是有一个拐点。拐点的位置,在不同的体系里不同,要通过实验去测,事先登记。
用生活里的话说:一个新组建的团队,起初每个人都在为自己打算;经过了足够多次的共同工作、每次都是同一批人,到了某一刻,团队「成了」一个团队,这时候,即使把外面逼着大家合作的条件撤掉,团队也不会散。这个「到了某一刻」,就是阈值。
阈值是不是真的存在,是一个可以被推翻的预测。如果实验里,集体层的响应是随着一致性平平地、线性地上升,没有拐点,那么本书的这一条就要收窄(第 37 章的致命条款其三)。
章题说,个体是显出来的。你可能会想:是不是说,个体本来就藏在那里,现在才被我们看见?
不是。
水在零度以下结成冰。在零度以上,你问「这里面有没有冰」,答案是没有。不是冰藏在水里,我们看不见,而是它那时候还没有。
过了某个点,冰才有。过了以后,它不依赖你怎么看。你闭上眼睛,它还是冰。
个体的显出来,有一点像这样:低于下限,那一层没有个体这回事,问「它是不是一个」,没有答案。越过下限、站稳了以后,才有「它是一个」这个事实,而且这个事实,不依赖谁去数。
要说明,这只是一个类比。冰是物理的相变,个体是谱系上的事,细节不同。本书借它,只为说明一件事:「显出来」,是从没有到有。
这就是为什么,这一章要看的不是「现在像不像一个」,而是「撤掉以后还在不在」。
讲了半天「下限」,你会问:它到底是多少?
本书的回答是:不知道,而且不打算猜一个数。
原因有两个。第一,下限很可能随体系不同而不同。一团衣藻的下限,和一团酵母的下限,不会是同一个数。第二,一个预先说好的数,反而会让试验变成「凑数」。
本书要的是一条曲线。横轴是记账一致性,一组一组地调,从低到高。纵轴是撤掉外加的口以后,回弹的系数。每个点,要有足够多的重复。
如果曲线是一条平滑的斜线,一致性每多一点,回弹就少一点,那么没有下限,这一章的核心要收窄。
如果曲线在某个位置,突然折下去,回弹从很大掉到接近零,那个位置,就是这个体系的下限。
这条曲线画出来之前,「下限」只是一个预言。画出来之后,它是一个读数。
一个判据,要写明自己怎么会错。这一章的核心,有三个地方可能出问题。
第一,不回弹,也许是别的原因。
集体撤了外加的口以后没有退回去,原因可能不是「它成了个体」。也许是它早已适应了实验室的环境,也许是培养液对这种团块天然有利。所以必须有对照:同一批材料,一部分继续留着外加的口,一部分撤掉;再用另一种环境重复。只有撤口那一组独自不回弹,才好说是个体性的作用。
第二,回弹可能很慢。
有些体系,撤口之后十几代都看不出变化,几十代以后,作弊者才慢慢长起来。如果只看十几代,会得出「不回弹」的结论,看得再久一点,又变了。所以,「足够多代」是多少,要在试验前登记,登记以后,也要多留一个观察期,看看有没有迟来的回弹。
第三,下限可能不是一个点,是一片区域。
在区域里,有的重复回弹,有的不回弹。这时候,应当如实报告比例,不要硬定一个数。
这三处,都已经写进了第 37 章的设计。写进去的意思是:如果结果不是这样,本书认账。
最后,要留一个伏笔,给第 37 章。
假设有一天,实验做出来了:越过了阈值,持续了足够多的代数,撤掉外加的记功口,集体层的性状还是回弹了,而且回弹系数显著大于零。
这时候该怎么办?
按本书事先写好的条款:撤回「不回弹即个体」与「个体是显出来的」的核心命题。这不是客气话,是预先登记的。
也就是说,这一章讲的所有东西,都押在一场尚未做的实验上。本书写到这里,要老老实实告诉读者:这是一个可以被推翻的命题。
陈老师年轻时,遇到过一件事。
有一年,县中学里有位老师调走,没有人接,两个小班合成了一个班。两边都是二十八个学生,原来各有各的班主任、各的值日表、各的圈子。
校方安排了一个办法:每周两次,座位打乱重排,两边的学生,一定要坐在一起。
头一个月,学生抱怨连连。不过到学期末,大家坐熟了,传话、借笔记、一起值日,两个圈子开始搅在一起。
第二个学期,这个安排被撤了,座位随便坐。
陈老师留意了几天。有的学生又坐回原来的堆里,有的没有。到了第二年,座位随便坐,几乎看不出原来分过两边。毕业那天拍合影,没有人记得哪一排是原来的哪个班。
她后来跟阿远说起这件事,只说了一句:「那学期要是没撤,也许后来就不一样。」
这是日子里的一个类比,不是证据。班级不是谱系,学生也不是细胞。可是它让你看到一件事:撤掉那个外加的安排,是回弹,还是不回弹,取决于它已经撑了多久,以及撑的时候,有没有真的把两边混成了一边。
这正是「一致性乘以代数」的日子版:混得多,撑得久,撤掉才站得住。
后来,阿远回老家,三家人聚在院子里吃年夜饭。
三张桌子拼在一起,三家人坐在一起,孩子们跑来跑去。奶奶坐在中间,看着满院子的人,笑着说:「看,这不是又合在一起了吗?」
大伯说:「妈,您别说了,一年就合这么一次。」
小叔说:「平时各家各户,谁还管谁。」
阿远在旁边听着,忽然意识到,这顿饭,是一道外加的口:过年的这个习俗,把三家人暂时拢在了一起。平时,这道口撤掉了,三家人立刻又各是各的。
「回弹系数,」他心里默默地想,「差不多是 1。」
他把这件事讲给陈老师听。陈老师笑了,说:「那你们家是没越过阈值。」
阿远说:「是,三家人不是一个个体。」
你也可以试试。看一个你熟悉的集体,一个家,一个小组,一支球队,想一想:把外面逼着它合在一起的条件撤掉,它还在不在?
个体不是先有的,是账记够了、拆也拆不回去的那一刻显出来的。
拆了什么:拆了「关口被内化」是个体性判据的说法,也拆了「记账一致性不过是亲缘度换个名字」的疑问。
立了什么:立了一致性下限与不回弹的个体性判据,并给出亲缘度相同而记账一致性不同的克隆混合创始,以及阈值的形状。
你一定有过这样的时刻:捡到一样东西,不知道它是干什么的,却一眼觉得它「应该」是干什么的。
陈老师有一天在阳台上,看着阿远发来的那张蛋白结构图,又问了一个问题。
「你那个蛋白,从来没有祖宗,」她说,「它的『功能』,是从哪一天开始的?」
阿远想了想:「从我们测出它能结合那个分子的那一天开始。」
「在那之前呢?」
「在那之前,它在计算机里。」
「在计算机里的时候,它有功能吗?」
阿远说:「它有结构,有结合的可能。」
「可能,」陈老师说,「还不是功能?」
阿远沉默了一会儿。他发现,自己在日常工作里天天说「这个蛋白的功能是什么」,可是被追问一句「功能是什么」,竟然答不上来。
这一章,就从这个追问开始。
先讲一个思想实验。
美国哲学家唐纳德·戴维森(Donald Davidson)在 1987 年的一篇文章里讲了一个故事〔待核〕。
一个人走在沼泽边,被一道雷劈死了。同一时间,另一道雷击中了沼泽里的一棵枯树,纯属偶然地,树里的分子重新组合,形成了一个和那个人一模一样的东西:每一个原子的位置都一样,身体、大脑、记忆的结构,都一样。这个东西站起来,走回那个人的家,开始过那个人的生活。
这就是「沼泽人」。
戴维森想问的是,这个沼泽人有没有思想,他的词有没有意思,他的「认出」朋友,算不算真的认出。戴维森的结论,大意是:沼泽人没有历史,所以他的词语,缺少一种使之有意义的来历。
在哲学里,这个思想实验被广泛借用,包括用在功能的问题上:沼泽人的心脏,有没有「泵血」的功能?它在泵血,但它没有来历:它不是一代代泵血的心脏的后代。
几十年里,沼泽人只是一个思想实验。因为在自然界里,没有这样的东西:一切有功用的结构,都有祖先。
现在,它落了地。
在它落地之前,其实有过两个半步。
第一步在 2003 年。美国的贝克(David Baker)组设计了一个叫 Top7 的蛋白,它的折叠方式,在天然蛋白里没有见过〔待核〕。这件事当时的意义,在于证明「形状可以被设计出来」。没有人说它有什么功能。它有形状,没有用处。
第二步在 2010 年前后。一支团队造出了一个细胞,基因组是人工合成后移进去的〔待核〕。它让「合成」这件事有了先例。不过那个细胞的壳子是现成的,有祖先,所以它不是沼泽人,只是换了遗传的老细胞。
2024 年的诺贝尔化学奖,一半给了蛋白质设计,一半给了结构预测。到了这个时候,「设计出自然界没有的、而且有用的蛋白」,已经是实验室里常做的事。
于是,才有了一个真正的沼泽人:有形状,有效果,没有祖先,没有任何一条谱系是它的来路。
阿远实验室里的那个蛋白,从来没有祖先。它由 AI 提出,在计算机里「折」出一个形状,再被细菌表达出来。它有效果(能结合一个分子),但它没有来历:不是任何一个蛋白的后代。它是第一批真实的沼泽人。
生物学和哲学里,关于「功能」是什么,有几种有影响的说法。每一种,都值得先还公道。
第一种:来历论。美国哲学家露丝·米利肯(Ruth Millikan)在 1984 年的《语言、思想与其他生物范畴》里〔待核〕,提出了功能的「来历论」(也叫病因论、选择论)。意思是:一个东西的功能,是它的祖先因为做了这件事而被选择留下来的那件事。心脏的功能是泵血,因为祖先的心脏,正是因为泵血,才让它们的拥有者留下了更多后代。
这个说法很有力量。它回答了一个关键的问题:功能和「碰巧产生的效果」有什么区别?心脏会发出「扑通扑通」的声音,但这不是它的功能,因为没有哪一代心脏,是因为发出声音而被选择的。
来历论还有一个更硬的长处:它能讲「出错」。
一颗天生有缺陷的心脏,泵不动血。来历论说,它的功能仍然是泵血。因为它的祖先正是因为泵血才被选中的,这颗心脏是这条线的一份子,它「应该」泵血,只是没做到。
这一点,只有来历论讲得干脆。角色论说,它现在泵不了血,所以它没有这个功能。来历论说,它有,只是坏了。
你在医院里听到「功能衰竭」「功能不全」,用的就是这种说法。
按来历论的说法,沼泽人的心脏没有功能:它没有祖先,没有被选择过。许多人觉得这个结论反直觉。可它是这套理论的自洽推论。
第二种:角色论。美国哲学家罗伯特·卡明斯(Robert Cummins)在 1975 年的「功能分析」一文里〔待核〕,提出了另一种说法:一个东西的功能,是它在一个更大的系统里所起的作用。你要解释一个系统怎样完成某个能力,就把它拆成几个部分,每个部分对这个能力的贡献,就是它的功能。心脏的功能是泵血,因为在循环系统里,它的作用是把血推出去。
这个说法的好处,是不必追溯历史。沼泽人的心脏,在沼泽人的身体里,同样泵血,所以有功能。它也适用于人造的东西:一个螺丝钉,一个蛋白,一个基因回路。
这个说法的难处,是太宽松:只要你定义了一个系统,选了一个能力,系统里的任何一个部分,都有「功能」。心脏的「扑通」声,在医生听诊这个系统里,也有功能。
还要说它完全成立的条件:当你要解释一个系统做成了某件事,角色论正好合适。
阿远每天在实验室里说的,大半是这种话:这一段是启动子,这个蛋白是切割用的,这个回路是用来产生荧光的。这是工程语言,也是生理学的语言。系统是人定的,能力是人选的,部分的贡献,是人拆出来的。在这种场合,角色论毫无问题。
它出问题的地方,只在你想把这个「功能」,当成这个东西自己的属性、跟着它走的时候。
第三种:组织论。莫西奥(Matteo Mossio)、萨伯里多(Cristian Saborido)和莫雷诺(Alvaro Moreno)在 2009 年提出了功能的「组织论」〔待核〕。意思是:一个东西的功能,是它对维持这个有机体自己的组织,所做的贡献。心脏的功能是泵血,因为泵血维持了身体的各个部分,包括心脏自己。
这个说法,与本书第 4 章的有机体派一脉相承,抓住了生物的一个要紧特点:功能是一种自我维持的贡献,它不是外面强加给东西的标签。
这个说法有一道门槛:只有处在「自己维持自己」的组织里的东西,才谈得上功能。莫西奥等人的意思大致是,一个部分要算有功能,它得是被整体造出来的约束,又反过来帮整体维持这些约束〔待核〕。一块掉进细胞里的沙粒,也许对细胞有点作用,但不是功能。
这里的自维持,说的是组织怎样闭合,不是感觉。自维持不等于意识。
这三种说法,各有各的长处。来历论回答了「为什么是这个功能」;角色论回答了「它在系统里做什么」;组织论回答了「它为谁而做」。
可是,三种说法,遇到阿远的蛋白,都会卡住。
来历论说:它没有祖先,没有功能。
角色论说:它在这个实验里结合了一个分子,有「功能」。不过这个「功能」,是由实验设计者指定的,换一个实验,就是另一个。
组织论说:它没有对任何自维持的组织做贡献,也没有功能。
三种说法,三种答案。这是一个有意思的现象:这个蛋白,把三种说法之间的分歧,一下子摆在了桌面上。
本书提出第四种。
功能不由来历定,由记账定。
意思是:一个东西的效果,只有被某一道记功口,记到某一条谱系名下,才成为这条谱系的功能。
这句话要慢慢读。
先看来历论。来历论说,功能要看祖先。本书说,看祖先,是因为祖先的账记过:祖先心脏的泵血,被记功口记到了那条谱系上,它的拥有者因此留下了后代。来历论是记账论的一个特殊情形:账是自然选择记的,记的是祖先。
再看角色论。角色论说,功能是它在系统里的贡献。本书说,贡献是真的,但要成为「功能」,还要有一个账户来承接这份贡献。没有账户,贡献只是一个效果。
再看组织论。组织论说,功能是对自维持组织的贡献。本书说,这很对,一个自维持的闭合,是一种账户;但账户不只是自维持的闭合,一个细胞团、一条品种、一条被育种者记着的谱系,也可以是账户。
所以,记账论没有推翻前三种,它把它们放进了同一个框架里:一个效果,只要被某道记功口,记到某条谱系名下,就成了这条谱系的功能。
这样,再回到阿远的蛋白,就有了一个清楚的回答。
陈老师问:它的「功能」是从哪一天开始的?
答案是:从有一道记功口,把它的效果记到某条谱系名下的那一天开始。
比如,某个团队用这个蛋白,做成一种酶,用在一条生产线上,这条生产线的细菌培养,每一代都带着这个蛋白,并且是因为这个蛋白的效果,才被保留。从那一天起,这个蛋白,就在一条谱系里有了自己的位置,它的效果,就是这条谱系的功能。
在那之前,它有结构,有效果,但没有功能。
有人会反对:那么,一个人造的酶,一个药用的蛋白,是不是永远没有功能?
不是。它可以有功能,只是这个功能,要由某一本账来记。
一个新药的蛋白,被写进了生产线、药典、一代代的生产批次里,每一批都是因为它的效果才被保留,它就有了账。这本账,持有者是人,是有利害的守门者。它的功能,是「被人记上的功能」,和驯化出来的功能,是同一类。
所以,不是没有功能,而是要问三件事:这个功能在哪一本账里,账的持有者是谁,撤掉这个持有者它还在不在。这三问,前面已经问过。
记账论还有一个推论:同一个效果,记到不同的名下,功能就不同。
鸟的羽毛是一个常被举的例子。一种说法认为,早期的羽毛,也许与保温或展示有关,后来才被用在飞行上〔待核〕。古尔德和弗尔巴(Elisabeth Vrba)1982 年专门造了一个词,叫「外适应」,讲的就是这类转用〔待核〕。
羽毛能产生升力,这个效果,也许早就存在。可是它成为飞行的功能,要等到有一条谱系,因为这个效果而被保留下来,被记在了这个名下。
换句话说,效果是原来的,账是后来换的。账一换,功能就换了。
阿远的蛋白也是这样:同一个结合效果,写在实验记录里,是一个效果;记到一条培养线上,才是功能。
说「功能是记出来的」,不能只是一句话。要查它,有三步。
第一步:看有没有谱系。这个东西,是不是在某条一代代传下去的线上。没有线,就谈不上功能,到此为止。
第二步:看这条线的保留,是否依赖这个效果。这是最关键的一步。办法是做对照:同一条线,一组保留这个效果,一组把它去掉,各养许多代,看哪一组被留下的比例高。如果去掉效果,线照样被保留,那这个效果就只是一个附带的效果,不是功能。
第三步:看谁在记。是自然选择,是配偶,是宿主,或者是人。持有者不同,这个功能的性质也不同。
三步之中,第二步最容易被漏掉。许多故事讲到「它有这个效果,所以它是为这个」,就停了。没有对照,就没有第二步。
这和第 15 章讲过的拱肩,是同一个提醒:看见一个效果,不要马上说它是功能。
那个星期,阿远在实验室里,把陈老师那一问,拿去问了三个人。
「这个蛋白的功能是什么?」
同组的师兄头也没抬:「结合那个分子,结合强度你不是测过吗?」
导师想了想:「我们当初要的就是这个结合,所以算它的功能。不过有一点要注意,写论文别写成『天然功能』。」
另一个实验室来合作的人,看了看结构图:「我们想把它放到我们的菌株里,让它去干另一件事,结合只是第一步。」
三个答案,没有一个错。
阿远回去,把三句话写在本子上,旁边画了三个小框:师兄在算一个效果,导师在定一个用途,合作者在想一条线。
他忽然觉得,陈老师那一问,不是要一个答案,而是要他分清:这三个人说的,是三本不同的账。
阿远后来把本子上的三个小框,整理成了一张表。你也可以照着画:
| 谁在说 | 说的是什么 | 记在哪一本账 | 有谱系吗 |
|---|---|---|---|
| 师兄 | 它能结合那个分子 | 实验记录,一个效果 | 没有 |
| 导师 | 我们要的就是这个用途 | 课题的目标,人定的用途 | 没有 |
| 合作者 | 放进我们的菌株里做别的事 | 一条尚未建立的培养线 | 还没有,但有可能 |
三行里,只有第三行,指向一条谱系。前两行都是有用的话,却不是功能的话。
这张表不替任何人下结论。它只是让你在听到「这个东西的功能是什么」的时候,先问一句:这句话,是在说效果、用途,还是一条线?
在这里,要第一次给一个现象起名字。
阿远的蛋白在被记到任何一条谱系之前,处于一种状态:效果真实,却没有任何谱系靠它持存。
本书把这种状态,叫作无主之功。
它不是一个贬义词。无主,不是说没有人关心它,也不是说它没有价值。实验室里的人可能很在意这个蛋白,它的效果可能很有用。无主,说的是:它没有一条被记着的谱系,靠它而延续。
用日子里的话讲:一个人捡到一笔钱,钱是真的,但还没有人认领;这笔钱有用,但没有户名。
还要补一句:无主之功是常态,不是例外。
AI 流程一次提出成千上万个候选,被拿去做实验的,只是排在前面的一小部分,被带进一条长期培养线的,又只是其中的极少数。绝大多数候选,只是列表里的一行字。
所以,这一章里的蛋白,只是被挑出来讲的一个。它的特别之处,不在有多厉害,而在它让一个原来只存在于哲学课上的问题,有了一个可以放在显微镜旁边的实物。
这个概念,到第 31 章会完整讲,那里要讲它带来的危机与治理。在这一章,先给出名字,并且把它的位置摆清楚:它是沼泽人落了地。
还要避开一个容易混的词。生物学里已经有「孤儿基因」,指在别的物种里找不到同源的基因。
孤儿基因有谱系,它在所属的物种里一代代传,只是暂时没找到亲戚。无主之功不是这个。无主之功说的是:连谱系也没有的那种形式。
还有一点要说明:本书说的无主之功,是效果真实的一种状态,不是一个永久的标签。一旦某道记功口,把它的效果记进某条谱系,它就不再「无主」。
阿远后来跟陈老师说:「我想,我们组里已经有人在做那件事了。」
「哪件事?」
「给这个蛋白找一个『家』。」阿远说,「有一个合作团队,想把它放进一个菌株里,做一条长期培养的生产线。要是成了,这个蛋白,就会一代代传下去。」
陈老师说:「那它就有了户口。」
「是。」
「那到那时候,它的功能,算谁的?」
阿远想了想:「算那条生产线的,算那个菌株的。」
「那不算你的?」
阿远笑了:「我只是个提出候选的。」
你也可以试试。下次你看到一个工具、一个习惯、一个传下来的做法,想想:它的「功能」,是谁的?是谁让它留下来的?
这一章落在记账一致性上。功能不是看效果,是看这个效果被记到谁名下,记了多少代。同一个效果,一代一个户名,叫偶然;一直记在同一个户名下,才叫功能。沼泽人没有功能,是因为它没有任何一代的账。
有效果不等于有功能,被记到谁名下才是。
拆了什么:拆了「功能由来历决定」的说法;沼泽人落了地,说明有效果而无来历的东西,三种功能论各有各的答案。
立了什么:立了第四种功能论——功能由记账定;并第一次给「无主之功」命名。
你一定有过这样的时刻:一盆花养了很多年,你忽然发现,它不只是活着,它还在长出你没见过的样子。
陈老师家阳台上,有一盆吊兰。这盆吊兰不是买来的,是十几年前一个邻居给的一小段,插在水里生了根,栽进盆里,后来每年抽出匍匐茎,长出小苗。她把小苗剪下来,一株株扦插,送了不少人。如今这盆,已经是第三代。
那天阿远来,她指给他看:「你看这一株,叶子边上有一圈白边,上一代没有。」
阿远凑近看,果然,叶缘有一道浅色的条纹。
「它不光活着,」陈老师说,「它还在长出没见过的样子。」
阿远说:「这是突变吧。」
「是突变,」陈老师说,「可是你看,它不是长出来就完了。我把它剪下来,种下去,它就带着这道白边,往下传了。」
阿远听着,忽然觉得,这句话比他实验室里的任何一个概念都准。长出新的,是一件事;新的能留下来,是另一件事;留下来以后还能继续长出更新的,是第三件事。
这一章要讲的,就是这三件事,在生物学里,各是什么样子。
前面第 15 章说过,生物学并不是没有「为了什么」,它是把「为了什么」当成目的论赶了出去。本书把「为了什么」,叫作意义层,并且说它在生物学里有三个样子:创造、自由、幸福。
现在,把它们落到生物学自己的话上。
创造,显成「新形式」。意思是:前所未有的形式,进入了谱系。注意,是「进入谱系」,不是「冒出来」。一个突变冒出来,如果没有被留下,就消失了,它不算新形式。新形式要被记到某条谱系名下,才算。
吊兰叶子上的白边,如果那株小苗没有被剪下来插下去,它就消失了。是陈老师的剪刀和花盆,让它进入了一条谱系。
实验室里也有这样的例子。伦斯基实验里,大肠杆菌在含有柠檬酸的培养液中,经过三万多代,其中一支谱系忽然能够把柠檬酸当食物〔待核〕。这个本事,之前整个种群都没有。
它是一个新形式吗?按本书的说法,要看它有没有被记进一条谱系。这一支能用柠檬酸的细胞,后来被一代代保留,成了一条稳定的线,所以它进了谱系,算新形式。
如果那几个细胞,只是偶然冒出来,又被稀释掉了,它们就只是一次突变,不是一个新形式。
自由,显成「可演化」。意思是:谱系保留着变出新东西的余地。
1998 年,美国生物学家马克·克施纳(Marc Kirschner)和约翰·格哈特(John Gerhart)发表了一篇讨论「可演化性」的文章〔待核〕。他们的意思大致是:有些生物的结构,比另一些更容易产生可以存活的变异。比如,如果一个生物的身体是由一些相对独立的模块组成的,那么,改变其中一个模块,不会让整个身体崩溃,变化就容易发生。这种「容易变得出新东西」的性质,是可以被演化出来的。
他们列出的几样东西,大意是:基本的做法被许多生物共用,不必每次从头发明,这叫保守;各部件之间的联系比较松,改一处不会牵动全局,这叫弱联系〔待核〕;身体由相对独立的模块拼成,一个模块可以单独变〔待核〕。
可演化性的另一面,是它不是处处一样大。几乎所有哺乳动物的颈椎,都是七节:长颈鹿七节,老鼠也是七节,只有少数几种例外,比如树懒和海牛〔待核〕。别的地方,哺乳动物的身体变了无数样;唯独这一处,几乎不动。
所以,「可演化」说的不是处处都能变,而是总体上还留着变的余地,而且这个余地分布得不均匀。
本书把可演化,叫作「自由」:不是意志的自由,而是一条谱系「能往哪里去」的余地。
幸福,显成「繁盛」。意思是:谱系在三界里,都有位置。
这里先不展开三界(后面一节讲),先说一句大白话:一条谱系只是活下来、人口众多,还不是繁盛。繁盛是说,它在各个地方都站得住:可能的样子里有它,实际的世界里有它,它自己的位置也有它。
还要说清楚一件事:这里的「幸福」,在生物学里只降到「繁盛」这一层意思,不涉及任何快乐或痛苦的感受。一株草没有幸福不幸福,它只有站得住或站不住。感受的问题,不在本书范围,属于别的卷。
有一个常见的误会,要先清掉:繁盛不是「进步」。
谱系兴旺,不等于它变得更高级。有的谱系几亿年几乎不变,仍然兴旺;有的谱系越变越复杂,却很快断了。古尔德在一本关于生命演化的书里,反复提醒读者不要把「出现了更复杂的东西」,读成「演化在朝着复杂走」〔待核〕。
本书说的繁盛,只问一件事:这条谱系,在三界里有没有站住的位置。它不问谁更高。
这三样,不是只能说说,都有办法量。
新形式,数的是单位代数里,进入谱系并且稳住了的新型有几个。
可演化,看的是谱系里保留着多少可遗传的变异,以及遇到同一种压力时,它回应得有多快。
繁盛,看的是这条谱系在不同环境下的有效群体大小,而不只是总数。后面要讲的荷斯坦奶牛,就是在这一项上露出了底。
在别的学科里,意义层的三个样子,有三句话,说它们缺一不可。放到生物学里,这三句话,是这样的。
没有自由的创造,是苦役。
例子:只出新品种,不留余地。现代农业里,一个常见的做法是:育种者不断培育出产量更高的新品种,推向田间;农民很快都种这一个品种。每一年都有「新」,不过各品种之间的遗传差异越来越小。新的东西不断进入,但整个体系的变异余地却在缩小。创造在继续,自由在消失。
这就是苦役:每一年都得推出下一个新品种,才能维持产量,因为整个体系已经没有别的路了。
自然界里,也有类似苦役的东西,常被叫作「红皇后」。
名字来自《爱丽丝镜中奇遇》里的红皇后,她说,你得拼命地跑,才能留在原地。范瓦伦(Leigh Van Valen)1973 年用这个比方,讲生物之间互相追赶:捕食者变得更会捉,猎物就得变得更会逃,双方都在变,却谁也没有赢〔待核〕。
按本书的读法,这像是创造不断、余地却不增加的一种局面:新形式一个个出来,是为了维持原来的位置。这只是一种读法,不是对红皇后的定论。
没有创造的自由,是空转。
例子:一个谱系保留着大量的变异,却被一套严格的筛挡着,没有一个新形式能被留下来。变异是有的,余地是有的,却没有一样东西能够进入谱系,成为新的形式。
这样的情形,在自然界里并不多见,更多出现在人为的管理里。比如,某些保种项目,花很大力气保存了大量的品种,却没有让它们进入任何实际的使用。变异的库存是满的,却没有一个新东西从里面长出来。
没有创造与自由的幸福,是麻醉。
例子:一个物种或品种,个体数量极多,看上去很兴旺,却没有新形式,也没有变化的余地。
荷斯坦奶牛,是世界上最常见的奶牛品种之一,全球有几千万头,产奶量惊人。不过,据遗传学研究的估计,这个品种的「有效群体大小」很小,远远小于它的实际数量〔待核〕。数量多,是因为人在记账的时候,只记了「产奶量」这一行。数量是繁盛的样子,却没有创造,也没有自由。
这三句话,是本书借自这个系列的共用口径,放到生物学里,各配上了例子。它们的意思是:意义层的三个样子,要同时有,才算健康。缺了哪一个,都会变形。
这三句话,也互相牵着。只出新形式,不留余地,是苦役。留着余地,没有新形式,是空转。数量很多,既没有新形式,也没有余地,是麻醉。
三样东西,缺哪一样,都不是故障,而是一种变形。谁都可以在自己的田里、家里,看到其中一种。
几个星期以后,阿远再去陈老师家,吊兰里多了一件事。
那盆带白边的吊兰,有一个芽,整片叶子都是绿的,一圈白边也没有。
「又来了,」陈老师说,拿起剪刀,把那个芽齐根剪掉。
阿远问:「它自己长回去了?」
「白边吊兰不稳,」陈老师说,「放着不管,绿的长得快,几年以后,满盆都是绿的。我每年都要剪。」
这是园艺人家都知道的事。带白边的叶片,据说是一层带色的细胞和一层不带色的细胞叠在一起的结果,绿色的芽一旦从里层冒出来,就容易压过白边〔待核〕。
阿远看着剪刀。他想起一件事:这就是一道记功口,在每年的春天,由陈老师握着。她剪掉绿芽,白边这一线才被记进下一年。
如果她哪一年不剪了呢?
「那就退回去了,」陈老师说,「你看,这白边不是长出来就算数,得有人一年一年地记。」
按本书的话,这是一个小小的回弹:撤掉修剪,性状往回退。
放在三句硬话里看,这盆吊兰还有一个提醒:创造出来的新形式,如果没有记功口守着,可能留不住。
在三个样子之外,生物学里还有「好不好」的一层:价值层。本系列第 255 号《SDE价值发生学》已经完整讲过价值的三股劲:真、善、美,是怎样发生的。本书不重讲,只给出生物学里的操作定义。
真守:复制保真。
注意,这里的「真」,不是「测得准」。测得准,是实验者的事;真守,是谱系把形式守住。一段 DNA 被复制时出错的概率极低,细胞里还有校对和修复的机器,这套机器,让一条谱系的形式可以稳定地传下去。真守,是谱系自己的功夫。
这里有一个小数字。大肠杆菌复制一次 DNA,加上校对和修复,每个碱基出错的机会,大约在十亿分之一到百亿分之一之间〔待核〕。这个数很低,所以谱系可以守住形式。
不过,真守不是越高越好。如果守得绝对一丝不差,就没有变异,没有变异,就没有新形式,也没有可演化。后来的研究者提出,选择能把出错率压到多低,有一个由种群大小决定的界限,再低就压不动了〔待核〕。所以,真守是一个在「守」和「变」之间落下来的值。
善推:交换互不吃亏。
指的是一个有机体与它的环境、共生方之间的交换,双方都不吃亏。线粒体和细胞的关系,是一种高度成熟的善推:线粒体得到稳定的住处和养料,细胞得到能量。宿主制裁不合作的共生菌,是它的边界与反例:交换如果有一方吃亏,另一方就要出手。
另一个常被讲的例子,是植物根上的菌根真菌。植物把光合作用得来的碳,送给真菌;真菌从土里吸来磷,送给植物。有一项研究报告,植物会把更多的碳,给提供更多磷的那一类真菌〔待核〕。
这里有一道很清楚的记功口:植物在决定,哪些真菌的账,记得更多。交换如果有一方吃亏,另一方就调整。这就是善推的边界。
美聚:被选中的吸引。
第 11 章讲过:性选择,从达尔文,经费希尔,到普鲁姆。被选中的吸引,是一股独立于「保留」的劲。
三股劲彼此不能替代。第 34 章会专门算这笔账。
美聚,有一个很直观的例子:园丁鸟。雄鸟用树枝搭一个凉亭,再摆上颜色鲜明的小物件,比如蓝色的东西,雌鸟来挑。凉亭本身没有任何生存用处。
雌鸟挑中谁,下一代就记在谁名下。美聚在这里,是实实在在的一股劲,不是「保留」的另一种说法。
最后,要把「三界」说清楚。
本书把任何一种属性的发生,放在三界里看:理念界、现实界、自我界。
理念界,是「可能的样子」:一个设计,一种想法,一个还没有出现的形式。
现实界,是「实际发生的事」:可以测的,可以查的,有谱系可追的。
自我界,是「被一个自己认领的」:落在一个有自己位置的主体身上的。
放到生物学里:
新形式,主要落在理念界:它是一个「前所未有的可能」,进入谱系之前,它只是一个可能的样子。
可演化,主要落在现实界:它是谱系实际保留着的、可以去测的变异余地。
繁盛,主要落在自我界:它说的是,一条谱系在各处站得住,它有自己的位置。
这里要特别声明一次:自我界不等于意识。本书说的「自我界」,在生物学里,只是说「这条谱系,作为一个账户,有它自己的位置」。一株草,一条谱系,不需要有意识,才能「繁盛」。
那么,显出来的方向,是什么?
一个形式,往往是从理念界,经过现实界,走到自我界的:先是一个可能,然后是一个实际,然后是一个有位置的存在。吊兰叶子上的白边,先是基因里的一个突变(可能),然后被剪下来种下去(实际进入谱系),然后成了这盆吊兰「自己的样子」(有位置)。
把前面几节压成一张小表,方便你查:
| 意义层 | 生物学里显成 | 主要落在 | 怎么量 |
|---|---|---|---|
| 创造 | 新形式 | 理念界 | 单位代数里进入谱系并稳住的新型数 |
| 自由 | 可演化 | 现实界 | 谱系里可遗传的变异量,对同一压力的回应速度 |
| 幸福 | 繁盛 | 自我界 | 不同环境下的有效群体大小 |
表里的「主要落在」,只是说侧重,三样东西在三界里都有影子,不是各管一界。
这个方向,不是铁律。也有倒过来的:一个存在,在自我界里站稳了,反过来改变了现实界里的环境,又打开了理念界里新的可能。这就是回写,第 32 章要讲。
把三界读成一条路,可以拿阿远的蛋白走一遍。
在计算机里,它是一个提出来的形状,是理念界里的一个可能。
在管子里,它被表达出来,有了效果,进了现实界。可以测它结合了什么,测它折得稳不稳。
要进自我界,还差最后一步:某条谱系把它认作自己的一部分,它在这条线上有了位置。这一步没有发生,所以它停在中间。
这和前一章讲的无主之功,是同一件事的两种说法。从三界看,它是只走完了前两界;从账看,它是还没有账户。
要说明,这不是在评价这个蛋白。很多东西,永远只走前两界。停在那里,没有错,只是还没被记。
最后要说一件容易被忽略的事:这三样东西,常常不是同时到的。
一个新形式刚进入谱系的时候,个体很少。伦斯基实验里那支能用柠檬酸的细胞,开始时只是整个种群里极小的一支〔待核〕。它是新的,但还谈不上繁盛。
反过来,一个很兴旺的类群,也许已经很久没有新形式。
所以,用这三样东西读一条谱系,要问的不是「三样齐不齐」,而是「现在缺的是哪一样,缺了多久」。缺的位置不同,要补的东西也不同。
那天阿远走的时候,陈老师剪了一小段吊兰,用湿纸巾包好,让他带回去。
「插在水里,」她说,「十天以后就生根。」
阿远拿着,回到宿舍,找了一个旧玻璃杯,插了进去。
过了两周,根长出来了,白白的,细细的。他把杯子放在窗台上,看着那一小段兰草,忽然想起一件事:这一株,有叶缘的白边吗?
他对着光看了看。有。
他给陈老师发了一条消息:「带白边的,传下来了。」
陈老师回:「那是你记上的。」
你也可以试试。扦插一盆植物,传给朋友;或者留一颗好吃的水果的种子,种下去。看着它长出来,问一句:这一个,是谁让它留下来的?它有没有可能长出别的样子?
生命不只要活下去,它还在问「接下来能长成什么」。
拆了什么:拆了「生物学里没有『为了什么』」的说法,把意义层落到三个可以看的样子:新形式、可演化、繁盛。
立了什么:立了三句硬话在生物学里的例子,以及真守、善推、美聚的操作定义,和三界里显出来的方向。
你一定有过这样的时刻:拿到一份密密麻麻的报告,满纸的数字和字母,你看了半天,却觉得它说的不是你想知道的那件事。
阿远收到了测序公司寄来的结果。一个文件,几百兆,打开是几万行字母:A、T、C、G,一行一行,排得整整齐齐。
他对着屏幕看了很久,然后把文件的一个片段,打印出来,拿给陈老师看。
陈老师戴上老花镜,从头看到尾,看得很认真。过了一会儿,她把纸放下。
「这是脚印,」她说。
「什么?」
「这是脚印,」陈老师又说了一遍,「不是那个走路的人。」
阿远愣了一下。
「你看,」陈老师指着那一串字母,「这个,告诉你什么在这儿,什么时候被读出来了。可是你想知道的,是这条线怎么走过来的,对不对?脚印告诉你有人走过,走得有多深,往哪个方向。但那个人为什么走,要靠别的办法去问。」
这一章,要把生物学里最常见的三种「读数」,一种一种讲清楚。它们都是脚印。
先要取消一道二分。
生物学里有一个很深的习惯:把一个生物,分成「本质」和「表现」两层。基因是本质,性状是表现。基因型是本质,表现型是基因型在环境里的「显现」。
这个二分,用起来很方便。你可以说:这个人的眼睛是蓝色的,因为他的基因里有某几个变异;这个性状,是那个基因的表现。
不过这个说法,有一个隐含的含义:基因是「在那里」的东西,性状是从它那里「跑出来」的东西。基因是原因,性状是结果;基因是真的,性状是影子。
这个二分,有它的来历。1909 年,丹麦的约翰森(Wilhelm Johannsen)造出了「基因型」和「表现型」这两个词〔待核〕。他要区分的是:一个个体带着的遗传,和它实际长成的样子,是两回事。
这个区分很有用。同样一个基因型,在不同的环境里长出不同的样子;不同的基因型,也可能长成一样。没有这个区分,遗传学几乎没法做。
本书保留这个区分。本书取消的,只是区分背后那层高低:以为基因型是真的,表现型是影子。
本书不这样看。本书说:序列、表达轨迹、种群频率,都是读数,它们是达尔文过程一路留下的痕迹,不是某个本质的表现。
什么意思?
意思是:序列,不是比性状更「深」的东西;它也是一种读数,只是读的方式不同。你读到了一段序列,你读到的是「这条谱系在这个位置上,现在是这几个字母」。性状,也是一种读数,你读到的是「这条谱系的这个个体,现在表现出这样的特征」。两种读数,都是痕迹。
痕迹的源头,不在它们任何一个里面,而在那个让谱系发生的过程里:变异、选择、记功。
这是第三编里一个比较抽象的地方。用日子里的话来讲:你在雪地里看到一串脚印,一种读法是,脚印是「人」的表现,人是本质,脚印是现象。另一种读法是:脚印是一条路留下的痕迹,路是怎么走出来的,要看更多别的东西:从哪里来,往哪里去,雪是什么时候下的。后一种读法,不把任何一样东西放在「本质」的位置上。
本书取后一种。
第一种读数,叫跳:序列。
一个碱基换了,就是换了。从 A 变成 G,是离散的,不是「半个 G」。序列这个读数,每一格都是明确的,不是连续的,要么是这个,要么是那个。所以叫「跳」:从一个值到另一个值,是跳过去的。
最著名的例子,是镰状细胞贫血。人的血红蛋白基因里,只要有一个碱基改变(让蛋白质里的一个氨基酸,从谷氨酸换成缬氨酸),就会让红细胞在缺氧的时候变形成镰刀状〔待核〕。一个字母,换了一个性状。
同一个变异,有一个有趣的两面:如果一个人只有一个拷贝,他对疟疾有一定的抵抗力;如果有两个拷贝,则会得严重的贫血。这个例子,常常被用来说明,同一个变异,在不同的情形里,适应度可以差得很远。
这是「跳」的力量:它精确,可数,可复制,可以放在数据库里,去比对。没有这种读数,今天的生物学几乎做不下去。
镰状细胞贫血是一个很干净的例子,因为一个字母就对上了一个性状。不过大多数性状不是这样。
人的身高,是很多个位置各加一点点的结果。有大规模的比较研究报告,与身高有关的位置,要以千计,每一个位置的贡献都很小〔待核〕。读到的每一格,仍然是离散的跳,可是要把它们加起来,才对上一个连续的性状。
所以,「跳」说的是读数的形状,不是说性状也是一跳一跳的。
第二种读数,叫波:表达与发育的轨迹。
序列是静态的,一份基因组,在一个个体一生里基本不变。可是细胞里发生的事情,是随时间起伏的:某个基因什么时候被打开,打开多久,表达多少,什么时候关上。这是一条曲线,一个波形。
一个很漂亮的例子,是脊椎动物胚胎里的体节形成。胚胎的背部,会按固定的时间间隔,依次长出一节一节的结构,将来变成脊椎骨和肌肉。研究发现,胚胎里有一个「分节时钟」:一些基因的表达,像钟摆一样周期性地起伏,每一次起伏,对应一节新体节〔待核〕。
这是一个典型的「波」:同样的基因,在不同的时间,被读出来的量不同。要理解体节,光知道有哪些基因不够,还要知道它们的表达曲线是什么形状。
再看一个更小的例子。2002 年,埃洛维茨(Michael Elowitz)等人在大肠杆菌里放了两个不同颜色的荧光标记,两个标记受同样的开关控制〔待核〕。如果细胞里的基因表达是严丝合缝的,所有细胞应该亮得一样。
结果不是。基因型完全一样的细胞,亮度各不相同,还彼此参差。这种偶然的起伏,被叫作「表达的噪声」。
同卵双胞胎也是一个例子。刚出生的时候,两个人的序列几乎一样;人到中年,据有人报告,两人身上的化学修饰差别已经明显拉大〔待核〕。
序列一样,波不一样。所以,要读一条谱系的「波」,序列读数是不够的。
英国生物学家康拉德·沃丁顿(Conrad Waddington)在 1957 年的《基因的策略》里〔待核〕,提出了一个著名的图像:「渐成景观」。一个发育中的细胞,像一个球,在一片起伏的山谷里往下滚,最后落在某一个谷底,成为某一种细胞。山谷的形状,由基因网络决定;球滚的路径,就是发育的轨迹。这个图像,把「波」变成了一幅画:轨迹,是一条沿着景观走下来的路。
第三种读数,叫散:种群里各型的频率分布。
不看一个个体,而是看一群:这一群里,有多少是这种性状,多少是那种性状。
最著名的例子,是英国的桦尺蛾。十九世纪中叶以前,曼彻斯特一带的桦尺蛾,以浅色型为主。工业革命以后,煤烟把树干熏黑,深色型的比例快速上升,几十年里,一度成为多数。二十世纪下半叶,随着空气治理,深色型的比例又下降了〔待核〕。
这条曲线,一头升,一头降,是一个种群的频率随时间的变化。它不属于任何一只蛾,它是一个群体的读数。
这个例子,要补一个提醒。桦尺蛾的故事,在课本里讲得太圆。
二十世纪五十年代,英国的凯特威尔(Bernard Kettlewell)做了放飞和重捕的实验,说明鸟更容易吃到和背景不搭的蛾。后来,有人批评那批实验的方法,比如蛾在野外歇息的位置、放飞的数量〔待核〕。几十年后,另一位研究者(Michael Majerus)又重做了更长时间的观察,大体上支持了鸟捕食的解释〔待核〕。
这个来回,不推翻频率这个读数本身。频率的升降,是实测出来的。被争论的,是读数背后的原因。
这就是读数的本分:它给出的是真的痕迹,它不自动给出原因。
「散」,是群体遗传学最擅长的读数。它用方程描述频率的变化:突变率,选择系数,种群大小,迁移。方程的解,可以和观测的数据对。
读数还有一个本分,是它不带户名。
阿远那份测序报告里,有几万行字母。它们分别属于谁?哪些是细菌染色体的片段,哪些是质粒,哪些是实验过程里混进来的别的东西?读数本身不说。要另外去比对、去判断。
古DNA研究也是这样。从一块古老的骨头里读出一段序列,读数只告诉你是这几个字母。至于它属于哪一条谱系、是不是后来的污染,要靠别的证据。环境里的DNA,更是如此。把一勺水里的所有片段读出来,哪一段属于哪一种生物,是后一步的工作〔待核〕。
所以,读数一手交给你的是「是什么」,不是「算谁的」。
「算谁的」,要靠谱系追踪、靠记账一致性去另外读。这两本账,是并列的两层。
这也是为什么,本书写到这一章,要把读数摆在一旁:它是痕迹,可靠,可复核,不过它回答的是另一个问题。
读到这里,也许有人会问:既然读数都是脚印,为什么还要花这么大力气去读?
