代码与基因重组
在后来的一系列实验中,即1959年在纽约大学原子能委员会计算实验室的一台IBM 704计算机上进行的实验,以及1960年在布鲁克海文国家实验室进行的实验中,巴里塞利让数值生物进化到会玩一个简单却重要的游戏,即十六子棋(Tac Tix)——这是皮亚特·海恩(Piet Hein)发明的,在一个6×6棋盘上进行的游戏。游戏表现与繁殖成功与否相关。巴里塞利估计:“在目前的速度下,可能需要10000代(在IBM 704计算机上,约80个机时),才能达到平均游戏品质高于1。”这个等级对人类来说,应该是头几次玩这个游戏的初学者会有的水平。1963年,使用当时世界上最强大的计算机,即曼彻斯特大学的阿特拉斯(Atlas)计算机,很快就实现了这个目标,但却没有进一步的提高。巴里塞利将这一缺陷归咎于“共生生物有机体可以采用的指令数量和机时受到了严格限制”。
与高等研究院所进行的实验相比,这个实验中所采用的有机体纯粹是由基因编码所组成的,而Tac-Tix实验导致“每个共生生物有机体形成了非遗传数字模式特性,这样的数字模式可能会为开发任何类型的结构和器官提供无限的可能性”。数值表型采取的形式,解释为在一个棋盘游戏上的动作,是通过机器指令的有限字母表映射到基因序列,就像DNA中的氨基酸字母表的核苷酸编码序列转换成蛋白质一样。巴里塞利预测:“也许在我们的数字共生生物有机体中,最接近蛋白质分子的会是共生生物有机体游戏战略计划的一个子程序,其指令存储在计算机内存中,并由共生生物有机体组成的数量所决定。”
巴里塞利表示:“因为计算机时间和存储仍是限制因素,所以每个数字共生生物有机体的非遗传模式只有在它们刚刚执行完任务,被需要或者被从内存中删除的时候才会被架构。在生物学上,这相当于遗传物质只有在需要完成一个特定任务(例如,与另一种生物斗争)的时候,才会创建一个身体或躯体结构。而且该目标一旦完成,躯体结构就会迅速瓦解。”
1956年,在高等研究院的最后一段时间里,巴里塞利花了很多时间在T4噬菌体上建模未来10年的基因重组。病毒会捕食细菌,被称为最简单的自我复制的实体之一。“如果有任何生物可以就地球生命的早期演化给出讯息,特别是关于杂交的来源,那么还没有适应与活细胞实现共生关系的病毒就是最理想的选择,”他解释说,“如果我们想了解在生物进化前期细胞阶段的信息,最理想的就是寻找还从来没有成为细胞遗传物质一部分的病毒。”
1961年,他加入了奥古斯特·格斯·德曼(August Gus Doermann)的噬菌体小组,并先后在范德堡大学( Vanderbilt University)和华盛顿大学的公共卫生署(Public Health Service)获得了资金和一台IBM 7094计算机的使用权。“当时,在计算机工作不繁忙的时候,这台IBM 7094会加紧模拟将细菌移植到琼脂板上,可能会发生什么,”柯克·沃尔夫回忆道,“通常上午的时候,巴里塞利会因为计算结果而十分激动,因为它与实验结果的匹配程度是如此高。”他还参观了实验室,观察琼脂板和模型的匹配度,并说道:“你会发现缺口,这里的噬菌体已经耗尽其感染的细菌里的蛋白质,在这个灰色琼脂的背景下会有一些小圆圈,这里的细菌已经完全转化为噬菌体了。”
巴里塞利以及他的学生是合著者,他们得到了丰厚的回报。沃尔夫说:“他最喜欢去Ivar’s Acres of Clams餐馆,在它还没有完全自我复制的时候。”巴里塞利不乘坐电梯,而是“跳着”去他们位于4楼的办公室,这让他的年轻助手喘不过气来。他和冯·诺依曼很少认可彼此的工作。
1953年11月,冯·诺依曼曾写信给阿瑟·伯克斯称:“我对‘数字生物’的主题还是相当感兴趣的。”但是,在阿瑟·伯克斯编制的冯·诺依曼的《自复制自动机理论》的权威文本中,并未提及巴里塞利,因此“冯·诺依曼知晓巴里塞利的实验”这一事实被直接忽略了。
因为巴里塞利对达尔文的进化论和哥德尔证明都提出了质疑,因此他同时得罪了生物学家和数学家,也被这两个群体所质疑。他在美国和欧洲的计算机设备中游走,只要哪里有他的数值生物成长所需要的内存资源和处理周期,他就会竭尽所用。在西雅图的华盛顿大学,他似乎稳定了下来,并申请了下一阶段数值进化工作所需要的机时补助。1968年,在这次机时补助的申请被拒绝后,他回到了奥斯陆,并建立了自己的研究小组。“我认为他在理解噬菌体和细菌的基因重组方面的贡献,本应得益于他的数学才能,可事实上却没有,”重要评论家之一的弗兰克·斯塔尔说,“他做这个实验其实是想得到能支撑他关于‘40亿年前发生了什么’的观点的有力证据。”
巴里塞利告诫大家,不要试图把生物的太多特性加诸到数值共生生物有机体身上,并告诫大家不要采纳非严谨的事实基础上的推论和解释。虽然数值共生生物有机体和已知的地球生命形式在演化行为上表现出了相似之处,但这并不意味着数值共生生物有机体是活的。“它们是开端,或者某种异常的生命形式?抑或是唯一的模式?”他问道,并接着说,“它们不是模型,而且与其说它们是模型,不如说生物体是模型。它们是一种特定的、已经界定的自复制结构。至于它们是不是活的这一问题,只要‘活的’这一概念没有明确的定义,那么探究共生生物有机体是不是活的,并没有任何意义。”直到现在,“活的”这一概念的意义依然