因为脚印,是我们能拿到的最扎实的东西。
没有读数,就没有今天的生物学。序列读出来了,我们才知道病毒怎样变异;轨迹测出来了,我们才知道胚胎怎样成形;频率统计出来了,我们才知道一个物种是在兴旺还是在衰落。读数是生物学最大的成就之一,是它从博物学走向科学的标志。
一个数字可以让你看到这件事的分量。人类基因组的第一份草图,在 2001 年发表,宣布完成是在 2003 年,前后花了十几年和巨大的投入〔待核〕。今天,一台机器几天就能读完一个人的基因组〔待核〕。读数的能力,是这半个世纪里生物学最实在的进步之一。
本书取消的,不是读数,而是「读数是本质的表现」这个二分。读数还是读数,一样硬,一样可复核。只是,它们不是故事的起点。
还要补一句:读数与力量,是并列的两层。读数,是序列、轨迹、频率;力量,是真守、善推、美聚。前者是痕迹,后者是推动痕迹出现的劲。第 34 章会说,这三股劲,都可以去算,而它们算出来的东西,常常恰恰就是读数。
说得具体一点。序列这一格的读数,是真守留下的痕迹:谱系把形式守住了,字母才会一代代对得上。
宿主与共生菌各自表达的曲线,彼此牵着起伏,是善推留下的痕迹:交换互不吃亏,两边的节奏才会对上。
一个群体里某一型的频率偏斜,有时是美聚留下的痕迹:被挑中的那一型,频率会升上去。
三种读数,三股劲。但没有一一对应是铁的。同一个读数,可以是几股劲共同留下的。所以,不要拿一个读数,直接读出一股劲。要先看账,再看痕迹。
读数用得多了,容易被读歪。三种读数,各有一种常见的歪法。
跳的歪法:一个字母,一个性状。这是最常见的。除了少数干净的例子,多数性状是很多个字母合起来的结果,再加上环境。
波的歪法:把曲线当作里面装好的时钟。一条曲线,是细胞在某个环境里留下的轨迹。换一个环境,同一组基因,曲线就可能换了形状。
散的歪法:把平均数当作一个个体。一个种群里某个性状的平均值,不属于任何一个个体。平均身高是 169 厘米,你找遍全班,也许没有一个人正好是这个数。
三种歪法,来自同一个习惯:把读数当作本质,把它直接套到一个具体的东西上。这一章要取消的,就是这个习惯。
另外要说明一句:本书讲道理,不替你解读自己的检测报告,也不作诊疗建议。读到这里,如果你手上正好有一份这样的报告,请把它交给能解读它的医生,不要拿本书的话去套。
陈老师有一个习惯,教书那些年,每个学期开学,她都给班里的学生量一次身高,记在一个小本子上。
那天阿远翻出了其中一本。纸页泛黄,一行一行,名字,日期,数字。
「平均线我画过,」陈老师说,「你看。」
她翻到后面,有一张手画的折线图,缓缓上升。
「可是你看这个,」她又翻出另一页,「这是一个女孩,十二岁那年一个学期长了好几厘米。这是另一个,十四岁才猛长。两个人,平均线上谁也找不到。」
阿远看着那两条歪歪扭扭的折线。
「所以平均线是什么?」他问。
「是一个班的影子。」陈老师说,「不是哪一个孩子的。」
阿远没有说话。他想起实验室里同样的事:种群频率的曲线是整体的读数,一个细胞的表达曲线是个体的读数,序列是别的读数。三条线读的是三样东西,放在一起,也不是同一条线。
按本书的话,这三种读数各是一个形状:跳,波,散。每一种,都是痕迹。
取消那道二分以后,说话的方式会变一点。
以前你会说「这个基因决定了这个性状」。现在你更愿意说:「在这条谱系里,这一格读出来是这个,在这个环境里,轨迹读出来是那个。」句子长了一点,可每一个词都能去查。
读数自己也有一本账,每种读数各有各的误差。
跳的账:测序会读错,错多少,有一个出错率;同一个位置读多少遍,才敢相信,有一个覆盖深度。
波的账:曲线是一个一个点连起来的。点取得多密,决定你能不能看见一个短短的起伏。点取稀了,起伏就被漏掉。
散的账:频率是样本里数出来的。样本取得多大,决定那个数可靠到什么程度。十只蛾的比例,和一万只蛾的比例,说的不是同一种话。
先把读数自己的账算清楚,再去谈它背后的东西。这是对读数最基本的尊重。
陈老师后来说:「我年轻时候教学生,总让他们背『基因型决定表现型』。」
阿远说:「现在还在背。」
「那现在我想补一句,」陈老师说,「基因型和表现型,都是读出来的。读的是同一条路上的两处脚印。」
阿远笑了:「这句话,学生是不是又得多背一句?」
「是,」陈老师说,「可这一句更有用。」
你也可以试试。下次你读到一个体检数字、一个成绩、一个排名,问一句:这是脚印,还是人?
测出来的是脚印,走路的那件事要另算。
拆了什么:拆了「性状是基因的表现」这道本质与现象的二分;序列、轨迹、频率,都是读数。
立了什么:立了读数三种——跳(序列)、波(表达与发育轨迹)、散(种群频率),并分清了读数与力量是并列的两层。
你一定有过这样的时刻:两个人对着同一样东西,争得面红耳赤,争到最后你发现,他们争的其实是「怎么算同一个」。
陈老师带学生去郊外实习,在一片林子边上,两个学生为一只鸟吵了起来。
那是一种常见的小鸟,羽毛灰褐,肚子浅黄。一个学生翻着图鉴,说这是 A 种;另一个学生拿着手机里的鸟类识别软件,说这是 B 种。两种鸟在图鉴上看起来差不多,翅膀上的一道条纹,粗一点还是细一点,两个学生各有各的依据。
争了一路。
陈老师走在后面,没有劝。快到山脚的时候,一个学生问她:「老师,到底是哪一种?」
陈老师说:「你们俩争的,是它们是不是『两种』,对不对?」
两个学生互相看了一眼。
「如果它们是两种,」陈老师说,「那它们之间,什么东西把它们分开了?」
这一章,要谈的就是这个问题:物种,是怎样「显出来」的。
先还生物学里最重要的一个物种概念一个公道。
1942 年,美国生物学家恩斯特·迈尔(Ernst Mayr)在《系统学与物种起源》里〔待核〕,提出了「生物学物种概念」:物种,是一群在自然状态下能够相互交配、并且与其他这类群体在生殖上隔离的种群。
简单说:能生出可育后代的,是同一个物种;生不出的,是不同的物种。
这个概念很成功。它给了物种一个操作性的定义:你可以去看它们能不能交配、后代能不能繁殖。对于大多数有性生殖的动物,这个办法很好用。马和驴可以交配,生出骡子,骡子不育,所以马和驴是两个物种。
它抓住了一个至关重要的事实:物种的边界,是由「谁和谁交换基因」决定的。同一个物种的个体,彼此之间有基因流;不同物种之间,基因流被切断了。
本书要先承认:这是一个了不起的洞见。它至今仍是物种研究的出发点。
物种概念不止这一个。林奈那一路,看的是形态:长得一样的,算一种。你在野外看鸟,拿着图鉴比羽毛,用的就是这一路,它简单,快,田野里最常用。
有的概念看谱系:同一个祖先分出来的一整支,算一种。有的看生态:占着同一类生活方式的,算一种。有人数过,各种物种概念加起来,有二十多个〔待核〕。
这些概念各有各的长处,各有各的卡处。生物学家不是没有办法,只是没有一把尺子,在所有地方都好用。
本书要说的,不是把它们统统换掉,而是换一个角度,看它们都在量什么。
可是,它在几个地方卡住了。
环物种。有一类生物,围着一片不适合它们生存的地方(比如一座大山、一片沙漠)分布,形成一个环。环上相邻的种群,彼此可以交配;但环的两端,在同一个地方相遇的时候,已经不能交配了。
有人举过的例子,包括环绕青藏高原分布的一种柳莺,和美国加利福尼亚的一种蝾螈〔待核〕。按「能不能交配」的标准,环上每相邻的两个,是同一个种;可是两个末端,又是两个种。这就变成了一个悖论:甲和乙同种,乙和丙同种,丙和丁同种,一路往下,甲和末端的 Z 却不同种。同种是不能传递的。
杂交带。两个看起来不同的种群,在它们分布区相遇的地方,有时会形成一条杂交带:一些个体来自杂交,既有这一方的特征,也有那一方的。杂交带里的杂种,有的可育,有的不可育。按「隔离」的标准,它们该算几个种?这要看在杂交带里,基因流有多大。生物学家对此经常有分歧。
细菌。细菌不通过交配繁殖。它们靠分裂繁殖,还会通过「水平基因转移」,把一段基因直接送到另一个细菌(甚至另一个种)里。那么,「能不能交配」这个标准,对细菌就根本用不上。
这三个卡住的地方,说明了一件事:物种不是「一个现成的盒子」。盒子的边界,在有的地方清晰,在有的地方模糊,在有的地方根本不存在。
这三个地方,值得一个一个看细一点。
环物种里,有一个被反复讲的例子:暗绿柳莺,围着青藏高原分布。2000 年前后,欧文(Darren Irwin)等人的研究报告,沿着环往北走,雄鸟的歌声一步一步地变;到了西伯利亚中部,环的两端碰到一起,歌声已经差得足够大,它们彼此不再回应〔待核〕。相邻的种群之间,没有一道清楚的线,到了尽头,线忽然有了。
环物种还有另一个著名例子:美国加利福尼亚的一种蝾螈。它们围着中央谷地分布,沿着山脉两侧向南扩散。在谷地的南端,两侧走来的两种类型相遇,形态差别很大,据报告基本不再杂交〔待核〕,而沿着环的中间各段,相邻的种群彼此是连着的。
杂交带里,常被讲到的是两种乌鸦:黑色的小嘴乌鸦(Corvus corone),和灰黑相间的冠小嘴乌鸦(Corvus cornix)〔译名待核〕。它们在欧洲中部相遇,有一条窄窄的杂交带。有研究报告,两种乌鸦基因组上的差别,主要集中在很小的几段,其余地方基本混在一起〔待核〕。它们看起来是两种,基因组里却不是处处分开。
细菌那边,同一个种的不同菌株,各自独有的基因,可以占到它们基因组相当一块〔待核〕。你拿一条菌株的基因表,去代表整个种,会漏掉很多东西。
本书的看法是:物种,是用新属性定义再读一遍的结果。
回顾第 16 章的三问。
哪一头显?物种这个属性,显的是互动那一头,又是互动里的记功:什么样的交配,被算作「我们这一类」的后代;什么样的,不算。这是一道记功口,而且是一道由配偶选择、交配偏好、杂交不育、栖息地隔离等许多结构合起来构成的记功口。
哪一维动?差异那一维,而且是稳定:一串一代一代的差异,如果能稳定地维持,不被基因流冲淡,就成了一个「类」。
落在哪一界?现实界:可以去测的,谱系的、基因频率的、交配偏好的。
所以,物种不是一个预先存在的类,而是差异的稳定,越过阈值的那一段。
什么叫阈值?
想象两个种群,起初可以自由交配,基因流很大。随着时间推移,两个种群之间的差异慢慢积累:颜色不同了,歌声不同了,繁殖季节不同了。差异小的时候,基因流一冲,差异就被抹平了。差异大到一定程度,雌性开始只选「自己这一类」的雄性,杂种的后代也变得不如纯种,基因流被压下去了,差异就不再被抹平。
这个「不再被抹平」的拐点,就是阈值。越过它,两个群体各自稳定下来,成了两个「类」。没越过,它们还是一个连续体。
遗传学里有一个说法,和这个拐点的味道很近。1995 年,奥尔(H. Allen Orr)提出,两个分开的群体,各自积累的、混在一起就出毛病的差别,其数目随时间增长得越来越快,不是匀速的〔待核〕。他叫它「雪球效应」。
这不能直接拿来当作本书阈值的证据,它说的是杂种不相容,不是整个差异的稳定。不过它提供了一个线索:分开这件事,可能本来就不是匀速推进的。
这个说法,能够解释上面三个卡住的地方。环物种:环上相邻的种群之间,差异的稳定度还没越过阈值,所以是连续的;两个末端,越过了,所以分开。杂交带:差异的稳定度,正好处在阈值附近,所以是模糊的。细菌:它们的差异,靠别的机制稳定,不靠交配,但原则上也可以用「差异稳定度」来读。
说「阈值」,不能只是一个比方。得有办法去量。
取一条横跨两个类群的线,比如沿着环物种的环,或者横穿杂交带的一条样线。沿着这条线,在一个一个位置上,测三样东西。
第一样,基因流:两边的基因,在这个位置上,互相渗透了多少。
第二样,杂种的适应度:混合出来的后代,和纯种比,活得怎么样,留后代多不多。
第三样,配偶的偏好:一方,更愿意选谁。偏好有多强,可以通过选择实验去测。
三样东西,沿着线画成三条曲线。
如果差异的稳定,真的有一个阈值,那么应当能看到一个拐点:在拐点这一边,基因流大,偏好弱,杂种不吃亏;过了拐点,基因流被压下去,偏好变强,杂种吃亏。
如果三条曲线都是平平地、一点点地变,没有拐点,那么这一章的主张就要收窄。物种就只是一个方便的称呼,不是一个门槛。
要强调:这是本书对物种的一种读法,不是要取代生物学家手上的任何一把尺子。它只是提出一个可以去查的问题。
有一个对照,值得一说。
吉娃娃和大丹犬,体重相差几十倍。它们是不同的物种吗?不是,它们同属一个种。人把它们当作两个品种,是因为有一本账。
品种靠登记簿维持。登记簿规定了谁可以和谁交配,哪些后代能写进这个品种的名下。这是一道由人握着的记功口。
这样的差异,稳不稳?它靠的是外面的账本。如果撤掉登记簿,让它们自由交配,几代以后,这两个品种的差别往往会被混掉。这是一个回弹。
物种的情形,按本书的读法,不是这样。差异靠的是里面的做法:配偶偏好,杂种吃亏。外面的东西撤掉,差异也不容易被混掉。
按本书的读法,品种和物种的区别,可以用同一个问法来问:撤掉外面的账本,差异还在不在?这是一个读法,不是定论,具体到哪一对品种、哪一对物种,要靠实验去看,待验。
阿远每天用的大肠杆菌,也有这个问题。
他手上有两株菌,名字都叫大肠杆菌。一株是实验室里养了几十年的老品系,一株是合作者寄来的。他把两株的基因表并排打开,发现两边各有几百个基因,对方没有。
他拿着表去问陈老师:「老师,这两个是同一种吗?」
陈老师看了半天:「你们给它们起的是同一个名字?」
「是。」
「那起名字的时候,是怎么定的?」
阿远答不上来。他只知道教科书里就是这样写的。
这个情形,本书的读法能走到哪里?要老实说:在细菌这里,这一章的读法,只能走到「可以问」,还走不到「已经测」。
细菌之间,有基因互相转移,没有交配这种清清楚楚的记功口。是什么东西,在把一批细菌记成「同一伙」,现在没有人说得清。可能是共同的环境,可能是转移的偏好,也可能是别的。
所以,细菌的物种,本书把它放在待验里。这一章能做的,是把问题提对:不问「它们属不属于同一个盒子」,问「是什么在维持它们之间的差异」。
要说明「配偶选择这道记功口在此起作用」,有一个很好的例子。
东非维多利亚湖里,生活着几百种丽鱼,它们在很短的时间里分化出来,形态相近,颜色各异。研究者发现,许多近缘种之间,雌鱼靠雄鱼的体色来挑选配偶:雌鱼偏爱某种颜色的雄鱼,于是不同颜色的雄鱼,各自吸引不同偏好的雌鱼,两个群体之间的基因流就被压低了。
这几百种丽鱼,据估计是在大约一万五千年以内分化出来的〔待核〕。这是一个很短的时间。
这个湖,在更早的时候,据说曾经干涸过。后来水回来,丽鱼的祖先在这里铺开,朝着各种生活方式分出去:有的吃藻,有的吃螺,有的专门吃别的鱼的鱼苗〔待核〕。
1990 年代,瑞士生物学家奥勒·西豪森(Ole Seehausen)和同事发现一件事〔待核〕:湖水因为人类活动变得浑浊以后,水里的光线变差,雌鱼看不清雄鱼的颜色,选择就变得不那么挑剔了。一些原本分开的近缘种之间,开始出现杂交,种间的差异,有逐渐消失的趋势。
这个观察,据报告,对一些种类成立。它说明了什么?说明配偶选择,确实是在维持物种之间的界线:光线一变差,记功口的精度下降,户名开始混乱,物种的边界跟着模糊。
这个报告发表在 1997 年,作者是西豪森和他的同事,标题大意是:湖水富营养化,使性选择失效,使丽鱼的多样性受到威胁〔待核〕。
它的意思是,浑浊的水,把一道记功口的精度磨低了。这是一个难得的自然实验:没有谁专门去改动记功口,水质一变,它先松了。
这是物种「显出来」、也会「隐回去」的一个现场证据。
请把这个例子,和前面几章接起来。
第 11 章讲过,配偶选择是一道记功口,持有者是挑选的一方,有利害。丽鱼的雌鱼,就是这样的持有者。第 16 章讲过,账户靠被记账而持存。水一浑,雌鱼看不清,记账的精度下降,户名开始混,账户的边界就跟着松。
三个量里,这里用得上的是持有者的利害。雌鱼是有利害的守门者,她挑得准不准,直接决定杂种的比例。杂种占的比例,一年一年是升还是降,可以逐代去追。
还有一个问题,湖水慢慢变清以后,偏好会不会恢复,已经混了的差异会不会重新撑起来。那就是一次回弹的读数。这一点,本书没有查到可靠的报告,只能留作待验。
回到那一天的林子边。
陈老师对两个学生说:「你们别急着争它是 A 还是 B。先问一个问题:这两种鸟,在这片林子里,会不会互相选对方做伴?」
学生说:「图鉴上说,它们的叫声不同。」
「那就去听,」陈老师说,「听它们是不是只回应自己这一类的叫声。」
他们在林子里蹲了一个下午。傍晚,他们回来说,他们听到了两种叫声,没有听到哪个混着叫。
「那你们就有证据了,」陈老师说,「不是翅膀上那一道条纹,是它们彼此怎么选。」
回到宿舍,两个学生把各自拿来比的东西,写成了一张表。图鉴上那一道条纹,是一行。叫声,是一行。它们在林子里有没有互相选,又是一行。
争了一路,他们才发现,自己比的只是第一行。
你也可以试试。下次你为「这是不是同一类」争论的时候,换一个问法:它们之间,谁和谁互相选?选的结果,把谁记成了谁的?
物种不是盒子,是差异稳住了的那一段路。
拆了什么:拆了「物种是一个现成的类」的看法;环物种、杂交带、细菌,三处都让「能不能交配」卡住。
立了什么:立了物种是差异稳定越过阈值的那一段,并让配偶选择这道记功口在此起作用。
你一定有过这样的时刻:一个大日子,一屋子人,你忽然意识到,自己已经不是那个「被安排」的人了,而是那个「被指望」的人。
陈老师六十大寿。儿女回来了,孙辈围了一圈。大孙女端着一杯茶,笑着说:「奶奶,您这么多年教了那么多学生,肯定特别有成就感。」
陈老师接过茶,笑了笑,说:「我这身子,是借来的。」
孙辈们愣了一下。
「你们才是记上了账的,」她说,「我这一份,是要慢慢退场的。」
孩子们以为她在说笑话,一屋子人哄笑起来。只有阿远,因为刚好那天也在,听出了这句话里别的东西。
陈老师说的是对的,也不完全是玩笑。这一章,就要回到第 1 章那个后排男生的问题:自然选择那么挑剔,为什么放过了衰老?
在对账之前,要先请一个更早的人出场。
德国的魏斯曼(August Weismann),十九世纪末提出,生物的身体里,有两种东西:一种是生殖质,负责传给下一代;一种是体质,负责长身体、做事,到时候死去。生殖质不受体质的影响,体质的经历,传不到下一代〔待核〕。这条界线,后来被叫作「魏斯曼屏障」。
他还做过一个有名的实验:把小白鼠的尾巴一代代剪掉,看后代的尾巴会不会变短。据说,连着许多代,小鼠生出来的尾巴一直是原样〔待核〕。
这件事的意义,常被说成是反驳了「获得性遗传」。本书看它,还有另一层:魏斯曼最早把「身体」和「传下去的那一线」分成两份账,而且说,后一份才是要紧的。
他还试过回答「为什么会死」。1881 年前后,他提出,衰老的个体对物种没有用处,会占着资源,所以死亡是被演化出来的好事〔待核〕。这个说法,后来被多数人放弃了,因为它默认选择是为物种的好处而起作用。
本书要还他一个公道:他的答案多半错了,可是他的问题,把「两份账」摆在了桌面上,这是本章后面要接的东西。
第 12 章已经把巴斯和柯克伍德请出来对过一次账。现在,要在衰老这个具体问题上,再对一次。
柯克伍德的一次性体细胞理论,讲的是资源怎样分。一个有机体,能量和材料是有限的,花在修补身体上,就少花在生殖上。外面越危险,把身体修得很好就越不划算。所以,身体是「一次性」的:做到够用就好。
巴斯的生殖系隔离,讲的是冲突怎样被压住。身体里的细胞,如果每一个都有传宗接代的机会,就会互相争夺。把生殖的任务集中到一小撮早早隔离出来的细胞里,其余细胞没有传宗接代的机会,也就没有争夺的动力,身体才能作为一个整体运转。
这两家,都离本书很近。可是本书要问的是另一件事:户名。
回忆第 12 章的那个例子:两个细胞团,资源分配完全相同,只是账记得不同,个体就不同。
把它用在身体和衰老上,是这样的。
想象两种生物,它们的资源分配,完全一样:每天把同样多的能量,分给身体的修补和后代的生产。
第一种生物,它的身体里,只有一小撮细胞(生殖系)的后代,会被记到下一代的名下,其余全部的细胞(体细胞),无论活得多久、修得多好,它们的后代都不会被记下来。
第二种生物,它的身体里,许多细胞都有机会,通过某种方式,产生下一代的一部分,比如长出芽,分出一块,长成新的个体。
两种生物,资源分配相同。但在第一种里,修补身体,在「账」上,对下一代的贡献,只能通过帮助生殖系成功来间接地显出来;而身体本身,不在账上。在第二种里,身体的细胞,本身就在账上:修好它们,就是在修好下一代的来源。
结果是:第一种生物的身体,会老,因为身体不入账,选择没有理由为它的长期维持「付费」;第二种生物的身体,可以不老,因为身体就是账本的一部分。
同样的资源分配,记到不同的名下,衰老就不同。
这是本书对这个问题的答案:不是资源怎样分,而是户名。
还要为柯克伍德补上他完全成立的条件,因为他的算术很干净。
设想一种小鱼,每年有一半被捕食者吃掉,与它身体修得好不好无关。一条刚出生的鱼,活过第六年的机会,是二分之一的六次方,约百分之一点六。一百条里,不到两条。
这时候,把大量资源花在「活过六年以后还结实」上,几乎是浪费。因为绝大多数个体,还没老到那一步,就被吃掉了。选择自然不会为那一步付费。
这个算术,直接解释了:为什么外面越危险的生物,往往老得越快、也越早繁殖。在这个范围里,一次性体细胞理论毫无问题。
再把「持有者」摆出来,因为这是本书比前人多的一点。
一个动物的生殖系,在发育早期就被留出来,这道口的持有者,是发育的程序,它没有利害,只是把这一群细胞放在一边。
可是下一代算谁的,不只是由程序定的。动物里,谁和谁配对,常常有一方在挑,挑的一方有利害:它的后代,记在被挑中的一方名下。人工养殖里,育种者决定留谁。后面要讲的果蝇实验里,实验者就是那个守门者。
巴斯讲的是冲突怎样被压住,没有问这道口是谁握着。柯克伍德讲的是资源怎样分,分配本身没有持有者。
持有者的利害,怎样测?看他的挑选,和他自己的目标有没有关系;撤换持有者,结果有没有变。这在后面那个果蝇实验里,已经做过一次。
巴斯自己也留意到了没有早期隔离的生物。他指出,在植物、海绵、刺胞动物这类生物里,体细胞也可能参与生殖,细胞这一层的选择,因此有机会发生〔待核〕。这与本书的读法并不冲突:没有早期隔离,身体更多地留在账上。这一点,也正是本章后面那条预测的出发点。
本书要补的,只是一件事:外在死亡率相同的两个类群,如果记账的方式不同,衰老会不会不同?这是一个资源分配回答不了、户名可以追问的问题。
现在,可以把答案完整写出来了。
自然选择容忍衰老,是因为记功口只记生殖系,身体是不入账的那部分。
这句话里,每个词都有分量。
「记功口只记生殖系」:对于大多数动物来说,下一代的「户名」,是由生殖系那一条线写的。受精卵里的遗传信息,来自父母的生殖细胞;父母身体里的其他细胞,无论是肌肉、皮肤,还是神经,它们的「功」,不会被记入下一代的细胞谱系。
「身体是不入账的那部分」:身体,对谱系的延续,有重要的作用,它保护、喂养、运载生殖系,但它自己的细胞,不是谱系的一部分。
这样,选择对身体的态度,就有了一个新解释。
梅达沃说,晚发的害处,选择看不见。现在可以补一句:它看不见,是因为身体本来就不在账上,它在晚年的衰败,不影响账上的东西。
威廉斯说,年轻时的好处换老年的坏处。现在可以补一句:老年的坏处,落在不入账的身体上,所以交换才划算。
柯克伍德说,资源在修补和生殖之间分配。现在可以补一句:之所以分配给修补的那一份可以少,是因为修补的对象,不是账上的东西。
三种答法,到这里会合了。它们不是错的,它们是同一个事实的三个侧面。这个事实是:身体是借来的。
回头收第 1 章的伏笔:第 1 章说,三种答法都默认身体与生殖系的账本早已分好,现在可以回答:账本是这样分的,是由记功口分的,分的结果就是衰老。
在细胞里,账内账外,也许留下了一道痕迹。人的生殖细胞和不少干细胞,表达一种叫端粒酶的蛋白,能给染色体末端补上被磨短的部分;大多数体细胞,表达得很少〔待核〕。这是一个看上去与「谁入账」相合的读数。
要立刻说明:这只是一个痕迹,不是证明。读数不自带原因,第 21 章已经讲过。本书在这里只讲演化的道理,不讲应该怎样对待自己的身体,也不替任何人的健康情况下判断。
有一个很老的实验,正好能拿来问:改一改「谁入账」,衰老会不会跟着动?
1980 年代,罗斯(Michael Rose)用果蝇做了这样一件事:他不让果蝇一羽化就繁殖,而是只留下很晚才产卵的那些,用它们的后代接着养下一代,一代一代这样做〔待核〕。
据报告,经过几十代,这些果蝇的寿命明显比对照组长。
这个实验里,谁握着记功口?是实验者。他规定了,只有晚期繁殖者的后代,才被记进下一代的名下。这是一个有利害的守门者。口一变,衰老的快慢也跟着变。
要说老实话:这个结果,梅达沃的说法、威廉斯的说法、柯克伍德的说法,都预期会出现。晚年的害处,选择看不见,一旦把「晚年」挪到繁殖期以内,选择就看见了。所以这个实验,并不能把本书的读法和前三家分开。
它能做的,是另一件事:它是「改变户名,衰老随之而变」的一个现成的实例。本书的次预测,要问的是自然界里,不同的类群之间,是不是也有这样的关联。
有一个现成的例子,可以看看户名的位置是怎样影响寿命的。
蜜蜂的一个蜂群里,蜂后和工蜂,在遗传上并没有本质的区别,都是受精卵发育来的。可是蜂后能活几年,夏天的工蜂只活几周〔待核〕。蚂蚁里更夸张:有人报告,实验室里一只黑毛蚁的蚁后,活了近三十年,而同一巢的工蚁,只有一年左右〔待核〕。
这两种个体,吃的食物不同,身体的发育不同,所以不能简单把差别全算在「户名」上。
不过,按本书的读法,有一件事是清楚的:蜂后是被记账的那一条线,工蜂的后代,大多不入账。蜂群的下一代,几乎全写在蜂后名下。
寿命长的,正好是在账上的那一个。这个吻合,不是证明,只是一个值得继续追的线索。
一个说法,如果推不出任何可检验的东西,就只是一个故事。本书从上面的答案里,推出了一条预测,并且事先写明它可以被推翻。
一条可检验的预测:按「生殖系隔离的时点」分组,隔离越早的谱系衰老越明显;水螅与多数植物没有早期隔离的生殖系,几乎不衰老,正是这条预测的对照。
先把这条预测拆开。
分组的依据,是「生殖系隔离的时点」:在个体发育的哪个阶段,那一小撮会成为生殖细胞的细胞,被从其余细胞里分开。
有些动物,比如脊椎动物,生殖系的隔离发生得很早:在胚胎发育的早期,就有一小撮「原始生殖细胞」被留了出来,此后它们走一条独立的路。
另一些生物,隔离发生得晚,或者根本没有明确的隔离。
本书的预测是:隔离越早,身体「不入账」得越彻底,衰老越明显;隔离越晚、越不彻底,身体越多地留在账上,衰老越轻。
对照一:水螅。
水螅是一种小小的淡水刺胞动物,身体像一根细管,一端有触手。它有一群很特别的细胞:干细胞,分布在身体里,不断地分裂,补充新细胞。水螅可以从身体侧壁长出芽,长成新的水螅。它没有早期隔离出来的专职生殖系:身体里的干细胞,既负责更新自己,也负责产生下一代。
1998 年,瑞士生物学家丹尼尔·马丁内斯(Daniel Martínez)发表了一项对水螅的长期观察〔待核〕。据报告,在好几年里,他养的水螅群体的死亡率没有随年龄上升,未见衰老的迹象。这一结论后来也有不同看法,研究者对水螅是否真的不衰老,仍在讨论〔待核〕。
对照二:多数植物。
植物的生殖,常常来自植株顶端的分生组织。分生组织是一群一直保持分裂能力的细胞,既长出新的枝叶,也在适当的时候分化出花,花里再产生生殖细胞。它们的生殖系,不是在胚胎早期就隔离出来的,而是在一生里晚近才从分生组织里分化出来的。
许多多年生的树木,据报告可以活几百年甚至几千年〔待核〕。这当然需要谨慎对待:一年生植物开花后死亡,那是另一类现象,有它自己的机制;树木的长寿,也不能简单等同于「不衰老」。本书只拿这个对比做一个粗线条的参照:没有早期隔离的生殖系的类群,往往也没有像脊椎动物那样明显的、随年龄上升的死亡率。
还有一条线索,需要放在旁边。有研究测了一棵很老的橡树,不同枝条之间,体细胞积累的突变,比按常理预期的要少得多〔待核〕。这提示,长寿的树,也许有它自己控制突变积累的办法,比如让茎顶端的细胞,很少分裂。
所以,树的长寿,并不只有「生殖系晚隔离」这一个解释。预测要和这些线索一起读,不能单独拿出来当作定论。
要把次预测做成一张真正能做的比较表,得把「隔离时点」分成几档。
动物学里,有一种分法:生殖细胞是预先在卵里备好的,还是后来由别的细胞诱导出来的〔待核〕。果蝇、线虫、斑马鱼的卵里,有特殊的物质,早早就把一小撮细胞定为生殖系。小鼠不同,生殖细胞是在胚胎发育到一定阶段,由周围信号诱导出来的〔待核〕。植物里,生殖系更晚,是从长久保持分裂能力的组织里分化出来的,不过这一点,学界有争论〔待核〕。
可以先分成早、中、晚三档,每档找几个类群。
比较时,有三件事要小心。
第一,亲缘近的物种,不能当作彼此独立的样本。因为它们共享祖先,会让结果看起来比实际更整齐。比较研究里,要用专门的办法校正〔待核〕。
第二,「衰老得快慢」要有一个统一的量。常用的办法,是看死亡率随年龄上升的快慢,把外在的死亡拿掉。这需要在受保护的环境里长期观察。
第三,要把前面说的混杂因素,一并控制:体型,外在死亡率,生活史。
这是一张大表,不是一次实验能填满的。不过表的格子,从现在起,就是可以填的。
有人会提出一个反例:单细胞生物没有身体和生殖系的分别,那它们会衰老吗?
出芽的酵母是一个很清楚的案例。一个酵母母细胞出芽,芽长大脱落,成为一个新细胞。研究发现,母细胞能出芽的次数有限,大约二三十次,之后就衰老、停止;而它出的芽,一开始是年轻的〔待核〕。
按本书的读法,母细胞和芽之间,账记得不对称:被往下传的,是芽;母细胞的损伤,留在母细胞里。
大肠杆菌是一个更微妙的例子。大肠杆菌分裂的时候,看上去两个子细胞一模一样。可是有研究报告,跟着「老的那一端」的子细胞,长得略慢一点,积累了较多损伤〔待核〕。哪怕外形对称,账也可能有一点不对称。
这两个例子,本书把它们看作邻居,不是检验。次预测说的是有生殖系和体细胞分别的类群,单细胞不在那个范围里。可是它们提示了一件事:账的不对称,早在没有身体的时候就有了。
一个好的预测,要写明自己怎样会错。
这条预测,有几处明显可以出问题。
第一,混杂因素很多。一个物种衰老得快不快,跟体型、天敌、环境、代谢率,都有关系。蝙蝠比同体型的小型哺乳动物活得久得多,据一般的了解,它们生殖系的隔离并不比后者晚〔待核〕。裸鼹鼠据报告寿命长得出奇,它们的生殖系隔离,也是早的〔待核〕。所以,用这条预测去检验,必须在比较时,尽量控制这些别的因素:同样的外在死亡率,同样的体型,同样的生活史。
第二,「隔离时点」本身,不好测。不同的生物,早期发育的细节差别很大,哪一刻算「隔离」,要有一个大家同意的标准。
第三,也是最要紧的:如果隔离时点与衰老,在控制了别的因素之后,没有任何关系,那么,这条预测就被推翻了。
那时候,本书要收窄:把这一章的主张,收回到柯克伍德的资源分配说。也就是说,不再说户名决定衰老,只说资源分配决定衰老。
这样做,是事先写好的。不是客气,是规则。
回到陈老师那句话:「我这身子,是借来的,你们才是记上了账的。」
这句话,有一半是玩笑,另一半是生物学。一个人的身体,对谱系来说,确实是借来的:它负责养育、保护、运载,它在这一代里,把生殖系送到下一代。它自己,没有被记下来,会随时间慢慢退场。
但这不是一个悲观的结论。身体在账外,不等于身体没有价值。恰恰是因为身体在账外,它才可以做那么多事:读书,教书,种地,爱人。
本书的一个看法是:生命的「意义」,不全在账上。账上记的,是谱系;账外的,是那一代的日子。后面第五编会回到这一点。
寿宴散了以后,阿远留下来帮忙收拾。
陈老师坐在沙发上,看着满桌杯盘。
「老师,」阿远说,「您刚才那句话,我想了很久。」
「哪句?」
「身子是借来的。」
陈老师笑了:「我随口说的。」
「可我觉得是真的。」阿远说,「我们实验室有一只小鼠,每年都要换一批。小鼠的身体不入账,入账的只是它的后代的一部分细胞。」
陈老师问:「那你们对小鼠,心里过得去吗?」
阿远沉默了一下,说:「过不太去。」
「那就好,」陈老师说,「记不记账,是一回事;心里过不过得去,是另一回事。」
第二天,阿远翻出一本旧的校友录,是陈老师工作的那所县中学三十年前印的。
校友录里,一个班一页,每个毕业生一行,写着名字、考去了哪里、现在在哪儿。翻到最后几页,才是老师的名单,只有姓名和教哪一科,没有后来的消息。
「老师,」阿远问,「你们的去向呢?」
陈老师说:「老师不用去向,学生才要。」
她说得很平静。阿远却想,校友录的这个格式,真像一本账:记了一代又一代出去的人,不记送他们出去的人。
这当然只是一个类比,学校不是谱系。可是他想起了陈老师那句「身子是借来的」,忽然觉得,那一页没写完的名单,也有它的分量。
你也可以试试。想一想,你身体里有多少是「入账」的,有多少是「不入账」的。入账的,留给了谁?不入账的,你打算怎么用?
这一章是第三编的最后一章。回过头看,这一编讲的是:「为了什么」被赶出了门;活着是账户的持存;记功口是第三件事;个体、功能、读数、物种,都可以在账上读;衰老是身体没有入账。
下一编换一个方向。前面讲的账,大多是自然的口在记。从下一章起,要讲人第一次握住了这道口。
身体会老,是因为它从来没被记上账。
拆了什么:拆了「衰老难题已有定论」的印象,也拆了「资源怎样分就够了」的说法;同样的资源分配,记到不同名下,衰老就不同。
立了什么:立了「身体不入账」的答案,收了第 1 章的伏笔,并给出一条可以被推翻的预测:按生殖系隔离的时点分组,水螅与多数植物是对照。
这一编九章。人握记功口已经一万多年:驯化是第一次,绿色革命是握得偏了的一次,癌是身体里的漏记,近交犬种是只记一样东西的慢性空转。然后是人在实验室里先到的定向进化,和 AlphaFold 到底预测了什么。最后三章写 AI 怎样坐上主体位,带来什么新的危机,又怎样回头改了人。
这一编也写真实的增益,也写治理。反差只有一句:从前握记功口的都有利害,AI 第一次没有。
你一定有过这样的时刻:看着一个陪了你很多年的东西,忽然不知道,是它找到了你,还是你选了它。
陈老师家有一条老黄狗,十四岁了,毛色发白,走路慢吞吞的。每天下午,它都趴在门口的台阶上晒太阳,听见陈老师的脚步声,尾巴懒懒地拍两下地。
阿远来的时候,蹲下来摸它的头,狗眯着眼睛,由着他摸。
「老师,」他问,「它是自己来的,还是我们挑的?」
陈老师想了想,说:「这条狗,是它妈妈生的。它妈妈,是它外婆生的。往上数,数到头,大概是一条在人群边上徘徊的狼。」
「那条狼是自己来的。」
「是自己来的,」陈老师说,「可是后来,是谁留下了它的孩子?」
阿远没有答。他看着台阶上的老狗,忽然觉得,这是一个很古老的问题。
先说事实,再说本书的看法。
狗是人类最早驯化的动物。至于什么时候、在哪里,学界的估计差异很大:有的研究者认为是大约一万五千年前,有的认为早到三万年前甚至更早〔待核〕。这个差异本身值得记住。驯化是一个缓慢的、逐步发生的过程,不是某一天某个人的发明,所以很难划出一个起点。
麦子的驯化比狗晚得多,大约在一万年前,发生在今天西亚的「新月沃地」一带〔待核〕。驯化的麦子和野麦子,有一个关键的差别:野麦子成熟后,麦穗会自己碎开,让种子散落在地上;驯化的麦子,麦穗不容易碎,种子留在穗上,直到人来收割。
这个差别,几乎可以看成记功口的一个标志。不容易碎的麦穗,在野外是个缺陷,种子散不出去,繁殖不了;但在人的收割里,它们被更多地收了回来,又被更多地重新种下去。
人收割这个动作,决定了哪些麦子的后代进入了下一年的田。
这就是本书说的记功口:人决定,哪些后代,记进「家养」这条谱系。
换一种作物,故事相似。玉米的祖先是中美洲一种叫大刍草的野草,它的穗又小又硬,只有寥寥几粒籽。一路挑下来,才有了今天一整根粗壮的玉米棒〔待核〕。草还是那一族草,变的是每年谁的籽被留了下来。
这里有一个容易想歪的地方。
读到「人决定」三个字,你可能会想到一位远古的农夫,坐在火堆边,宣布从今年起只留不碎的麦穗。事情不是这样的。
达尔文在《物种起源》第一章里,把人对生物的选择分成两种:有计划的选择,和无意的选择〔待核〕。前一种是育种者有意挑;后一种,是人只管自己的日子,结果无意中也挑了。
麦子多半属于后一种。设想一块田里,既有一碰就碎的穗,也有不碎的穗。人用镰刀割,用手捋,用木棍敲,收回家里的,多半是还挂在秆上的那些。碎掉的那些,种子早已落进土里,没被带走。来年撒下的种子,是上一年收回家的那一批。
没有人下过令。收割的方式,就是账本的写法。
至于这个过程有多慢,研究者看法不一。有的考古植物学研究认为,不易碎的穗在遗址里长期只占少数,过了上千年才成为主流;也有模型推算,只要收割方式合适,几百年就够了〔待核〕。两种说法吵了很多年,没有定论。
这个争论对本书有用的地方只有一点:不论快慢,记功口都是被一个又一个平常的动作写出来的,不是被一道命令写出来的。
账也可以量。考古学家在不同年代的遗址里,把出土的麦穗轴一枚一枚地数:碎开的有多少,没碎开的有多少。把这些比例按年代排成一条线,就是一条被记出来的曲线。它回答的不是某个农夫想了什么,而是哪种穗,一年年地占了多大的名额。
狗的路,比麦子更曲折。
有研究者把动物驯化归成三条路:一条是伴人而来,比如在人的居所边找剩食的动物;一条是从猎物变来;一条是人有计划地直接去驯〔待核〕。狗,多半走的是第一条。
所以陈老师那句话说得准:那条狼,是自己来的。它在人群边上徘徊,是因为人扔下的残骨有吃头。胆子大一点、离人近一点的,吃得好一点,活得久一点。
可是到了某一步,人开始留下它们的孩子。
在德国波恩附近的一处遗址,考古学家发现了一座约一万四千年前的墓,里面除了人,还有狗。其中一只狗很年轻,生前得过一场严重的病,按研究者的推断,它能撑上几周,靠的是人的照料〔待核〕。
照料一只帮不上忙的病狗,说明那时的人和狗,已经不只是猎人和猎物,也不只是主人和工具。
还有一个线索,写在狗的基因里。有研究报告说,家犬体内分解淀粉的酶的基因拷贝数,比狼要多,这被解释为狗跟着人学会了吃谷物和剩饭〔待核〕。这个解释目前还有争论,因为古代狗的情况并不一致〔待核〕。
不论细节怎样,大方向是清楚的:狗没有被谁一把抓来,它先自己靠近,然后人把它的后代一代代记了下来。
猫的故事更晚,也更像「自己来的」。有研究认为,猫很可能是跟着粮仓里的老鼠,慢慢走进村子的〔待核〕。人对猫的记账,一直比对狗松得多。这也是一个提醒:同样叫驯化,记功口可以握得紧,也可以握得松。
要看清人挑一样东西,会带出什么,有一个著名的实验可以参照。
二十世纪五十年代末,苏联的遗传学家别利亚耶夫(Dmitry Belyaev)在西伯利亚开始了一项长期实验〔待核〕。他和同事特鲁特(Lyudmila Trut)从养殖场的银狐里,只挑一样东西:见了人不凶,敢靠近人。每一代,最温顺的那一小部分被留下繁殖,其余的不入账。
他们没有挑毛色,没有挑耳朵,没有挑尾巴。
据报告,过了十来代,狐狸里开始出现一些原先没人挑过的变化:耳朵耷拉下来,毛色出现白斑,尾巴卷起,繁殖期也变得不一样了〔待核〕。它们见了人会摇尾巴,会凑上来舔人的手。
这个实验常被引用,因为它显示出一件事:记功口记的是一样,谱系长出来的却是一整套。挑了温顺,别的性状也被拖着走。很多驯化动物的耳朵、毛色和脸形,有一些共通的变化,研究者把它们合称「驯化综合征」〔待核〕。至于这套变化的机制是什么,学界仍在争论〔待核〕。
对本书来说,这个实验给了一个干净的画面。记功口的判据,可以窄到只有一条;而被记的谱系,会回过头来变成另一副样子。
这个画面,到第 32 章还会用上。
本书的第四编,主题是「AI 坐上主体位」。但在讲 AI 之前,要先说明一件事:人和工具,几千年来就是一个复合体。
一把犁、一条狗、一本育种簿,都是人延伸出去的一部分。农夫扶着犁耕地,犁不能自己耕,人不扶犁也耕不了地;牧羊人带着狗赶羊,狗不能自己牧,牧羊人没有狗也牧不了那么大的羊群。人和工具合起来,才是一个能完成任务的单位。
在本书的话里,这种复合体同时带着三头:
人带来主体的一头:他有想要的东西,他能提出、挑选、否决。
工具带来客体的一头:犁、狗、簿,都是可以被拿起来、被摆在桌上的东西。
人与工具、与被作用的对象之间的往来,是互动的一头。
三头缠在一起,几千年来一直如此。所以,说 AI 是一个「人—工具复合体」的新成员,并不是一个很新的说法。变的是它在复合体里坐的位置。这一点,第 30 章会详细讲。
驯化里的记功口,有一个重要特点:握口的人有利害。
农夫选种,是为了明年多打粮食。牧人留狗,是为了看家护院,是为了赶羊。他们挑的方向,跟他们自己的目的,紧紧连在一起。
这个「有利害」,对谱系的影响,是深远的。
驯化后的麦子,穗子不容易碎,籽粒更大,成熟更一致。这些变化,对农人有利,对麦子在野外的生存,却可能不利。驯化后的狗,温顺,爱亲近人,会读懂人的手势和眼神。这些变化,对人有利,对狗来说,一方面换来了食物和庇护,一方面也丢掉了它们作为野生动物的许多能力。
所以,有利害的记功口,会把谱系往持有者想要的方向拉。这个方向,可能对被记的谱系有利,也可能无关,也可能有害。
驯化还有一个后果,常被忽略:被记出来的谱系,慢慢离不开握口的人。
家麦的穗不碎,意味着它自己撒不出种子,要等人来收、来种。长期没人管的家养谱系,会发生什么,是一个可以拿来量的问题。比如被丢弃后野化的家猪,据一些观察,几代之内就会重新长出更硬的鬃毛和更长的獠牙〔待核〕。这是撤掉记功口以后的「回弹」:家养的那几样,没有写牢,一撤就往回退。反过来,如果撤掉人以后,这条谱系几乎原样不动,就说明那几样已经写牢了。
不同的家养谱系,退回去的程度很不一样。这个量,第 18 章叫回弹系数。驯化是不是已经写进了谱系,不能凭印象,要看撤掉人以后,它往回退多少。
这是一个值得带着往下读的特点。到了第 30 章,AI 坐上主体位,它最大的不同,就是握口的这一方,没有利害。
有人会反对:你说的记功口,要有人握着。可是上面的麦子,没有谁有意去挑,这还算握口吗?
这是一个好问题,本书的回答是:算。
记功口不看有没有人想过,只看账是怎么记的。收割的方式,决定了哪份种子回到田里;这个决定,不因为农夫没想过就不存在。就像一个班级的座位表,排的人也许只想着方便点名,可是谁坐前排,谁坐窗边,一学期下来,照样改变了谁听得清、谁走神。
这里要分清两件事。握口,是说账怎样记;有利害,是说握口的一方想要什么。无意的选择,是握了口,却没想过要什么。有意的选择,是握了口,还知道自己要什么。
所以,上一节讲的「有利害」,在远古的收割里,多半是一种模糊的、只想填饱肚子的利害,不是后来育种者那种清清楚楚的目标。两者有区别,但都握着口。
不要把这一章读成对驯化的批评。
驯化是人类最大的成就之一。没有驯化,就没有农业;没有农业,就没有定居,没有城市,没有文字,没有今天的一切。几千年里,驯化让人类的数量,从几百万增长到几十亿。
驯化给人的也不只是粮食。牛拉犁,马驮货,羊出毛,狗看家护院,每一样都把人的力气放大了好几倍。人能把城市盖起来,把知识一代代攒下来,靠的有一部分就是这些被记进「家养」的伙伴。
驯化也不是一个单方面的剥夺。许多被驯化的物种,数量远远超过了它们野生的祖先:全世界的狗,据估计有好几亿只;而野生的灰狼,只有几十万只〔待核〕。麦子、水稻、玉米,覆盖的土地面积,远超过它们的野生祖先曾经占据的。
在「谱系延续」的意义上,驯化是一个很成功的合作。
还要补一句:这笔账并不只记在麦子和狗的头上,人自己也在里面。早期农人的骨骼,据一些古病理学研究,比同时代的采集者更矮,牙病更多,因为吃得单一〔待核〕。不少传染病的来源,也可以追到和家畜挤在一起过日子〔待核〕。
人握了记功口,人也被这道口改了。这一笔,留给第 32 章。
所以,说驯化是一场「人对自然的占有」,只说对了一半。更准确的说法是:两条谱系,从此缠在同一本账里,谁也算不清哪一笔是谁的。
本书后面讲层断了、一角独大、目标空转,都是在讲「握口握偏了」的情形。但在此之前,要先承认:握得好,是常态;握得好的那些,让我们有饭吃。
阿远后来想:这条老黄狗,用本书的话说,是谁的?
户口簿上,狗是陈老师家的。血统上,狗是它妈妈的后代。从物种的角度,它是「家犬」这条谱系的一部分。从陈老师每天下午给它倒一碗水的角度,它是被陈老师「记着」的。
这四种说法,没有一种错。它们是四本不同的账。
那天傍晚,陈老师在阳台上摘豆角。阿远看见她把几根又粗又长、已经鼓起来的老豆荚,单独放进一个旧饼干盒里。
「这是留种的,」陈老师说,「每年都是这几根。」
「您挑的什么?」
陈老师想了想:「长得最饱的。也说不上为什么,手里一掂,就是它。」
她笑了笑:「你看,我也在记账。」
「那您的豆角,会不会越留越像您的手?」
「会,」陈老师说,「去年的豆荚就比前年的长。可我也说不清,是豆子在变,还是我的手在变。」
阿远没有再问。他看着那只饼干盒,想起远古田埂上那个没人记得名字的人。
他蹲在台阶上,又看了一会儿老狗,想起陈老师的另一句话:「记不记账,是一回事;心里过得去过不去,是另一回事。」
你也可以试试。看看你身边的一样「被驯化」的东西,一盆花,一只猫,一碗米饭,想一想:它的上一代,是被谁挑的?为了什么?那个「为了什么」,是谁的?
人握住记功口,比写下第一个字还早。
拆了什么:拆了「驯化是动物或植物自己的事」的看法;人收割、留种的动作,就是一道记功口。
立了什么:立了人—工具几千年就是复合体,并立了驯化里的记功口,握口的人有利害。
你一定有过这样的时刻:一件事,明明让大家都吃饱了,你却总觉得心里空了一块。
陈老师的老家在南方一个丘陵地带,山脚下有一片梯田。她小时候,每到夏天,田里是一片斑驳的绿:有的稻子高,有的矮,有的叶子颜色深,有的浅。村里人能叫出十几种稻子的名字,哪一种适合哪块田,哪一种煮出来的饭更香,哪一种遇到旱年更扛得住。
后来她回去,田里是一片整齐的、一个颜色的绿。
她问村里的老人:「那些稻子呢?」
老人说:「现在都种一种,产量高,省事。」
陈老师在田埂上站了一会儿。她说:「饭是够吃了,田却瘦了。」
这一章要讲的,就是这句话。
先说一件不能含糊的事:绿色革命让很多很多人吃饱了。
二十世纪中叶,世界人口快速增长,许多人担心将要发生大规模的饥荒。美国农学家诺曼·博洛格(Norman Borlaug)等人在墨西哥培育高产的矮秆小麦,后来又有高产的水稻品种,配合化肥、灌溉和农药,使得许多国家的粮食产量成倍增长〔待核〕。博洛格因此获得了 1970 年的诺贝尔和平奖〔待核〕。
这条路不是凭空来的。矮秆的基因,据说源自日本的一个小麦品种,经美国的育种家引入,再被博洛格的团队用进墨西哥的材料里〔待核〕。水稻这边,1966 年前后,国际水稻研究所推出的矮秆品种,被媒体称作「奇迹稻」〔待核〕。
据估计,绿色革命避免了数以亿计的人饿死〔待核〕。这是一个不应当被轻描淡写的成就。陈老师那句话「饭是够吃了」,前半句是真的,而且是很重的真。
学界对它的评价当然有争论。有研究者用几十年的数据,论证现代品种的推广显著提高了产量、压低了粮价,穷人受益最多〔待核〕;也有研究者指出,水、肥、农药的投入、地下水的下降、小农户的债务,是同一枚硬币的另一面〔待核〕。这两种声音,大都承认:它让很多人吃上了饭,也留下了要还的账。
所以,本书对绿色革命,不批评它的目标,不批评它的善意,更不批评那些为此奋斗的人。
本书想看的,只是一件事:它是一道记功口,记了什么,没记什么。
想看清它记了什么,先得弄明白,矮秆到底好在哪儿。
你见过被风雨压倒在田里的稻子。高秆的稻麦,一旦肥施足了,穗子变沉,秆撑不住,就倒伏,倒下去的穗子发霉发芽,白白损失。
矮秆的品种,秆短而粗,撑得住。同样的养分,更多地被分给了籽粒,而不是长高。这就是为什么,同一块田里,肥施得越足,矮秆品种比高秆品种赢得越多〔待核〕。
注意这里发生了什么。育种者挑的,不单是「产量高」,而是「肥水足时产量高」。这个判据,把一整套配套的东西绑在一起:品种、化肥、灌溉、农药,缺一样,账就不好看。
这道口握在谁手里,也值得看一眼。育种者定了判据,推广体系把种子送下去,收购的价格按产量和成色算账,农人照着价格种。几只手,指向同一行。
这是一道很具体的记功口。它在问:给你足够的肥和水,你结多少籽?结得多的,进下一年的田;结得少的,不入账。
至于「没有肥水时你怎么样」「遇到旱年你怎么样」「煮出来的饭香不香」,这道口没有问。
绿色革命的核心做法,是培育和推广高产品种。
这是一道记功口:育种者和推广体系,决定哪些品种的后代,被记入下一年的田。判据非常清楚——单位面积的产量。
产量高的,被选中,被推广,被大面积种植。产量低的,被淘汰,被逐渐边缘化。
结果是:产量那一行,涨了。
可是账本上,没有被记下来的,还有很多行:抗某种病的能力,耐某种逆境的能力,适应某种土壤的能力,味道,营养,稻秆的用途,种子是否可以自己留种。这些,在产量的算盘里,没有位置。
于是,那些在产量上不占优势的老品种,一年年少种,最后无人再种。它们的种子,若没有被另外保存,就这样消失了。
据联合国粮农组织的估计,二十世纪以来,作物的遗传多样性大幅度地丧失了,不少农家品种已经绝迹〔待核〕。常被引用的有一个「约四分之三」的说法,不过它的来历和算法受到过质疑〔待核〕。各家数据不同,细节需要核对,大方向却没有太大争议:多样性在退。
这个退,是可以量的。常用的办法有两种:一是数品种,看一个地方还在种多少个;二是看集中度,即种植面积里,最大的几个品种占了几成。品种数一年年少,集中度一年年高,就是账越记越窄的读数。
用本书的话说:记功口只记了一行,其他的行,没有入账。
没有入账,会有什么后果?
第一,可演化的余地在缩小。第 20 章说过,可演化,是谱系保留着变出新东西的余地。多样性,就是这个余地的原料。当全世界的稻田里,大面积地种着同一个或少数几个品种时,如果出现了一种新的病害,能抗这种病的变异,就可能不在手边。
历史上有过教训。1970 年,美国玉米遭遇了一场玉米叶枯病的大暴发〔待核〕。据报告,当时美国杂交玉米的大部分,用的是同一种细胞质雄性不育的来源,因为用它制种,可以省掉人工去雄的功夫〔待核〕。省工,是一个很实在的理由;可是这样一来,大片的田,在细胞质这一层,成了同一个样子。后来出现的一个病菌小种,恰好专门欺负这种细胞质,病很快铺开,据估计,那一年全国玉米减产的比例不小〔待核〕。
这类事件说明,当一种作物过度依赖单一的遗传来源时,一个新的病害,就可能一下子打到大面积的田。
更早的例子,是十九世纪四十年代的爱尔兰。当时许多人主要靠少数几个马铃薯品系过日子,一种病害一来,田里几乎同时遭殃,随后是大饥荒〔待核〕。再近一些,是香蕉。曾经满世界都吃的一种香蕉,在二十世纪中叶被枯萎病打垮,换成了另一个品种;而今天,新的病菌小种又盯上了这个替补〔待核〕。
这些故事里,没有一个人做错了什么。每一次,当时的选择都说得出理由:高产、省工、好卖。
第二,对外部投入的依赖在增加。高产品种,往往需要大量的肥料、灌溉和农药来维持,没有这些,产量未必比老品种高。田地越来越依赖「输入」,而不是自己的稳定。
第三,许多没记的行,其实是人在乎的。味道,传统,地方的饮食,种子在农人手里的自主,这些没有出现在产量的账上,却是农人日子里重要的一部分。
最后一样,值得多说两句。老办法里,农人把今年最好的那一把谷子留作明年的种,记功口握在自家手里。杂交种的情形不同:它的下一代性状会散开,留种不划算,来年得重新买〔待核〕。于是,「哪些种子进下一年的田」,这个决定,从一户一户的堂屋,挪到了育种机构和种子的买卖网络里。
握口的人换了,账的写法也跟着换了。
这些后果,用第一章以来的话说,就是:读数(产量)涨了,而价值(善推、真守、美聚)与意义(可演化、繁盛)同时在退。
本书把这种情形,叫作层断裂:读数一层涨,价值与意义两层同时退,各层之间,断了。
读到这里,你可能会问:把老品种的种子存起来,不就行了吗?
确实有人在做这件事,而且做得很认真。
苏联的植物学家瓦维洛夫(Nikolai Vavilov)在二十世纪二十、三十年代,跑遍世界各地搜集作物的种子和样本,想弄清各种作物到底起源于哪里〔待核〕。后来他的收藏,成了世界上最早的大型种质库之一。据传,在列宁格勒被围困的那些年,守着这批种子的研究人员,宁可饿着,也没有动它们〔待核〕。
今天,世界各地有上千座种质库。挪威的斯瓦尔巴全球种子库,2008 年启用,把各国备份的种子存在冻土深处〔待核〕。这是一件很要紧的事,本书没有一句要贬低它。
不过,从记账的角度,有一件事值得说清楚:冷冻的种子,不在记账。
种子库保住的,是样品。一粒冻着的种子,能不能发芽,将来可以试;可是它有没有在这些年里,碰上新的病、新的旱、新的虫,一代代地被田里的日子挑过一遍,没有。田里的品种,每年都在应付新的麻烦,哪些扛得住,哪些扛不住,一年一年被记在账上;冷柜里的,账停了。
所以,两种保存,保的东西不一样。冷柜保存样品,田里保存账。
还有一半的账,不在种子里,在人手里。哪块田种哪个品种,哪一年雨水来得迟该换哪一个,哪种稻子煮出来的饭配哪道菜,这些知识不写在基因里,记在老农的经验里。人不种了,这部分账就断了,种子再多也接不回来。
两样保存都需要,再加上第三样:留住会种的人。这也是为什么,有农学家主张,要让一部分老品种继续留在农人手里、继续种在田里,让它们在地里接着被日子挑〔待核〕。陈老师梁上那一小袋稻种,要是只放着,是样品;要是种下去,才接上了账。
对这一章,有一个很自然的反对意见。
它是这样说的:多样性是吃饱以后才有资格谈的东西。一个孩子正饿着,你跟他说品种要多样,这是站着说话不腰疼。
这个意见,本书认真对待。因为它抓住了一件真事:产量不是一行可有可无的账。对一个真饿过的人来说,它就是最要紧的一行。
本书的回答有三层。
第一,本书没有要求退回去。把产量拿掉,不是办法。要说的只是:账不能只有一行。
第二,多样性不是奢侈,它常常是未来产量的保险。有一则常被讲到的故事:二十世纪七十年代,一种水稻病毒病在亚洲的稻田里流行,育种者翻查了成千上万份种质,才在一种野生稻里找到了抗这种病的基因,用它救下了高产品种〔待核〕。老账,救了新账。
第三,现代育种本身也在把别的行加回账里。把抗病、耐旱、耐盐、营养含量,一项项写进选育的判据,这样的项目这些年越来越多,比如培育含铁、含锌更高的主粮品种〔待核〕。这不是反对绿色革命,是接着它往下走。
所以,这一章的批评,落点不是「高产错了」,而是「只记产量,记得太久」。
本书把当代的危机,分成四种类型,并规定了一个固定的判定顺序,彼此不重叠。顺序是:
第一问:是不是 AI 新型危机?即,是不是出现了「无主之功」,效果真实,却没有任何谱系靠它持存。(第 31 章)
第二问:如果不是,是不是层断裂?即,读数涨,而价值与意义同时退。
第三问:如果不是,是不是一角独大?即,意义的三个样子里,一个涨,另两个跌。(第 26 章,癌)
第四问:如果不是,是不是目标空转?即,一个慢性的、内卷式的偏离。(第 27 章,近交犬种)
本书的章节次序,与判定顺序不同。章序是按故事讲的:先讲驯化,再讲绿色革命,然后是癌和近交犬种,最后才是 AI。判定顺序,是先问最新的、最特殊的一型。
在这一章里,判定过程是这样的。绿色革命,有没有出现「效果真实却无谱系可依」的东西?没有,高产品种本身,是被一条条种子谱系稳定地传下去的,它们有清楚的户名。所以,不是 AI 新型。
再问,读数是不是涨了,价值与意义是不是同时在退?是:产量涨,多样性退。所以,是层断裂。
后来,陈老师回老家,在村里找了几户人家,问他们家里有没有留着老稻种。
有一户人家,在堂屋的梁上挂着一小袋稻种,用旧布包着,积了一层灰。
「这是我爷爷那一辈种的,」那家的老人说,「后来不种了,舍不得扔。」
陈老师小心地接过来,看了看。稻种很小,颜色发深。
她说:「这个,我想借几粒,种在学校后院里。」
老人笑了:「这有什么借的,你拿去。」
回来以后,她在后院整出一小块地,把那几粒稻种种了下去。她说,不是为了产量,是为了让这条线,在一个地方,留着一个口子。
秋天收稻的那个下午,阿远帮她数穗子。
他数得很认真,数完了,老实地说:「老师,它没有种子公司那包说的那么多。差不多只有一半。」
「我知道,」陈老师说,「我没想骗自己。老的不一定比新的好,产量上它输,这是真的。」
她拿起一穗,在手心里掂了掂。
「可是我想让它活着,输也让它输在地里,别输在柜子里。」
「那它到底有什么用?」阿远问。
陈老师说:「说不准。也许哪一年,它正好扛得住一件新的事;也许一直用不上。保险就是这样,买的时候,看不出值不值。」
阿远把那一半的数字,认真地记进了本子里。
你也可以试试。看一看你吃的东西、穿的衣服、读的书:哪一种,在你的生活里,「只剩一种」了?这一种,是谁挑的?
这一章落在记账一致性和回弹系数上。绿色革命把产量那一行记得很一致,其他几行没人记;一旦撤掉外加的肥料和灌溉,这一行会退回多少,就是一个回弹系数。
产量那一行涨了,没记上的那几行在悄悄消失。
拆了什么:拆了「产量涨就是进步」的单线看法;记功口只记产量,其他品种不入账,可演化的余地在退。
立了什么:立了层断裂:读数涨,价值与意义同时退;并写清危机四型的判定顺序,在这里先排除 AI 新型,再判为层断裂。
你一定有过这样的时刻:探望一个病人,走出病房,脑子里反复转着一句话,却不知道该对谁说。
阿远的导师住院了。导师是一位六十多岁的老教授,带了他三年,平时精力旺盛,一天能在实验室待十四个小时。这次是突然查出了问题,要住院治疗。
阿远去探望,坐在病床边,说了些实验室里的事,说了些近况。导师靠在枕头上,精神还好,只是瘦了。
走出医院,阿远在门口站了很久。后来他给陈老师打了个电话。
「老师,」他说,「我导师那些细胞,活得比他好。」
电话那头沉默了一会儿。陈老师说:「你别想这个。」
「我不是难过,」阿远说,「我是在想,那些细胞,为什么能活得这么好?」
陈老师叹了口气:「这也是个问题。」
这一章,要谈的就是这个问题。需要先说明的是:本章只讲演化上的道理,不讲临床,不给任何治疗或检查的建议。如果你或你身边的人正面对这个问题,请去找医生。
先说一个事实:癌,在多细胞生命里,不是人类独有的东西。
多细胞生物,是由许多细胞合作而成的。每一个细胞,在原理上,都有「自己复制」的倾向,这是细胞从单细胞祖先那里继承来的。多细胞生物之所以能成为一个整体,是因为有一套机制,约束着细胞:什么时候该分裂,什么时候该停,什么时候该死。
美国生物学家阿莉克西斯·阿克蒂皮斯(Athena Aktipis)等人在 2015 年的一篇综述里〔待核〕,系统地讲了这件事:癌,是多细胞合作里的「作弊」。一个细胞,因为基因突变等原因,不再遵守这套约束,只顾自己复制,抢占资源,破坏整体。她们的核心观点是:癌是多细胞生物必然要面对的问题,在整个生命之树上,几乎所有的多细胞类群,都能看到类似癌的现象。
这与米卓德的看法是相通的。第 12 章说过,米卓德讲的是细胞层与集体层的冲突:细胞层的适应度,和集体层的适应度,并不总是一致。当细胞层的复制,压过了集体层的利益,就是冲突的爆发。
更早的时候,美国生物学家彼得·诺埃尔(Peter Nowell)在 1976 年发表了一篇很有影响的文章〔待核〕。他提出,肿瘤是「克隆演化」的结果:一个细胞出现了让它更能增殖的变异,它的后代扩张;其中一部分后代又出现新的变异,再扩张,如此一轮一轮,肿瘤里就累积出了越来越「适应」的细胞系。这是一个在体内发生的、微缩版的达尔文过程。
这些讲法都很有力量。它们说明了一件事:癌,是演化在身体里的发生。
还要把另一份功劳记上。二十世纪末,有两位研究者把癌细胞反复出现的一组本事,归纳成一张著名的清单〔待核〕。清单上有:不听停止的信号,躲开自杀的指令,无限地分裂,招来血管给自己供养,等等。后来又有人系统地写了「癌里的克隆演化」〔待核〕。几十年的工作,把一团乱麻理成了一张图。本书借的就是这张图。
本书要做的,只是在图的最上头,补一个问题:这些细胞为什么「可以」这样做?
在说漏记之前,有一个事实,常让人意外。
你身体里的细胞,每天都在分裂,每次分裂都可能抄错。随着年龄增长,健康的组织里,会积累很多带着突变的细胞团。有研究者对看上去完全正常的皮肤和食管取样测序,发现其中不少小片的细胞团,带着在肿瘤里常见的那类突变〔待核〕。
也就是说,带着「危险」突变的细胞,在健康的人身上很常见;而真正长成癌的,只是其中极少数。
这个事实,对只盯着基因的看法是一个提醒:光有突变,不够。
那么,还差什么?差的是机会:这个细胞的后代,能不能一路扩张,占住地盘。
身体对这个机会,设了许多道闸。细胞自己有修复和自杀的程序;免疫系统会清理异常的细胞;组织本身的结构也在帮忙。比如肠道的内壁,细胞的分裂集中在隐窝底部的少数干细胞身上,上面绝大多数分裂出来的细胞,走一段路就脱落了。早在二十世纪七十年代,就有研究者指出,这种安排,使得多数新突变根本没有机会留下后代〔待核〕。
用本书的话说,这是一种记账的安排:只有极少数细胞的后代,才被记在账上,其余的只是过路。
突变,说的是抄写出了错。能不能被记账,说的是错了的那一份,有没有后代。癌的问题,大半出在后一件事上。
本书想补的,是一个词:漏记。
回顾第 23 章。多细胞的身体,通过记功口,把「后代」的户名,集中记在了生殖系的名下。体细胞的后代,不会被记到下一代,所以体细胞的一切,都为生殖系的成功服务。这套安排,使得身体里的细胞,没有「为自己复制」的收益。
癌,是这套安排的漏洞。
一个体细胞,如果通过突变,重新获得了无限复制的能力,并且逃过了免疫等约束,它的后代就在身体里扩张,好像它自己是一个新的「账户」。在它自己看来(这里只是比喻,细胞没有「看」),它的繁殖,是成功的;在整个身体看来,它是在吃掉整体的资源。
用本书的话说:癌,是记功口漏记,功回到了细胞层。
本该只记在生殖系名下的「功」,漏了出来,回到了单个细胞的名下。细胞层重新有了适应度,因而重新有了被选择的资格。选择在细胞层发生,整体层就成了被它吃掉的对象。
这个说法,与阿克蒂皮斯的「合作被作弊」,和米卓德的「细胞层与集体层的冲突」,是相通的。本书多出的是一个词:漏记。户名从集体漏回细胞。
漏记这个说法有一个好处,它指出了一个更具体的问题:不是细胞「变坏」了,而是账没有记住。
这笔账,也是可以量的。研究者可以给组织里的细胞打上遗传标记,然后一代代地追踪:现在整片组织里的细胞,是从几个祖先细胞来的?在健康的组织里,各个祖先的后代大致各占一块;而在肿瘤里,常常是一两个祖先细胞的后代,占去了绝大部分〔待核〕。这个「谁的后代占了多大名额」,就是户名的读数。
和第 17 章里的记账一致性相比,这里量的方向是反的:那里量的是集体的后代,是否都记在同一个集体名下;这里量的是,户名是否从集体漏回了一个个细胞。
有一个极端的例子,值得讲一下,它说明,漏出去的账,可以变成一个独立的账户。
狗身上有一种叫「犬传染性性肿瘤」(简称 CTVT)的病,它的特别之处在于,这个肿瘤的细胞,不是只在一只狗的身体里长。它可以在狗与狗之间,通过交配传播。研究者通过基因组测序发现,世界各地的 CTVT 肿瘤细胞,几乎都来自同一个祖先:一条很久以前的狗,估计在几千年前,身体里出现了这个肿瘤;它的细胞,没有随那条狗死去,而是通过传播,活到了今天〔待核〕。
这些细胞,已经不是任何一条现存的狗的细胞。它们是一条独立的细胞谱系,靠传播延续自己。它们有自己的「记功口」:传播的方式,决定了哪些细胞的后代,进入下一只宿主。
不止狗有。在澳大利亚的塔斯马尼亚岛上,袋獾(俗称塔斯马尼亚恶魔)得过一种面部肿瘤,靠撕咬在个体之间传播。它从二十世纪九十年代发现以来,使野外种群大幅度减少。后来又发现,这样的传染性肿瘤,在袋獾里至少出现过两次,彼此独立〔待核〕。还有研究报告,几种海里的双壳类,也有在个体之间传播的癌细胞谱系〔待核〕。
这是一个「漏记」走到尽头的样子:功回到细胞层,细胞层自己成了一个个体。
这个例子,是写给对「个体」这个词好奇的读者的。在这里,它回应了第 18 章的说法:个体,是被记出来的账户。一条癌细胞谱系,能不能成为一个个体,看的也是账怎样记。
还有一种癌细胞,延续的方式和上面都不同,你也许听说过它的名字。
1951 年,美国一位叫海里埃塔·拉克斯(Henrietta Lacks)的年轻母亲,在医院里治疗宫颈癌。医院取了她肿瘤的一小块组织去培养。这些细胞,在培养皿里一代一代地分裂下去,没有停,成了人类第一批能无限传代的细胞系,以她名字的缩写,叫 HeLa〔待核〕。
到今天,这个细胞系已经被全世界的实验室用了七十多年,用于无数研究。取样的时候,她和家人并不知情,这件事后来引起了关于知情同意的长久讨论〔待核〕。
从演化看,这个例子很有意思。这群细胞早就不在她的身体里了,它们的账,靠实验室每隔几天把一瓶细胞分成几瓶,一代一代记下去。实验室的传代日程,成了它们的记功口。
它们的基因组,据研究报告,和当初那位女士的已经相去很远,染色体数目也乱了〔待核〕。它们是一条独立的谱系,只是活在人造的环境里。
阿远在细胞房里,对着培养瓶看过很多次类似的细胞。有一天,陈老师来参观,他指着超净台里的一瓶,说:「这里面的细胞,从它最初那个主人身上取下来,已经好几十年了。」
陈老师隔着玻璃看了很久,问:「它们现在算谁的?」
阿远答不上来。他想了一会儿,说:「算实验室的吧。不过,最早那个人,谁也还给不了了。」
陈老师没有再问。
这件事,不能只当成科学故事来读。它提醒我们:一个细胞谱系的户名,背后常常连着一个真实的人,和她的家人。
把这个现象,放在意义的三个样子里看。
第 20 章说过,意义层有三个样子:创造(新形式),自由(可演化),幸福(繁盛)。
在癌这件事里:
细胞层的「繁盛」涨了:这些细胞的数量增加,扩张到很多地方,从细胞自己的角度,它们很「兴旺」。
整体层的「创造」和「可演化」跌了:整体被掏空,它不再能保持自己的结构,更不要说产生新的形式、保留变出新东西的余地。
一涨,两跌。这是危机四型里的「一角独大」:意义三角中,一个角膨胀,另外两个角塌陷。
它与前一章的层断裂不同。层断裂是读数涨、价值与意义同时退,三层之间断了;一角独大,是在意义这一层内部,三个样子之间失衡。
所以,判定顺序是:先问是不是 AI 新型(不是,癌里的细胞谱系,是有户名的);再问是不是层断裂(不是,这里读数、价值、意义一起在受影响,核心问题不在层间的断裂);那么,是一角独大。
这里要顺带说一个有趣的现象,它从另一个角度,支持「身体里有一套约束」的看法。
按常理想:身体越大、细胞越多、活得越久,细胞发生癌变的机会就越多,大动物应当比小动物更容易得癌。可是,观察到的现象并不是这样:大象、鲸这样体型巨大、寿命很长的动物,据报告,癌的发生率并没有比小动物高多少。这个现象,在生物学里被称为「皮托悖论」,名字来自流行病学家理查德·皮托(Richard Peto),他在二十世纪七十年代末前后点出了这件怪事〔待核〕。
对此,一个被报道的发现是,大象的基因组里,有多份拷贝的一个叫 TP53 的基因〔待核〕。这个基因在许多动物里,起着「发现细胞受损、促使细胞自杀」的作用。大象的细胞,据报告,对 DNA 损伤的反应更激烈,更倾向于让受损的细胞自杀,而不是任其继续分裂。
本书不对这些发现作具体的结论,只借它说明一件事:越大的身体,越需要更严格的约束。那一套把细胞层的复制,压回整体名下的机制,是演化一代一代加厚的。
换成记账的话说:身体越大、活得越久,要看住的账户越多,记功口就要守得越严。守得严的谱系,癌并不更多;守得松的,才会让漏记有机会。这是一条可以拿动物去对照的线索,本书把它记作「待验」。
写到这里,有一件事要说在前头,免得被读歪。
「漏记」这个词,听上去像是有人没把账看好。它不是这个意思。
得了癌的人,没有谁做错了什么。不少癌的起因里有运气的成分〔待核〕:细胞分裂越多,抄错的机会越多;老了,闸门一道道磨损。这是一个关于多细胞生命的演化结构的说法,不是一句对任何一位病人的评语。
同样,本书说「癌是漏记」,也不等于说「癌可以靠记得更仔细来避免」。身体里的记账,不是一个人的意志能管的事。
这一章只做一件事:把一个让人难受的现象,放回一个看得懂的结构里。看得懂,不会让病痛变轻,但至少让人不必再同时背着一个「是不是我做错了」的包袱。
至于遇到具体的处境怎么办,请去问医生。这是本书一再要说的话,也是对读者的诚实。
后来,阿远又去看了一次导师。
导师精神比上次好。他在病房里放了一台笔记本电脑,还在改一篇论文。阿远陪他说了很久的话,说到实验室的事,说到下一个项目。临走时,导师说:「你帮我看看,那篇稿子里,这一段的逻辑,还有没有问题。」
阿远接过稿子,认真读了一遍,提了三条意见。
导师一条一条地看,有一条他不同意,两个人为这个小地方争了十分钟。争完了,导师指了指床头柜,说:「那个纸箱,你带走。」
纸箱里是二十年的实验记录本,一本一本,封面上写着年份,有的已经发黄。有些结果,从来没有发表过。
「我现在碰不了实验,」导师说,「你先替我收着。」
阿远抱着纸箱走出病房,手臂沉沉的。
他想起陈老师说的那句:「记不记账,是一回事;心里过得去过不去,是另一回事。」
那天晚上,他把纸箱放在宿舍的桌上,没有马上翻。他想的是,细胞的账,和这个纸箱里的账,是两种东西。细胞的账记在谱系上,谁的后代多,谁就记得多;纸箱里的账,记的是一个人二十年里问过什么问题、走错过哪几条路,谁来接,就算谁的。
他没有再想「细胞活得比他好」这类的话。
导师正在做的,是他自己的事:改稿,带学生,把一些想法交给下一代。这些,不入细胞的账,却入了人的日子。
你也可以试试。想一想,你的日子里,有哪些事,是「账外」的?那些,才是你最想留下的东西。
癌不是细胞变坏了,是账记漏了。
拆了什么:拆了「癌只是细胞变坏」的说法;它是多细胞合作里的作弊,是记功口漏记。
立了什么:立了「漏记」——户名从集体漏回细胞,功回到细胞层;并判为一角独大:一涨两跌。
你一定有过这样的时刻:看着一样东西,所有的「标准」它都达到了,你却总觉得哪里不对。
阿远的大学同学,养了一只短鼻犬。这只狗五岁,脸扁扁的,鼻子短得几乎陷进了脸里,圆圆的眼睛,一副憨憨的样子。同学说,它在品种评比里拿过奖,「品相是冠军级的」。
夏天的一个下午,阿远去同学家玩。天气很热,那只狗躺在地板上,张着嘴喘气,胸口起伏得很厉害,发出呼噜呼噜的声音。同学给它换了好几次水,又打开了空调。
「它每年夏天都这样,」同学说,「不能出门,一跑就喘。」
阿远蹲下来,摸了摸狗的脑袋。狗抬眼看了他一下,又低下头去,继续喘气。
「它的品相是冠军级的,」同学又说了一遍,语气里有骄傲,也有一点什么别的。
阿远没有说话。他想起陈老师在课堂上说过的一句话,一直没想明白:「只记一样东西的账,记得越久,越对不上日子。」
先说犬种标准的好处。
狗的外形、性情和用处,原本千差万别:有的跑得快,有的嗅得准,有的能下水,有的能赶羊。把这些差别固定下来,变成一个个稳定的「品种」,是一件很有成就的事。
19 世纪中叶,英国有了最早的犬展,据说 1859 年在纽卡斯尔办过一次,参展的主要是猎犬〔待核〕。
1873 年前后,英国成立了养犬俱乐部(Kennel Club),为各个品种制定「标准」:体型、毛色、头形、步态,一条一条写清楚;第二年又出了第一本公开的血统簿〔待核〕。有了标准,同一个品种的狗,才有统一的样子;有了统一的样子,人们才可以放心地交换、展示、比较、繁育。
这样的做法,让很多人有了归属感:爱某个品种的人,聚在一起,交流经验,保存血统,传承一种共同的审美。对狗来说,这些品种,往往有一批长期稳定的爱护者,它们不会轻易消失。
血统簿还有一个很实在的功劳:它让谱系可查。一只狗的父母是谁,祖辈是谁,白纸黑字。后来的遗传学研究,许多正是靠着这些记录做起来的。
这些,都是真的,是犬种标准的公道所在。不要把这一章读成对爱狗人的批评。
问题出在另一个地方。
犬种标准,是一道记功口。育种者和评委,决定哪些狗的后代,被登记到这个品种的谱系里,登记的判据,主要是「外形」:头的形状,耳朵的位置,毛的颜色,身体的比例。
这道记功口,有两个特点。
第一,它是封闭的。许多品种的血统簿,是「封闭」的:一旦登记为某品种,只有登记过的狗,生出的后代,才能登记为这个品种,外面的狗,不能再加进来。这意味着,整个品种的遗传多样性,是一个只出不进的池子。
第二,它主要记外形。健康、寿命、行为,在评比里,权重往往很小。一只外形极其漂亮、却有严重健康问题的狗,可以在评比里得到高分;一只健康强壮、外形略有瑕疵的狗,可能得不到登记。
这两个特点合在一起,会发生什么?
一代一代地,育种者挑选外形最接近标准的狗,让它们繁殖。为了让某个特征更突出,会倾向于使用有这个特征的少数「明星种公」。某一只得奖的种公,可能一生中留下数百只后代。几十代下来,这个品种里的所有狗,都和那几只明星种公,越来越近。近交系数上升,遗传多样性下降。
与此同时,被选中的「外形」,被推向极端。短鼻犬的鼻子越来越短,脸越来越扁,因为「短」本身,成了标准里的优点。
还有一件事,不说清楚,就读不懂这道记功口。
短鼻犬的脸,大眼睛,扁脸,圆脑袋,和人类婴儿的脸有几分相似。动物行为学家洛伦茨(Konrad Lorenz)早在二十世纪四十年代就指出过,这类「娃娃脸」的特征,会天然地唤起人的照顾冲动〔待核〕。
所以,这道记功口里,有一部分是第 11 章讲过的美聚:被吸引。评委觉得好看,买家觉得可爱,主人觉得心软。吸引的方向,一旦被写进标准,就会一代一代地加码:脸要更扁,眼要更圆,皱褶要更深。
第 11 章里,孔雀的尾巴也是这样一路长出来的。两者有一处根本的差别:孔雀的尾巴,是雌鸟选的,雌鸟自己也在这本账里;短鼻犬的脸,是人选的,选的人不用替这张脸喘气。
选的一方和被选的一方,分成了两拨人。这是本章要抓住的结构。
结果,是这样的。
短鼻犬(如英国斗牛犬、法国斗牛犬、巴哥犬)中,相当一部分有所谓的「短头呼吸综合征」〔待核〕。
它的样子是:鼻腔狭窄,软腭过长,气管细,呼吸困难,夏天容易中暑,剧烈运动容易喘不上气。近年来,这类脸扁的品种在一些地方越来越受欢迎,这使得问题更受关注〔待核〕。
骑士查理王小猎犬,是另一个例子。据兽医学研究的报告,这个品种的二尖瓣心脏病很常见,而且发病的年龄偏早。不少个体到了老年都会受影响,具体的比例因研究和年龄段而异〔待核〕。一部分个体,还存在脊髓空洞症等神经系统的问题〔待核〕。这些,被认为与品种的遗传多样性低、近交系数高有关〔待核〕。
本书不想把这些写得太骇人。这些问题,不是每只狗都有,也不是人人都视而不见。许多爱狗人和兽医,也在努力改革,比如放宽血统簿、检测遗传病、修改品种标准。
但这里有一个值得看清的结构:记功口,一代一代地记外形;外形上的「优点」,一点点被推向极端;到了某个点上,这个「优点」,开始和狗自己的健康、寿命,背道而驰。
记到狗自己活不好,这是目标空转的样子。
记账的比喻不能只停在比喻上,这一章也有几样可以量的东西。
第一样,是有效的繁殖群体有多大。一个品种登记了几万只狗,不等于它有几万只狗在传宗接代。如果大部分后代出自少数几只明星种公,那么真正起作用的,只有很小的一群。研究者用血统簿算过不少品种,发现有些品种的有效群体,小得出人意料〔待核〕。
第二样,是近交程度。从血统簿里,可以算出一只狗的祖先里,有多少是重复出现的。重复越多,近交系数越高。研究者对纯种狗的血统做过大规模的分析,结论大致是,许多品种的近交程度,比人们想象的高〔待核〕。
第三样,是那一把尺的权重。在评比规则里,外形占几分,健康占几分,一目了然。
三样合起来,是这道记功口的读数:有多少只狗的后代被算进了账,账里主要看什么。
有一个周末,阿远陪同学去看了一场犬展。
场地是一座体育馆,里面摆满了笼子和美容台,空气里有狗毛和喷雾的味道。评委在场地中央,一只一只地看:先让狗站定,用手摸它的肩和背,掰开嘴数牙,再让主人牵着绕圈,看步态。
整套流程,认真、专业,每一步都有规矩。
阿远数了数,评委看每只狗的时间,大约两三分钟。这两三分钟里,没有一项在测狗跑上五分钟之后喘得怎么样。
场边有一张桌子,上面摆着几块冷却垫,是给短鼻犬准备的。主人们轮流把狗放上去,一边扇扇子一边聊天。没有人觉得有什么不对。
阿远站在人群里,忽然想到:这套规矩里的每一步,都合理,每一步都是为了「看清楚它像不像标准」。可是整套规矩合在一起,没有哪一步,是为了「看清楚它过得好不好」。
好消息是,这样的账,也有被打开过的时候。
大麦町(斑点狗)有一个遗传特点:全体都带着一个影响尿酸代谢的变异,容易患尿路结石。二十世纪七十年代,美国有研究者发起了一个回交项目。办法是让大麦町和一种猎犬杂交,再一代代回交,目的是把正常的那个版本,引回这个品种里。后代的外形,仍然符合标准。这批狗,在几十年后,才被主要的养犬组织承认〔待核〕。
你注意这个故事的节奏:从提出办法,到被账本接受,花了几十年。
另一件值得一提的事:导盲犬的繁育项目。这类项目,往往把健康、性情、完成训练的比例,都记进了选种的账里,用数据挑下一代的父母〔待核〕。它的记功口,记的不是一张脸,而是一只狗能不能在日子里把一件事做好。
这些例子说明,把外形这一行换成别的,是可能的。尺子,是可以改的。
此外,英国在 2008 年前后,一部电视纪录片,引起了公众对纯种狗健康的大争论;随后几年有独立调查和标准的修订〔待核〕。有的国家,也开始对极短的鼻子设限〔待核〕。这类变化来得慢,但它们说明,空转并不是命。
有一个对照,很能说明问题。
同一个品种名下,常常有两种狗。一种是展示线,育种者主要看外形,登记、参展、评分;一种是工作线,育种者主要看狗能不能干活,比如赶羊、搜救、拉雪橇。两条线的狗,外形可以差得很远,行为和体能也不一样〔待核〕。
名字同样,账不同。
这个对照的意思,不是工作线就一定健康,展示线就一定有病。工作线也有自己的问题,比如过度强调某一种行为。它的意思是:记功口记什么,谱系就长成什么,同一个名字,管不住账本。
陈老师小时候,村里也有狗。没有血统,没有品种,没有人给它们登记。那些狗,谁家都养,谁家也不太管,夜里看门,白天晒太阳。
「我们家那条,活了十六年,」陈老师说。
阿远问:「那是不是土狗比名犬更健康?」
陈老师摇头:「不能这么说。村里的狗,死得早的也不少,得了病,就没了。只是,没有哪一条,是因为脸长得太好看才活不好的。」
她又补了一句:「我这是在讲我的村子,不是在讲道理。」
目标空转,是危机四型里最慢的一种。
它不像层断裂那样,有一个明显的断点;也不像癌那样,有一个明显的扩张。它是一个慢性的、内卷式的偏离:每一代,都在认真地做记功口规定要做的事,每一代的成绩,也都是「好」的,用的是同一把尺;不过这把尺子,量的东西,一点点地和日子对不上了。
用生活里的话讲,像一个人在跑步机上,越跑越快,跑得很标准,可是一直在原地。
这类危机,难就难在:它里面的每一个人,都没有做错事。育种者在认真地育种,评委在认真地评分,狗主人在认真地爱狗。大家都在遵守同一把尺。而尺本身,已经不对了。
对这一章,有一个很常见的反对意见。
它说:主人喜欢这张脸,狗也有吃有住,被疼爱着,这不就是各取所需吗?
这个意见里,有真的成分。许多主人对狗的爱,是实打实的,狗得到的陪伴和照顾,也是实打实的。
不过,这里有一处,值得再看一眼:谁的账里,有狗自己的呼吸?
选的一方,是人。人的利害,进了账:好看,可爱,拿奖,有面子。被选的一方,是狗。狗的利害,喘不喘得上气,活得长不长,没有一栏位置。
这就是本书讲的持有者的利害,在这里出现了错位:握口的人有利害,但那份利害,和被记的谱系自己的利害,不是同一份。
要是握口的人,同时也要为这张脸付出代价,账大概会记得不同。孔雀的尾巴就是这样:雌鸟选,雄鸟背着,两头都在这本账里。
所以,各取所需,说对了一半:取的需,是人的需。狗的那一份需,没有进账本。
在这里,再说一次判定顺序。
第一问:是不是 AI 新型?不是。近交犬种里,没有「效果真实、却无谱系可依」的东西,每一只狗,都有清楚的血统登记。
第二问:是不是层断裂?不是。层断裂是读数涨、价值与意义同时退。在近交犬种里,读数(外形的评分)是涨了,但健康和寿命的退,是由这一把尺本身造成的,并不是「断」了,而是同一把尺的延续。
第三问:是不是一角独大?不是。意义三角里,并没有一个角膨胀、另两个塌陷的结构。
第四问:那么,是目标空转。
后来,阿远再去同学家,那只狗已经不再参加评比了。
同学说,兽医建议他给狗做了一个小手术,改善呼吸。手术之后,狗的状态好了不少,夏天也能出门,慢慢走几步。
「你知道吗,」同学说,「我以前觉得它的脸,是最可爱的地方。现在看它能正常地喘口气,我觉得,这才是最可爱的地方。」
阿远没说话,只是点了点头。
那天傍晚,他陪同学遛狗。狗走得慢,走几十步就要停一停,站在路边的树荫下,舌头伸得很长。同学也不催,掏出手机看天气,说:「明天三十五度,不出门了。」
阿远忽然发现,同学的日子,已经围着狗的呼吸转了一整个夏天。
回去路上,他想:这位同学做的事,用本书的话说,就是把记功口的尺子,从「外形」换成了「日子」。
你也可以试试。看看你身边那些「只认一把尺」的事:成绩,粉丝数,体重,薪水。问一句:这把尺,量的东西,还对得上日子吗?
只记一样东西的账,记得越久,越对不上日子。
拆了什么:拆了「标准越严越好」的看法;近交犬种的记功口只记外形,而且是封闭的。
立了什么:立了目标空转:一道记功口,每一代都认真地做规定要做的事,却越来越对不上日子;并按顺序判定它不是 AI 新型、不是层断裂、不是一角独大。
你一定有过这样的时刻:一件事你反复试,试到第几十次,忽然发现,你真正在做的不是「想出来」,而是「挑出来」。
阿远在实验室里做过一个很笨的实验。导师给了他一种酶,活性很低,要他想办法让它在高温下还能干活。他先是一条一条地读文献,想从结构上推,哪个位置换成哪个氨基酸会更结实。推了两个月,换了七八处,没有一处管用。
后来师兄看不下去,说:「你别推了,让它自己变。」
师兄教他做了一件事:用一种容易出错的复制方法,把这个酶的基因抄几万份,每一份都带几个随机的小错;再把这几万份分别放进细菌里,让细菌把酶造出来;最后把所有的酶放到高温下烤一烤,看哪几个还活着。
活着的,只有寥寥几个。阿远把它们挑出来,再抄一轮,再烤一轮。
第四轮的时候,那个酶在高温下的活性,比起点高了几十倍〔待核〕。
阿远盯着读数,半天没说话。他想的是:这七八处改动里,没有一处是我「想」出来的。我做的,只是定了一条规矩——烤一烤,活着的留下。
这条规矩,就是本书说的记功口。
这一章要讲的,是人在试管里把「选」这件事做出来的那一段历史,以及它为什么值得放在 AI 之前讲。
美国化学工程师弗朗西丝·阿诺德(Frances Arnold)在 1990 年代初开始做这件事。大意是这样的:不再去设计一个酶应该长什么样,而是给酶的基因制造随机变异,再按照要的功能去筛,留下表现好的,再变,再筛,这样循环〔待核〕。她的实验室早期的一个例子,是让一种蛋白酶在有机溶剂里也能工作,经过几轮循环,它的活性比起点高出很多〔待核〕。
同一年的诺贝尔化学奖,另一半给了两位用噬菌体展示技术做抗体与多肽筛选的科学家:乔治·史密斯(George Smith)和格雷戈里·温特(Gregory Winter)。2018 年,三人共同获奖,阿诺德得了其中的一半〔待核〕。
这套方法,现在叫定向进化。它的结构很简单,只有三步:
一,造变异。用容易出错的复制、基因重组等办法,造出一大批彼此略有不同的版本。
二,做选择。设一个测试,让每个版本去过关,表现好的留下。
三,扩增。把留下的版本复制出来,作为下一轮的起点。
三步合起来,就是达尔文过程的三件事:变异,选择,记功。第三步里「留下的复制出来」,正是记功:哪一份的后代,被记入下一轮。
这套办法不是一个人一夜之间想出来的,它的背后有一串接力。
1985 年,史密斯(George Smith)发现,可以让噬菌体把一小段外来的蛋白,展示在自己的表面上,这样,「一段蛋白」和「编码它的基因」就装在同一个小颗粒里,筛出蛋白,同时也就捞到了基因〔待核〕。温特(Gregory Winter)后来把这条路用到抗体上,由此做出的药,其中有的已经走进了病人的日常〔待核〕。
1994 年前后,另有研究者发明了「基因洗牌」:把几个表现不错的版本的基因切碎,再随机拼回去,让好的片段重新组合〔待核〕。
这些方法各不相同,骨子里是同一件事:先放开变异,再用一道筛,把想要的那几份记下来。
阿诺德做的,是把这套逻辑,系统地用到了酶上。
先说定向进化真正厉害的地方。
蛋白质的结构复杂得很。一条几百个氨基酸的链,换掉其中一个,对整体功能的影响,往往没法从头算出来。所以,传统的「理性设计」——先看懂结构,再动手改——在很长时间里,成功率并不高。
定向进化绕开了这个难处。它不要求你懂,只要求你能测。只要你有一个办法,能把表现好的和表现差的分开,你就可以让进化替你找路。
这是一个很深的转变。过去人们以为,要造出一个好用的分子,得先「理解」它。定向进化说:不一定,你只要会「挑」。
它也让科研变得更平等了一点。不是每个实验室都有人能一眼看穿一个蛋白的结构,可是多数实验室,都能搭起一道像样的筛。门槛从「懂得多」,挪到了「测得准」。
它的成果也很实在:更耐热的酶、更能在洗衣粉里干活的酶、能催化自然界没有的反应的酶,以及后来大量的抗体药物,都和这条路有关〔待核〕。这些,都是真的益处,值得被好好承认。
定向进化不是实验室里的把戏,它早就走进了日子。
你家洗衣粉里的酶,是一个例子。洗衣粉要在偏碱、有表面活性剂、水温不低的环境里干活,天然的蛋白酶多半扛不住,要靠一轮一轮地筛,才筛出耐得住这些条件的版本〔待核〕。
药厂也在用。有一种治疗糖尿病的药,生产路线里原本有一步很难做,后来研究者用定向进化的办法,改造出一种能干这一步的酶,让整条路线更省料、更干净〔待核〕。
还有一类更有意思:让酶去做自然界里没有人教过它的反应。阿诺德的实验室报告过,让一种天然的酶,学会催化一类自然界里并没有的化学键的形成,办法同样是随机变异加筛选〔待核〕。
这些成就的共同点是:没有哪一步是先「想明白」再动手的。想不明白,也可以走下去。
现在说本书要看的东西。
在野外,记功口是看不见的。一只鸟留下多少后代,是由天气、天敌、配偶、食物一起决定的,没有人写过一张纸,上面写着「按这条规矩记」。所以,第 1 章到第 4 章里,三家吵来吵去,吵的是一件没有写出来的事。
在定向进化里,记功口第一次被写出来了。
这条规矩,白纸黑字写在实验方案里:烤到几度,烤多久,留下活性最高的前百分之几,下一轮扩增多少份。改一个数字,下一轮的结果就不同。
这对本书的意义有三点。
第一,它证明了记功口是可以被单独拧动的。同样的变异,同样的扩增,只改「筛」的这一步,得到的谱系就不同。这是前面几章里讲「记功先于个体」时,一直缺的一类直接的证据:记功口不是一个事后的说法,是一个可以被人伸手去调的旋钮。
第二,它让「谁握着」变得清楚了。在这里,握着的人是实验者。实验者有明确的利害:他要一个更耐热的酶,他要一个能做出产品的酶。第 24 章说过,握口的人有利害。这里,也是如此。
第三,它让一件事变得具体:记功口只管户名,不管数量。定向进化里,每一轮扩增的总份数,是实验者定的;而被留下的是哪一些,是筛选条件定的。这两件事是分开的。
这一章反复说「变异是随机的」,这四个字要说准。
第 10 章讲过它的操作定义:变异有机制,有偏向,但不朝适应的方向定向。放在试管里看,这句话有一个很具体的样子。
实验者用来造变异的方法,不是公平地把每个位置都改一遍。有的容易出错的复制方法,对某几类碱基的替换更偏心,改出来的版本,在统计上是歪的〔待核〕。这是偏向。
可是,这个偏向,和「这个酶要耐热」毫无关系。它不知道你要什么,也不会因为你要什么就多改某一处。这是不定向。
所以,随机的意思,不是均匀,不是没有规律,而是:变异不知道目标。
这一点,正是定向进化里「人只握选择与记功」的根据。目标只存在于筛里,不存在于变异里。变异的这一头,对要去哪儿一无所知。
后面讲 AI 的时候,这条线会被拉动。如果提出候选的一方,开始「知道」目标,哪怕只是从数据里学到的统计上的倾向,那么上面这条界线,就要重新画。
有一个更早、也更简单的实验,值得在这里提一下。
1960 年代,美国生物学家斯皮格尔曼(Sol Spiegelman)做过一个实验〔待核〕:他把一种病毒的 RNA,放进含有复制所需原料和酶的试管里,让它自己复制。每复制一段时间,就取一点,放进新的试管,再复制。这样一代一代传下去。
据报告,几十轮之后,RNA 变得越来越短,因为短的复制得快。最后剩下的只是一小段,复制速度很快,却已经不再编码病毒的功能。人们后来戏称它为「斯皮格尔曼的怪物」〔待核〕。
这个实验讲的,是一件很朴素的事:只要记功口的规矩是「谁复制得快,谁的后代多」,进化就朝着「复制得快」去,不管那是不是你本来想要的。这个例子,与第 27 章的近交犬种是同一个道理的另一面——记功口记了什么,谱系就长成什么。
定向进化的实验者,对这一点有切身的体会。他们中流传着一句大意如此的话:你筛什么,就得到什么。
设想一个实验:要一个能在洗涤剂里分解污渍的酶,可是为了方便,实验者筛的时候,用了一种人工合成的小分子来测活性,因为它测起来快。结果,筛出来的酶,对这个小分子分解得飞快,对真正的污渍却不灵。
酶没有错。是账只记了「对那个小分子灵不灵」,没有记「对污渍灵不灵」。
所以,一个老练的实验者,花在设计筛上的功夫,常常比花在造变异上的还多。他知道,真正握着方向盘的,是那道筛。
读到这里,你可能觉得,定向进化听上去,和农夫选种没什么两样。
这个看法,说对了一大半。
定向进化,确实是育种的试管版。两者的共同点,是人握着记功口,变异靠自然的偶然。
它们有三处不同。
第一,速度。农夫选种,一年一代;试管里的细菌,不到一小时就是一代,一天就能筛上好几轮。
第二,对象。育种的单位是整株作物、整只动物;定向进化的单位是一个蛋白,甚至是蛋白上的几个位置。
第三,记功口写得多清楚。田里的选择,混着天气、土壤、农人的脾气;试管里的筛,写在方案上,改一个数字就是另一本账。
还有人会问:既然人没有设计,只是在挑,那算不算「设计」?
这要看怎么用词。本书的意思是:人没有提出候选。候选是随机冒出来的;人做的,是定筛、留种。所以,它是选择,不是设计。
两件事的界线,是第 30 章要用的。设计,意味着有人(或有什么东西)去提出候选;选择,只管挑。定向进化里,提的是偶然,挑的是人。
定向进化再好用,也有边界。
它像一个蒙着眼睛爬山的人:每一轮,只能在手边摸到的几步之内,往高处走。只要旁边有一步更高,就走过去;要是四周都比脚下低,就停在那儿,不知道远处有没有更高的山。
用生物学的话说,它容易停在局部的高点上。
另外,每一轮留下的,必须比上一轮至少不差。需要先变差、再变好的路,它不容易走。需要同时改好几个互相配合的位置、单改任何一个都没用的路,它也不容易走〔待核〕。
所以,实验者常常要靠经验,替它选一个好的起点,一步步地小心地走。
这个边界,对下一章很要紧。因为人们很自然地会期待:要是有什么东西,能一步跳到很远的地方,会怎样?
把这一章放在 AI 之前,是有用意的。
一,定向进化里,变异是随机的。实验者不知道哪一个变异会管用,他也不提候选,只是造出一大批,让筛去挑。
二,选择是有目的的。筛的条件,是人定的。
三,因此,定向进化里的「人」,扮演的是第 30 章会讲的三类持有者里的前两类的混合:既像一个无利害的筛(它不关心哪个变异好),又是一个有利害的守门者(筛的标准,是他为了自己的目的定的)。
AI 来了以后,变化发生在第三步之前:AI 不是随机地造变异,而是提出候选。它读过大量的序列,能提出「这个值得试」。这一点,是定向进化没有的。
所以,定向进化是一座桥:桥的这一头,是自然界里没有写出来的记功口;桥的那一头,是 AI 流程里,连候选都由 AI 提的记功口。第 29 章先看 AlphaFold 做了什么、没做什么;第 30 章再看 AI 怎样坐上主体位。
阿远后来把那个耐热酶的结果,拿给陈老师看。
陈老师翻了翻数据,问:「你自己的那七八处改动呢?」
「都没用上。」
「那你这两个月,白推了?」
阿远想了想,说:「不算白。我知道了,我定的那条规矩,比我的聪明重要。」
他翻出自己的实验记录给陈老师看。每一轮后面,他都记了三样:烤了多久,留下了多大比例,留下的那几个,平均比上一轮好多少倍。
「这就是你的账本,」陈老师说。
「我从没这么想过,」阿远说,「我以前以为,记录本是用来存结果的。」
「它也是在存规矩,」陈老师说,「下次别人想重做你的实验,先要看的是这一栏。」
陈老师笑了:「这话,写在笔记本上。」
你也可以试试。想一件你近来在「想办法」的事,问一句:我是在想答案,还是在定规矩?有时候,把规矩定对了,比答案本身更值钱。
这一章落在持有者的利害上。定向进化里的人,既出题,也挑选,也留下结果;挑选的口很清楚,利害也很清楚。试管里的规矩一旦写下来,别人就能复算记账一致性,这是它比野外强的地方。
定向进化教的不是怎样想出答案,是怎样把规矩写下来。
拆了什么:拆了「设计一个好分子,必须先懂它」的看法;只要会测、会筛,进化就能替你找路。
立了什么:立了「记功口可以被单独拧动」:定向进化把原本看不见的记功口,写成了实验条件,握口的人有利害。
你一定有过这样的时刻:新闻标题里的一句大话,你读完觉得自己该激动,又隐隐觉得,这句话里少了点什么。
那几天,手机上到处是同一条消息:人工智能解决了生物学上的一个五十年难题。
陈老师把手机递给阿远:「你看看,这说的是什么?」
阿远是做蛋白的,一眼就知道。他说:「是蛋白质结构预测。给一条氨基酸序列,算出它折叠起来是什么形状。」
「那这个难题,解决了,」陈老师问,「生物学是不是就做完了?」
阿远笑了:「老师,要是这样,我们实验室明天可以关门了。」
「可是你们没关门。」
「没关门,」阿远想了想,说,「因为它回答的是一个问题,我们手上还有好多别的问题。」
陈老师点点头:「那你把这句话,替我分一分。」
这一章,就是替陈老师分一分。
先还公道,而且要还足。
蛋白质是由氨基酸连成的长链。链一旦造出来,会自己折叠成一个复杂的立体形状,而这个形状,在很大程度上决定了它能干什么。所以,「知道一条序列折成什么形」,是生物学里一个又老又重的问题。过去几十年,要得到一个蛋白的形状,主要靠实验:把它结成晶体,用 X 射线照;或者用冷冻电镜去看。一个结构,常常要花几个月甚至几年〔待核〕。
「给序列,算形状」,被称作蛋白折叠问题,已经有大约半个世纪的历史〔待核〕。
它的起点,是一个朴素的发现:二十世纪七十年代初,安芬森(Christian Anfinsen)等人的实验表明,一条链的氨基酸顺序,就已经足够决定它折成什么形〔待核〕。这给了人们一个希望:既然顺序决定形状,那么应当能从顺序算出形状。
不过,难处在于数字。一条链可以有的折法,多到天文数字,列文塔尔(Cyrus Levinthal)在六十年代末就指出过,真让它一种一种地试,宇宙的年龄也不够〔待核〕。细胞里的蛋白,几毫秒到几秒就折好了。它是怎么做到的?这成了一个老谜。
为了检验大家到底算得有多准,学界从 1994 年起,每两年办一次盲测竞赛,叫 CASP:主办方先拿到刚测出来、还没公开的结构,让各个团队去预测,最后对答案〔待核〕。二十多年里,进展很慢。
2018 年的第十三届,DeepMind 的第一版 AlphaFold 已经拿了第一名,引起了注意〔待核〕。2020 年的第十四届,第二版取得了接近实验精度的成绩,让整个领域的人大吃一惊〔待核〕。2021 年,约翰·江珀(John Jumper)、戴密斯·哈萨比斯(Demis Hassabis)等人发表了方法和结果〔待核〕。随后,AlphaFold 预测出来的结构,被放进了一个公开数据库,供全世界的研究者查阅。数据库最初收了几十万条,到 2022 年扩充到两亿多条〔待核〕。
这件事的价值,不应当被轻描淡写。过去需要几个月的工作,现在往往几分钟就能得到一个相当可靠的初稿。许多实验室因此省下了大量的时间,把力气用到了别的问题上。对从事冷门疾病、冷门物种研究的人来说,这是一份实实在在的礼物。
它的用处也已经落到了具体的研究里。比如,有研究团队把预测结构和低分辨率的实验图像拼在一起,帮助解出了一些过去很难看清的大型分子机器〔待核〕。预测先给出一个初稿,实验再来核对和修改,两者互相搭手。
所以,本书对这项成就的态度是:它是真的,而且很大。
还公道,还有另一半:公道不只归 AlphaFold 一家。
它是怎么学会的?它读的是前人积累的材料:几十年里,世界各地的实验室,用晶体、用冷冻电镜,一个一个地把蛋白的结构测出来,存进一个公共的结构库〔待核〕。这个库里的每一条,背后都是某个实验室几个月甚至几年的工作。
没有这个库,就没有今天的预测。
这样看,AlphaFold 的成绩,是一本很厚的账累出来的。记在它名下的,是把这本账读通的那一步;记在无数实验室名下的,是写下这本账的每一笔。
这一点,对后面几章有用。它说明:就连一个看上去「无中生有」的新工具,也有一条来历,也有一份欠了谁的账。
它还有一个更实际的后果:结构库里,容易结出晶体、容易测的蛋白占多数。难测的,比如嵌在细胞膜里的、天生没有固定形状的,相对少〔待核〕。读数的缺口,会原样传给学它的人。
AlphaFold 有一个很朴素的好习惯:交答案的时候,它会给每一处附一个把握的评分。
阿远给陈老师看过。屏幕上是一个蛋白的三维彩带,大部分是深蓝色,表示它很有把握;有几段是橙黄色,表示把握很低。
「这几段,它为什么说不准?」陈老师问。
「有两种可能,」阿远说,「一种是它没学到。另一种,是这一段本来就没有固定的样子。」
「蛋白还有没有固定样子的?」
「有,」阿远说,「不少。它们像一截绳子,平时是软的,遇到别的分子才临时摆出一个形状。」
陈老师盯着那段橙黄色,看了一会儿:「所以它的不确定,也是一种读数。」
「对,」阿远说,「它有时是在告诉你:这儿本来就不是一个定型的东西。」
AlphaFold 的局限,大概有这几处。它给出的是一张静态的照片,而蛋白在细胞里是会动的〔待核〕。它擅长预测一个蛋白「平常」的形状,对一个小小的突变会把形状和功能改成什么样,把握就差得多〔待核〕。后来的版本,把预测的范围扩展到了蛋白和核酸、小分子的复合体,不过准确度和稳定性,各类情形并不一样〔待核〕。
这些局限,不是对它的挑剔。能这样老实地说清自己哪里不行,是一件工具成熟的标志。
接下来,要做陈老师交代的事:分一分。
生物学里的「一个东西」,要放在四层楼里看。每一层楼,问的问题都不一样。
第一层,蛋白。问的是:这条链,折成什么形?
这是 AlphaFold 做得最好的一层。给它序列,它给出一个三维的形状,并且附一个它自己对每一处有多大把握的评分。
第二层,分子系统。问的是:这个蛋白,和谁结合?结合以后怎样动?
蛋白很少单独干活。它要和另一个蛋白合成复合体,要和小分子药物结合,要和 DNA、RNA 打交道。而且,它不是一个静止的雕塑,它会弯、会摆、会在不同的形状之间切换。AlphaFold 的后续版本,在预测复合体方面有了进展〔待核〕,但这一层整体上仍然比第一层难得多:动态的变化、不同条件下的差别,仍是研究者仍在攻克的问题〔待核〕。
第三层,细胞。问的是:这个蛋白,在细胞的哪个地方、什么时候、跟多少其他分子一起干活?
细胞里是一个极拥挤的世界,几千种蛋白同时在场,有的被修饰,有的被降解,有的被运到别处。知道一个蛋白「长什么样」,不等于知道它在细胞里「干什么」。这一层,目前主要靠实验,预测只能提供线索。
第四层,生物体。问的是:这个蛋白,进不进某一条谱系?
一个蛋白,要对一个生物体产生持久的影响,要么它的基因被写进了某个生物的基因组,要么它被某一个流程,一代一代地制造出来、保存下来。它能不能「进」,不由它自己的形状决定,而是由谁在记账决定:一个生物体里,哪一份后代被记下来;一个实验室里,哪个候选被留下来;一个育种项目里,哪个品种被推广。
四层楼,一层比一层更靠近「活着」,也一层比一层更远离「形状」。
四层楼,验的办法也不一样。
第一层,拿预测去对照实验测出来的结构,差多少,一目了然。第二层,要做结合实验,看两个分子是不是真的抱在一起,抱得多紧。第三层,要靠显微镜和各种标记,看它在细胞里到底待在哪儿。
到了第四层,验的办法就变了:要看这个东西,有没有被某一条谱系带到下一代,带了几代,是谁在带。
前三层,一个实验员一个下午可能就有结果。第四层,常常要几年,甚至几十年。
这里,要用到本书一路在用的两个词。
第 21 章说过,读数是我们对一个东西量到的样子:序列、结构、表达量、种群频率。读数可以很准,很有用,但它回答的是「它现在是什么样」。
记功则是另一回事:这一份后代、这一个效果,算在谁的名下,被谁的谱系带到下一代。
AlphaFold 的四层里,前三层,都是读数。第一层的读数,是形状;第二层的读数,是结合的情形;第三层的读数,是在细胞里的位置和活动。它们越来越复杂,也越来越难测,但都是「量到的样子」。
第四层,是记功。它不是一个更难的读数,而是另一种问题。你可以把一个蛋白的形状算到小数点后好几位,却仍然不知道它会不会被某一条谱系留下,也不知道它留下以后,算谁的。
生物学里有一个老例子,可以帮你看清这一点。有的动物眼睛晶状体里,那些让它透明、能聚光的蛋白,在身体别处原本是做代谢工作的酶,后来在眼睛里被征用了〔待核〕。同一种形状,进了不同的谱系、不同的位置,担的功能就不同。形状没变,变的是它被记在了哪里。
所以,下面这句话,是本章要带走的:知道它折成什么形,还不知道它算谁的。
这不是在贬低 AlphaFold。恰恰相反,只有把它的位置说准,才能看出它真正的价值:它把第一层这一间屋子,几乎照得透亮,让人们可以把力气花到楼上去。
再说一件容易混的事。
有人会问:AlphaFold 这么厉害,是不是已经「坐上主体位」了?
第 30 章会把「主体位」完整地讲出来。在这里只先说一句:主体位指的是,能提出、挑选、否决。
AlphaFold 做的,是预测:你给它一个序列,它告诉你可能的形状。它不提出新的序列,不在一堆候选里挑,也不否决任何东西。提出、挑选、否决,仍然是用它的人在做。
所以,AlphaFold 本身,更像一个很好的读数仪器:像显微镜,像测序仪。它的出现,让读数这一层变得更便宜、更快。
真正让账本发生变化的,是它被接到后面的流程里:有人用它去评估大批候选,把评分最高的留下,其余的丢掉。这时,评分成了筛,筛接上了设计流程,记功口才开始改变。这一步发生在 AlphaFold 之外,是下一章的话题。
用一个生活里的例子,把「读数」和「记功」的差别再说一遍。
设想你开了一家小饭馆。你装了一台很好的称,能精确到克;还装了一个很准的温度计,能测每一道菜出锅的温度。你的读数,比以前准得多。
可是,哪道菜该留在菜单上,哪道该撤,称和温度计不会告诉你。那是你,或者你的客人,用脚投票决定的。菜单,才是饭馆的记功口。
称越准,你对每一道菜知道得越多;但菜单上写什么,仍然是另一件事。
AlphaFold 是一台极好的称。它让「这道菜是什么样」这件事,变得又快又准。至于哪道菜上菜单,是下一章要问的。
对 AlphaFold,有一种很强的感叹:既然一条序列就能算出形状,是不是说明,生命的事,说到底都是物理的计算,不需要别的解释?
这句话,对一半是真的。
折叠这一层,确实主要是物理和化学在起作用。AlphaFold 的成功,也让这一层变得更透明。本书没有任何理由否认这一点。
可是,这句话只在第一层楼里成立。到了第四层,问题不再是「它折成什么形」,而是「它进入哪一条谱系」。这个问题,物理算不出来。
就像你能把一枚硬币的重量、直径、成分算得清清楚楚,却算不出它在谁的口袋里。
所以,两种说法并不冲突:折叠是物理的,记账是谱系的。前者读得越准,越有利于看清后者缺了什么。
后来,陈老师在课上,用了一个办法给学生讲这件事。
她在黑板上画了四层楼,从底下往上,写着:蛋白、分子系统、细胞、生物体。
「新闻上说的『难题』,」她拿粉笔点着最底下一层,「在这儿。」
学生问:「那后面三层呢?」
「后面三层,」陈老师说,「有的是慢慢在做,有的是根本不是同一类问题。」她点着最上面一层,「尤其这一层:它不是『算得更准』,是『记在谁名下』。」
有个学生举手:「老师,那是不是说,AI 帮不上最上面这一层?」
陈老师笑了:「这个问题好。你留着,下一章我们接着说。」
下课以后,一个扎着马尾的女生留了下来,她小声问:「老师,我还要不要学生物?」
陈老师把粉笔放回盒子里,说:「你们这一代,会比我们更早知道一个蛋白长什么样。」
女生点点头。
「所以,」陈老师说,「你们要更早去问,这个东西,在谁的身体里,为什么留在那儿。」
女生想了想,把本子翻开,在第一页写上了这一句。
你也可以试试。下次看到新闻上说「某某问题被解决了」,先问一句:解决的是哪一层?读数这一层,还是记账那一层?
这一章落在记账一致性上。预测一个蛋白怎样折,是一回事;这个蛋白在细胞里被记到谁名下,是另一回事。折叠预测得再准,记账一致性仍然是空的,要靠别的东西去填。
知道它折成什么形,还不知道它算谁的。
拆了什么:拆了「AI 解决了折叠难题,生物学就做完了」的印象;蛋白一层的读数,不等于其余三层。
立了什么:立了四层分开:蛋白、分子系统、细胞是读数,生物体一层是记功;预测不等于坐上主体位。
你一定有过这样的时刻:东西多到看不过来,你只好让别的什么替你先挑一遍,然后发现,自己看到的,只是别人挑剩下的。
阿远搭了一套蛋白设计的流程。前一天晚上,他设好目标,让它自己跑。早上打开电脑,屏幕上是一份清单:一夜之间,流程生成了几千个候选序列,每一个后面都跟着一串评分,最前面的十个排在最上面。
他只看了前十个,挑了三个,送去合成。
陈老师那天正好来实验室,站在他身后看了一会儿。
「剩下那几千个呢?」她问。
「没看。」
「是谁不要的?」
阿远张了张口,想说「是我」,又觉得不对。他确实没有一个一个地否决过它们。他说:「是流程。」
陈老师没有追问,只是点了点头,说:「你记下这个问题。」
这一章,就是要把这个问题记下来。
先下定义,再往下用。
在本书里,主体位指的是:能提出、能挑选、能否决。
这三件事,缺一不可。只能提出,不能挑,是个灵感库;只能挑,不能提出,是个筛子;能挑,但没有否决的权,是个顾问。三件事握在同一个位置上,才叫坐上了主体位。
放在一个设计流程里看,这三件事各有一个很具体的样子:提出,是生成候选;挑选,是给候选排序;否决,是在某一个分数线上截断,让分低的不再往下走。
这个词,在这里有一个必须同时说出口的限定:它不等于有意识。
本书不说 AI 有没有感受,有没有想要的东西,有没有一个「我」。那是另一类问题,本书不碰。本书只问一件可以看得见的事:在一个流程里,谁在提出候选,谁在从候选里挑,谁的否决真的会让一个东西进不了下一轮。
回头看第 24 章讲的:人和工具,几千年来就是一个复合体,同时带着主体、客体、互动三头。人带来主体的一头,工具带来客体的一头。
几千年里,工具坐的位置,要么是客体位:被拿起来、被摆在桌上,像犁、像簿子;要么是互动位:处在人和对象之间的往来里,像望远镜、像显微镜、像测序仪,它们改变人看到什么,却不替人提出,也不替人挑。
提出、挑选、否决,一直是人的事。
这件事是怎样一步步变化的,要从一个小蛋白说起。
2003 年,华盛顿大学的戴维·贝克(David Baker)实验室,在《科学》杂志上发表了一个名叫 Top7 的蛋白〔待核〕。库尔曼(Brian Kuhlman)等人用计算的方法,设计出了一个自然界里没有见过的折叠方式。他们又用实验验证:造出来的蛋白,真的折成了设计的样子,精度达到原子的水平〔待核〕。
这是一个标志。在此之前,人们改造蛋白,多半是在自然已有的蛋白上修修补补。Top7 是第一次,人用计算,从头画出一个自然没有的形状,并且让它真的立起来。
打个比方:以前的人,像修复古画的师傅,在原作上补一块、描一笔;Top7 是第一次,有人在白纸上起了稿,而且这幅画挂得住。
Top7 背后有一套软件,叫 Rosetta〔待核〕。它是贝克实验室和合作者们二十多年里一点一点攒起来的,靠的是物理规律和已知结构里总结出的经验。那时的做法,更像一位经验丰富的工匠:先画好蓝图,再算一遍,哪一种排列最稳。
接下来的故事,并不是一路凯歌。2008 年前后,同一个领域的团队尝试用计算从头设计能催化反应的酶〔待核〕。做出来的酶确实有活性,不过活性很低,离天然的酶差得很远。后来,有研究者把这些设计出来的酶,再放进定向进化里一轮轮筛,活性才升上去〔待核〕。
你看,这两个故事接上了:计算负责提出候选,试管里的筛负责挑,两道记功口前后相接。第 28 章讲的那座桥,就这样通了。
再往后二十年,这条路越走越宽。
机器学习方法进入蛋白设计。有的方法,反过来利用结构预测网络,让它「想象」出一个能折叠的序列〔待核〕;有的方法,在给定骨架后,由神经网络来排序列〔待核〕;近几年出现的、基于扩散模型的方法,可以按照要求生成大量全新的蛋白骨架,再配上序列〔待核〕。要求可以是:和某个靶点结合,或者形成某种孔道,或者催化某个反应。
2024 年,诺贝尔化学奖一半授予贝克,以表彰他在计算蛋白设计上的贡献;另一半由哈萨比斯和江珀分享,以表彰蛋白结构预测〔待核〕。这是一个值得记下的并排:一边是「设计」,一边是「预测」,正好对应上一章分开的两件事。
这一路的变化,不在于蛋白设计这件事本身,而在于谁在做提出和挑选。早期,人读完文献,定下目标,一点一点地改;后来,机器开始提出大量的候选,并给它们打分;再后来,机器生成的候选里,由机器的评分决定哪些送去合成,哪些就此作罢。
现在,回到阿远的屏幕前。
一个现代的蛋白设计流程,大致是这样转起来的,这里只讲轮廓。
先是目标:人说出想要的东西,比如「能抓住这个靶点的蛋白」。然后是提出:机器大量生成候选。接着是打分:用各种评分,估计每个候选折得稳不稳、抓得牢不牢。再是排序:分高的在前,分低的在后。最后是截断:只有前面一小部分,被送去真实的实验。
实验的结果再回来,成了下一轮的材料。
这条回路里,有一处特别要紧,是真实的实验。机器打分打得再高,也只是预测。蛋白最后能不能表达出来、能不能折对、能不能起作用,要由试管里的结果说了算。有研究者提醒过,设计流程里评分很高的候选,真做出来,很多是不成的〔待核〕。这是一道老实的闸门。
不过,请你注意截断那一步。
被截断的那几千个,没有一个被人亲眼看过。它们在被实验检验以前,就已经因为分数低,退出了。这一步,没有人喊「不要」,是一个阈值,悄悄地做了否决。
这正是陈老师那一问的所指。
现在可以把第 12 章留下的账,收在这里。
记功口总要有人(或者什么东西)握着。把握口的东西按有没有利害分,大致有三类。
第一类,无利害的筛。例子是自然环境。冬天的冷、干旱、天敌,把一些个体筛掉,把另一些留下。它没有目的,不在乎结果;但它也不提出任何候选,只是被动地挑。
第二类,有利害的守门者。例子是育种者、实验者、挑种的农人。他们有自己想要的东西:产量、外形、一个耐热的酶。他们既挑,也在一定程度上提候选(比如选择亲本、设计杂交)。他们的利害,会把谱系往自己想要的方向拉,第 24 章、第 25 章、第 27 章讲的,都是这一类握口的好与偏。
第三类,无利害而能提出候选的设计者。例子是 AI 设计流程。它能大量地提出自然界没有的候选;它能打分,排队,决定谁往前走。同时,在它自己这一头,它对被挑出来的东西最后活得怎样、长成什么样,没有利害:它不会因为某个蛋白更成功而得到什么,也不会因为失败而失去什么。
这三类放在一起看,第三类是前两类所没有的组合:像自然环境一样,没有私心;像育种者一样,会提主意。
换到你天天碰到的东西里,也找得到这三类。投票选歌,是第一类:成千上万的耳朵,各凭喜好,没有谁在乎结果。唱片公司的签约,是第二类:有人替自己的买卖挑。手机里的推荐,则有点像第三类:它能源源不断地提出候选,也替你排好队,但它自己并不会因为你看了什么而高兴或难过。
不过,推荐的背后,仍然拴着平台想要的东西。这一点,和蛋白设计流程是同构的:机器那一头没有私心,整条链却被目标拴着。
这是本章的判断,也是整个第四编的反差:从前握记功口的都有利害,AI 第一次没有。
写到这里,必须把一个限定写在纸面上,免得被读成别的意思。
「无利害」说的是:AI 这一头,对被它挑出来的东西最后怎样,没有利害。
它没有说:整个流程没有目的。
流程里的目标,是人定的:要一个和某个靶点结合的蛋白,要一个耐高温的酶。评分函数,也是人选的,或是人训练的。这些,仍然带着人的利害,甚至带着人没有察觉的偏。
所以,更准确的说法是:在一个 AI 设计流程里,目标由人给,提出与挑选由机器做。机器自己没有利害,但它挑的方向,被人给的目标和它学到的数据牢牢地拴着。
还要补一句:没有利害,不等于没有偏。流程的评分,是从已知的蛋白里学来的,已知的蛋白里有什么偏,评分里就带着什么偏。偏爱某一类形状,轻视另一类,机器自己不知道,也不会难过。
这个限定,不是在削弱本章的判断,而是在让它站稳。因为它指出了问题所在:当一个没有私心的东西握着记功口,谁来对它的「挑」负责,就成了一个悬空的问题。
自然环境没有私心,但没人要求它负责,它也不提候选;育种者有私心,但他的私心,就是他的责任所在,出了问题,可以问他。第三类持有者,两头都不挨。这一点,第 31 章会接着说。
这是对本章最自然的反对意见。
它说:目标是人定的,筛的标准是人选的,最后送去合成的也是人签字的。机器不过是个很快的助手,怎么能叫坐上主体位?
这个意见里,有一半是对的,上一节已经承认了:目标由人给。
可是请你换一个场景想。
一位老板,每天早上收到秘书起草的十份文件,他签字,或者不签。老板握着签字权,这没错。可是这十份文件,是秘书从几百份里挑出来、改写好的;他从来没看见另外几百份。他能选的,只有秘书摆在桌上的这十份。
谁在决定老板能选什么?
这就是本章要说的。候选的边界,是提出的一方画的。人可以在候选里选,却很难选到候选之外。当提出候选的那一方,一夜之间能出几千个,而人只能看十个,真正的筛选,早在人看见之前就已经发生了。
所以,本书不说人退出了。本书说的是:「提出」和「挑选」,这两件原来握在人手里的事,现在有一大块,握到了机器手里。人还握着目标,握着最后的签字,但中间那一大段,已经不是人在走了。
还有一件小事,常被忽略:流程的默认值。
一个流程,默认怎么走,影响极大。默认放行的意思是:机器排在前面的,自动往下走,除非有人拦下来。默认拦下的意思是:机器排在前面的,也先停住,要有人明确点头才往下走。
两种设计,写出来只差一个字,实际的效果差很多。
心理学里有一个说法,叫自动化偏见:人倾向于相信机器给的建议,尤其是在忙的时候〔待核〕。你让一个疲惫的人,在默认放行的流程里,去逐个审查机器的排序,他多半会放过去。
所以,到底谁握着否决权,不能只看流程图上有没有一个「人工审核」的框,要看这个框,是默认放行,还是默认拦下;人有没有时间、有没有信息,真的去拦。
这个问题,到第 31 章会变成治理的问题。
还有一种账,最容易漏:被丢掉的那些。
流程只会告诉你它选了什么,不会告诉你它错过了什么。一个候选因为评分低被丢了,它在真实里到底行不行,你永远不知道,因为你没有把它送去试。
这是所有筛选都有的盲点,公司的简历关、比赛的初赛,都一样。区别在于,蛋白设计的流程一夜能丢几千个,盲区也成了几千倍。
有一个朴素的办法,很多地方在用:留一格随机。每一轮,除了送去实验的前十名,另外从被丢掉的里面,不看分数,随机抽几个也送去。
它的作用有两个。一是纠错:如果这几个随机抽的,表现并不比前十名差,说明评分有问题。二是探索:偶尔会撞上评分看不上、实际有用的东西。
代价是多花一点材料和时间。可是它让账本里多了一栏:被丢掉的那些,不再是「想当然地不要」,而是有数可查。
阿远后来在笔记本上,把这个办法写成了一句话:「每一轮,留一格给我不相信的。」
先把话说在前头:这一章不是在说 AI 设计蛋白是件危险的事。
它的增益是真实的,而且在持续地兑现。
新的酶,可以催化自然界里没有、或者效率很低的反应,可能用于更清洁的化工、塑料降解。新的结合蛋白,可以成为诊断试剂,或者药物的候选。有些通过计算设计的蛋白,已经走到了疫苗等应用的阶段〔待核〕。对于一些过去靠运气、靠多年积累才能做出来的东西,现在的流程能把时间缩短很多。
再具体一点:2022 年,一种以计算设计的蛋白纳米颗粒为基础的新冠疫苗,在韩国获批〔待核〕。这是一个标志:从屏幕上的设计,走到了人的手臂上。
也要说一句不好听的实话:并不是每个设计出来的候选,都走到了病人手里。有的在后期因为各种原因被放弃〔待核〕。设计出来,只是第一步。
对许多正在等药的病人来说,这些增益不是抽象的,是一个实实在在的盼头。
与此同时,因为握口的方式变了,治理要跟着换一个问法。过去问:这个育种者有什么利害?现在要问:
第一,谁定了目标?目标写在哪里,别人看得见吗?
第二,筛是怎么筛的?评分函数是什么,训练数据来自哪里,有没有系统性的盲区?上一章说过,这些数据,是无数实验室几十年的辛苦攒出来的,这笔账也别忘了。
第三,谁能否决?机器的排序,是不是最终结论?有没有一个明确的环节,由负责的人,把机器认为最好的候选否决掉?
第四,被挑出来的东西,登记在谁的名下?
这四问,不是新的法条,而是一个思考的起点。它们的共同指向是:握口的东西没有私心,所以要由人把「户名」补上。
2024 年 3 月,蛋白设计领域的一批研究者,发表了一份公开的声明,承诺负责任地使用这项技术〔待核〕。这类自愿的承诺,是一个开头。
这个领域的另一个好传统,也要记上:许多设计工具和方法,是公开的,供同行复现和检验〔待核〕。能被别人检查的流程,才谈得上有人负责。
那天晚上,阿远没有马上回家。
他把前一晚的流程重新打开,翻到后台,找到了那份被丢弃的几千个候选的清单。他不可能一个一个地看,但他做了一件事:随机抽了五十个被丢弃的,看它们为什么得分低。
大部分,确实是该丢的。但有三个,他看了很久,觉得它们的评分低,是因为流程的评分偏爱某一种形状,而这三个,恰好是另一种形状。
他在笔记本上写了一行字:「流程挑的,不等于我不要的。」
第二天,他在实验记录里,多加了一栏:本轮筛选的目标、评分依据、被丢弃的候选的抽查结果。
周五组会上,他把这一栏拿出来讲。师兄皱了皱眉:「抽查五十个,要花半天。你每一轮都这么做,谁还有时间做实验?」
阿远说:「我也这么想过。」
两个人争了一阵。最后,他们定了一个折中的办法:不是每一轮都查,而是每个月抽查一次,并且把抽出来的那几个,留在记录里。
课题组负责人听完,没有表态,只在会议纪要上多写了一行:下个月,由谁来抽,写明名字。
陈老师后来翻到这一页,只说了一句:「这就是在给它找户名。」
你也可以试试。下次你用一个工具替你筛选东西,不管是简历、推荐、还是评分,问一句:被它丢掉的,我看过几个?
这一章落在持有者的利害上。AI 提出候选,没有利害;挑选的人有利害,所以账最终仍然要由有利害的一方认。无利害而能提出候选,这是它的位置;它不会替谁承担后果,这是它的边界。
从前握记功口的都有私心,AI 是第一个没有私心、却会出主意的。
拆了什么:拆了「工具永远只是工具」的看法;几千年里工具只坐过客体位和互动位,而提出、挑选、否决,一直是人的事。
立了什么:立了主体位(能提出、挑选、否决,不等于有意识)和三类持有者,AI 设计流程是无利害而能提出候选的那一类;并写明限定:目标仍由人给,机器的「无利害」只在它自己这一头。
你一定有过这样的时刻:一份东西做得很好,交上去,对方只问了一句话,你发现自己准备了所有的答案,唯独没有准备这一句。
阿远的论文投出去两个月,审稿意见回来了。大部分意见是技术上的:对照不够,重复次数不够,一张图的坐标要改。他一条一条地回,回得很顺。
最后一条,是另一位审稿人写的,只有一句话:
「如果有人拿这个蛋白去做坏事,这算谁的?」
阿远对着屏幕坐了很久。他想过很多种答法。算设计流程的?流程是一套软件,软件没有「算谁的」这个概念。算他的?他只是设了目标、挑了三个送去合成。算审稿人自己所在的期刊的?算将来用它的人的?
每一个答案,他写下来,又删掉。每一个都有一点道理,每一个都不能完全站住。
他给陈老师发了一条消息:「老师,我第一次不知道,一件事算谁的。」
陈老师回得很快:「好。你碰到的,是这本书最想让你碰到的那一处。」
先把现象完整地说出来。
第 19 章提过沼泽人。那是哲学家戴维森(Donald Davidson)设想的故事:一个人在沼泽里被雷劈死,同一刻,旁边的烂泥因为巧合,聚成了一个和他一模一样的东西,走出沼泽,过起他的日子〔待核〕。这个故事问的是:这个新东西,说的话有意义吗,有的话,意义从哪来?
在那一章里,本书借它说的是功能:一个东西的功能,是不是由它的来历决定?本书的回答是:功能不由来历定,由记账定。
现在,这个思想实验落了地。
AI 设计出来的蛋白,是第一批真实的沼泽人。它们没有祖先:没有哪一条谱系,曾经靠着类似的东西活下来。它们有效果:能折成想要的形状,能和靶点结合,能催化反应。
本书把这种状态,叫作无主之功:效果真实,却没有任何谱系靠它持存。
「无主」二字,容易被读歪,所以要再说一遍:它不是说这个蛋白没有用,也不是说没有人在意它。它可能很有用,很多人都在意。无主,说的只是:它没有一个被记着的户头。
它的效果,只有当某一道记功口,把它记到某条谱系的名下,才成为功能。比如,某个团队把它放进一个菌株里,这个菌株的每一代,都带着它,并且因为它的效果被保留,这时,它就有了户名,有了功能。在那之前,它是有效果,没功能;有结构,没来历;有用处,没主人。
前面三章,讲的是三种危机。
层断裂,讲绿色革命:产量涨,多样性退,各层之间断了。一角独大,讲癌:一个角膨胀,另两个塌陷。目标空转,讲近交犬种:同一把尺,越量越对不上日子。
这三种危机有一个共同点,今天回头看才看得清:每一种里,都有一个握着记功口的人或东西,可以指着问:这是谁记的?
绿色革命有育种者和推广体系。癌里有身体的约束机制,虽然漏了,但那套约束机制本来是有位置的。近交犬种有血统簿和评委。出了问题,可以问到人,或者问到一套明确的制度。
无主之功不同。它是这样一种局面:
设计者说:我只是设了目标,是流程提出的候选。
流程是一套软件,它没有利害,也没有「负责」这个概念。
使用者说:我拿到的就是这样,我只是用了它。
谱系呢?没有谱系,因为它还没被任何一条谱系记过。
于是,一个真实的效果,在整条链上,没有任何一个位置,天然要为它负责。
这不是因为谁偷懒,也不是因为谁恶意,而是结构上就是这样:握口的东西没有利害,而有利害的人,只握着目标,没握着每一次的挑。责任在这条链里,被稀释得没有落点。
这就是本书说的 AI 新型危机。
说明:判定顺序。
本书把当代的危机分成四型,判定时按固定顺序问:先问是不是 AI 新型(无主之功),再问层断裂,再问一角独大,最后问目标空转。 章序按故事讲,先讲驯化、绿色革命、癌、近交犬种,最后才讲 AI;判定序则反过来,先问最新、最特殊的一型,因为只有它不能被其余三型装下。第 25、27 章里各有一句,说的是同一个顺序。
对这一章,有一个很自然的反对意见。
它说:人工合成的新药分子,也没有祖先,也没有谱系,也是「有效果、无谱系」,社会不是照样管得好好的吗?无主之功,是不是把一件旧事换了个新名字?
这个意见值得认真回答,因为它提醒了一件事:没有谱系的东西,人类一直在造,也一直在管。
一种新药,从实验室走到病人手里,要经过长长的一串登记:化合物是什么结构,哪一批生产,谁申请,谁持有上市的许可,出了不良反应报给谁。每一个环节,都有一个明确的名字挂着。「上市许可持有人」,这个词字面上就是一个户名。
所以,无主之功,并不是说「没有谱系的东西本身是危机」。
新处在这几个地方。
第一,量和快。一个传统的药物项目,候选的数量有限,每一个都有化学家和药理学家盯着。现在,一个流程一夜能出几千个。
第二,提出的一方没有利害。传统的候选,是某个人或某家公司,为了自己的目标造出来的,出了事找得到人。
第三,登记的习惯没有跟上。药企有登记的传统,因为法规逼着;大学的实验室,常常是写在笔记本里,换了人,就丢了。
第四,一旦被某条谱系带走,就会自己延续。一份化学品,要靠一批一批地生产;一个蛋白的信息,一旦被写进了某个能繁殖的细胞,就可以随着那条谱系,自己往下传。这是它和普通化学品的差别,也是为什么,户名对它格外要紧。
所以,新药的故事不是反例,而是一个参照:人类早就知道怎么给没有谱系的东西找户名,只是对这批新东西,还没有来得及。
这一章必须碰到一个沉重的话题:双重用途。
先说清本书的边界:本书只讲概念、历史和治理原则,不写任何可以照着做的步骤,不点名任何具体病原体或毒物,不给序列、不给参数。这条线在这里划得很死,不因为任何理由移动。
概念本身,并不复杂。双重用途,指的是:同一项技术,可以用来做好事,也可以用来做坏事,而且两种用法,在技术上的差别,可能很小。
2022 年,有研究者在一篇评论里指出了一个令人不安的事实〔待核〕。
一个原本用来帮助药物研发、避开有害性的 AI 模型,原则上,只要把它的目标方向反过来,就会倾向于往有害的方向去找。他们写这篇评论的意思,不是教人怎么做,而是提醒这个领域:工具本身并不带着方向,方向是目标给的,而目标是可以被改的。
另一个例子,发生在 2024 年底。一批科学家联合发表文章,警告一类叫「镜像生命」的设想所带来的风险〔待核〕。他们的意思是,在目前对这类东西的了解和防护水平下,不应当去造它,应当先把风险想清楚。这是一次科学家主动给自己的方向画线的例子。
这两件事合起来,说明了双重用途的实质:不是某个东西本身危险,而是它没有户名时,谁都可以往自己想要的方向拉。
这与本章的主题是同一个结构。
这不是科学家第一次面对这种局面。
二十世纪七十年代初,分子生物学家刚学会把不同来源的 DNA 拼接在一起。他们很快意识到,这项新本事的后果,自己也说不准。
1974 年,一批研究者联名呼吁,在评估清楚风险之前,暂停某几类实验〔待核〕。1975 年,他们在美国加州的阿西洛马(Asilomar)开了一次会,讨论怎样安全地继续往前走〔待核〕。会上定下的原则,后来成了许多国家制定相关规则的基础〔待核〕。
这件事常被当作一个榜样来讲,因为它有几个特点:由做研究的人自己先开口;在技术还很新的时候就开口;没有一刀切地禁止,而是按风险的高低,分了等级。
当然,它也有人批评:有的人觉得管得太松,有的人觉得管得太严。本书不替这场争论判胜负。要取的是它的做法:在一项新本事出现的早期,有人愿意坐下来,给它找一个可以管的样子。
2024 年,那一批关于「镜像生命」的联合警告,是同一个传统里的新一笔。
这些做法有一个共同点:它们都是在还没有出事的时候,先把户名的问题摆上了桌。
在往下说「怎么办」之前,要先承认,已经有很多人在认真地做事。
生物安全领域,早就有一套相当成熟的做法〔待核〕。有实验室的生物安全等级,有机构内部的审查委员会,有对涉及危险病原体研究的特别审查。科学期刊对双重用途研究的审稿把关,对 DNA 合成订单的筛查,也在其中。近年来,AI 领域也出现了越来越多的自愿承诺和行业指南。
这些做法,保护了很多东西,值得被认真对待。
本书想指出的,只是一件事:这些做法,大多默认有一个明确的持有者。是某个实验室,某个研究者,某个机构,某家公司,需要负责。它们面对的是「有利害的守门者」这一类。
无主之功的新处,在于:当候选是由一个没有利害的流程大批量提出、又按它的评分排序的时候,「谁是持有者」这个问题,本身需要被重新回答。
读到双重用途,有人的第一反应是:既然危险,干脆禁了吧。
这个反应可以理解,可是它有几处不好办。
第一,益处是真的。第 30 章说过,新酶、新药、新疫苗,都从同一条路上来。一禁,好的坏的一起没了。
第二,禁令得有对象。你要禁的是什么?一个蛋白,一种方法,一类目标,还是一群人?无主之功最难的地方,恰恰是它的边界不清:同样的工具,同样的流程,用在不同的目标上,外面看几乎一模一样。
第三,禁令得有人守。一项技术散在成千上万个实验室里,禁令靠谁去查?查得到的,是有户名的;查不到的,是没有户名的。结果是,守规矩的人被管得更紧,不守规矩的人反而躲进了没人登记的角落。
所以,治理的重点,不在一刀切,而在分级和留痕:风险越高的环节,登记得越细,核准得越严;风险低的环节,让路给好处。这是前面几十年里,生物安全领域已经摸索出来的一条路〔待核〕。
本书不替任何一方开药方。这几句,只是说明为什么,本章的落点是户名,而不是禁令。
那么,怎么办?
本书不替任何一方开药方,也不评价任何国家或政党的做法。本书能给的,是一个思考的框架:无主之功,缺的是户名,所以治理的落点,就是把户名补上。
户名,其实是三样东西。
第一,谁登记。这个效果,被记进了哪一条谱系、哪一份记录?登记,让一个有效果的东西,从「悬在空中」变成「有一个可以查的位置」。在实验室里,这意味着:每一个被设计、被合成、被使用的候选,有一条可追溯的记录,记着它是怎么来的、谁挑的、依据什么。
第二,谁负责。登记的位置上,要有一个明确的人或机构,对这条记录负责。不是对机器负责,机器不负责;是对「机器的挑」负责。
第三,谁能否决。在整条流程中,至少有一个环节,是由负责的人真的按下否决键的:不是流程默认放行,而是人明确同意放行。
生活里有一个现成的样子。你买的一袋牛奶,包装上印着生产批号。哪天这一批出了问题,厂家可以顺着批号,查到是哪条生产线、哪天生产、卖到了哪里,然后把那一批收回来。批号本身没有任何神奇之处,它只是一个户头。
没有这个户头,牛奶出了事,只能说「有人喝坏了」,却不知道去哪儿找。
生物学自己也有这样的传统。一株新的菌,要写进论文,常常要先送到专门的保藏机构,领一个保藏编号,别人才能按号去要〔待核〕。那个编号,就是这株菌的户头。
无主之功需要的,就是一种类似批号的东西。
这三样东西,听上去很朴素,近乎行政。但这恰恰是要点:对一个没有利害的持有者,治理要做的,是把「利害」从外面补进去。
还要补一个提醒。给无主之功找户名,不是一件只有好处的事。因为一旦它被记入了某条谱系,它就成了那条谱系的功能,开始参加前面三种危机所讲的那些游戏。被一道只记一样东西的口记着,可能目标空转;被放大到某一角独大。所以,找户名,是第一步,不是终点。
阿远最后是这样回复审稿人的。
他没有写「这不是我的责任」,也没有写「我们将采取一切措施」。他写的,是三段话。
第一段,他承认这个问题是真实的,并且说明,他们的设计流程里,目前每一个候选的来历、目标、评分,都有完整的记录,可供追溯。
第二段,他说明,所有被合成的候选,都由课题组负责人书面确认,机器的排序,只是建议,不是决定。
第三段,他诚实地写:这个蛋白被他人使用之后的情形,作者无法完全控制。这是目前整个领域共同面对、尚未解决的问题。他们愿意把设计和筛选的记录,提供给期刊,供评审和将来的追溯参考。
稿子被接受了。审稿人在最后的意见里,回了一句:「这是我读到的对这个问题最不躲闪的回答。」
阿远把这句话转给陈老师。
陈老师说:「你没有解决这个问题。」
「我知道。」
「但你做了一件事,」陈老师说,「你给它找了第一个落脚的地方。」
过了几天,课题组开会,把这件事变成了一张「候选档案」。每个送去合成的候选,对应一页纸,上面写着:这个候选是哪一轮生成的,目标是什么,评分依据是什么,谁挑的,谁批准的,批准日期。
一个新来的硕士生小声说:「这是不是又多了一张表?」
阿远说:「是多了一张。不过你想想,要是哪天有人问起这个蛋白,你翻得出来吗?」
小硕士想了想,在表头上写下了今天的日期。
你也可以试试。看一件你身边「有效果、没人负责」的事,可能是一份没有署名的报告,一个没人认领的流程,一个大家都在用却不知道谁维护的工具。问一句:谁登记,谁负责,谁能否决?
这一章落在漏记,也就是记账一致性的反面。无主之功是有效果、没谱系:这笔账记到哪里,没有人认。以后只要看到一项有效果的东西,问一句它的一致性是多少,就能看出它是无主,还是漏记。
没有主人的功劳,最难的是找谁负责。
拆了什么:拆了「工具没有立场,所以不用问算谁的」的想法;当握口的东西没有利害,责任会在整条链上被稀释得没有落点。
立了什么:立了无主之功的完整说法(效果真实,却没有任何谱系靠它持存),并判为 AI 新型危机;治理落点是把户名补上:谁登记,谁负责,谁能否决。
你一定有过这样的时刻:用一把尺子量别人量了很多年,有一天发现,自己看东西的眼睛,已经是这把尺子的形状了。
陈老师教了四十年书。她给学生打分,最初只是一件差事:作业、考试、课堂表现,按一个大致的标准,打出一个数。
退休以后,她在菜市场和人闲聊,忽然发现自己有一个习惯:看人,先看他「交没交作业」。卖菜的摊主,答应了明天送货,第二天没来,她心里立刻记上一笔,像在给他的平时分扣两分。
她把这件事讲给阿远听,自己也笑了。
「我给学生打分,打了四十年,」她说,「最后,分数把我打成了另一种人。」
阿远问:「是好事还是坏事?」
「不知道,」陈老师说,「我只是第一次觉得,记账的人,也在被账记着。」
这一章,要讲的就是这件事。
这个现象,不是本书发现的。前人已经叫过它的名字,而且叫得很好。先把他们的名字摆出来,再说本书多了什么。
第一个名字,叫生态位构建。第 3 章讲过:蚯蚓翻动土壤,把土变成了适合蚯蚓的样子;海狸筑坝,改变了一整条溪流。生物不只是适应环境,它们也在改造环境,改造之后的环境,又反过来影响下一代被怎样挑选。奥德林—史密、拉兰德和费尔德曼在 2003 年把这条思路系统地写成了书〔待核〕。他们看到了一件重要的事:因果是绕圈的。
第二个名字,叫基因—文化共演化。博伊德和里彻森在 1985 年的书里,把文化放进了演化的账里〔待核〕:人类的习俗、技术、信仰,会改变哪些基因更容易留下;留下的基因,反过来又影响什么样的文化可行。
一个常被讲到的例子,是乳糖耐受。大多数哺乳动物,断奶以后,肠道里消化乳糖的酶就不再产生。但在一些有长期畜牧、饮奶传统的人群里,这种酶在成年后仍继续产生的情形,比较常见〔待核〕。一种常见的解释是:饮奶的习惯出现之后,能消化奶的人在那种环境下更占便宜,相关的基因因此在人群里变多;而基因变多了,又让饮奶的习惯更容易延续〔待核〕。习俗改了基因,基因又托住了习俗。
不过,这个例子也要讲得诚实。2022 年有一项大型的研究提出,史前人群饮奶的普遍程度,和这种基因的流行程度并不是一一对应的,选择可能是时紧时松、与饥荒或疾病之类的压力有关〔待核〕。故事比「喝奶、变异、留下」要曲折。好例子之所以好,正是因为它经得起这样的追问。
另一个常被提到的例子在西非:有一种假说认为,农耕开垦出的环境,让某种吸血的蚊虫更多,疟疾更常见,而一种平时有代价的血红蛋白变异,在这种环境里反而有了保护的作用,于是变得更常见〔待核〕。这里,人的耕作,改了环境,环境又改了人的基因。
第三个名字,叫人工选择。达尔文在《物种起源》里,用相当的篇幅讲养鸽人、育种者怎样把品种一代代拉向自己想要的方向,并且以此类比自然选择〔待核〕。他很清楚:人挑什么,品种就长成什么。
这三个名字,每一个都是真看见。本书从它们那里借来的,也不少:因果绕圈,是它们教的;人挑什么、物种就长成什么,也是它们教的。
本书多出来的,不是一个新名字,而是四个更具体的问法。
第一问:握记功口的一方,有没有利害?
生态位构建、基因—文化共演化、人工选择,三个名字讲的都是「改造者回头被改造」。但改造者有没有私心,对结果很要紧。蚯蚓改造土壤,没有目的;育种者改造品种,有目的;AI 设计流程提出候选,没有它自己的利害,却会被人的目标拴着。握口的一方有没有利害,决定了回写的方向由谁拉。
第二问:撤掉记功口以后,会回弹吗?
如果把外面的那道记功口撤掉,被记出来的东西会不会退回去?第 18 章说,退回去的程度,叫回弹系数。回写要是真的写进去了,撤口以后,不该回弹多少;要是撤了就回弹,说明它从头到尾靠的是外面那道口,没有写进去。这给「回写」划了一道可以量的线。
设想一个班级,学期里每周排一次名,孩子们为名次很用力。学期末取消排名,再看一学期:孩子们之间还互相比不比,比得有多凶?如果一取消,立刻回到从前,说明那股劲靠的是外面那道口;如果取消以后,仍然不肯松,说明排名的习惯已经写进他们自己了。
第三问:次序。
先有记功口,然后集体层才出现可以遗传的差别,然后适应度才与细胞层脱钩,最后才出现分工,被读成一个整体。这是第 17 章讲的次序,也是回写的次序:先记,后出现个体,再脱钩。
第四问:翻转的阈值。
回写不是一点点平均地发生的,有一个翻转点:当记账一致性够高,并且持续的代数够多,原来由细胞层决定的频率变化,会翻转成由集体层决定。这个翻转点,落在「记账一致性 × 持续代数」上。
可以把它想成一块跷跷板。一开始,两头都在使劲,细胞层的力量占着上风;账记得越稳、记得越久,集体层那一头的分量一点点加上去,加到某一个点,整块板子忽然翻向了另一边。翻之前,加一点分量,板子几乎不动;翻的时候,一点点就够了。
这是本书的一个预测,不是一个已经测出的结果,记作「待验」。第 37 章会把它写成可以做的试验。
第 14 章把三条等式用大白话说过,这里再说一遍,因为回写就在第三条里。
第一条:能动,由基因与记功口一起定。一个单位能做什么选择,不只看它带着什么基因,也看它所在的账是怎样记的。
第二条:基因频率,由能动与记功口一起定。一个基因在种群里变多变少,要看带着它的单位有没有能动,以及后代怎样被记。
第三条:记功口,由能动与基因一起定。回写就在这里:持有者怎样记,回头改写被记的谱系,也改写持有者自己。
第三条是最容易被漏掉的。很多说法,把记功口当作一个外面给定的条件:环境在那儿,挑你。第三条说,不是这样:记功口自己,也是被能动和基因改出来的。
乳糖耐受的例子,可以用来对一下。习俗,是一群人的能动;它改变了谁家的孩子更可能活下来,这是记功口被改写;活下来的孩子带着的基因,变得更常见,这是基因频率变了;基因变了,又托住了习俗。三条等式,一条一条都能指着看。
这里,本书的话说到这儿为止。具体的参数,怎样测,留在附录四;这一章不碰字母。
回写不只发生在基因上。你天天碰到的各种尺子,都在干这件事。
考试是最典型的。考试本来是想量一个学生学得怎样。可是一旦分数决定了升学,学生就按考试的样子去学,老师按考试的样子去教,出题的人又按学生的学法去出新题。尺子量的东西,被尺子改了。
论文也是。一个领域如果拿论文的数量算成绩,就会出现把一项研究切成好几篇来发的做法。研究者不是变坏了,是账怎么记,他就怎么生产。
有一句社会科学里常被转述的话,大意是:一个指标一旦被拿来当作目标,它就不再是一个好指标了〔待核〕。说的是同一回事。
用本书的话说,这是记功口在改写被记的东西,也在改写记的人。
这一点,对本书的判断很要紧。因为它说明,记功口不是一个中立的旁观者。它握着账,也被账改。谁握口,谁就得对这件事有数。
回到第 24 章。那里留了一笔:人握了记功口,人也被这道口改了。
一个常被讨论的说法叫「人类的自我驯化」〔待核〕。它的大意是:在人类的早期群体里,脾气特别暴烈、动不动伤人的个体,会被群体排斥,甚至被处置,他们的后代更少;脾气相对温和、愿意合作的个体,后代更多。时间长了,整个人群的性情,就被这道群体里的「记功口」,慢慢拉向了温和的一边。
这个说法有支持,也有争议。支持的人指出,人类的脸形和许多驯化动物有相似之处;反对的人认为,证据还不充分,因果也不清楚〔待核〕。本书不替它站队。
本书取它的结构:一个群体,怎样记它的成员,回头就改写这个群体自己。
这件事的有趣之处,在于记功口的持有者和被记者是同一拨人。人群既是握口的,又是被记的。这和第 24 章里人握狗的口,是不同的情形。握狗的口,狗的变化,人看得见;握自己的口,改变发生在握口的人身上,很难看得见。
陈老师那句「记账的人,也在被账记着」,说的就是这个。
现在可以回到 AI 了。
AI 设计流程,是一道新的记功口。它按评分,把候选排好序,决定哪些送去合成、哪些作罢。那么,回写的问题就是:这道新口,回头改了谁?
第一,改了被记的东西。流程评分偏爱什么形状,被留下的蛋白,就越来越偏向什么形状。这与第 28 章的定向进化一样,也和第 27 章的近交犬种一样:记功口记什么,谱系长成什么。
如果许多实验室用的是同一套工具、同一种评分,被留下的东西,会不会越来越像?这个担心,和第 25 章的绿色革命是同一个形状:几只手指向同一行,别的行慢慢暗下去。这是一个可以拿来量的问题:不同实验室设计出来的东西,彼此有多相似,一年年地看,是靠拢,还是分开〔待验〕。
第二,改了记的人。
阿远在实验室里,注意到一个很小的变化:以前组会上,大家聊的是「这个酶,生物学上有什么意思」;现在,聊的是「这个,流程能不能打分」。凡是能打分的问题,很快有人去做;打不了分的,慢慢没人提了。
这是一个很常见的现象:灯在哪儿,人就往哪儿找。AI 流程里的评分,就是那盏灯。它在照亮一些问题的同时,也让另一些问题,变得越来越暗。
要是这样的变化持续足够多的代,不是几年,是人一代代传下去的训练、期刊的偏好、资助的方向,那么被改写的,就不只是几个蛋白,而是这一行的人,想要什么,觉得什么值得问。
第三,还有一条更隐蔽的回路:数据。
AI 设计出来的蛋白,经过实验验证,会被存进公共的数据库。数据库又是下一代模型学习的材料。也就是说,今天这道记功口留下的东西,明天会变成它自己的教材。有研究者担心,如果这个回路里自己产出的东西越来越多,原来来自自然的那一部分,会被稀释〔待核〕。
这是一个值得放在心上的问题:记功口的产出,会不会慢慢变成它的输入。回写写在数据里,比写在人的口头上更难察觉。
这并不是说它不好。很多时候,它让一些过去做不了的事情做成了。本书只是想把这一笔账摆出来:你怎样记,最后也会被这本账记成什么样的人。
写到这里,有一个容易发生的误读,要提前挡一下。
回写不是说:机器在悄悄操纵人。也不是说:人没有办法。
它说的是一件很朴素的事:记账的方式,会回头影响记账的人。这一点,对人类社会里的任何一套评价制度,都成立:考试改变学生,学生改变考试;排行榜改变作者,作者改变排行榜。
好消息是:既然回写是可以看见的,它也就是可以调的。第 30 章末尾阿远做的那件事,抽查被丢弃的候选,在实验记录里加一栏目标和依据,就是在回写的路上,放了一个哨兵。
坏消息是:这个哨兵,需要有人持续地站着。
哨兵的样子,可以很朴素:定期换一种评分的办法,看排出来的名单变不变;定期抽查被丢掉的;定期问一句,我们现在不问的问题里,有没有重要的。三样都不费钱,只费时间和耐心。
后来,陈老师做了一个小实验。
她给自己定了一条新规矩:下次,卖菜的摊主答应了没做到,她先问一句「是不是有什么事」,再决定要不要扣这两分。
她说,头两周很别扭,每次都要把「扣分」的念头拦一下。到了第三周,别扭少了。
又过了一阵,那个摊主有一回自己说起来:「上回没送成,孩子发烧了,对不住。」
陈老师说:「我没问呢。」
摊主笑了:「您看我那一眼,就是在问。」
陈老师回家以后,一直在想这句话。她那一眼里,原来装着四十年的分数。
她把这件事讲给阿远听的时候,阿远笑着说:「您这是在反向回写。」
「什么回写,」陈老师说,「我就是不想让一把用了四十年的尺子,替我决定怎么看一个卖菜的人。」
阿远想了想,说:「这句话,我想抄下来。」
过了几天,他自己也盘点了一下实验室里的尺子:论文的篇数,投稿的期刊,引用的次数,每一样背后都有人在看。他在本子上写了一个问题:这些尺子里,有没有一把,已经替我决定了,我下一个课题做什么?
他没有马上得到答案。他把这个问题,留在了本子的最后一页。
你也可以试试。找一把你天天在用的尺子,打分、排名、点赞、绩效。想一想,它用了这么久,把你变成了一个怎样看人的人?
你怎样记别人,最后也被这本账记成了什么样的人。
拆了什么:拆了「记功口只是外面给定的条件」的看法;记功口也是被记的人和被记的谱系,反过来改出来的。
立了什么:立了「记功回写」:持有者怎样记,回头改写被记的谱系,也改写自己;并补上四个具体的问法:握口的一方有没有利害、撤口后回不回弹、次序、翻转阈值。
从前握记功口的都有利害,AI 第一次没有;它握了口,户名就要由人来补。下一编,把三本账摊开。
这一编五章,把全书收成三本账:读数账,价值账,意义账。账有了,再落到种地、养宠物、做实验这样的日子里。最后一章,是一场能证明本书错的试验。
这一编的反差只有一句:每个人每天都在替某条谱系记账,只是不知道。
你一定有过这样的时刻:收到一份写得很正式的报告,里面有图、有百分比、有你看不懂的缩写,你本能地觉得,这上面写的,是关于你的某种「真相」。
阿远给陈老师买了一份消费级的基因检测,当作生日礼物。唾液样本寄出去,三周后,邮箱里来了一份报告。
陈老师戴上老花镜,一页一页地翻。第一页是祖先成分的饼图,上面写着,她的祖先成分,大部分来自「华南」。
她抬起头,笑了:「我从小在这儿长大,我爷爷的爷爷也在这儿,这还用测?」
阿远也笑:「那是一个验证。」
后面几页,是一些「特征」和「倾向」:咖啡因代谢的快慢,某种营养素的吸收,对某类常见疾病的相对风险。每一项后面,有一个小图标,标着「较高」「平均」「较低」。
陈老师翻到最后一页,合上,摘下眼镜。
「所以,」她问,「这上面写的,是我吗?」
这是一个好问题。这一章就是为它写的。
先把一条边界写在前头:本书不替你解读自己的检测报告,也不作诊疗建议。如果你的报告里有让你担心的结果,请去找医生或有资质的遗传咨询师。本章要做的,是讲清楚一份报告里的字,是哪一类字,它们各自能说什么,不能说什么。
消费级的基因检测,是一件值得好好说一句公道话的事。
二十年前,测一个人的全基因组,是几个国家联合起来才做得成的大工程。如今,几十美元或几百元,就能拿到一份相当可靠的位点读数〔待核〕。这背后是测序技术成本的大幅下降,是生物学里最了不起的技术进步之一。
这件事让很多人第一次有了「看自己」的机会:找失散的亲人,知道自己的祖先大致从哪里走来,对某些遗传性状有了了解。对一些家族里有明确遗传病史的人来说,检测可以是一个及时的信号〔待核〕。
所以,不要把这一章读成对基因检测的批评。它是一个很好的工具。本章只是想把它放到该放的位置。
第 21 章说过,生物学里的读数有三种:跳,波,散。一份基因报告里的字,几乎都能归到这三类里。
第一类,跳:序列。
报告里写的某个位点是「A」还是「G」,这位点上,你带着哪一种版本。这类字,最硬,最确定:测到是什么就是什么,不是「半个 A」。
大多数祖先成分、携带者状态,就是从这类字出发的。你的某一组位点,和数据库里各个群体的位点,做比较,看和谁更像。
第二类,散:一群里各占多少。
「对某种疾病的相对风险较高」,这句话里,看上去是在说你,其实说的是一群人。它的意思是:在带着某组位点的一大群人里,得这种病的比例,比整体平均要高一些。
这是一个概率,不是你的命。风险较高,不等于一定会得;风险较低,也不等于不会得。这一类字,是从人群的统计里来的。
第三类,波:表达和发育的轨迹。
你带着什么版本,是一回事;这个版本在你身体里,什么时候被打开、打开多少、受到饮食、年龄、环境怎样的影响,是另一回事。咖啡因代谢快慢,部分与位点有关,但同时也与你喝多少、喝了多久、同时吃什么药有关。
这一类东西,报告里往往只能用一句「受多种因素影响」带过。因为波,是需要时间和环境才能读出来的。
三类字,一份报告里混着出现。第一件事,是学会分辨:眼前这一行字,是跳,还是散,还是需要波才能说清的东西。
用一个陈老师教过的例子,把这三种字再认一遍。
她教遗传那一单元的时候,常有学生拿爸爸妈妈的身高,算自己将来能长多高。算法很简单,把两个数取个中间。
这个算法,其实是「散」那一类字。它说的是:父母偏高的家庭里,孩子平均偏高。平均是对一群孩子说的,落到某一个孩子身上,总会差上一截。
差在哪里?一部分差在「波」:孩子小时候吃得怎样,睡得怎样,哪个年龄段有没有生过大病,都影响最后长到多高。另一部分差在「跳」:身高牵涉很多个位点,每个位点出一点力,哪个孩子拿到哪几份,事先说不准〔待核〕。
学生有时会失望:「那这个算法有什么用?」
陈老师的回答是:它能告诉你大概在哪一带,不能告诉你正好在哪一点。
基因报告里的风险,是同样的性质。
消费级的检测,多数不是把你三十亿个字母从头读到尾。
常见的做法,是事先挑好几十万个位点,只读这几个地方,像拿着一张点名册,逐个核对〔待核〕。名册上有的,读得相当准;名册上没有的,报告里就没有这一行。
这有两个后果,值得记住。
第一,报告没写到,不等于你身上没有。没写,可能只是这一版名册里没有这个位点。
第二,名册是按已有的研究结果编的。研究做得多的人群,位点挑得细;研究做得少的人群,名册对他们就粗一些。研究者自己也在讨论这件事〔待核〕。
所以同一个位点,在两家公司的名册里,可能一家有,一家没有。两家的报告对不上,多半是名册不同,不是谁读错了。
另有一点:有的报告会在说明里写,某些结果需要用别的方法再确认一遍〔待核〕。那是这一行字自己的边界,由报告自己交代。
报告里的结果,大致分几类。本节只讲每一类是什么性质的字,不讲任何一条结果对你意味着什么。
祖先成分。它是拿你的位点和一批参考人群比出来的相似度。参考人群是今天活着的人,所以饼图说的是「你和今天的哪些人群像」,不是「八百年前的人是谁」。陈老师家那本族谱写着祖上从北方南迁,饼图写着华南,两本账讲的是不同的时间,并不打架。
携带者状态。有些变异要两份才表现出来,只带一份,往往不表现。这类结果是事实:一个位点上你带着什么,测到就是什么。至于它在一个家里意味着什么,要看家系,要有专业的人陪着看。
性状类。比如能不能喝牛奶不难受。有些性状,一两个位点就说得出相当一部分的字〔待核〕;但多数性状,是很多个位点各出一点力,再加上日子里的事。
多位点的风险分。把很多个位点的小影响加起来,给一个相对风险。它说的是一大群人的统计,而且是拿某一批参考人群算出来的,换一个人群,准头会变〔待核〕。
四类字,性质不同,不能放在同一把秤上称。
报告里最常见的一个词,是「较高」。它值得单独拆一下。
「较高」说的是相对风险:和参考的那一群人比,高出多少倍。倍数,是一个只有比较才有的数。
一件事如果本来就很少见,高出一倍,仍然是少见;一件事如果本来就常见,高出一倍,就是很多了。同样写着「较高」,落到日子里的分量可以差很远,要看它是跟着哪个底数在比。
这里谈的是读法,不是任何一条结果的意思。你的报告上某一行到底算大还是算小,请交给懂这一行的专业人员,本书不替你判断。
陈老师看到「较高」两个字,第一反应是翻回去找那一页的小字,问阿远:「这是跟谁比的?」阿远答不上来,两个人把说明页翻了一遍,才找到那一小段。
还有一件事,报告拿到手的时候看不出来:它有保质期。
参考人群的库在扩充,研究者对每个位点的认识也在修正。一个位点五年前被认为和某个性状有关,后来更大的研究可能发现关联很弱〔待核〕。同一份原始数据,过几年重新分析,得到的说法可能和当年不一样。
这不是公司在糊弄你,是科学本来的节奏:读数是稳的,对读数的解释在改。
所以,报告上的日期,和你读它的日期,是两个日期。解释是哪一年做的,值得看一眼。
现在回到陈老师的问题:这上面写的,是我吗?
答案是:它写的是你身上的脚印,不是你的户口本。
一份基因报告读出来的,是读数:你带着什么字,你的字和别人的字有多像,和某一群人的统计规律有多近。
它不告诉你的,是你算谁的。
这句话,在日常里很容易被听成别的意思,所以要说得更清楚一点。
祖先成分那张饼图,是把你的位点,和一组「参考人群」做比较得出来的〔待核〕。参考人群是人选的,群体怎么划分,也是人定的。同一个人,换一家公司的参考库,饼图可能不一样。这不是谁出了错,而是这个读数本来就是相对于一个参照物的。
所以,「祖先来自华南」,意思是:你的位点,和那家公司参考库里被标成「华南」的那一群人,最像。它并不等于:你的祖先是怎样走来的,你的身份是什么,你属于谁。
「你算谁的」,是一个记账的问题:你的家族怎样记,你的社群怎样记,你自己怎样记。这不在位点里。
回到陈老师的族谱。
传统的族谱,是一本人记的账。谁记,记谁,按什么规矩记,都有讲究。不少地方的族谱,主要沿父系往下记,女儿的去向写得简,有的只记一笔〔待核〕。族里没有儿子的人家,可能过继一个侄子,继承香火;过继来的孩子,在族谱上写作这家的儿子,他的位点和这家的人像不像,族谱不管。
族谱记的是户名。谁算谁家的,是人定的,写在纸上。
基因报告读的是位点。你和谁像,是测出来的,写在数据里。
两本账有时一致,有时不一致,没有哪一本错了。陈老师翻着族谱,说过一句很实在的话:「过继来的那位,族谱上是我们家的人,吃的是我们家的饭。你拿报告去量他,量不出这个。」
反过来也成立:报告量得出某些位点上的相近,族谱写不出这个。
所以,下次有人拿一份报告,说「你看,你们不是一家人」,或者「你看,你们果然是一家人」,你可以回一句:你说的是哪一本账?
有一种常见的误读,值得单独拎出来说。
人们很容易把读数当成本质:「我的基因里写着我是某种人」「我天生就是这样」。
本书整个的看法,是反着的:读数,是对一个东西的一种量法,量到的是一个侧面;它不是这个东西的本质,更不是这个东西的归属。
第 21 章还说过,读数和价值、意义,是不同的层。位点读出来的东西,可以很准,但「好不好」「为了什么」,不在位点里。
比如,你带着一组与某种体质相关的位点,这是一个读数。你要怎么对待自己的身体,怎样安排自己的日子,这是价值和意义的事,位点不替你决定。
所以,读报告的第二件事,是给自己一个提醒:这是一个读数,不是一个判决。
有人会反过来问:既然报告只是脚印,那花钱测它还有什么用?
本书的回答是:脚印有脚印的用处。
脚印能告诉你,有人从这里走过。亲缘鉴定,找失散的亲人,知道自己带着某个版本,这些都是脚印能回答的问题,回答得相当扎实。
脚印不能回答的,是「这个人该往哪里走」「这个人算谁家的」。把后一类问题交给脚印去答,是用错了地方,不是脚印的错。
还有一个常被忽略的地方:报告里的数据,存在谁手里,谁能用,是另一本账,可以叫数据的户名。它不是生物学要答的问题。本书只提醒一句:你的读数被记在了谁的名下,值得你自己去读一读那份服务说明。
前面几次说「请找医生,或者遗传咨询师」,这里交代一句,为什么是他们。
一份报告只有位点的读数,缺的是读数之外的东西:你家里几代人的情况,你自己的经历,你所处的环境。这些,是「波」那一类字要用的材料。
专业的人做的事,是把读数放回这些材料里,一起读。同样一行字,放在不同的家系里,意思可以不同。读数不变,上下文变了。
这也是本书不替你读报告的原因。本书手里没有你的上下文,凭一行字下结论,等于只看脚印,就断定那个人往哪里去。
所以这条边界,不是客气,是方法上的限制:读数要有上下文才说得出话,上下文只有专业的人和你自己才有。
如果你手头有一份这样的报告,下面是本书给的三个问法。只是帮你分辨,不是解读。
第一,这一行是哪一类字?是一个位点的读数(跳),一群人的统计(散),还是需要环境才能说清的东西(波)?
第二,它是跟谁比出来的?参考库是谁,「平均」是谁的平均?
第三,它说的是「概率」还是「事实」?风险较高,是概率;携带某个位点,是事实;两者不要混着听。
问完这三句,大部分报告上的字,就从一个让人心里发紧的东西,变成了一个可以放在桌上看的东西。
要是这三问之后,你还有担心,那不是你读错了,而是这件事需要专业的人陪你一起看。请去找医生,或者遗传咨询师。
陈老师把那份报告,夹进了一个旧的文件夹里。
她对阿远说:「这个,我留着。」
「您觉得它准吗?」
「准不准,我不知道,」陈老师说,「但我想起了另一件事。」
她从书架上抽出一本发黄的家谱。那是她老家的族谱,毛笔字,一页一页,写着某某生,某某卒,娶某氏,生子几人。
「这个,」她说,「是我这一份的户口本。它记的,不是我带着什么字,是我算谁家的人。」
她把两样东西并排放在桌上。
「读数这本账,」她说,「和记名这本账,是两本。」
阿远点点头,想起了这一章要带走的话。
阿远问:「那您这份报告,打算怎么处理?」
「放着,」陈老师说,「过几年,有了新的说法,再拿出来,先看一眼日期。」
阿远有点不好意思:「这个礼物,是不是买得不太合适?」
「礼物是好礼物,」陈老师说,「就是封面上,该印一行小字:这是脚印。」
她接着说:「读数是老老实实的东西。人拿它说什么,才是要看的。」
阿远把这句话也记了下来。
你也可以试试。找一件你身上被「测」出来的东西:体检报告上的数字,性格测试的类型,考试的排名。把它放到桌上,问自己:这是脚印,还是户口本?
一,你手边有没有一份「读数」,你曾经把它当成了「本质」?当时是什么让你这样想的?
二,如果把这份读数,换成另一家的标准重新量一遍,你预计会有什么不同?这个不同,说明了什么?
这一章落在记账一致性上。基因报告里读到的,是谱系留下的痕迹;痕迹和户口不是一回事。要判断一份报告能说明什么,先问:这份痕迹,是被几个口一致地记出来的,还是东拼西凑。
基因报告读的是脚印,不是户口本。
拆了什么:拆了「报告上写的就是我」的看法;位点读数可以很准,但它是一种量法,不是本质,也不替你决定你算谁的。
立了什么:立了读数账:跳、波、散三种字,三问分辨;并写明边界,本书不替你解读自己的检测报告,也不作诊疗建议。
你一定有过这样的时刻:站在水果摊前,捧着一个西瓜,不知道该怎么判断它好不好。
陈老师挑西瓜,有三个动作,几十年没变过。
第一个,是敲。她用指节在瓜上敲两下,听声音:清脆,还是发闷。
第二个,是问。她不看瓜,先看瓜农。问一句「这是自己地里的吗」,听他怎么答,答得痛快还是含糊。
第三个,是看。她把瓜转过来,看纹路是不是匀,瓜皮亮不亮,看着就想吃,还是看着就算了。
阿远跟她买过几次瓜,有一次忍不住问:「老师,您为什么要三样都做?敲一敲不就知道熟没熟了?」
陈老师说:「敲,知道它是不是那个样子。问,知道今天吃了它,我和瓜农,谁有没有吃亏。看,知道我想不想要它。三样,是三件事。」
她顿了顿,说:「有一样缺了,这个瓜我就不买。」
这一章,就是在算这三件事。
第 20 章已经交代过:真、善、美三股劲,是怎样发生的,本系列第 255 号已经说过。本书不重讲它们的来历。
这一章只做一件事:算生物学自己的账。也就是说,在生物学的材料里,这三股劲各自是什么,怎样量,量出来是什么样。
三股劲的名字,在本书里是这样用的:
先说一件容易混的事:这里说的「真」,不是「测得准」。测得准,是实验者的功夫;真守,是谱系自己的功夫。
先看真守。
一个细胞分裂的时候,要把全部的遗传信息复制一遍。几十亿个字母,要一个一个地抄。抄错了怎么办?
细胞有一整套办法。复制的酶本身,有边抄边校对的能力;复制完以后,还有专门的机器,扫一遍,把配错的地方挑出来改掉。据报道,经过这几道关,每复制一个字母出错的概率,可以降到十亿分之一甚至更低的量级〔待核〕。
这是一个可以算的数。设想一个基因组有三十亿个字母,每个字母每次出错的概率是十亿分之一,那么每复制一次,平均会出现几个新的错误。这几个,就是新变异的来源。
真守的账,就这样算:出错率有多低,形式在谱系里守得有多稳。
守得太差,会怎样?形式守不住,每一代都在崩,谱系没法积累任何东西,不管多有益的东西,下一代就丢了。
不过,也有另一头。守得太好,也有问题:一个完全不出错的谱系,没有新东西,遇到环境变了,就没有可以挑的余地。所以,生物的出错率,不是零,而是一个被演化压在很低、但没有压到底的数。
细胞守住形式,靠的不是一道关,是三道。
第一道,在选字的时候。复制的酶每次接一个新字母,先要认对。认错的机会,本来就小。
第二道,在接上之后。酶带着回头检查的本领,发觉刚接上的字母不对,会退一步,换掉它。
第三道,在复制完了以后。另有一套机器,沿着新旧两条链扫过去,把配不上的地方挑出来修好〔待核〕。
三道关,每一道拦住一部分,叠起来,出错率才压到很低。具体的倍数,各个物种不同,本书不替它们写数。
这里有个容易混的地方。阿远的实验室里也有「出错率」:测序仪读错一个字母的概率。那是读数的误差,属于实验者的功夫。细胞复制时抄错一个字母,是谱系自己的事。
一个说的是尺子准不准,一个说的是被量的东西守得住守不住。这一章的「真」,说的是后一个。
真守还有一条上限的账。
出错率如果高过某个界限,信息还没传到下一代,就被错误冲散了。理论上,这个界限和基因组的长度挂钩:基因组越长,每个字母就得守得越严〔待核〕。
据说,一些靠 RNA 复制的病毒,出错率比细胞高得多,基因组也短得多〔待核〕。它们的日子,像是过在这条界限的边上:只有短,才撑得住这么高的出错率。
细节不必记。要带走的,是一个看法:守得住的程度,和能守多少东西,是连着的。守得严,才守得起长的东西。
真守还有一层账,常被忽略:守得越严,越花本钱。
校对要时间,要能量。多一道检查,细胞就多一份开销,复制也慢一点〔待核〕。所以出错率不会被压到零,不只是因为压不下去,也因为压下去的代价不划算。
这样看,演化留下的那个低而不为零的出错率,是一次权衡的结果:守的本钱,对比出错的损失,在中间找到的一个点〔待核〕。不同的物种,点的位置不同。
把真守当成「越高越好」,就读错了这一栏。该问的是,对这条谱系,守到什么程度,才不亏。
再看另外两股。
善推,是交换互不吃亏。
豆科植物和根瘤菌,是教科书里的例子。根瘤菌住在植物的根里,把空气中的氮转化成植物能用的养分;植物给根瘤菌提供住处和糖。
这是一笔账:双方各自拿出一些东西,各自得到一些东西。善推的账,就看双方的收益是不是都比单干要好。
那么,如果有一方偷懒呢?有研究报告说,有些根瘤菌不好好固氮,白吃白住;植物据说会减少对这类根瘤的供氧,让它们长得差〔待核〕。这是第 3 章讲过的宿主制裁。它是善推的边界:交换里要是有一方吃亏,另一方就要出手,把账平回来。
美聚,是被选中的吸引。
雄孔雀的尾巴,是第 11 章讲过的例子。这条尾巴,对孔雀的生存没有好处,甚至是累赘;但雌孔雀看了喜欢,选了它,它的基因于是传得更多。
美聚的账,是被选中的比例:一种样子,有多大的吸引力,被多少对象选中,聚拢了多少后代。
三股劲各有各的算法:真守看出错率,善推看双方收益,美聚看被选中的比例。三个数,都是可以量的。
交换互不吃亏,说起来容易,撑住却不容易。因为每一方都有机会占便宜。
生物学里讨论过几种撑法,名字各家叫法不同〔待核〕。
一种是传下去。共生的一方,随着宿主的卵一代代传,两家的命绑在一起,一方吃亏,自己的后代也跟着吃亏。前面的蚜虫和布赫纳氏菌,属于这一类。
一种是制裁。丝兰和传粉的丝兰蛾,是常被讲的例子:蛾给花授粉,同时在花里产卵,幼虫吃一部分种子。据报告,某朵花里的卵太多时,丝兰会让这朵花脱落〔待核〕。吃亏的一方,用不给后续的办法,把账平回来。
一种是挑伙伴。植物根上的菌根真菌给植物送养分,据报告,植物会把更多的糖给送得多的那一头〔待核〕。谁给得多,就往谁那边倾斜。
三种撑法,各有各的前提:要么命绑在一起,要么能罚,要么能挑。三个前提一个都没有的地方,善推就撑不住,交换会滑向吃亏的一方被吃掉。
制裁和挑伙伴,其实就是一道记功口:它把互惠的收益,记到守信的那一方名下。
善推的账,有一个容易犯的毛病:只算一边。
陈老师给学生讲过一个拼车的例子。两个住得近的同事拼车上班,一个出车,一个出油钱。出车的省了一半油钱,出油钱的省了一辆车的开销。两边都比各开各的划算,这个安排就站得住。
如果后来一边的花销涨了,另一边没跟着变,划算的账就只剩一边。过不了多久,这一边会退出,拼车散伙。
生物里的交换,同样要两边各写一列:给出去多少,拿回来多少,和各自单干比,是多了还是少了。两列都不低于单干,才叫互不吃亏。
只看一列,会把剥削读成合作:一方得益很大,所以「这是个好交换」。可另一列是负的,这个交换撑不了几代。
美聚的账看被选中的比例,不过,被选中可以有不同的缘由。
一种讲法是,吸引是信号:能长出大尾巴的,身体大概好,选它,是选了好的。另一种讲法是,吸引自己会滚雪球:上一代偏爱什么,下一代的偏爱者和被选中者都带着这份偏好,越滚越远。还有一种讲法是,感官本来就对某些刺激特别敏感,样子是顺着这份敏感长出来的〔待核〕。
三种讲法各有各的证据,学界没有一个通吃的答案〔待核〕。本书不替它们裁判。美聚这一栏只要求:不管缘由是哪一种,被选中的比例是可数的。
再举一个看得见的例子。园丁鸟的雄鸟会搭一座小亭子,摆上蓝色的小物件,雌鸟逛过几座,挑中其中一座〔待核〕。亭子不下蛋,不育幼,只是被看一眼。被看中的比例,就是美聚的账。
美聚的账不替你回答「这样的美好不好」。它只回答:这一种样子,聚拢了多少。
用一个厨房里的例子,把三股劲放在一处看。
阿远爱喝自己做的酸奶。他说,每次留一小勺做引子,下一锅就接着做。
真守在这一勺里:引子里的菌,代代传下来,样子大致不变,做出来的酸奶才是同一个味道。引子留得太久、传得太乱,味道会走样,这是守不住。
善推在这一锅里。据说,做酸奶常用的两类菌,会互相帮忙:一类给另一类生长要用的养分,另一类给它造出更合适的酸度〔待核〕。各取所需,双方都比单干长得好。
美聚在饭桌上。哪一种酸、哪一种稠,被一家人更爱吃,下一回就多留那一种的引子。被选中的,聚拢的更多。
一杯酸奶,三股劲都在。少了哪一股,味道都出问题:守不住,就走样;推不动,就长得慢;聚不拢,就没人想留。
现在到了这一章最要紧的地方。
有人会想:既然都是「好」,能不能把三股合成一股,拿一个总分来评?
本书的回答是:不能。三股劲,彼此不能替代。少了哪一股,都要补账。我们用三种「缺了一股」的样子,来看。
只守,不推。
一个谱系,复制保真极好,但不和外面交换:不和别的谱系合作,不引进新东西。第 25 章讲的绿色革命,有这个影子:一种高产品种,被忠实地复制了千万遍,守得极好,却渐渐没有了与别的品种往来、混合的余地。结果是,田里的多样性在退。守得稳,却推不动。
只推,不聚。
交换很多,往来很勤,却没有任何一种样子被选出来、聚拢起来。这样的世界,是一锅粥:什么都在流动,什么都成不了形。没有聚,交换再多,也成不了一个可以被辨认的单位。
只聚,不守。
一种样子,吸引力极强,被追着选,却守不住:每一代都在往极端滑。第 11 章讲的失控选择,就是这个样子:尾巴越来越长,越来越重,选择把它一路推到不利于生存的地步。聚得越狠,越需要有一股劲把它拉回来。
这三种缺法,各自有各自的代价,也有各自的补法。守不够,补校对;推不够,补往来;聚不够,补一个可以被选中的样子。
要紧的是:不能用一股劲的好,去抵另一股劲的坏。一个谱系守得再好,也不能说它就善推;一个样子再有吸引力,也不能说它就守得稳。
有人会反对:真、善、美是人的价值词,拿来说细菌和孔雀,是不是太拟人了?
这个反对有道理。所以本书在这里划一条线:词是借的,账是生物学的。
「真」只指复制保真,用出错率量。「善」只指交换里双方的收益不低于单干,用收益量。「美」只指被选中的比例,用选中的数量量。三个词里,没有一个要求有意识,更不要求有道德。
一株植物不必知道什么叫厚道,对偷懒的根瘤少供氧,账就平了回来。
借这三个词,是因为它们分得开:守、推、聚,各答一个问题,不互相顶替。读者要是觉得换成别的词更顺口,换了也不要紧,只要三个量还在。
这一章结束之前,把三种最常见的算错,摆出来。
第一种,把「真」当成「测得准」。测得准,是尺子的事。真守,是被量的东西自己守得住。一把极准的尺子,量出一个守得极差的谱系,两件事并不矛盾。
第二种,把「善」当成道德。互不吃亏,是收益账:双方各得多少,不是谁的心地好。一个靠制裁撑住的交换,里头没有半点善意,账照样是平的。
第三种,把「美」当成「好」。被选中得多,不等于对谁都好。孔雀的尾巴,被选得越多,越拖累生存。美聚只记聚拢了多少,不替它打价值上的分。
三种算错,都是把一个量偷换成另一个量。分开记,就不容易换。
说到这里,要为「总分」说一句公道话。
给东西打一个总分,是人类很自然的做法:选大学,评论文,买电器,都是。它的好处是简便,可以排序,可以比较,让一个复杂的世界,变成一个可以决定的东西。
本书不反对总分。本书反对的,是忘了总分是三股劲压成的。压成一个数,就把三股劲各自的账藏起来了。藏起来,缺了哪一股,就没人知道。
所以,更合适的做法是:总分可以有,但三股的分项,要同时摆在桌上。
这也是为什么,第 12 章的问法、第 25 章的断裂,都要这样一股一股地看:产量涨了,是真守的某一种;多样性在退,是善推和美聚在退。总分上看不出来,分项上看得清楚。
总分还有一个常被略过的地方:三股劲压成一个数的时候,各占多少权重。
权重是谁定的?这不是小事。育种者给产量、抗病、口味配上不同的权重,留下来的品种就不同;实验室给候选打分,把哪一项算得重,清单的样子就跟着变。
给总分配权重的那一方,握着一道记功口。权重一改,哪一份算谁的,谁被留下,也跟着改。
所以,看到一个总分,除了问分项各是多少,还要问一句:权重是谁配的,他为什么这样配。
那天,陈老师买了那个瓜。
回家切开,红瓤,甜,水分足。阿远在旁边吃了一块,说:「三样都过了。」
「过了,」陈老师说,「但你注意,哪天三样里有一样不过,我也不一定不买。」
「那不就是——」
「那就是我心里,知道缺的是哪一样,」她说,「买了,是我自己补的账。」
阿远想了一会儿,觉得她说的是一个很有分寸的看法:不是三项全优才行,而是缺了哪一项,自己知道,并且愿意承担。
你也可以试试。下次做一个决定,不管是买东西、选工作、还是评价一个人,把总分拆开,写出三栏:守不守得住,推不推得动,聚不聚得拢。哪一栏空着,就是你要补账的地方。
一,回想你近来做的一个重要决定。三股劲里,你最看重的是哪一股?有没有哪一股,你当时没想过,现在看却很要紧?
二,你身边有没有一样东西,「总分很高」,但你心里知道,有一股劲是空的?它缺的是哪一股?
这一章落在持有者的利害上。真守、善推、美聚三股劲,每一股都要有利害的持有者:没有人在乎,这一股就没有人补。少了哪一股,不是账面上少了一行,是没有人愿意认。
好不好有三股劲,少了哪一股都要补账。
拆了什么:拆了「好坏可以压成一个总分」的看法;三股劲各有各的算法,不能互相替代。
立了什么:立了价值账:真守看出错率,善推看双方收益,美聚看被选中的比例;并给出只守不推、只推不聚、只聚不守三种缺法。
你一定有过这样的时刻:翻出一样很多年前的东西,样子早就变了,你还是一眼认出,那是你的。
陈老师整理书房,翻出一个旧的文件夹。里面是她三十年前讲「细胞」那一课的教案:蓝黑钢笔字,纸已经发黄,边角卷了,页边有各种颜色的批注,有些是用铅笔写的,擦过又写。
她把它和上个学期用的教案,并排放在桌上。
三十年前的那份,讲的是细胞膜,用的是一个黑白的示意图。今天的这份,PPT 里有电镜照片,有动画,有一段关于膜蛋白的最新研究。
阿远凑过去看:「这两份,几乎是两堂不同的课了。」
「样子变了,」陈老师说,「可我知道,还是我的课。」
阿远问:「怎么知道的?」
陈老师想了想,说:「我每次改,都是在上一版的基础上改的。有的地方,是新长出来的;有的地方,学生问了一句,我才发现原来讲错了;有的地方,是我自己越教越喜欢。三十年,它在长。」
她拍了拍那个旧文件夹:「这是它的根。」
这一章,就是在问这件事:一个存在,三十年里变了又变,凭什么还说它是同一个?它在这三十年里,走到了哪里?
第 20 章说过,意义层有三个样子:创造、自由、幸福。放到生物学里,它们分别是:
创造,就是新形式。一条谱系里,出现了一个以前没有的样子。吊兰叶子上的白边,是一个新形式;一种新的酶,是一个新形式。它的位置,主要落在理念界:在被谱系接收之前,它是一个「可能的样子」。
自由,就是可演化。谱系保留着继续变出新东西的余地。多样性,就是这份余地的原料。它的位置,主要落在现实界:这个余地是实际存在的,可以去测,可以去数。
幸福,就是繁盛。一条谱系在各处站得住,有自己的位置。它的位置,主要落在自我界,不过这里的「自我」,不等于意识。一株草,不必有意识,也可以繁盛。
三个样子,三栏账。记意义账,就是逐栏问:这条谱系,有没有新形式?有没有可演化的余地?有没有繁盛?
账要能记,就得知道每一栏数什么。
创造这一栏,数的是新形式。可以数一种新酶,一个新折叠,一种新性状。难处在「新」是相对谁说的:对这条谱系是新,对整个生物界未必新。所以记账时要写明,新,是相对哪一个参照。
自由这一栏,数的是余地。谱系里还有多少变异可以继续用,种群的遗传多样性是一个常用的读数。演化生物学里「可演化性」这个词,说的就是这份余地〔待核〕。
繁盛这一栏,数的是站得住的范围和时长。保护生物学评估一个物种的处境,常看种群数量、分布范围,以及这些数字的变化趋势〔待核〕。这几样,正好是繁盛的读数。
三栏的读数,来自不同的学科,平时各记各的。意义账做的事,是把它们放到同一张纸上。
创造这一栏,有一个陷阱:新,不等于好。
一条谱系里冒出新形式,大多数时候,对它并没有用,有的还有害。创造栏记的,只是出现过没有,不是出现得对不对。对不对,要等另外两栏来回答:这个新形式有没有留下来,有没有让谱系更站得住。
所以三栏要一起读。只看创造的人,容易把一堆热闹当成进展;只看繁盛的人,容易把一时的多当成长久。三栏互相对着,才不容易被一栏骗。
现在可以把前面一路在用的那个新定义,回收到这里。
第 16 章给过它,现在原样再写一遍:
「个体」是互动那一头(记功口)显影、差异那一维稳定、落在现实界的一个账户;「活着」是这个账户在被记账期间的持存。
这句话里,「个体」是一个账户,「活着」是这个账户被记账期间的持存。把它和上面三栏账接起来,意思就清楚了:
一个账户在被记账的期间,持续地在。这是它的存。可是存得怎样,是另一个问题:它在这个期间里,有没有长出新东西,有没有留着变的余地,有没有站得稳、站得开。
所以,活着有两层问法。
第一层是:这个账户,还在不在被记?这是读数那一层的问题。
第二层是:它在被记的这些年里,走到了三界的哪里?这是意义这一层的问题。
陈老师的教案,就是一个账户的例子。它被记了三十年:每一版,都是上一版的后代。它在理念界里,不断有新的讲法;在现实界里,有三十年的积累可以回头看;在自我界里,她认领它,说「这是我的课」。三界都有,所以她说「还是我的课」。
对「活着」的老定义,也要说一句公道话。
教科书里说,活着是新陈代谢、生长、对刺激起反应、繁殖、保持内部稳定。这些,是许多生理学家、微生物学家一点一点量出来的,用起来很稳。判断一块东西是不是活的,这些指标依然好用。
本书没有要换掉它们。本书加的,是另一种问法:在这些指标都满足的前提下,这条谱系在被记的这些年里,走到了哪里。前者问有没有,后者问走到哪。两种问法不打架。
现在拿一个具体的东西,来试一试这三栏账。
用的,是阿远设计出来的那个蛋白。第 19 章、第 31 章里的那个。
创造这一栏。它是一个新形式,而且是实实在在的新:自然界里没有见过这样的折叠。这一栏,它有,而且有得很足。
自由这一栏。可演化,是谱系保留着继续变出新东西的余地。可这个蛋白,没有谱系。它被造出来、被表达出来,但没有一代一代地传下去,没有后代,也就没有「继续变」的余地。这一栏,是空的。
幸福这一栏。繁盛,是一条谱系在各处站得住。它没有谱系,也就谈不上站得住。这一栏,也是空的。
三栏里,一栏满,两栏空。原因只有一个:无主。
这正是第 31 章讲的无主之功,换到意义账上来看的样子:效果真实,新形式也是真的,可是没有任何一条谱系靠它持存,所以可演化和繁盛两栏,没有地方记。
这里要说一句公道话。这不是在说这个蛋白不好,也不是在说它没有价值。它可能很有用,用处很大。本书只是说:从意义账的角度,它还没有被记进任何一个账户。一旦某个团队把它放进一条谱系,让它被一代代记下去,另外两栏,才开始有可能被写上。
阿远问陈老师:蛋白的两栏空着,是不是只要有人把它放进一条谱系,就补上了?
陈老师说,不一定。放进去,只是账户开了户。户开了,才谈得上每一栏往里记什么。
放进谱系之后,要看三件事。
第一,它的效果,是不是真的让这条谱系多留下了后代。这是繁盛一栏的开始。
第二,它在一代代传的过程中,是不是还能继续变,而不是被固定得一动不动。这是自由一栏的开始。
第三,创造一栏本来是满的,要问的是,传了几代以后,它还是不是最初那个新形式,还是被这条谱系改写成了另一个样子。
三件事都要一代一代地看,没有哪一件能在第一天读出来。开户那天,三栏都只是空表头。
三栏账里,缺了哪一栏,该怎么办?
本章的判断是:缺一栏,记一笔欠。
这个「欠」,不是批评,也不是罪名,而是一个清清楚楚的待办:这个账户,还欠着一件事。
欠「新形式」的账户,是一条只会复制、从不创新的谱系。它可以守得很稳,但在环境变化时,没有东西可以拿出来。近交犬种在某种意义上就有这种欠。
欠「可演化」的账户,是一条把多样性消耗光了的谱系。第 25 章的绿色革命,就是在这一栏上欠了。田里的品种越来越少,遇到新的病害时,没有可以挑的余地。
欠「繁盛」的账户,是一条被圈养起来、数量虽然不少、却离了自己位置的谱系。比如动物园里的某些物种:个体活着,种群在,却不在它本来的地方站着。〔待核〕
这三种欠,和第四编里的危机各有牵连,但不是一一对应。癌那一型,是繁盛这一角独涨,另两角跌;无主之功那一型,是三栏里有一栏满,其余没处记;层断裂与目标空转,则常常是某一栏悄悄欠着,却没人去记。判定危机,仍按第 25 章写下的顺序来;意义账只是告诉你,欠在哪里。
这样记,有一个好处:每一笔欠都是具体的,也就是可以补的。
找一个真实的谱系,试着记一次。
香蕉是个好例子。我们日常吃的香蕉,主要是少数几个品种,靠芽和吸芽一棵一棵地繁殖,不经过种子,一个品种内部几乎是同一个基因型〔待核〕。
创造一栏:这个品种有好吃、好运、无籽的形式,当年被选中是有原因的。
繁盛一栏:种得非常广,一眼看去很满。
自由一栏:很薄。整片地里的香蕉是同一个版本,遇上一种能打倒它的病,就没有别的版本可以挑出来。据报道,上个世纪中叶,一个主栽品种因为一种土传的枯萎病退出了主栽,今天的主栽品种也面临另一种相近病害的威胁〔待核〕。
所以一张账里,可以一栏满、一栏薄:看上去繁盛,却欠着自由。繁盛不能替自由补账,这和上一章三股劲不能互相替代,是同一个道理。
一笔欠要写得具体,才补得动。本书建议写四项:欠哪一栏;相对于什么参照;欠了多久;用什么读数判断补上了没有。
拿上面的香蕉来写。欠的是自由一栏;参照是同一个品种在同一类病害面前的应对余地;欠了很多年;判断补上了没有的读数,是品种内部或品种之间,能不能找到对这类病害表现不同的材料。
写成这样,一笔欠就从一句感叹,变成了一个能被别人核查的待办。至于怎么补,那是育种者、农学家和保护工作者的专业,本书只管记。
三栏是三个读数,也是互相牵着的三件事。
新形式给余地提供原料。没有新东西冒出来,余地迟早被用光。
余地给繁盛垫底。有变的余地,环境变了,谱系才有东西可拿出来应对,站得住的时间才长。
繁盛反过来,给新形式更多出现的机会。谱系铺得越开、传得越多,冒出新东西的次数也越多。
这三条牵连,说明三栏最好的状态是互相喂着。但它们也可能互相挤。一种样子繁盛得太快,把别的样子挤走,余地就薄了。前面的香蕉,就是这个形状。
所以记账的时候,不只看三栏各自的数,也看一栏上涨时,另一栏有没有跟着掉。
「活着是什么」,已经有不少人认真地回答过。在这里,再把两位最近的前人,请出来一下。
Pross 的回答是:生命是一种特殊的稳定性,不是某一个分子的稳定,而是一个会复制的整体过程的稳定〔待核〕。这一点,与本书是相通的:「被记账期间的持存」,也不是某一个分子的,而是一个账户的。
Godfrey-Smith 的回答,是一个多维的空间:一个种群,离「典型的达尔文个体」有多远,要看好几个坐标〔待核〕。这一点,也是本书要学的:个体不是有或没有,而是有多近。
本书多出的,是一件事:账户,是被记出来的。三界走到哪里,要看账记得怎样。这一点在第 16 章已经对过一次,这里不再重复。
一个自然的反对是:繁盛不就是适应度吗,何必另起一栏?
适应度看的是一代到下一代留下多少,窗口短。繁盛要看更长的时间,也要看是不是多处站得住。一个品种这一代留下很多,下一场病害就清零,适应度高过,繁盛却没有。时间的窗口不同,问的就不是同一件事。
另一个反对是:这样记账,是不是在给生命排座次,谁的意义大,谁的意义小?
不是。意义账不排名,不比较两条谱系谁更有意义。它只对着同一条谱系,问三栏各是多少,哪一栏欠着。
读到这里,保护生物学的读者可能会说:这些账,我们早就在记了。
这话对。评估一个物种的处境,要看种群大小,看遗传多样性,看栖息地范围,看这些数的变化。这是一整套成熟的做法,来自许多人长年野外和实验室的工作。
本书做的,不是替这套做法另起炉灶,是给它的读数起了一个共同的问法:这三类读数,说的是同一条谱系的新形式、余地和站住的程度。放在一张纸上,缺哪一栏,一眼就看出来。
陈老师的教案还有一段后话。
去年,一位年轻同事向她借走了那份「细胞膜」教案,改了一版,用在自己班上。过了一学期,同事把改好的那份拿给她看,问:「这份,算您的,还是算我的?」
陈老师翻了翻。有三分之二的页面,还是她的框架;新加的几页,是同事自己的课堂记录。
「看接下来谁往下改,」她说,「你接着改,它就往你名下记。要是你改完就压在抽屉里,它还是我那一版的一个影子。」
这一问,正是记账的问法:一份东西分出了两份,后面的账记给谁,不看来历,看谁接着往下传。
陈老师有个习惯:每年暑假,把当年的教案翻一遍,在最后一页写上几行。
写的是三句话:这一年长出了什么新的讲法;有哪些地方还留着改的余地;学生的反应怎么样。
她说,账不是记一次就完的。三栏今年满,明年未必还满。一条谱系的三栏,也是这样,要隔一段时间,回头盘一遍。
盘账的间隔,不好定。太勤,看不出变化;太疏,欠的那一笔已经滚大了。陈老师选了一年,因为一学年,恰好是她的教案走完一个来回的时间。
陈老师把旧教案复印了一份,送给了阿远。
「你拿去,」她说,「不是让你照着讲。是让你有一个东西,可以看见一样东西是怎么长的。」
阿远接过来,翻到最后一页。那里有一行铅笔写的小字,已经淡了:「此处学生问,膜为什么不会漏?明年补。」
下面是一行蓝黑钢笔的:「已补。」再下面,是红笔的:「补得还不够。」
阿远看着这三行字,忽然明白了陈老师那句「它在长」。
你也可以试试。找一样你保存了很多年的东西:一份文件,一个习惯,一段关系。问三句:它有没有新长出来的?有没有留着改的余地?有没有在它该在的位置上站着?哪一句答不上来,就是它欠的那一笔。
一,你现在最投入的一件事,三栏里,哪一栏最满,哪一栏最空?
二,你有没有曾经「欠」着某一栏,却一直当它没欠?如果现在补,第一步是什么?
这一章落在回弹系数上。生命在三界里走到哪,不只看现在在哪,还看撤掉外面的支持,会退回多少。退得少,是账户已经立住;退得多,是还靠别人记着。
活着的账户,总要问一句:在三界里走到哪了。
拆了什么:拆了「活着只是还没死」的看法;一个账户在被记账期间的持存,还要问它长出了什么、留着什么、站在哪里。
立了什么:立了意义账三栏(创造、自由、幸福);回收了「个体」是账户、「活着」是账户在被记账期间的持存;并规定缺一栏就记一笔欠。
你一定有过这样的时刻:一个很普通的周日,你做了三件小事,没有一件看起来有什么大不了。过了很久你才发觉,那三件事其实是同一件。
那个周日,陈老师在她租来的一小块菜地里留种。豆角已经老了,豆荚干得发黄,她一株一株地看,挑几荚最饱满的摘下来,放进一个旧的茶叶罐里。
阿远在实验室。流程跑完了,屏幕上是一份候选清单,他往下拉,挑了五个,打上标记,准备送去合成。
楼下的老孟,在小区的花园里,抱着他的猫,和另一位养猫的邻居商量着什么。后来阿远听说,是在商量今年要不要让两只猫配对,生一窝小猫。
三件事,发生在同一天。没有人觉得它们有什么关系。
但如果一起看,会发现它们是同一个动作:一个人,从一些候选里,挑出一些,让它们的后代进入下一轮。
这就是记功口。这一章,把它们放在一起看。
在往下走之前,先把本书给的随身三问,拿出来。这三个问题,可以带着去看任何一件事:
第一问:这一份,算谁的?这一批后代,这一个效果,这一个结果,记在谁的名下?
第二问:谁在记?握着记功口的,是谁,是什么?
第三问:记的人,有没有利害?如果有,是什么利害,它把谱系往哪里拉?
这三问不要求答案多深。很多时候,只是问出口,事情就清楚了一半。
下面是三张场景卡。每一张卡都是:一个人,学界对这类事一般会怎么说,本书想松开的一处,和一件明天就可以试的小事。
一个人:陈老师,在一小块菜地里,留豆角的种。
学界一般会怎么说:这是人工选择的一个标准例子。人每年挑哪些留种,就在把这块地的豆角,往自己想要的方向拉:长得好的、结得多的、味道好的。几千年来,各种作物,就是这样被一代一代挑出来的。
用三问看:
这一份算谁的:留下的豆荚,下一年长出的那一茬,记在陈老师这块地的名下。
谁在记:陈老师的手。
记的人有没有利害:有。她要吃,她要豆子长得好。这是第 24 章讲的有利害的守门者。
本书想松开的一处:很多人留种时,只挑「最大、最饱满」的那几荚。这个习惯,有道理,但也容易让下一年的豆角,向同一个方向挤过去:这块地里的多样性,每一年少一点。这和第 25 章的绿色革命,是同一个形状,只是小很多。
明天能试:留种的时候,挑一些「不是最大,但长得健康」的,也留几荚。不用多,每年留一点,把挑的那把尺子,稍微放宽一点。
留种有两个常被忽略的数。
一个是留多少株。只从一两株上留,下一年全地的豆角就是这一两株的后代,多样性一下子收窄。这叫瓶颈。留的株数越多,窄得越慢。
另一个是留哪几株。陈老师的习惯,是在整块地里走一遍,从不同位置挑,不只挑路边那几株好看的。路边的容易看见,也容易被挑,下一年路边的样子就占了全地。
两个数都不难。难在记得有这两个数。
菜地边上,还有一件事发生在人和人之间:换种。
陈老师有几样豆子,是别人送的,又有几样,是她送出去的。收到的人,往往过一两年,会回来说:「你给我的那个,在我家地里,味道不太一样。」
这不奇怪。一个地方的土、水、虫子、留种人的口味,都在替这份种子换口。同一把豆子,到了两块地,往后记在两处的名下,各走各的路。
人们常说的「地方品种」,多半是这样一年年留出来的:一个村子、一户人家,长年累月的口味和土壤,把一份种子磨成了只属于这里的样子。
这样的种子,靠的是有人继续留。留种的人少了,那条谱系的账,也就慢慢断了。
菜市场买回来的种子袋上,常印着「一代杂交」几个字。这样的种子种出来,整齐,产量高,不过,把这一代的种子留下来再种,下一代的性状常会分开,高的高,矮的矮〔待核〕。
这件事里,有三道记功口,利害各不相同。
农户的口:留自己吃得好的种。利害是自己的饭桌和下一季的收成。
育种单位的口:每年重新配出整齐的一代。利害是品种的一致和稳定的供应。
种子库的口:把种子存起来,让它停在某一年的样子,并不急着挑。据说有的种子库设在极冷的地方,作为备份〔待核〕。它的利害,是将来别处万一丢了,这里还有。
三道口,没有哪一道天生更好。农户的口让品种贴着一方水土,育种单位的口让品种整齐,种子库的口替前两者留后路。户名不同,账就分开记。
本书只提醒一件事:你手里这一把种子,是从哪一道口出来的。
一个人:老孟,他家的猫长得漂亮,毛色和脸型都很讨人喜欢,他想让它生一窝小猫。
学界一般会怎么说:猫和狗的品种,在很大程度上,是人按外形挑出来的。对外形的偏好,会通过选配,一代一代地被放大。有些外形,在一些品种里,据兽医学界的讨论,与健康问题相关〔待核〕。许多爱猫爱狗的人和兽医,也一直在呼吁,在选配时,把健康和性情,放进考虑里。
用三问看:
这一份算谁的:这一窝小猫,算老孟家的猫的后代,也算它所属品种那一条谱系的后代。
谁在记:老孟,和他商量的邻居,还有品种的标准(如果登记的话)。
记的人有没有利害:有,可能是喜欢这个样子,也可能是想要这窝小猫。
本书想松开的一处:第 27 章讲过,一道只记一样东西的记功口,慢慢地,会让谱系对不上日子。外形好看,是真的好;但如果「好看」变成唯一的一把尺,别的就没有位置了。
明天能试:如果你也在考虑养宠物、或者给宠物选配,在「外形」一栏之外,多加两栏:健康、性情。问一问兽医:这个品种,常见的健康问题有哪些,对方的父母辈,有没有相关的记录。
本书不给任何宠物的医疗或饲养建议,这些请问兽医。
品种猫和品种狗,多半有一本登记簿:只有父母都登记在册的后代,才能登记为这个品种。
这本簿子,本身就是一道记功口。它规定哪些后代可以记进这个品种的名下,哪些不行。规则写在簿子上,握簿子的,通常是爱好者协会,或者繁育者的联合组织。老孟的猫登不登记,要问他。
簿子一旦关上门,不再接收外来的血统,这个品种就成了一个封闭的小谱系。封闭的小谱系里,个体越传越像近亲,原本罕见的毛病,更容易在后代身上两头相遇〔待核〕。这是遗传学上的一般道理,具体到某个品种有哪些情形,本书不说,请问兽医。
要还它们一个公道。爱好者协会和繁育者,大多是爱这些动物的人。近些年,不少协会也把健康筛查写进了登记的要求〔待核〕。簿子是可以改的,写在簿子上的尺子,也是可以加一栏的。
老孟和邻居商量的,其实就是一桩很具体的记账。
猫是谁家的,小猫生下来算谁家的,哪一只留给谁,谁出钱、谁出力,两家都要说清楚。这是最实在的户名,人和人之间谈的,是账。
但账谈完,还有一本没人谈的:这窝小猫,它们在这个小区里,往后会和别的猫配不配,那条谱系往哪里去,没有人在问。
这一本,多半没人记。不是谁疏忽,是在这个尺度上,没有一道口在管。
一个人:阿远,面前是一份流程排好序的候选清单。
学界一般会怎么说:越来越多的实验室,把机器学习用到了设计和筛选环节。一个被广泛接受的说法,是要保持「人在回路里」:机器出建议,人做决定。
用三问看:
这一份算谁的:这五个候选,一旦被合成并保留,会记在这个课题组的名下;如果将来被放进某条谱系,则记到那条谱系的名下。
谁在记:一部分是流程,一部分是阿远。流程提出、排序;阿远点头、否决。
记的人有没有利害:这里是三类持有者的混合。阿远有利害:他要论文,要做成事。流程没有它自己的利害,但被阿远给的目标拴着。
本书想松开的一处:「人在回路里」这句话,听起来很稳妥,但它可能只是一个形式:人点了头,却没真正看过。第 30 章里,阿远发现自己没有看过那几千个被丢掉的候选,才是真问题。
明天能试:在实验记录里加三栏:本轮的目标,评分的依据,以及随机抽查的若干被丢弃的候选,看它们为什么被丢。这三栏,就是在给「机器的挑」找户名。
阿远的清单上,还有一件事值得写下来:留痕。
他的实验记录本,过去只记「做了什么」。陈老师问过他,被他否掉的,记不记。
后来他加了几行。每一轮,记三样:这一轮的目标是什么;用什么分数排的序,这个分数是谁定的;抽查了多少被丢掉的,丢掉的缘由站不站得住。
抽查这一栏,要在开始之前就写好比例和抽法,不能事后看心情抽。这和第 37 章要讲的预先登记,是同一个道理:规则写在看结果之前。
还有一个提醒,来自很多领域都碰到的老问题:一个指标一旦被当成了目标,大家就会去迎合它,它也就不那么准了〔待核〕。清单上的分数,是一个指标。如果每一轮都只看分数,清单会越来越像同一个样子。每一轮抽几个分数低的看一看,是给清单留一个口子。
课题组换人的时候,这几行字最有用。新来的人翻开记录,能看到这个组的口是怎样记的,不必靠猜。
阿远的记录本上,后来又加了一行:这一批候选,是哪一个版本的工具提的,什么时候提的,用的是什么设置。
陈老师问他:「这个有什么用?」
阿远说,过半年再回头看,如果不知道是哪一版提的,就没法判断,这批候选里的偏向,是目标带来的,还是工具带来的。
这一行字,和前面三栏一样,是给机器的挑,找一个户名。机器自己没有利害,也不会为自己说话,所以要靠人把它做过什么写下来。
有一天,阿远按自己写的办法,抽了一批被丢掉的候选来看。
他本来没指望看出什么。结果发现,被丢掉的里面,有一小撮是因为分数的算法对它们不太友好,而不是它们本身不行。算法按另一类候选的样子打分,这一撮长得不一样,就一律吃了亏。
他把这件事拿给陈老师看。陈老师没有评论,只说了一句:「你以前的清单上,大概也有这样的。」
阿远说,大概有,只是以前没抽,不知道。
这不是说分数不好用。分数很好用,每天省了他大量的时间。只是好用的东西,更需要隔一阵抽查一下,看它丢掉的,是不是都丢得有理。
把三张卡摆在一起,会看到同一个结构:
菜地里的陈老师,是一个有利害的守门者,她的利害是具体的、看得见的。老孟的猫,是一个被「外形」那一把尺主导的口。阿远的实验室,是第一次出现了一个不带自己利害、却会提主意的口。
三个场景,从最古老到最新,用的是同一个动作。你每留一粒种子,每选一个候选,每点一次「同意」,都在替某一条谱系写户名。
只是,大部分时候,我们不知道自己在写。
同一天的日子里,还有一条谱系,不起眼,每个人家里都可能有。
陈老师的邻居送过她半碗酵头。那是一团发面用的老面,里面养着酵母和乳酸菌,一代一代接着养:今天拿一块去发面,剩下的再喂些面粉和水,隔几天再分一份给下一户。
这团东西,没有谁设计过。它的口是一只手:每次取走多少,留下哪一部分,喂什么,放在哪儿。
分给下一户的那一份,到了新家,会慢慢长成新家的味道。两户的酵头起头是同一团,往后各记各的账,也各变各的。
这样看,家里的一碗酵头,是一个小号的品种。它和菜地里的豆角、小区里的猫、实验室里的清单,是同一类东西:有一道口,在替一条谱系记账。
也许你会觉得,留几粒种子,养一只猫,也要问三句,有点小题大做。
不必每次都问。三问不是每天的功课,是换尺子的时候用的。
平时顺手做的事,顺着做就行。到了要换一把尺的时候:今年想多留几荚小的,想给猫多加一栏性情,想让清单多抽几个落选的,这时问三句,是为了让换尺子这件事,不是糊里糊涂换的。
那个周日傍晚,阿远从实验室出来,路过菜地。陈老师还蹲在那里,茶叶罐放在脚边。
「老师,您留了多少?」
「十几荚。」她举起罐子晃了晃,豆子在里面沙沙地响,「我今年多留了几荚不太好看的。」
「为什么?」
「你上次说的,」她笑着说,「我也想给它留一个口子。」
阿远愣了一下,才想起那是他自己的一句话。他蹲下来,也抓了一把豆子在手心里看。有大的,有小的,有的皮皱,有的光滑。
他忽然觉得,这一把豆子,比任何一个排好序的清单,都更像一个活着的东西。
你也可以试试。这个周末,找一件你正在「挑」的事:挑种子,挑食材,挑书,挑人。问三句:这一份算谁的?谁在记?记的人有没有利害?
一,你近来替谁「留过种」?可能是一个习惯、一个做法、一种说话的方式。你当时挑的那把尺,是什么?
二,如果你手边有一个替你筛选东西的工具,你有没有抽查过它丢掉的部分?抽查过之后,你对它的信任,有没有变?
这一章落在持有者的利害上。种地的人、养宠物的人、做实验的人,都是有利害的守门者;他们的记法,决定谁留下、谁不留。想看懂自己手里的这一笔,先问:我的利害,让我把账记偏在哪里。
你每留一粒种子,都在替一条谱系写户名。
拆了什么:拆了「挑一挑只是小事」的想法;留种、选配、挑候选,是同一个动作,都在替某条谱系记账。
立了什么:立了随身三问(这一份算谁的、谁在记、记的人有没有利害),并用三张场景卡落到种地、养宠物、做实验里。
你一定有过这样的时刻:一个人说得头头是道,你听完点头,回家路上忽然想起要问一句:那么,要是你错了,是怎么个错法?
陈老师问阿远这个问题,是在一个很普通的下午。
阿远刚给她讲完这本书的主意:生命不是哪一头的作品,是被记到谁名下的作品。他讲得很顺,几个例子一个接一个。陈老师一直听着,没打断。等他说完,她倒了一杯茶,问了一句:
「你们做实验,敢不敢先写好,做出什么结果,就认输?」
阿远愣住了。
「我不是说你们不敢,」陈老师说,「我是说,大部分时候,实验做完了,看到什么结果,都能说成是支持自己的。你们敢不敢,在做之前,就白纸黑字地写下来:看到哪一种结果,这个想法就该撤了?」
阿远想了想,说:「敢是敢。但我得想想,怎么写。」
「那就写,」陈老师说,「一本书,要是不敢先写好怎样认输,就还没把话说到可以检验的地步。」
这一章,就是在写这件事。
先说试验要问的问题。
本书的母题是:生命不是哪一头的作品,是被记到谁名下的作品。落到最小的一个形式上,它说的是:一个新的集体(比如一团细胞),能不能成为一个个体,取决于它的后代账是怎样记的。
具体地说,是记账一致性:新的一团细胞,它的创始细胞,有多大比例来自同一个亲代集体。
要检验这个说法,最干净的办法,是找一个体系,只改这一件事,其余全部保持不变,然后看会发生什么。
试验的体系,取两套已有的工作。
一套是 2019 年赫伦(Matthew Herron)等人的实验:他们用莱茵衣藻,一种单细胞的绿藻,在有捕食者的压力下,让它们从头演化出多细胞的团体〔待核〕。
另一套是 2020 年布莱克(Black)、布拉(Bourrat)和雷尼(Rainey)报告的、用「生态脚手架」让集体层出现可遗传变异的实验〔待核〕。所谓生态脚手架,指的是实验者设置的外部条件,让集体层的差别,能以一种稳定的方式,被选择、被传下去。
在这些体系上,本书加一个因子:只改记账一致性。
设三组。
第一组,单细胞创始。每个新的细胞团,都由一个细胞长成。记账一致性最高。
第二组,单亲多细胞创始。每个新的细胞团,由同一个老团里的几个细胞长成。记账一致性居中。
第三组,多亲混合创始。每个新的细胞团,由来自多个不同老团的细胞混合而成。记账一致性最低。
三组之间,其余一切相同:同样从一个克隆起始,同样的选择压力,同样的培养条件,同样的代数。
注意第一句里的「从一个克隆起始」。这是为了让三组里的细胞,在遗传上是相同的。这样一来,三组的亲缘度是一样的,而记账一致性不一样。
有读者可能会问:只比较两组,不是更省事吗?
两组只能回答「有没有差别」。一致性高的一组,和一致性低的一组,放在一起,看到差别,也不知道这个差别是怎么来的。是随着一致性一点一点增加,还是越过某一点就突然不同?
三组让曲线有了形状。高、中、低三个点连起来,是一条斜线,还是一个折角,分得出来。致命条款的第三条,说的正是这件事:响应对一致性呈连续线性、没有阈值,命题就要收窄。要判这一条,至少需要三个点。
三个点也不算多。如果条件许可,中间再加几组,曲线的形状会更清楚。三组是下限,不是上限。
先把这个体系的来历说清楚,省得读者以为它是临时拼的。
多细胞生物在演化史上不止出现过一次,动物、植物、褐藻、一些真菌,各走各的路〔待核〕。一团细胞怎样从单细胞变成一个整体,就成了实验演化想弄明白的事。
办法是让这件事在培养瓶里重演一遍。2012 年前后,雪花酵母的实验用沉降速度做选择:团块大的先沉底,被留下来继续养〔待核〕。后来的研究者换了衣藻,用的压力是被捕食:团块大一些,据说更不容易被吃掉。据报告,所用的捕食者是一种纤毛虫,经过几百代,一部分衣藻出现了稳定的细胞团性状〔待核〕。
这个体系有三样好处。衣藻在实验室里被研究得多,基因组和培养条件都有现成的资料。它一代的时间很短,一个月能养好几十代〔待核〕。它的团块,据报告是细胞分裂后留在一起形成的,不是从四处聚来的〔待核〕,这正好是单亲创始的底子。
好处之外也有难处。团块里的细胞究竟靠什么留在一起,这些细胞是不是始终来自同一个起点,都要在试验里逐项确认,不能凭印象写。
第二套工作,是布莱克、布拉和雷尼 2020 年关于生态脚手架的论述。大意是:先由实验者或自然条件搭一个外部的架子,让集体层的差别能被选择、被传下去;架子撑得久了,集体层自己有了稳定的性状,架子才可以撤〔待核〕。
这个想法,和本书要问的撤关口是同一个方向。不过,那一篇究竟以理论论述为主,还是带有实验数据,需要对原文核实〔待核〕。本书在这里只借它的想法:外加的架子,是可以撤的。
本书要加的,是把架子的一个参数,记账一致性,当成唯一被改的因子,并且在撤架子之后测回弹。对原文表述有出入之处,以原文为准,本书的设计随之调整。
试验要逐代记录四个量。它们的名字,前面都出现过,这里再列一遍,并写明各自怎么测。
第一,记账一致性。用谱系追踪来测:给创始细胞做可区分的标记,逐代数,每个新的细胞团里,来自同一亲代集体的创始细胞占多大比例。
第二,集体层的可遗传变异。看集体层的性状(比如团的大小、形状、细胞数),在亲代和子代之间,是不是有相关;这种相关,是不是在排除了单个细胞层的因素之后,仍然存在。
第三,适应度脱钩。看集体的繁殖成功,是不是可以和组成它的细胞各自的繁殖成功,分开变化。具体地,分别测集体层的增殖速度,与细胞单独培养时的增殖速度,看两者是不是开始各走各的。
第四,分工。看集体里的细胞,有没有出现稳定分开的类型,各做各的事。这一项,放在最后读:分工,是后来才读出来的,不是先决条件。
这里要强调的是:这四个量,要用互相独立的测法。
用于测一个量的方法,不能用另一个量的读数反推出来。比如,不能因为看到集体层有了分工,就认为它一定已经脱钩;也不能因为一致性高,就认为集体层一定有了可遗传变异。四个量,要各有各的实验、各有各的读数,最好由不同的人,在对分组不知情的条件下去记。
这是第 13 章讲的「互相」检验里的纪律:规则,在看材料之前定下。
四个量,各有各的容易出错的地方。写在这里,是为了在试验开始前就想到它们。
记账一致性靠谱系标记。给创始细胞做上可区分的标记,数每个新团里同一亲团的比例。出错的地方有两处:标记本身可能影响细胞的生长,让被标记的细胞变得更吃亏或更占便宜;标记也可能在传代中丢失。所以要有一组只做标记、不改创始方式的对照。
集体层的可遗传变异靠亲子相关。亲团和子团的性状(比如大小)对得上,才算有可遗传的变异。出错的地方,是亲子对得上,只因为大家在同一个瓶子里,吃着同样的东西。要靠随机打乱亲子配对的对照,把环境一致造成的相关剥出去。
适应度脱钩靠比较两种增殖:团的增殖,和细胞单独的增殖。出错的地方,是培养条件一换,两个速度一起动,看上去在脱钩,其实是同动。所以两种增殖要在同一批条件下对着量。
分工靠单个细胞的类型。出错的地方,是细胞状态在短时间里的涨落,被误当成稳定的类型。要看分出的类型,是否在后代里稳定地重现。
这四种错,都不是躲不开的,各有对应的办法。要紧的是,办法写在试验前。
四个量测出来之后,要问的是:谁先谁后?
本书预测的次序是:记账一致性先越过下限,然后集体层的可遗传变异出现,然后适应度脱钩,分工若出现,在其后。
但「先后」这个词,如果不事先写清楚,很容易事后随便解释。所以,试验要在开始之前,登记一个容差窗:两个事件之间,相差多少代以内,算「同时」;相差多少代以上,算「先后」。这个容差窗,在看到任何数据之前,写进预注册。
同样,阈值和持续的代数,也要在试验前登记。阈值,是记账一致性的一个数;持续的代数,是越过这个数之后,要保持多少代,才算「稳定地越过」。本书不在这里给具体数字,因为这些数字,应当由做实验的人,根据体系的实际情形,在动手之前定下来。附录二留了一张空的登记表,供填写。
预注册听着像手续,其实是几个很具体的动作。
第一,把假设、分组、四个量的测法、分析的办法,写成一份文件,在拿到任何数据之前,交到一个公开的、改了就有记录的地方存档〔待核〕。这一做法在临床试验里行之有年,近些年在其他学科里也普及开来〔待核〕。
第二,把容差窗、阈值、持续代数这三个数写进去。数字怎么定,可以参考预实验或已有的同类体系,但定下之后,就不能改。
第三,写明「不能定论」的区间:结果落在哪一段,算作没有判出来。下面一节再说。
盲测是另一个动作。培养瓶的标签换成随机编号,谁是哪一组,由不参与测量的人保管。测记账一致性的人,看不到集体层的读数;测脱钩的人,看不到分工的读数。分析用的程序,在揭晓分组之前先冻结,不再改。
阿远在组里讲这套办法的时候,师姐问他:这样一来,我们不是全程蒙着眼做?
「蒙眼是为了数据到了以后,我们没法替它找理由。」阿远说。
试验最关键的一步,在后面。
三组的细胞团,在持续地被外加的记功口约束着:比如,实验者设的选择规则,或者生态脚手架。这些,是外面的关口。
当某一组的记账一致性,越过了登记的阈值,并且持续了登记的代数以后,实验者做一件事:撤掉这道外加的记功口。
然后,继续培养,继续逐代测。要看的是:集体层的那些性状,会不会退回去。
退回去的程度,用回弹系数来量,它是一个从零到一的数。零,是撤了关口,一点没退,集体层的性状原样保持;一,是撤了关口,全退回到了加关口之前的样子。
本书的主张是:越过阈值足够多代之后,撤关口,不回弹,或者回弹很小。这是个体显出来的样子:它不再靠外面的关口撑着。
要是撤了关口,集体层的性状全退回去,那说明这一层从头到尾,靠的是外面的撑,没有真正「显」出来。
试验里还有两个自然的对照,它们不由实验者摆布,是现成的。
雪花酵母。这是一种酵母,细胞分裂之后不完全分开,留在一起,长成分枝状的细胞团,像雪花〔待核〕。它的细胞团,是从一个细胞一层一层长出来的,所以它的记账一致性,在结构上就是高的。它在本试验里,作为「结构先定」的对照:看一个体系,当一致性靠结构保证时,会是什么样子。
盘基网柄菌。这是一种土壤里的变形虫。食物充足时,它们是各自生活的单细胞;食物不足时,成千上万个细胞聚在一起,形成一个有柄的、类似小蘑菇的结构〔待核〕。它是聚集成体的:细胞来自四面八方,没有一个单细胞瓶颈;这种团体里,据报告,常有只占便宜、不出力的「作弊者」〔待核〕。它在本试验里,作为「低一致性」的自然对照。
这两个,一头是一致性被结构保证到了极高,一头是一致性低得几乎没有;它们和实验里改出来的三组,正好可以对着看。
雪花酵母的细胞团为什么算「结构先定」,值得拆开说。
据报告,雪花酵母的子细胞在分裂后不能分开,仍连在母细胞上,一代代长成分枝状的团〔待核〕。团里所有细胞来自同一个起点,记账一致性靠结构保证,不需要谁来记。
那么团怎么繁殖?据报告,团长大到一定程度,细胞相互排挤产生的力会让分枝断裂,断下来的小块带着几个细胞,另起一个新团〔待核〕。这个断裂,就是一道自带的记功口:它决定哪些细胞,算作新团的创始者。
这两点放在一起,雪花酵母的口是长在身上的,很难撤掉。这正是它的用处和局限:用处是,它示范了口在结构里是什么样子;局限是,它没办法回答「口撤了以后,集体还在不在」,因为口撤不下来。
盘基网柄菌那一头,也值得写足,不然会把它当成一个反面教员。
食物耗尽时,细胞会发出一种信号分子,周围的细胞顺着信号往中心爬,聚成一团〔待核〕。聚起来的团变成一条会爬的「蛞蝓」,最后立成一个有柄的子实体。据报告,约有五分之一的细胞成为柄,死去,其余成为孢子,传下去〔待核〕。
这套安排里,死的是少数,传下去的是多数。所以谁成柄、谁成孢子,对每个细胞都是大事。有些品系偏偏爱往孢子那边挤,占了便宜;这样的作弊者,在实验室里已经分离出来过〔待核〕。
不过要还它一个公道:野外的盘基网柄菌,也不是什么都能混进来。据报告,它们表面有一对负责识别同类的蛋白,让聚集体倾向于由相近的品系组成〔待核〕。也就是说,这个低一致性的自然体系,也有自己的一套补救,把一致性拉回来一些。
这对试验的意思是:盘基网柄菌当对照,要问的是它实际的一致性有多高,不能默认它是零。野外的聚集体里究竟混了多少不同的品系,需要查材料确认〔待核〕。
还有一句局限:这两个对照,和衣藻在许多方面都不同,物种不同,生活史不同。它们只能作对着看的参照,不能当判决。判决靠的是那个只改一个因子的三组。
现在,回到陈老师那个问题。
本书事先写好的认输条款,叫致命条款。它共四条,原文如下,一字不改:
致命条款(草拟,预注册):其一,克隆起始、选择压力相同、只改记账一致性,三组之间集体层可遗传变异与适应度脱钩没有差别,或脱钩只在生殖分工出现之后才出现,撤回「记功口」,本卷退回 Michod 的适应度转移;其二,记账一致性的上升不先于集体层可遗传变异(容差窗预登记),撤回「记功先于个体」;其三,集体层响应对记账一致性呈连续线性、没有阈值,命题收窄为 Okasha 的两种算法之别;其四,越过阈值并持续登记代数之后撤掉外加的记功口,回弹系数显著为正,撤回「不回弹即个体」与「个体是显出来的」两章的核心命题。阈值与代数在试验前登记。
把它一条一条,对应到试验上看。
其一。三组只有记账一致性不同。如果结果是:三组之间,集体层的可遗传变异和适应度脱钩,没有差别;或者脱钩要等到生殖分工出现以后才有。那么,「记账」这一件事,并没有独立地起作用,本书的母题「记功口」就撤回,退回到米卓德所说的适应度转移:也就是说,要等到有了分工,才有集体层的适应度。
这里再补一句对手一侧的写法:按米卓德的框架推下去,没有生殖分工,就没有脱钩〔待核〕。这个预测与本书不同,所以试验能把两家分开。如果结果支持他,本书就收回自己的话。
其二。如果记账一致性的上升,并不早于集体层的可遗传变异(在预登记的容差窗之内),那么「记功先于个体」这个次序,就是错的,撤回。
其三。如果集体层的响应,对记账一致性是连续、线性的,没有阈值,那么本书「有阈值」的说法收窄。按奥卡沙的框架推下去,集体层的响应,随记账一致性连续变化〔待核〕。结果若是这样,本书的命题收窄成奥卡沙所说的两种算法之别:同样的东西,用两种方式算,而不是本书所说的「翻转」。
其四。如果越过阈值并持续登记的代数之后,撤掉外加的记功口,回弹系数显著为正,那么「不回弹即个体」与「个体是显出来的」两章的核心命题,撤回。
四条里,哪一条触发,撤回的、收窄的就是哪一条。其余的不动,也不顺手跟着撤。这也是预注册的规矩:事先写清楚,哪一种结果,对应哪一种后果,事后不再商量。
有一个地方,必须单独强调一次。
记账一致性,与群内的亲缘度,高度相关,最容易被说成:这不过是亲缘选择,换了一个名字。
所以,试验里,这两个量要分别测,分别报告。
设计里的办法,就是前面说的:三组都从一个克隆起始,所以亲缘度在三组里相同。变的只有账怎么记。如果结果显示,在亲缘度完全相同的情况下,三组的集体层表现,仍然随记账一致性而不同,那么,记账一致性就是一个不能被亲缘度吃掉的变量。
要是反过来,结果显示,一旦把亲缘度控制住,记账一致性就不再有解释力,那就说明,这两个量,在这个体系里分不开。这是本书的一处最弱点,在第 18 章已经说过,这里再写一次:这一条,试验可以直接检验。
有人会说:这个试验做不成。常见的说法有三种,一种一种答。
第一种,说记账一致性没法单独改。改了创始方式,别的东西也会跟着变,比如团的大小。这个顾虑是对的。所以设计里要求,三组在团的大小、培养条件上做匹配,并把团大小当作协变量记下来。匹配不上,就在报告里写明没有匹配上,并把这一组的结果降级处理。
第二种,说三组都出自同一个克隆,几十代下来,各自会长出新突变,克隆就不纯了。这也是对的。所以要定期测序,把新突变的情况记下来。三组的亲缘度,要报告实测值,而不是只写「起始时相同」。
第三种,说撤掉外加的记功口,在实验里没法做干净,因为实验者每次转移培养,取多少、取哪一部分,本身就是一道口。这是最深的一个顾虑,也说对了。所以设计里要写明:「外加的口」指哪几样,「实验者不可避免的口」又指哪几样;撤的是前者,后者要保持随机、保持一致,并在报告里写出来。
三种顾虑,都没有使试验变得不可做,只是使它更难,更啰嗦。本书以为,啰嗦是可以接受的价格。
如果结果模棱两可呢?
这在实验里最常见。数据不整齐,三组之间有差别,但没大到触发哪一条,也没小到可以说没有。
办法是把这种情形也写进预注册。登记的时候,除了「触发」和「不触发」,再写一段「不能定论」:落在这一段,不算本书赢,也不算本书输。
落进这一段以后,只许做事先写好的事:比如增加重复,或者延长到登记的上限代数,只做一次。做完以后重新读。如果仍落在这一段,报告里写四个字:未能判定。
模棱两可不是借口。事后另找一种分析方法,直到出现想要的结果,那是另一回事,预注册就是为了防它。
谁来做,做多久,也要说一句。
谁来做:这件事需要一间培养着这类体系的实验室,本书不替任何一家实验室承诺什么。最好是几家一起做,用同一份登记,各自分头跑,结果放在一起读。
对手也可以来。持米卓德一路想法的人,或持奥卡沙一路想法的人,如果愿意参与登记,替本书检查容差窗和阈值写得公不公道,这个试验就更有分量。试验是用来分出谁对的,不是用来证明本书对的。
做多久:不以月计,以代数计。要登记一个上限代数。以往同类的实验演化,常以几十代到几百代为单位〔待核〕。这个试验要在越过阈值之后,再持续一段登记的代数,才撤关口;撤了以后,还要再养一段,才读回弹。总共多少代,由体系的繁殖速度决定。
本书不报预期的数字,是因为不想先给自己一个舒服的预期。
那天晚上,阿远把这一章的想法,整理成了一页纸,标题是:「如果我错了」。
他把四条致命条款,一条一条抄在纸上,在每一条下面,写了一行:这一条触发,我撤回什么。写到最后一条,他停下来,想了一会儿,又添了一行:「并且告诉大家。」
第二天,他把这页纸贴在了实验室的白板上。
组里的师兄路过,看了看,问:「你这是干什么?」
「先把怎么认输写下来,」阿远说,「免得到时候,舍不得。」
师兄笑了:「你这个想法,不怕被人真的做出来?」
「怕,」阿远说,「但更怕没人做。」
陈老师后来听说了这件事,没说什么,只是在自己的笔记本上,抄了一行:
「敢先写好怎样认输,才算把话说到了可以检验的地方。」
你也可以试试。找一个你近来相信的说法,不管是关于工作,关于孩子,还是关于你自己。在纸上写一句:「如果看到______,我就该改主意。」写不出这一句的,说明你还没有真的想清楚,它到底在说什么。
一,你最近一次说服别人,用的是什么理由?如果换成「先写好怎样算我错了」,你会写什么?
二,一个说法,要是怎样的结果出来你都能说「这支持我」,它到底说了什么?
一本书敢先写好怎样认输,才算把话说到了可以检验的地方。
拆了什么:拆了「道理讲得通就算对」的做法;试验事先写明,什么结果让本书撤回、什么结果让它收窄。
立了什么:立了判决性试验的可执行设计(只改记账一致性,四量各测各的,容差窗预登记,越过阈值后撤关口测回弹系数),并把致命条款四条一一对应到结果上。
你一定有过这样的时刻:一件悬了很久的事,忽然有了着落,你站在原地,半天没说话。
一年以后,阿远给陈老师打了一个电话。
「老师,那个蛋白,被一个团队用起来了。」他说,「他们把它放进了一条长期培养的谱系里。每一代都带着它,而且是因为它的效果,才一代一代地留下来。」
电话那头安静了一会儿。
陈老师说:「这下,它有户名了。」
(这一段是虚构的,只作收束,本书不写任何技术细节。)
阿远笑了:「您还记得。」
「怎么不记得,」陈老师说,「我问过你的。」
她问的,是那一年在县城的饭桌边,那一句:它有用,那这个「用」,算在谁名下?
现在,可以把这本书的判词,再放回桌面上。一个字都不改:
生命不是哪一头的作品:基因派、生态位派、有机体派各看对了一头,却都把「谁是那个个体」当成了起点。个体不是挣到适应度的那个承载者,而是一道「记功口」一代代记账而显出来的账户:选择决定后代有多少,记功口决定这些后代算谁的。达尔文过程不是两件事(变异、选择),而是三件(变异、选择、记功);序列、表达轨迹、种群频率,只是它一路留下的痕迹。AI 第一次以「无利害、能提出候选」的身份握住了记功口。
这是前言里的那一段,也是导读里的那一段。三处是同一句话。
书名问:生命是谁的作品?
这本书的回答是:
生命是谁的作品——是被记到谁名下的作品。
这个回答,看起来像是躲开了问题。其实不是。
「谁的作品」这个问法,默认了有一个现成的作者:是基因的,是环境的,是那个活着的东西自己的。三家各自把作者的名字,填在了不同的位置。
本书的意思是:这个问法,漏了一个步骤。作品和作者之间,有一道手续:记。同一批后代,同一个效果,记在谁的名下,是被一道一代代运作的记功口定的。这道口,选择的是谁,作品就是谁的。
所以,它不是躲开了问题,而是把问题往前推了一步:先问「谁在记」,再问「谁的作品」。
回头看这本书的第一编和第二编。
基因派看对了一头:序列,能被抄下去的那一串,是真的。它是客体的一头,是读数可以落脚的地方。
生态位派看对了一头:生物不是被动地适应环境,它们改造环境,环境又回头改造它们。那是互动的一头。
有机体派看对了一头:生命是自己维持自己的,有一个活着的东西,在把自己的边界拉在那里。那是主体的一头。
三家各自把一头讲到了极深处。这是他们的本事,本书对此始终抱着敬意。
三家欠的,是同一笔:「这一份后代算谁的」,被他们当成了不言自明。
不言自明的东西,最容易被忽略。有了它,一个理论才能起步。可也正因为它不言自明,没有人去算它到底是怎么来的。本书做的,只是把这笔账,从「不言自明」里,拿出来,摊在桌上。
批评之后,要把账结清:三家各自留下了什么,本书一样都没有拿走。
基因派留下的,是测序和时间序列这一整套读数的功夫。没有它,记账一致性无从追踪,基因频率无从描绘。
生态位派留下的,是换土这一头。生物会改土,土会回头改生物,这条线被他们讲得最扎实。
有机体派留下的,是对边界的敏感。活着的东西总在给自己划边,这个直觉,让本书敢说个体是一个账户,而不是一只现成的盒子。
本书只是把「谁是那个个体」这句话,从起点挪到了问题里。三家的发现,仍在原来的位置上。
最近的几位前人,巴斯、柯克伍德、米卓德、奥卡沙,也要在这里再点一次名。
他们各自把一段路走得很清楚,本书是顺着他们的路,往前多迈了一小步,并且把这一步放到了能被检验的地方。
如果试验做出来,是米卓德那一路更对,或者是奥卡沙那一路更对,本书照认,照改。那意味着这件事,终于可以用实验来分对错,而不是靠说得动听。
本书的第三编,把这一笔账,落到了生命的几个基本问题上。
衰老:因为记功口只记生殖系,身体是不入账的那部分。
个体:个体不是现成的,是账记出来的。
功能:功能不由来历定,由记账定。
第四编,把它落到了人和 AI 身上。人握记功口一万多年,每一次,握口的人都有自己的利害。AI 第一次,没有。它带来了真实的增益,也带来了一种新的危机,叫无主之功。
第五编,把它收成三本账:读数账,价值账,意义账,再落到每个人的日子里:种地,养宠物,做实验。
这些,都不是定论。它们是一个说法,带着它认输的条件,摆在了桌上。
在这里,要把话说得诚实一点。
本书认为最弱的地方,有两处:
第一处,是它与前人的距离。巴斯、柯克伍德、米卓德、奥卡沙,他们已经站得很近。本书多出的那一点,是不是真的多出来,要看第 12 章的账、第 37 章的试验。
第二处,是记账一致性和亲缘度。两者高度相关,要靠试验把它们拆开。
本书事先写好了:什么结果出现,母题要撤回,什么结果出现,要收窄。附录一里,写着。
一本说了很多话的书,最后能留给读者的,也许只有这一条:它说,如果我错了,请这样来证明。
第五编把全书收成三本账,这里用几句话各收一次。
读数账记的是痕迹:序列,表达,频率。它回答「量到了什么」,不回答「算谁的」。
价值账记的是三股劲:守得住,推得动,聚得拢。它回答「好不好」,缺了哪一股,就补哪一股的账。
意义账记的是三栏:新形式,可演化,繁盛。它回答「走到了哪里」,缺一栏,记一笔欠。
三本账都不是记功口。它们是记功口记下来的东西,被拿出来看的三种办法。记功口自己,是那道决定「这一份算谁的」的手续。
有几页账,本书只是翻开,没有写完。
试验没有做。第 37 章是一份设计,不是一份结果。设计里的阈值和代数,要到试验前才登记,所以本书现在给不出它们的数。
对手的原话,有几处还在待核之列。本书对他们的预测,只写到「按其框架推下去」,没有替他们立言。他们若认为推错了,请以他们的原文为准,本书随之改。
记功口的清单,也许不全。本书列了七道,往后还会有第八道、第九道:某种生物,某种做法,某种人类刚刚发明的流程,正在替一条谱系记账,而本书没有看见。
这些页,不是遗憾,是邀请。
最后一句判词里的 AI,值得再说一句。
它第一次握口,没有利害,能提出候选。这使它成了一个很好用的筛,也使它成了一个不会替任何谱系说话的筛。
户名,仍然要由人来补。补的办法并不神秘:看一看被丢掉的,写下分数是谁定的,把每一批留下来的东西,登记到某一条谱系的名下。这些事,不需要懂得怎样设计什么,只需要有人愿意在记录本上多写几行。
这里说的「提出」「挑」,只指能提候选、能挑、能否决,不等于它有意识。
如果你在带一个读书会,这本书可以这样用。
请每位朋友带一样自己手边正在「挑」的东西:一把种子,一份简历,一张歌单,一批实验数据。每人用三问各讲五分钟:这一份算谁的,谁在记,记的人有没有利害。
讲完你会发现,大家挑的东西各不相同,问的却是同一件事。到这时,书里那些生物,已经退到后面去了,留在桌上的是每个人自己的账。
一本讲回写的书,最盼的是被读者回写。
你若在菜地里、实验室里、饭桌上,看见一个本书讲不通的例子,把它记下来。记的时候,写三样:这一份是什么,谁在记,记的人有什么利害。再写一样:本书的哪一句,被它顶住了。
一个讲不通的例子,比十个讲得通的例子更值钱。
一本书写到这里,按惯例该有一个圆满的收束。本书只能给一个不完整的。
不完整在于:三本账摆出来了,试验的设计写出来了,可是判词是对是错,要等有人把试验做出来才知道。在那之前,本书的说法,是一个带着认输条件的说法,不是一个定论。
这对读者也有一个好处。你不必相信本书。你可以只借走其中的三句问话,用在自己的日子里,试试顺不顺手。顺手,就留着;不顺手,就还回来,并告诉本书哪里不顺。
借了又还,也是一种记账。
最后一句,不留给陈老师,也不留给阿远,留给你。
你今天,替谁记了账?
可能是你在菜地里留的一把种子,可能是你给一个人的评价,可能是你转发的一条消息,可能是你让一个工具替你挑出来的那几个选项。你每一次说「这个留下,那个算了」,都在替某一条谱系,写一个户名。
你大概不会就此变得很沉重。这本书不是来让你沉重的。它只想让你在落笔的时候,多停一秒:
这一份,算谁的?谁在记?记的人,有没有利害?
问完这三句,你再落笔。
生命是谁的作品?是被记到谁名下的作品。
附录七件:一,判词怎样才算错,供查;二,预注册预言,供对;三,欠条表,供查;四,最小模型,供练;五,术语对照,供查;六,与本系列对账,供对;七,〔待核〕清单,供核。正文里不用的字母和号位,只在这里出现。
判词全文:
生命不是哪一头的作品:基因派、生态位派、有机体派各看对了一头,却都把「谁是那个个体」当成了起点。个体不是挣到适应度的那个承载者,而是一道「记功口」一代代记账而显出来的账户:选择决定后代有多少,记功口决定这些后代算谁的。达尔文过程不是两件事(变异、选择),而是三件(变异、选择、记功);序列、表达轨迹、种群频率,只是它一路留下的痕迹。AI 第一次以「无利害、能提出候选」的身份握住了记功口。
致命条款全文:
致命条款(草拟,预注册):其一,克隆起始、选择压力相同、只改记账一致性,三组之间集体层可遗传变异与适应度脱钩没有差别,或脱钩只在生殖分工出现之后才出现,撤回「记功口」,本卷退回 Michod 的适应度转移;其二,记账一致性的上升不先于集体层可遗传变异(容差窗预登记),撤回「记功先于个体」;其三,集体层响应对记账一致性呈连续线性、没有阈值,命题收窄为 Okasha 的两种算法之别;其四,越过阈值并持续登记代数之后撤掉外加的记功口,回弹系数显著为正,撤回「不回弹即个体」与「个体是显出来的」两章的核心命题。阈值与代数在试验前登记。
四条,各用一句人话说:
其一。只改「记到谁名下」这一件事,结果什么都没变,或者要等到有了分工才变,母题「记功口」就撤回,退回到「要有分工才有集体的适应度」的老说法。
其二。账的一致,没有跑在集体层的可遗传变异前面,「记功先于个体」就是错的。
其三。集体层的反应,只是随一致性一点点平滑地变,没有一个翻转的点,「有阈值」就收窄成两种算法之别。
其四。越过阈值、稳住足够多代之后,撤掉外加的关口,集体层还是明显退了回去,「不回弹即个体」与「个体是显出来的」两章的核心命题,撤回。
主预测。
分歧预测:克隆起始、没有生殖分工、选择压力相同,只改记账一致性(单细胞创始、单亲多细胞创始、多亲混合创始三组)。Michod 预测没有分工就没有脱钩;Okasha 的框架预测集体层响应随一致性连续变化;本卷预测高一致性组先出现集体层可遗传变异、再出现脱钩,分工若出现也在其后,而且响应在一致性上有阈值。〔待核〕
说明:前两家的预测,是按其框架推下去的,原文表述待核,见附录七。
次预测。
一条可检验的预测:按「生殖系隔离的时点」分组,隔离越早的谱系衰老越明显;水螅与多数植物没有早期隔离的生殖系,几乎不衰老,正是这条预测的对照
阈值与代数「试验前登记」表。以下各栏,须在看到任何数据之前填写。
| 登记项 | 登记内容 |
|---|---|
| 三组的记账一致性水平(各为多少) | |
| 记账一致性的阈值 | |
| 越过阈值后须持续的代数 | |
| 「先后」的容差窗(相差几代以内算同时) | |
| 集体层可遗传变异的判定线 | |
| 适应度脱钩的判定线 | |
| 回弹系数的「显著为正」标准 | |
| 亲缘度的测法与报告方式 | |
| 登记日期 | |
| 登记人与登记处 |
欠条的算法见第 14 章:一项东西,只有在推导里用到、在该派自己的立论门之外、直接给定而没有推出、又没有声明时,才算欠条。公开承认的条件,不算。
| 派别 | 被当成给定的那一项 | 借在推导的哪一步 | 本卷出处 |
|---|---|---|---|
| 基因派(押客体) | 一个有边界的有机体;有机体与环境的来往 | 从「复制子变多」走到「这一份后代算给复制子」 | 第 2 章 |
| 生态位派(押互动) | 一个知道自己的构建者;构建的结果要靠遗传才留得下 | 从「环境被改了」走到「功劳算给构建者」 | 第 3 章 |
| 有机体派(押主体) | 可复制的结构;划边界的环境 | 从「有机体自己维持自己」走到「后代算给那个闭合」 | 第 4 章 |
| 扩展进化综合(最强的对手之一) | 适应度的承载者 | 适应度「算给谁」这一步 | 第 5 章 |
| 发育系统理论(最强的对手之二) | 生命周期复现这条判据 | 认出「同一个周期」这一步 | 第 6 章 |
| 第四条路线:演化发育生物学 | 公开承认的条件,不计欠条 | 第 6、10 章 |
这里是全书唯一出现字母的地方。
属性三方程(原文)。
三方程:互动那一头拆成两件——换土(生态位构建)与记功(记功口)。能动=F(基因,记功口):某一层的能动在记账稳定到那一层时出现;基因频率=G(能动,记功口),翻转阈值落在「记账一致性 × 持续代数」上;记功口=H(能动,基因),回写在此:持有者怎样记,回头改写被记的谱系,也改写持有者自己。能动用觅位选择率,记账一致性用谱系追踪,基因频率用测序时间序列;生态位构建指数(附录四)降为 G 方程的协变量
号位。客体为一号位,互动为二号位,主体为三号位。
一个能复算的最简形式。这只是示意,用来让别人有东西可以算、可以改,不是本书的断言。
设记账一致性为 c,取值零到一;持续代数为 T;两者的乘积 c × T 与阈值 θ 比较。设集体层说了算的份额为 w,写成
w = 1 ÷ (1 + e 的 −k(c × T − θ)次方)
当 c × T 远小于 θ,w 接近零,基因频率的变化由细胞层决定;当 c × T 远大于 θ,w 接近一,由集体层决定。k 管翻转有多陡。
每代基因频率的变化,写成
Δp = (1 − w)× Δp 细胞层 + w × Δp 集体层 + β × N
这里 N 是生态位构建指数,作为协变量,β 是它的系数。
回弹系数 ρ,设撤关口时某集体层性状的值为 x₁,加关口之前的值为 x₀,撤关口后若干代的值为 x₂,则
ρ = (x₁ − x₂)÷(x₁ − x₀)
取零到一之间:零是不回弹,一是全退回。
θ、k、β 与撤口后的观察代数,参数全部留空,待试验前登记(见附录二的登记表)。
| 大白话(正文用) | 学界术语(近义,不等同) | 本系列术语(号位、记号只在此) |
|---|---|---|
| 三头:客体、互动、主体 | 复制子、环境与互动、有机体与能动 | 一号位、二号位、三号位 |
| 记功口 | 无直接对应;与适应度的赋值、世系的认定相邻 | 互动那一头(二号位)里的「记功」一件 |
| 换土 | 生态位构建 | 互动那一头里的另一件 |
| 记账一致性 | 与群内亲缘度 r 相关,但另有所指 | 附录四里的 c |
| 户名 | 世系的归属 | |
| 回弹 | 去内化、逆转 | 回弹系数 ρ |
| 能动 | 能动性(agency);不等于意识 | F 方程的左边 |
| 基因频率 | 等位基因频率 | G 方程的左边 |
| 回写 | 反馈、生态位构建的因果环 | H 方程 |
| 读数:跳、波、散 | 序列;表达与发育轨迹;种群频率 | 差异序列(D)一侧的三种形状 |
| 真守、善推、美聚 | 复制保真;互利交换;性选择中的吸引 | 价值三股劲 |
| 创造、自由、幸福 | 新形式;可演化性;繁盛 | 意义三样 |
| 显出来 | 涌现 | S(显露) |
| 无主之功 | 孤儿功能(不用) | 新现象,名不换 |
| 漏记 | 细胞层的适应度回归 | 无主之功的反面 |
| 三界:理念界、现实界、自我界 | 可能、实际、被认领 | 与 D×E 记号并用时只在此处写 |
方法母本。本书的方法,来自本系列第 391 号《价值是谁创造的?——普通人都能明白的经济学》:三家各押一头,欠条与欠条定理,最强的对手,四个「互相」检验,三层缺了第一层,危机四型,三本账落到日子,一老一少的文体。本书只在这里对账,正文不另提。
价值的完整发生。真守、善推、美聚三股劲怎样发生,本系列第 255 号《SDE价值发生学》已经讲过。本书第 20、34 章只给生物学的操作定义。
同丛书各卷的母题名。
| 卷 | 母题名 |
|---|---|
| 本卷(生物学) | 记功口 |
| 其余各卷 | 待统稿者补 |
成书说明。本书据《属性纠缠应用丛书·其余七卷大纲(第十三版)》与写作任务书写成。书中涉及的人物陈老师、阿远,均为虚构。
全书的〔待核〕共 467 处,按章收齐如下,供核对者逐条查。核不实的处理:年份或题名错,改正;查无此文,删去该文献,改写为「有研究者指出」或整句删去,判断不动;结论与本书所引相反,按原文改写本书对它的描述。
| 序 | 章 | 待核的内容(句中片段) |
|---|---|---|
| 1 | 导论 | …年代由克里斯蒂安·安芬森(Christian Anfinsen)等人的实验奠定的 |
| 2 | 导论 | …一些期刊明确表示,AI 工具不能列为作者 |
| 3 | 导论 | …也有法院在专利案件中裁定,发明人必须是自然人 |
| 4 | 第 1 章 | …次就职演讲里讲了这个想法,第二年印成小册子,题目就叫《生物学中一个未解决的问题》 |
| 5 | 第 1 章 | …廉斯(George C. Williams)发表了一篇关于多效性与衰老演化的论文 |
| 6 | 第 1 章 | …这类检验,实验室里已经做了不少,结论并不总是整齐,本书不替它们下定论 |
| 7 | 第 1 章 | …主张,身体的细胞和生殖的细胞是两条路:生殖的那一条传下去,身体的那一条随个体死去 |
| 8 | 第 1 章 | …在天敌少的岛屿上,同类动物往往老得慢 |
| 9 | 第 1 章 | …座近岸岛屿上的同种负鼠,岛上的天敌少,据报告,岛上的负鼠老得更慢,也更晚开始繁殖 |
| 10 | 第 1 章 | …汉密尔顿(W. D. Hamilton)发表了一篇讨论自然选择怎样塑造衰老的论文 |
| 11 | 第 1 章 | …物学家迈克尔·罗斯(Michael Rose)在 1980 年代做过一组选择实验 |
| 12 | 第 1 章 | …据报告,几十代之后,只留晚产者的那一类,寿命明显变长,而早期的产卵量下降了 |
| 13 | 第 1 章 | …不过,实验的细节、重复的情况和对结果的不同读法,文献里都有争论,本书不替它们裁决 |
| 14 | 第 1 章 | …这个想法很早就有,魏斯曼本人一度也这样想,后来不再坚持 |
| 15 | 第 1 章 | …追踪研究把数据放在一起,综述报告说,在许多野生种群里,能看到晚年繁殖与存活的下降 |
| 16 | 第 2 章 | …学家理查德·道金斯(Richard Dawkins)1976 年的《自私的基因》 |
| 17 | 第 2 章 | …它的底子更早,来自乔治·威廉斯 1966 年的《适应与自然选择》 |
| 18 | 第 2 章 | …国生物学家威廉·汉密尔顿(W. D. Hamilton)发表了关于亲缘选择的论文 |
| 19 | 第 2 章 | …生物学家把这类基因叫「分离偏离因子」,道金斯自己也讨论过这类「法外之徒」 |
| 20 | 第 2 章 | …把基因组比作一个「议会」:多数基因靠公平分裂才能一起受益,于是联手压住少数作弊者 |
| 21 | 第 2 章 | …道金斯后来写了《延伸的表型》 |
| 22 | 第 2 章 | …教科书的算法,姐妹之间的亲缘度是四分之三,比她们和自己将来孩子之间的二分之一还高 |
| 23 | 第 2 章 | …来的研究者因此一直在争:这套性别决定,到底是社会性演化的原因,还是之后才有的条件 |
| 24 | 第 2 章 | …提出这个批评的人里,有恩斯特·迈尔(Ernst Mayr) |
| 25 | 第 2 章 | …Haldane),他的辩护大意是:数豆子是一种记账的办法,账面上的算术本身没有错 |
| 26 | 第 2 章 | …德尔当年数了七千多粒,据记载,圆粒五千四百多,皱粒一千八百多,比值在二点九六上下 |
| 27 | 第 3 章 | …他晚年专门研究过蚯蚓,1881 年出版了一本关于蚯蚓怎样形成腐殖土的书 |
| 28 | 第 3 章 | …他在 1983 年一篇题为「有机体是演化的主体与客体」的文章里说 |
| 29 | 第 3 章 | …rcus Feldman)把这个思想系统化,在 2003 年出版了《生态位构建》 |
| 30 | 第 3 章 | …能让某个性状的演化,跑得比单靠基因的传递快得多,或者慢得多,甚至朝着相反的方向走 |
| 31 | 第 3 章 | …生活的细菌,被另一个细胞吞进去,没有消化掉,反而住下来,一代一代,成了细胞的器官 |
| 32 | 第 3 章 | …美国生物学家 E. 托比·基尔斯(E. Toby Kiers)和同事做了一个实验 |
| 33 | 第 3 章 | …人类的例子被广泛引用:很多人到成年还能消化牛奶,被认为与几千年的乳畜业有关 |
| 34 | 第 3 章 | …的园地里,一英亩土中住着数万条蚯蚓,它们一年翻到地面的细土,按他的推算有十吨上下 |
| 35 | 第 3 章 | …留意过一块放在田里的大石头,据记载,石头在几十年里慢慢下沉,他的家人后来接着去量 |
| 36 | 第 3 章 | …态位派自己把这个前提说得很清楚:构建的好处要有某种局限,局限在构建者的后代那一边 |
| 37 | 第 3 章 | …离巢之前,会在口腔里带上一小团自家蚁巢里养的真菌,到了新地方,用它开出第一块菌圃 |
| 38 | 第 3 章 | …布赫纳氏菌(Buchnera),据说是通过卵一代代传下去的,母蚜的卵里就带着它们 |
| 39 | 第 3 章 | …老面是一团酵母和乳酸菌合起来过日子的东西 |
| 40 | 第 4 章 | …rela)在 1970 年代给这个想法起了名字:自创生(autopoiesis) |
| 41 | 第 4 章 | …o)和马泰奥·莫西奥(Matteo Mossio),把这个想法推进成「组织闭合」 |
| 42 | 第 4 章 | …尼斯·沃尔什(Denis Walsh)在 2015 年的《有机体、能动与演化》里 |
| 43 | 第 4 章 | …德国哲学家康德在 1790 年的《判断力批判》里 |
| 44 | 第 4 章 | …他大意是说,这样的东西,不能像钟表那样,由外面的匠人把零件一个个装起来 |
| 45 | 第 4 章 | …用荧光染料,可以把这些疤染亮 |
| 46 | 第 4 章 | …据报告,一颗母细胞一般生到二三十个芽,就不再分裂了,这个数目叫作「复制寿命」 |
| 47 | 第 4 章 | …据说新生的芽,会重新回到「年轻」的状态,老化的痕迹留在母细胞那一边 |
| 48 | 第 4 章 | …据记载,细胞会重新聚拢,长成新的小海绵 |
| 49 | 第 5 章 | …国生物学家格哈德·米勒(Gerd Müller)编了一本书,叫《演化:扩展综合》 |
| 50 | 第 5 章 | …2015 年,拉兰德等人在一篇综述里系统写出这个纲领的结构和预测 |
| 51 | 第 5 章 | …ay)等几位学者,回答:现有的理论本来就已经把这些东西装进去了,没有必要另立旗号 |
| 52 | 第 5 章 | …水里没有这种信号,同样基因的水蚤就不长,或长得很小 |
| 53 | 第 5 章 | …还有报告说,母蚤闻到过信号,生下来的幼体就更容易长出头盔 |
| 54 | 第 5 章 | …可以从黄到褐不等,据报告,这与母鼠怀孕时的饮食有关,也与那段序列上的化学标记有关 |
| 55 | 第 5 章 | …,大部分标记会被擦掉重写,所以多代传递的证据要苛刻得多,不同实验室的结果也不一致 |
| 56 | 第 5 章 | …在植物和线虫里,有人报告过更长的传递,是否通用,仍在讨论 |
| 57 | 第 5 章 | …Eörs Szathmáry)1995 年的《演化的重大转变》,是这条线上的代表 |
| 58 | 第 6 章 | …哲学家苏珊·奥雅马(Susan Oyama)1985 年出版的《信息的个体发生》 |
| 59 | 第 6 章 | …Paul Griffiths)、拉塞尔·格雷(Russell Gray)等人发展 |
| 60 | 第 6 章 | …是:它的祖先是一种野生的蚕蛾,在中国被驯化,大约五千年前就已经有了丝织的实物证据 |
| 61 | 第 6 章 | …):突变体的第三胸节被发育成第二胸节的样子,长出了第二对翅膀,成了四个翅膀的果蝇 |
| 62 | 第 6 章 | …还有一类叫触角足(Antennapedia),触角的位置上长出了腿 |
| 63 | 第 6 章 | …刘易斯因这类工作,与别人共同获得 1995 年诺贝尔生理学或医学奖 |
| 64 | 第 6 章 | …基因和别的发育资源,在因果上站在同一排,没有哪一样天然是信息的来源,别的只是条件 |
| 65 | 第 6 章 | …为它辩护的人里,有格里菲斯和罗宾·奈特(Robin Knight)等 |
| 66 | 第 6 章 | …基因序列和别的资源毕竟不同,它有稳定的、可以读出的编码,别的资源没有这样一套对应 |
| 67 | 第 6 章 | …许多品种的卵是否滞育,据报告,与母蛾自己做卵时经历的温度和光照有关 |
| 68 | 第 6 章 | …养蚕的人长期用低温保存蚕种,让它在桑叶出来的时候才醒 |
| 69 | 第 6 章 | …下待十三年或十七年,然后在同一年大批钻出地面,几周内羽化、交配、产卵,再等下一轮 |
| 70 | 第 6 章 | …究者按出土的年份给它们编了号,叫作「年群」(brood),用罗马数字,依次排下去 |
| 71 | 第 6 章 | …核对的过程中,也发现有的年群会提前或推迟出土 |
| 72 | 第 6 章 | …发育心理学家吉尔伯特·戈特利布(Gilbert Gottlieb)做过一系列研究 |
| 73 | 第 6 章 | …给它们听到自己的声音,偏爱才会出现 |
| 74 | 第 7 章 | …生物学家理查德·伦斯基(Richard Lenski)在一九八八年开始了一项实验 |
| 75 | 第 7 章 | …一开始上升得快,后来慢下来,不过几万代过去,还在往上走 |
| 76 | 第 7 章 | …很多年的大肠杆菌,没有带能让细菌彼此交换基因的小环,每一次分裂,都是一个变成两个 |
| 77 | 第 7 章 | …这个小突变的作用,是让菌落在特制的平板上显出不同的颜色 |
| 78 | 第 7 章 | …每升里只有二十五毫克葡萄糖,细菌几个小时就吃光了,然后在瓶里饿着,等第二天的转瓶 |
| 79 | 第 7 章 | …研究者管这些小管叫「冷冻的化石记录」 |
| 80 | 第 7 章 | …到几万代的时候,十二个种群里已有大约一半,各自独立地出现了突变率高出许多倍的株系 |
| 81 | 第 7 章 | …它们靠着碰巧带上一个有利的突变,占了上风,高突变率就跟着一起留了下来 |
| 82 | 第 7 章 | …据报告,在头两万代里,基因组上积累突变的步子大体匀速,而适应度的上升却在变慢 |
| 83 | 第 7 章 | …培养液变得浑浊,因为这个种群能利用的食物一下子多了一大类,数量激增 |
| 84 | 第 7 章 | …en Jay Gould)曾设想:把生命的录像带倒回去重放,会不会放出同样的故事 |
| 85 | 第 7 章 | …2008 年,扎克·布朗特(Zachary Blount)和同事发表了结果 |
| 86 | 第 7 章 | …着的启动位置旁边,于是原本只在缺氧时才用的那条运输柠檬酸盐的通道,在有氧时也开了 |
| 87 | 第 7 章 | …,肉眼就能看出菌落的大小不同:大的叫 L(large),小的叫 S(small) |
| 88 | 第 7 章 | …2000 年,罗森(Daniel Rozen)和伦斯基发表了对这两支的研究 |
| 89 | 第 8 章 | …这样的情形:同一批数据,把选择记在基因名下,还是记在个体名下,有时可以数得一样好 |
| 90 | 第 9 章 | …Mills)和约翰·比蒂(John Beatty)1979 年提出的「倾向解释」 |
| 91 | 第 9 章 | …后来他公开收回了这个看法 |
| 92 | 第 9 章 | …由一个基因型长出的几万根树干组成,共享同一个根系,被认为是已知最重的单个生物之一 |
| 93 | 第 10 章 | …Luria)和德尔布吕克(Max Delbrück)1943 年的「波动实验」 |
| 94 | 第 10 章 | …2022 年,有一个研究组在《自然》杂志上发表了一篇关于拟南芥的文章 |
| 95 | 第 10 章 | …论引起了不小的争议,有其他研究者提出,这一图景也许可以用测序和统计上的因素来解释 |
| 96 | 第 10 章 | …他们把许多支独立的小管排开,数结果,看到的是彩票 |
| 97 | 第 10 章 | …据卢里亚自己后来的回忆,他是在一次联欢会上,看同事玩老虎机,想到这个办法的 |
| 98 | 第 10 章 | …derberg 和 Esther Lederberg)用一块丝绒,做了另一种检验 |
| 99 | 第 10 章 | …加了抗生素的平板上活下来的位置,对应回没加抗生素的原板,早就是耐药细胞所在的位置 |
| 100 | 第 10 章 | …在许多生物里,转换比颠换常见得多,人类基因组里大约是两倍上下 |
| 101 | 第 10 章 | …一个甲基,这样的胞嘧啶容易自发地变成胸腺嘧啶,于是那些位置的突变,比别处高出许多 |
| 102 | 第 10 章 | …的基因组一并测出来对比,就能找出孩子身上父母谁都没有的新突变,每个孩子大约几十个 |
| 103 | 第 10 章 | …据报告,来自父亲的更多,而且随着父亲年龄增大而增多 |
| 104 | 第 10 章 | …88 年,约翰·凯恩斯(John Cairns)和同事在《自然》上发表了一项研究 |
| 105 | 第 10 章 | …同时,原来观察到的结果里,也混入了选择在其间的作用 |
| 106 | 第 10 章 | …能吃乳糖之后,细胞才继续长大 |
| 107 | 第 10 章 | …同一类昆虫的翅脉模式,沿着某几个方向变化比沿别的方向容易 |
| 108 | 第 11 章 | …据传他在一封给友人的信里说,每次看到孔雀尾巴上的羽毛,就觉得不舒服 |
| 109 | 第 11 章 | …1871 年,达尔文在《人类的由来及性选择》里 |
| 110 | 第 11 章 | …年,以色列生物学家阿莫茨·扎哈维(Amotz Zahavi)提出了「累赘原理」 |
| 111 | 第 11 章 | …证明了:只要信号的代价,对强的个体比对弱的个体便宜,诚实的信号就可以稳定地留下来 |
| 112 | 第 11 章 | …据希尔(Geoffrey Hill)1991 年前后的研究,雌鸟偏爱更红的雄鸟 |
| 113 | 第 11 章 | …德·费希尔(R. A. Fisher)在 1930 年的《自然选择的遗传理论》里 |
| 114 | 第 11 章 | …7 年,美国鸟类学家理查德·普鲁姆(Richard Prum)出版了《美的演化》 |
| 115 | 第 11 章 | …)1981 年的和柯克帕特里克(Mark Kirkpatrick)1982 年的 |
| 116 | 第 11 章 | …报告,不只是雄蝇的眼距变了,雌蝇的偏好也跟着变了:宽柄组的雌蝇,更偏爱宽柄的雄蝇 |
| 117 | 第 11 章 | …德松(Malte Andersson)在 1980 年代初做过一个著名的野外实验 |
| 118 | 第 11 章 | …生物学家玛丽昂·佩特里(Marion Petrie)在 1990 年代对孔雀做的 |
| 119 | 第 11 章 | …料:有的种群里,名义上一夫一妻的鸟,窝里的雏鸟有相当一部分并非「那位丈夫」的孩子 |
| 120 | 第 11 章 | …墙,涂上颜色,在门前摆满蓝色的东西:蓝色的羽毛,蓝色的花瓣,如今又添了蓝色的瓶盖 |
| 121 | 第 11 章 | …据报告,她们要逛过好几座亭子,看雄鸟在里面跳舞、展示,不满意就走 |
| 122 | 第 11 章 | …结果是,一个种群里,少数雄鸟得到了大部分的交配 |
| 123 | 第 11 章 | …按他的论述,大意是:这些亭子几乎没有生存上的用处,却是偏好一代代塑造出来的产物 |
| 124 | 第 11 章 | …中国人养金鱼的历史,据说有上千年 |
| 125 | 第 11 章 | …放进大水里,要活下来都不容易,视力差,游得慢,离了人的照料,很快就会被吃掉或饿死 |
| 126 | 第 11 章 | …捕食者少的溪段,色斑多而艳 |
| 127 | 第 11 章 | …按普鲁姆的论述,大意是:这样的偏好,可以叫审美 |
| 128 | 第 12 章 | …凡写到他们「预测什么」的地方,本书只写「按其框架推下去」,并保留 |
| 129 | 第 12 章 | …查德·米卓德(Richard Michod)在 1999 年的《达尔文动力学》里 |
| 130 | 第 12 章 | …按其框架推下去,没有分工,就没有脱钩 |
| 131 | 第 12 章 | …学家塞缪尔·奥卡沙(Samir Okasha)2006 年的《演化与选择的层次》 |
| 132 | 第 12 章 | …按其框架推下去,集体层的响应应当随两种算法所适用的条件连续地过渡 |
| 133 | 第 12 章 | …k Bourrat)和雷尼(Paul Rainey)在一篇讨论个体性起源的文章里 |
| 134 | 第 12 章 | …(Peter Godfrey-Smith)2009 年的《达尔文种群与自然选择》 |
| 135 | 第 12 章 | …**英国哲学家艾利·克拉克(Ellen Clarke)2013 年发表的文章 |
| 136 | 第 12 章 | …82 年,索伯(Elliott Sober)和列万廷发表了一篇关于基因选择的论文 |
| 137 | 第 12 章 | …它把「新的个体是怎样出现的」,当成了生物学里一类正经的问题 |
| 138 | 第 12 章 | …(Gonium):四个到十几个细胞排成一小片,每个细胞都还能自己生出一整片新的来 |
| 139 | 第 12 章 | …x):一个小球上有几千个细胞,绝大多数是不生育的体细胞,只有十几个大细胞负责生殖 |
| 140 | 第 12 章 | …米卓德把这一类藻当作他的样本,用来看适应度怎样一步步「转移」到集体上 |
| 141 | 第 12 章 | …按其框架推下去,Michod 的路线预测:没有分工,就没有集体层的脱钩 |
| 142 | 第 12 章 | …Okasha 的框架预测:集体层的响应,随一致性连续变化 |
| 143 | 第 12 章 | …对手的预测,一律保留 |
| 144 | 第 12 章 | …并预告分歧预测,对手一侧一律用「按其框架推下去」 |
| 145 | 第 13 章 | …这种菌在蚜虫母亲的体内,一代代通过卵传给下一代 |
| 146 | 第 13 章 | …同时,这种菌的基因组随着长期共生,大幅缩小,丢掉了许多独立生活所必需的基因 |
| 147 | 第 13 章 | …布赫纳菌的基因组只有六十多万个碱基,大肠杆菌的约有四百六十万 |
| 148 | 第 13 章 | …,这样的聚集体里,有些品系是「作弊者」:它们倾向于挤进孢子那一部分,让别人去做柄 |
| 149 | 第 13 章 | …基网柄菌子实体里,混合的程度并不总是高,不少子实体里的细胞来自同一个或很近的品系 |
| 150 | 第 13 章 | …二,这种变形虫自己有一套认亲的办法,能偏向和自己相近的细胞抱团,把陌生的排在一边 |
| 151 | 第 13 章 | …2012 年,拉特克利夫(William Ratcliff)等人做了一个实验 |
| 152 | 第 13 章 | …会断开:团块里挤得太紧,分枝连接处的细胞承受不住,团块断成几片,每一片又从头长起 |
| 153 | 第 13 章 | …后,有人报告,在选择更大个头的条件下,雪花酵母经过几千代,长到了肉眼看得见的大小 |
| 154 | 第 13 章 | …联遗传学家德米特里·别利亚耶夫(Dmitry Belyaev)开始了一个驯化实验 |
| 155 | 第 13 章 | …同时,一些他们并没有选择的性状也跟着变了:毛色出现斑块,耳朵变得下垂,尾巴卷起来 |
| 156 | 第 13 章 | …小狐狸长到几个月大的时候,让试验者伸出手去,看它们是缩回去、扑上来咬,还是凑过来 |
| 157 | 第 13 章 | …每一代,只有表现最温顺的那一小部分,才有机会生下一代 |
| 158 | 第 13 章 | …同一个养殖场里,据说还养了另一条线,反过来只选最凶的 |
| 159 | 第 13 章 | …过了共变,不过在有些类群里,原来的共生菌被别的菌补充甚至取代过,这是不同步的地方 |
| 160 | 第 13 章 | …银狐那一例,通过了干预追踪,不过它主要是一条线,没有独立的重复 |
| 161 | 第 13 章 | …2019 年,赫伦(Matthew Herron)等人在一项实验里 |
| 162 | 第 13 章 | …据报告,那些细胞团不是细胞随机粘到一起的,而是细胞分裂以后没有散开,留在了一起 |
| 163 | 第 14 章 | …两位编码者的一致程度,通常用一个叫科恩 kappa 的统计量来报告 |
| 164 | 第 14 章 | …比如一条从凉到暖的长槽,把线虫或果蝇放进去,过一阵看它们分布在哪一段 |
| 165 | 第 15 章 | …acon)有一句常被引用的话,大意是:目的因对于科学研究是不育的,像献给神的处女 |
| 166 | 第 15 章 | …1802 年,威廉·佩利(William Paley)出版《自然神学》 |
| 167 | 第 15 章 | …uld)和列万廷发表了一篇有名的文章,题目里用了威尼斯圣马可教堂的「拱肩」作比方 |
| 168 | 第 15 章 | …这样的故事」(just-so stories),名字借自吉卜林讲动物来历的童话集 |
| 169 | 第 15 章 | …drigh)提出了一个新词:teleonomy,可以译作「目的性」或「似目的性」 |
| 170 | 第 15 章 | …后来,恩斯特·迈尔(Ernst Mayr)在 1974 年的一篇论文里 |
| 171 | 第 15 章 | …迈尔还有一个更早的区分,是「封闭的程序」和「开放的程序」 |
| 172 | 第 15 章 | …幼鸟在没有见过任何同类迁徙的情况下,到了季节,依然朝着祖辈飞行的大致方向躁动不安 |
| 173 | 第 15 章 | …家赖特(Larry Wright)在 1973 年讨论功能的文章里,给了一个办法 |
| 174 | 第 15 章 | …uel Kant)在 1790 年的《判断力批判》里,对生物有过一段非常深的思考 |
| 175 | 第 15 章 | …钟表里,一个齿轮带动另一个齿轮,部分与部分是互相配合的 |
| 176 | 第 16 章 | …定谔(Erwin Schrödinger)出版了一本小书,题目就叫《生命是什么》 |
| 177 | 第 16 章 | …航天局一个小组的工作定义:生命是一个能自己维持、并且能经历达尔文式演化的化学体系 |
| 178 | 第 16 章 | …这类「谱系追踪」的办法,酵母和细菌里都有人做过,有的一次追踪几十万条谱系 |
| 179 | 第 16 章 | …通常引用的数字,是约四万七千根树干,占地约四十多公顷 |
| 180 | 第 16 章 | …据报告,一株蜜环菌的菌丝网,铺开了近一千公顷,年龄估计在数千年 |
| 181 | 第 16 章 | …》 |
| 182 | 第 16 章 | …普罗斯要说的,大致就是这个意思 |
| 183 | 第 16 章 | …**以色列马萨达遗址出土过约两千年前的海枣种子,后来有人让它发了芽 |
| 184 | 第 17 章 | …chard Lewontin)在一篇讨论选择单位的论文里,把这三个条件写得很清楚 |
| 185 | 第 17 章 | …不少品种协会的做法,是写遗传上的那一头,同时要求注明是移植所生 |
| 186 | 第 17 章 | …成年母羊的乳腺细胞核,放进另一只母羊去掉了核的卵细胞里,再由第三只母羊怀胎生下的 |
| 187 | 第 17 章 | …有一条常被拿来讲的路,是从衣藻到团藻的一串生物 |
| 188 | 第 17 章 | …Michod 的路线预测,没有生殖分工,就没有集体层的脱钩 |
| 189 | 第 17 章 | …Okasha 的框架预测,集体层的响应,随记账一致性连续变化 |
| 190 | 第 17 章 | …对手一侧的写法,请再留意一次:这里写的是「按其框架推下去」,并保留 |
| 191 | 第 17 章 | …,把适应度算在细胞这一层还是集体那一层,是一种算法的选择,取决于看的人想怎样描述 |
| 192 | 第 18 章 | …网柄菌混在一起时,有的品系会占便宜:它们在孢子里的占比,超过了在细胞总数里的占比 |
| 193 | 第 18 章 | …2020 年,布莱克、布拉和雷尼的论文提出了「生态脚手架」的概念 |
| 194 | 第 18 章 | …奎勒和斯特拉斯曼 2009 年讨论「有机体性」时 |
| 195 | 第 18 章 | …沉得快的大团块被留下,小的被丢掉 |
| 196 | 第 18 章 | …有的实验让细菌在液面上结成一层膜,膜长到一定程度,就被取出、打散,再接种下一轮 |
| 197 | 第 18 章 | …年的衣藻实验,用一种会捕食衣藻的小动物作压力,单个的衣藻容易被吃,成团的更难被吃 |
| 198 | 第 18 章 | …胚胎的胎盘血管会连通,血细胞互相混入,结果每只狨猴的血液里,有两套遗传不同的细胞 |
| 199 | 第 18 章 | …,它的细节,血细胞混入到什么程度,是否也包括生殖系,文献里有不同的报告,需要核对 |
| 200 | 第 18 章 | …野外取的子实体里,常发现同时有几种遗传型 |
| 201 | 第 19 章 | …戴维森(Donald Davidson)在 1987 年的一篇文章里讲了一个故事 |
| 202 | 第 19 章 | …Baker)组设计了一个叫 Top7 的蛋白,它的折叠方式,在天然蛋白里没有见过 |
| 203 | 第 19 章 | …一支团队造出了一个细胞,基因组是人工合成后移进去的 |
| 204 | 第 19 章 | …肯(Ruth Millikan)在 1984 年的《语言、思想与其他生物范畴》里 |
| 205 | 第 19 章 | …伯特·卡明斯(Robert Cummins)在 1975 年的「功能分析」一文里 |
| 206 | 第 19 章 | …o)和莫雷诺(Alvaro Moreno)在 2009 年提出了功能的「组织论」 |
| 207 | 第 19 章 | …大致是,一个部分要算有功能,它得是被整体造出来的约束,又反过来帮整体维持这些约束 |
| 208 | 第 19 章 | …一种说法认为,早期的羽毛,也许与保温或展示有关,后来才被用在飞行上 |
| 209 | 第 19 章 | …abeth Vrba)1982 年专门造了一个词,叫「外适应」,讲的就是这类转用 |
| 210 | 第 20 章 | …大肠杆菌在含有柠檬酸的培养液中,经过三万多代,其中一支谱系忽然能够把柠檬酸当食物 |
| 211 | 第 20 章 | …er)和约翰·格哈特(John Gerhart)发表了一篇讨论「可演化性」的文章 |
| 212 | 第 20 章 | …各部件之间的联系比较松,改一处不会牵动全局,这叫弱联系 |
| 213 | 第 20 章 | …身体由相对独立的模块拼成,一个模块可以单独变 |
| 214 | 第 20 章 | …动物的颈椎,都是七节:长颈鹿七节,老鼠也是七节,只有少数几种例外,比如树懒和海牛 |
| 215 | 第 20 章 | …命演化的书里,反复提醒读者不要把「出现了更复杂的东西」,读成「演化在朝着复杂走」 |
| 216 | 第 20 章 | …生物之间互相追赶:捕食者变得更会捉,猎物就得变得更会逃,双方都在变,却谁也没有赢 |
| 217 | 第 20 章 | …不过,据遗传学研究的估计,这个品种的「有效群体大小」很小,远远小于它的实际数量 |
| 218 | 第 20 章 | …的细胞和一层不带色的细胞叠在一起的结果,绿色的芽一旦从里层冒出来,就容易压过白边 |
| 219 | 第 20 章 | …次 DNA,加上校对和修复,每个碱基出错的机会,大约在十亿分之一到百亿分之一之间 |
| 220 | 第 20 章 | …的研究者提出,选择能把出错率压到多低,有一个由种群大小决定的界限,再低就压不动了 |
| 221 | 第 20 章 | …有一项研究报告,植物会把更多的碳,给提供更多磷的那一类真菌 |
| 222 | 第 20 章 | …伦斯基实验里那支能用柠檬酸的细胞,开始时只是整个种群里极小的一支 |
| 223 | 第 21 章 | …约翰森(Wilhelm Johannsen)造出了「基因型」和「表现型」这两个词 |
| 224 | 第 21 章 | …蛋白质里的一个氨基酸,从谷氨酸换成缬氨酸),就会让红细胞在缺氧的时候变形成镰刀状 |
| 225 | 第 21 章 | …有大规模的比较研究报告,与身高有关的位置,要以千计,每一个位置的贡献都很小 |
| 226 | 第 21 章 | …「分节时钟」:一些基因的表达,像钟摆一样周期性地起伏,每一次起伏,对应一节新体节 |
| 227 | 第 21 章 | …owitz)等人在大肠杆菌里放了两个不同颜色的荧光标记,两个标记受同样的开关控制 |
| 228 | 第 21 章 | …人到中年,据有人报告,两人身上的化学修饰差别已经明显拉大 |
| 229 | 第 21 章 | …·沃丁顿(Conrad Waddington)在 1957 年的《基因的策略》里 |
| 230 | 第 21 章 | …二十世纪下半叶,随着空气治理,深色型的比例又下降了 |
| 231 | 第 21 章 | …后来,有人批评那批实验的方法,比如蛾在野外歇息的位置、放飞的数量 |
| 232 | 第 21 章 | …Michael Majerus)又重做了更长时间的观察,大体上支持了鸟捕食的解释 |
| 233 | 第 21 章 | …把一勺水里的所有片段读出来,哪一段属于哪一种生物,是后一步的工作 |
| 234 | 第 21 章 | …图,在 2001 年发表,宣布完成是在 2003 年,前后花了十几年和巨大的投入 |
| 235 | 第 21 章 | …今天,一台机器几天就能读完一个人的基因组 |
| 236 | 第 22 章 | …2 年,美国生物学家恩斯特·迈尔(Ernst Mayr)在《系统学与物种起源》里 |
| 237 | 第 22 章 | …有人数过,各种物种概念加起来,有二十多个 |
| 238 | 第 22 章 | …有人举过的例子,包括环绕青藏高原分布的一种柳莺,和美国加利福尼亚的一种蝾螈 |
| 239 | 第 22 章 | …到了西伯利亚中部,环的两端碰到一起,歌声已经差得足够大,它们彼此不再回应 |
| 240 | 第 22 章 | …在谷地的南端,两侧走来的两种类型相遇,形态差别很大,据报告基本不再杂交 |
| 241 | 第 22 章 | …有研究报告,两种乌鸦基因组上的差别,主要集中在很小的几段,其余地方基本混在一起 |
| 242 | 第 22 章 | …细菌那边,同一个种的不同菌株,各自独有的基因,可以占到它们基因组相当一块 |
| 243 | 第 22 章 | …群体,各自积累的、混在一起就出毛病的差别,其数目随时间增长得越来越快,不是匀速的 |
| 244 | 第 22 章 | …这几百种丽鱼,据估计是在大约一万五千年以内分化出来的 |
| 245 | 第 22 章 | …先在这里铺开,朝着各种生活方式分出去:有的吃藻,有的吃螺,有的专门吃别的鱼的鱼苗 |
| 246 | 第 22 章 | …0 年代,瑞士生物学家奥勒·西豪森(Ole Seehausen)和同事发现一件事 |
| 247 | 第 22 章 | …西豪森和他的同事,标题大意是:湖水富营养化,使性选择失效,使丽鱼的多样性受到威胁 |
| 248 | 第 23 章 | …生殖质不受体质的影响,体质的经历,传不到下一代 |
| 249 | 第 23 章 | …据说,连着许多代,小鼠生出来的尾巴一直是原样 |
| 250 | 第 23 章 | …年前后,他提出,衰老的个体对物种没有用处,会占着资源,所以死亡是被演化出来的好事 |
| 251 | 第 23 章 | …海绵、刺胞动物这类生物里,体细胞也可能参与生殖,细胞这一层的选择,因此有机会发生 |
| 252 | 第 23 章 | …大多数体细胞,表达得很少 |
| 253 | 第 23 章 | …羽化就繁殖,而是只留下很晚才产卵的那些,用它们的后代接着养下一代,一代一代这样做 |
| 254 | 第 23 章 | …可是蜂后能活几年,夏天的工蜂只活几周 |
| 255 | 第 23 章 | …:有人报告,实验室里一只黑毛蚁的蚁后,活了近三十年,而同一巢的工蚁,只有一年左右 |
| 256 | 第 23 章 | …学家丹尼尔·马丁内斯(Daniel Martínez)发表了一项对水螅的长期观察 |
| 257 | 第 23 章 | …这一结论后来也有不同看法,研究者对水螅是否真的不衰老,仍在讨论 |
| 258 | 第 23 章 | …许多多年生的树木,据报告可以活几百年甚至几千年 |
| 259 | 第 23 章 | …有研究测了一棵很老的橡树,不同枝条之间,体细胞积累的突变,比按常理预期的要少得多 |
| 260 | 第 23 章 | …动物学里,有一种分法:生殖细胞是预先在卵里备好的,还是后来由别的细胞诱导出来的 |
| 261 | 第 23 章 | …小鼠不同,生殖细胞是在胚胎发育到一定阶段,由周围信号诱导出来的 |
| 262 | 第 23 章 | …物里,生殖系更晚,是从长久保持分裂能力的组织里分化出来的,不过这一点,学界有争论 |
| 263 | 第 23 章 | …比较研究里,要用专门的办法校正 |
| 264 | 第 23 章 | …而它出的芽,一开始是年轻的 |
| 265 | 第 23 章 | …可是有研究报告,跟着「老的那一端」的子细胞,长得略慢一点,积累了较多损伤 |
| 266 | 第 23 章 | …蝙蝠比同体型的小型哺乳动物活得久得多,据一般的了解,它们生殖系的隔离并不比后者晚 |
| 267 | 第 23 章 | …裸鼹鼠据报告寿命长得出奇,它们的生殖系隔离,也是早的 |
| 268 | 第 24 章 | …界的估计差异很大:有的研究者认为是大约一万五千年前,有的认为早到三万年前甚至更早 |
| 269 | 第 24 章 | …麦子的驯化比狗晚得多,大约在一万年前,发生在今天西亚的「新月沃地」一带 |
| 270 | 第 24 章 | …一路挑下来,才有了今天一整根粗壮的玉米棒 |
| 271 | 第 24 章 | …尔文在《物种起源》第一章里,把人对生物的选择分成两种:有计划的选择,和无意的选择 |
| 272 | 第 24 章 | …也有模型推算,只要收割方式合适,几百年就够了 |
| 273 | 第 24 章 | …一条是人有计划地直接去驯 |
| 274 | 第 24 章 | …一只狗很年轻,生前得过一场严重的病,按研究者的推断,它能撑上几周,靠的是人的照料 |
| 275 | 第 24 章 | …家犬体内分解淀粉的酶的基因拷贝数,比狼要多,这被解释为狗跟着人学会了吃谷物和剩饭 |
| 276 | 第 24 章 | …这个解释目前还有争论,因为古代狗的情况并不一致 |
| 277 | 第 24 章 | …有研究认为,猫很可能是跟着粮仓里的老鼠,慢慢走进村子的 |
| 278 | 第 24 章 | …的遗传学家别利亚耶夫(Dmitry Belyaev)在西伯利亚开始了一项长期实验 |
| 279 | 第 24 章 | …些原先没人挑过的变化:耳朵耷拉下来,毛色出现白斑,尾巴卷起,繁殖期也变得不一样了 |
| 280 | 第 24 章 | …很多驯化动物的耳朵、毛色和脸形,有一些共通的变化,研究者把它们合称「驯化综合征」 |
| 281 | 第 24 章 | …至于这套变化的机制是什么,学界仍在争论 |
| 282 | 第 24 章 | …比如被丢弃后野化的家猪,据一些观察,几代之内就会重新长出更硬的鬃毛和更长的獠牙 |
| 283 | 第 24 章 | …而野生的灰狼,只有几十万只 |
| 284 | 第 24 章 | …早期农人的骨骼,据一些古病理学研究,比同时代的采集者更矮,牙病更多,因为吃得单一 |
| 285 | 第 24 章 | …不少传染病的来源,也可以追到和家畜挤在一起过日子 |
| 286 | 第 25 章 | …麦,后来又有高产的水稻品种,配合化肥、灌溉和农药,使得许多国家的粮食产量成倍增长 |
| 287 | 第 25 章 | …博洛格因此获得了 1970 年的诺贝尔和平奖 |
| 288 | 第 25 章 | …说源自日本的一个小麦品种,经美国的育种家引入,再被博洛格的团队用进墨西哥的材料里 |
| 289 | 第 25 章 | …水稻这边,1966 年前后,国际水稻研究所推出的矮秆品种,被媒体称作「奇迹稻」 |
| 290 | 第 25 章 | …据估计,绿色革命避免了数以亿计的人饿死 |
| 291 | 第 25 章 | …研究者用几十年的数据,论证现代品种的推广显著提高了产量、压低了粮价,穷人受益最多 |
| 292 | 第 25 章 | …研究者指出,水、肥、农药的投入、地下水的下降、小农户的债务,是同一枚硬币的另一面 |
| 293 | 第 25 章 | …这就是为什么,同一块田里,肥施得越足,矮秆品种比高秆品种赢得越多 |
| 294 | 第 25 章 | …农组织的估计,二十世纪以来,作物的遗传多样性大幅度地丧失了,不少农家品种已经绝迹 |
| 295 | 第 25 章 | …常被引用的有一个「约四分之三」的说法,不过它的来历和算法受到过质疑 |
| 296 | 第 25 章 | …1970 年,美国玉米遭遇了一场玉米叶枯病的大暴发 |
| 297 | 第 25 章 | …的大部分,用的是同一种细胞质雄性不育的来源,因为用它制种,可以省掉人工去雄的功夫 |
| 298 | 第 25 章 | …菌小种,恰好专门欺负这种细胞质,病很快铺开,据估计,那一年全国玉米减产的比例不小 |
| 299 | 第 25 章 | …多人主要靠少数几个马铃薯品系过日子,一种病害一来,田里几乎同时遭殃,随后是大饥荒 |
| 300 | 第 25 章 | …而今天,新的病菌小种又盯上了这个替补 |
| 301 | 第 25 章 | …杂交种的情形不同:它的下一代性状会散开,留种不划算,来年得重新买 |
| 302 | 第 25 章 | …纪二十、三十年代,跑遍世界各地搜集作物的种子和样本,想弄清各种作物到底起源于哪里 |
| 303 | 第 25 章 | …据传,在列宁格勒被围困的那些年,守着这批种子的研究人员,宁可饿着,也没有动它们 |
| 304 | 第 25 章 | …挪威的斯瓦尔巴全球种子库,2008 年启用,把各国备份的种子存在冻土深处 |
| 305 | 第 25 章 | …家主张,要让一部分老品种继续留在农人手里、继续种在田里,让它们在地里接着被日子挑 |
| 306 | 第 25 章 | …者翻查了成千上万份种质,才在一种野生稻里找到了抗这种病的基因,用它救下了高产品种 |
| 307 | 第 25 章 | …一项项写进选育的判据,这样的项目这些年越来越多,比如培育含铁、含锌更高的主粮品种 |
| 308 | 第 26 章 | …西斯·阿克蒂皮斯(Athena Aktipis)等人在 2015 年的一篇综述里 |
| 309 | 第 26 章 | …彼得·诺埃尔(Peter Nowell)在 1976 年发表了一篇很有影响的文章 |
| 310 | 第 26 章 | …二十世纪末,有两位研究者把癌细胞反复出现的一组本事,归纳成一张著名的清单 |
| 311 | 第 26 章 | …后来又有人系统地写了「癌里的克隆演化」 |
| 312 | 第 26 章 | …全正常的皮肤和食管取样测序,发现其中不少小片的细胞团,带着在肿瘤里常见的那类突变 |
| 313 | 第 26 章 | …在二十世纪七十年代,就有研究者指出,这种安排,使得多数新突变根本没有机会留下后代 |
| 314 | 第 26 章 | …而在肿瘤里,常常是一两个祖先细胞的后代,占去了绝大部分 |
| 315 | 第 26 章 | …它的细胞,没有随那条狗死去,而是通过传播,活到了今天 |
| 316 | 第 26 章 | …后来又发现,这样的传染性肿瘤,在袋獾里至少出现过两次,彼此独立 |
| 317 | 第 26 章 | …还有研究报告,几种海里的双壳类,也有在个体之间传播的癌细胞谱系 |
| 318 | 第 26 章 | …分裂下去,没有停,成了人类第一批能无限传代的细胞系,以她名字的缩写,叫 HeLa |
| 319 | 第 26 章 | …取样的时候,她和家人并不知情,这件事后来引起了关于知情同意的长久讨论 |
| 320 | 第 26 章 | …它们的基因组,据研究报告,和当初那位女士的已经相去很远,染色体数目也乱了 |
| 321 | 第 26 章 | …查德·皮托(Richard Peto),他在二十世纪七十年代末前后点出了这件怪事 |
| 322 | 第 26 章 | …对此,一个被报道的发现是,大象的基因组里,有多份拷贝的一个叫 TP53 的基因 |
| 323 | 第 26 章 | …不少癌的起因里有运气的成分 |
| 324 | 第 27 章 | …中叶,英国有了最早的犬展,据说 1859 年在纽卡斯尔办过一次,参展的主要是猎犬 |
| 325 | 第 27 章 | …第二年又出了第一本公开的血统簿 |
| 326 | 第 27 章 | …z)早在二十世纪四十年代就指出过,这类「娃娃脸」的特征,会天然地唤起人的照顾冲动 |
| 327 | 第 27 章 | …鼻犬(如英国斗牛犬、法国斗牛犬、巴哥犬)中,相当一部分有所谓的「短头呼吸综合征」 |
| 328 | 第 27 章 | …近年来,这类脸扁的品种在一些地方越来越受欢迎,这使得问题更受关注 |
| 329 | 第 27 章 | …不少个体到了老年都会受影响,具体的比例因研究和年龄段而异 |
| 330 | 第 27 章 | …一部分个体,还存在脊髓空洞症等神经系统的问题 |
| 331 | 第 27 章 | …这些,被认为与品种的遗传多样性低、近交系数高有关 |
| 332 | 第 27 章 | …研究者用血统簿算过不少品种,发现有些品种的有效群体,小得出人意料 |
| 333 | 第 27 章 | …者对纯种狗的血统做过大规模的分析,结论大致是,许多品种的近交程度,比人们想象的高 |
| 334 | 第 27 章 | …这批狗,在几十年后,才被主要的养犬组织承认 |
| 335 | 第 27 章 | …项目,往往把健康、性情、完成训练的比例,都记进了选种的账里,用数据挑下一代的父母 |
| 336 | 第 27 章 | …随后几年有独立调查和标准的修订 |
| 337 | 第 27 章 | …有的国家,也开始对极短的鼻子设限 |
| 338 | 第 27 章 | …两条线的狗,外形可以差得很远,行为和体能也不一样 |
| 339 | 第 28 章 | …第四轮的时候,那个酶在高温下的活性,比起点高了几十倍 |
| 340 | 第 28 章 | …是给酶的基因制造随机变异,再按照要的功能去筛,留下表现好的,再变,再筛,这样循环 |
| 341 | 第 28 章 | …个例子,是让一种蛋白酶在有机溶剂里也能工作,经过几轮循环,它的活性比起点高出很多 |
| 342 | 第 28 章 | …2018 年,三人共同获奖,阿诺德得了其中的一半 |
| 343 | 第 28 章 | …「一段蛋白」和「编码它的基因」就装在同一个小颗粒里,筛出蛋白,同时也就捞到了基因 |
| 344 | 第 28 章 | …Winter)后来把这条路用到抗体上,由此做出的药,其中有的已经走进了病人的日常 |
| 345 | 第 28 章 | …了「基因洗牌」:把几个表现不错的版本的基因切碎,再随机拼回去,让好的片段重新组合 |
| 346 | 第 28 章 | …粉里干活的酶、能催化自然界没有的反应的酶,以及后来大量的抗体药物,都和这条路有关 |
| 347 | 第 28 章 | …环境里干活,天然的蛋白酶多半扛不住,要靠一轮一轮地筛,才筛出耐得住这些条件的版本 |
| 348 | 第 28 章 | …,后来研究者用定向进化的办法,改造出一种能干这一步的酶,让整条路线更省料、更干净 |
| 349 | 第 28 章 | …一种天然的酶,学会催化一类自然界里并没有的化学键的形成,办法同样是随机变异加筛选 |
| 350 | 第 28 章 | …有的容易出错的复制方法,对某几类碱基的替换更偏心,改出来的版本,在统计上是歪的 |
| 351 | 第 28 章 | …960 年代,美国生物学家斯皮格尔曼(Sol Spiegelman)做过一个实验 |
| 352 | 第 28 章 | …人们后来戏称它为「斯皮格尔曼的怪物」 |
| 353 | 第 28 章 | …需要同时改好几个互相配合的位置、单改任何一个都没用的路,它也不容易走 |
| 354 | 第 29 章 | …一个结构,常常要花几个月甚至几年 |
| 355 | 第 29 章 | …「给序列,算形状」,被称作蛋白折叠问题,已经有大约半个世纪的历史 |
| 356 | 第 29 章 | …Anfinsen)等人的实验表明,一条链的氨基酸顺序,就已经足够决定它折成什么形 |
| 357 | 第 29 章 | …Levinthal)在六十年代末就指出过,真让它一种一种地试,宇宙的年龄也不够 |
| 358 | 第 29 章 | …叫 CASP:主办方先拿到刚测出来、还没公开的结构,让各个团队去预测,最后对答案 |
| 359 | 第 29 章 | …三届,DeepMind 的第一版 AlphaFold 已经拿了第一名,引起了注意 |
| 360 | 第 29 章 | …2020 年的第十四届,第二版取得了接近实验精度的成绩,让整个领域的人大吃一惊 |
| 361 | 第 29 章 | …mper)、戴密斯·哈萨比斯(Demis Hassabis)等人发表了方法和结果 |
| 362 | 第 29 章 | …数据库最初收了几十万条,到 2022 年扩充到两亿多条 |
| 363 | 第 29 章 | …把预测结构和低分辨率的实验图像拼在一起,帮助解出了一些过去很难看清的大型分子机器 |
| 364 | 第 29 章 | …的实验室,用晶体、用冷冻电镜,一个一个地把蛋白的结构测出来,存进一个公共的结构库 |
| 365 | 第 29 章 | …难测的,比如嵌在细胞膜里的、天生没有固定形状的,相对少 |
| 366 | 第 29 章 | …它给出的是一张静态的照片,而蛋白在细胞里是会动的 |
| 367 | 第 29 章 | …测一个蛋白「平常」的形状,对一个小小的突变会把形状和功能改成什么样,把握就差得多 |
| 368 | 第 29 章 | …测的范围扩展到了蛋白和核酸、小分子的复合体,不过准确度和稳定性,各类情形并不一样 |
| 369 | 第 29 章 | …AlphaFold 的后续版本,在预测复合体方面有了进展 |
| 370 | 第 29 章 | …整体上仍然比第一层难得多:动态的变化、不同条件下的差别,仍是研究者仍在攻克的问题 |
| 371 | 第 29 章 | …那些让它透明、能聚光的蛋白,在身体别处原本是做代谢工作的酶,后来在眼睛里被征用了 |
| 372 | 第 30 章 | …David Baker)实验室,在《科学》杂志上发表了一个名叫 Top7 的蛋白 |
| 373 | 第 30 章 | …他们又用实验验证:造出来的蛋白,真的折成了设计的样子,精度达到原子的水平 |
| 374 | 第 30 章 | …Top7 背后有一套软件,叫 Rosetta |
| 375 | 第 30 章 | …2008 年前后,同一个领域的团队尝试用计算从头设计能催化反应的酶 |
| 376 | 第 30 章 | …后来,有研究者把这些设计出来的酶,再放进定向进化里一轮轮筛,活性才升上去 |
| 377 | 第 30 章 | …有的方法,反过来利用结构预测网络,让它「想象」出一个能折叠的序列 |
| 378 | 第 30 章 | …有的方法,在给定骨架后,由神经网络来排序列 |
| 379 | 第 30 章 | …近几年出现的、基于扩散模型的方法,可以按照要求生成大量全新的蛋白骨架,再配上序列 |
| 380 | 第 30 章 | …另一半由哈萨比斯和江珀分享,以表彰蛋白结构预测 |
| 381 | 第 30 章 | …有研究者提醒过,设计流程里评分很高的候选,真做出来,很多是不成的 |
| 382 | 第 30 章 | …心理学里有一个说法,叫自动化偏见:人倾向于相信机器给的建议,尤其是在忙的时候 |
| 383 | 第 30 章 | …有些通过计算设计的蛋白,已经走到了疫苗等应用的阶段 |
| 384 | 第 30 章 | …具体一点:2022 年,一种以计算设计的蛋白纳米颗粒为基础的新冠疫苗,在韩国获批 |
| 385 | 第 30 章 | …有的在后期因为各种原因被放弃 |
| 386 | 第 30 章 | …3 月,蛋白设计领域的一批研究者,发表了一份公开的声明,承诺负责任地使用这项技术 |
| 387 | 第 30 章 | …这个领域的另一个好传统,也要记上:许多设计工具和方法,是公开的,供同行复现和检验 |
| 388 | 第 31 章 | …同一刻,旁边的烂泥因为巧合,聚成了一个和他一模一样的东西,走出沼泽,过起他的日子 |
| 389 | 第 31 章 | …2022 年,有研究者在一篇评论里指出了一个令人不安的事实 |
| 390 | 第 31 章 | …一批科学家联合发表文章,警告一类叫「镜像生命」的设想所带来的风险 |
| 391 | 第 31 章 | …1974 年,一批研究者联名呼吁,在评估清楚风险之前,暂停某几类实验 |
| 392 | 第 31 章 | …他们在美国加州的阿西洛马(Asilomar)开了一次会,讨论怎样安全地继续往前走 |
| 393 | 第 31 章 | …会上定下的原则,后来成了许多国家制定相关规则的基础 |
| 394 | 第 31 章 | …生物安全领域,早就有一套相当成熟的做法 |
| 395 | 第 31 章 | …这是前面几十年里,生物安全领域已经摸索出来的一条路 |
| 396 | 第 31 章 | …新的菌,要写进论文,常常要先送到专门的保藏机构,领一个保藏编号,别人才能按号去要 |
| 397 | 第 32 章 | …奥德林—史密、拉兰德和费尔德曼在 2003 年把这条思路系统地写成了书 |
| 398 | 第 32 章 | …**博伊德和里彻森在 1985 年的书里,把文化放进了演化的账里 |
| 399 | 第 32 章 | …但在一些有长期畜牧、饮奶传统的人群里,这种酶在成年后仍继续产生的情形,比较常见 |
| 400 | 第 32 章 | …而基因变多了,又让饮奶的习惯更容易延续 |
| 401 | 第 32 章 | …种基因的流行程度并不是一一对应的,选择可能是时紧时松、与饥荒或疾病之类的压力有关 |
| 402 | 第 32 章 | …,而一种平时有代价的血红蛋白变异,在这种环境里反而有了保护的作用,于是变得更常见 |
| 403 | 第 32 章 | …当的篇幅讲养鸽人、育种者怎样把品种一代代拉向自己想要的方向,并且以此类比自然选择 |
| 404 | 第 32 章 | …会科学里常被转述的话,大意是:一个指标一旦被拿来当作目标,它就不再是一个好指标了 |
| 405 | 第 32 章 | …一个常被讨论的说法叫「人类的自我驯化」 |
| 406 | 第 32 章 | …反对的人认为,证据还不充分,因果也不清楚 |
| 407 | 第 32 章 | …究者担心,如果这个回路里自己产出的东西越来越多,原来来自自然的那一部分,会被稀释 |
| 408 | 第 33 章 | …如今,几十美元或几百元,就能拿到一份相当可靠的位点读数 |
| 409 | 第 33 章 | …对一些家族里有明确遗传病史的人来说,检测可以是一个及时的信号 |
| 410 | 第 33 章 | …差在「跳」:身高牵涉很多个位点,每个位点出一点力,哪个孩子拿到哪几份,事先说不准 |
| 411 | 第 33 章 | …常见的做法,是事先挑好几十万个位点,只读这几个地方,像拿着一张点名册,逐个核对 |
| 412 | 第 33 章 | …研究者自己也在讨论这件事 |
| 413 | 第 33 章 | …另有一点:有的报告会在说明里写,某些结果需要用别的方法再确认一遍 |
| 414 | 第 33 章 | …有些性状,一两个位点就说得出相当一部分的字 |
| 415 | 第 33 章 | …它说的是一大群人的统计,而且是拿某一批参考人群算出来的,换一个人群,准头会变 |
| 416 | 第 33 章 | …一个位点五年前被认为和某个性状有关,后来更大的研究可能发现关联很弱 |
| 417 | 第 33 章 | …祖先成分那张饼图,是把你的位点,和一组「参考人群」做比较得出来的 |
| 418 | 第 33 章 | …不少地方的族谱,主要沿父系往下记,女儿的去向写得简,有的只记一笔 |
| 419 | 第 34 章 | …据报道,经过这几道关,每复制一个字母出错的概率,可以降到十亿分之一甚至更低的量级 |
| 420 | 第 34 章 | …另有一套机器,沿着新旧两条链扫过去,把配不上的地方挑出来修好 |
| 421 | 第 34 章 | …理论上,这个界限和基因组的长度挂钩:基因组越长,每个字母就得守得越严 |
| 422 | 第 34 章 | …据说,一些靠 RNA 复制的病毒,出错率比细胞高得多,基因组也短得多 |
| 423 | 第 34 章 | …多一道检查,细胞就多一份开销,复制也慢一点 |
| 424 | 第 34 章 | …而不为零的出错率,是一次权衡的结果:守的本钱,对比出错的损失,在中间找到的一个点 |
| 425 | 第 34 章 | …植物据说会减少对这类根瘤的供氧,让它们长得差 |
| 426 | 第 34 章 | …生物学里讨论过几种撑法,名字各家叫法不同 |
| 427 | 第 34 章 | …据报告,某朵花里的卵太多时,丝兰会让这朵花脱落 |
| 428 | 第 34 章 | …植物根上的菌根真菌给植物送养分,据报告,植物会把更多的糖给送得多的那一头 |
| 429 | 第 34 章 | …还有一种讲法是,感官本来就对某些刺激特别敏感,样子是顺着这份敏感长出来的 |
| 430 | 第 34 章 | …三种讲法各有各的证据,学界没有一个通吃的答案 |
| 431 | 第 34 章 | …园丁鸟的雄鸟会搭一座小亭子,摆上蓝色的小物件,雌鸟逛过几座,挑中其中一座 |
| 432 | 第 34 章 | …常用的两类菌,会互相帮忙:一类给另一类生长要用的养分,另一类给它造出更合适的酸度 |
| 433 | 第 35 章 | …演化生物学里「可演化性」这个词,说的就是这份余地 |
| 434 | 第 35 章 | …保护生物学评估一个物种的处境,常看种群数量、分布范围,以及这些数字的变化趋势 |
| 435 | 第 35 章 | …数几个品种,靠芽和吸芽一棵一棵地繁殖,不经过种子,一个品种内部几乎是同一个基因型 |
| 436 | 第 35 章 | …主栽品种因为一种土传的枯萎病退出了主栽,今天的主栽品种也面临另一种相近病害的威胁 |
| 437 | 第 35 章 | …是:生命是一种特殊的稳定性,不是某一个分子的稳定,而是一个会复制的整体过程的稳定 |
| 438 | 第 36 章 | …齐,产量高,不过,把这一代的种子留下来再种,下一代的性状常会分开,高的高,矮的矮 |
| 439 | 第 36 章 | …据说有的种子库设在极冷的地方,作为备份 |
| 440 | 第 36 章 | …有些外形,在一些品种里,据兽医学界的讨论,与健康问题相关 |
| 441 | 第 36 章 | …封闭的小谱系里,个体越传越像近亲,原本罕见的毛病,更容易在后代身上两头相遇 |
| 442 | 第 36 章 | …近些年,不少协会也把健康筛查写进了登记的要求 |
| 443 | 第 36 章 | …领域都碰到的老问题:一个指标一旦被当成了目标,大家就会去迎合它,它也就不那么准了 |
| 444 | 第 37 章 | …们用莱茵衣藻,一种单细胞的绿藻,在有捕食者的压力下,让它们从头演化出多细胞的团体 |
| 445 | 第 37 章 | …at)和雷尼(Rainey)报告的、用「生态脚手架」让集体层出现可遗传变异的实验 |
| 446 | 第 37 章 | …多细胞生物在演化史上不止出现过一次,动物、植物、褐藻、一些真菌,各走各的路 |
| 447 | 第 37 章 | …2012 年前后,雪花酵母的实验用沉降速度做选择:团块大的先沉底,被留下来继续养 |
| 448 | 第 37 章 | …据报告,所用的捕食者是一种纤毛虫,经过几百代,一部分衣藻出现了稳定的细胞团性状 |
| 449 | 第 37 章 | …它一代的时间很短,一个月能养好几十代 |
| 450 | 第 37 章 | …它的团块,据报告是细胞分裂后留在一起形成的,不是从四处聚来的 |
| 451 | 第 37 章 | …架子撑得久了,集体层自己有了稳定的性状,架子才可以撤 |
| 452 | 第 37 章 | …不过,那一篇究竟以理论论述为主,还是带有实验数据,需要对原文核实 |
| 453 | 第 37 章 | …的办法,写成一份文件,在拿到任何数据之前,交到一个公开的、改了就有记录的地方存档 |
| 454 | 第 37 章 | …这一做法在临床试验里行之有年,近些年在其他学科里也普及开来 |
| 455 | 第 37 章 | …**这是一种酵母,细胞分裂之后不完全分开,留在一起,长成分枝状的细胞团,像雪花 |
| 456 | 第 37 章 | …食物不足时,成千上万个细胞聚在一起,形成一个有柄的、类似小蘑菇的结构 |
| 457 | 第 37 章 | …这种团体里,据报告,常有只占便宜、不出力的「作弊者」 |
| 458 | 第 37 章 | …据报告,雪花酵母的子细胞在分裂后不能分开,仍连在母细胞上,一代代长成分枝状的团 |
| 459 | 第 37 章 | …定程度,细胞相互排挤产生的力会让分枝断裂,断下来的小块带着几个细胞,另起一个新团 |
| 460 | 第 37 章 | …食物耗尽时,细胞会发出一种信号分子,周围的细胞顺着信号往中心爬,聚成一团 |
| 461 | 第 37 章 | …据报告,约有五分之一的细胞成为柄,死去,其余成为孢子,传下去 |
| 462 | 第 37 章 | …这样的作弊者,在实验室里已经分离出来过 |
| 463 | 第 37 章 | …据报告,它们表面有一对负责识别同类的蛋白,让聚集体倾向于由相近的品系组成 |
| 464 | 第 37 章 | …野外的聚集体里究竟混了多少不同的品系,需要查材料确认 |
| 465 | 第 37 章 | …这里再补一句对手一侧的写法:按米卓德的框架推下去,没有生殖分工,就没有脱钩 |
| 466 | 第 37 章 | …按奥卡沙的框架推下去,集体层的响应,随记账一致性连续变化 |
| 467 | 第 37 章 | …以往同类的实验演化,常以几十代到几百代为单位 |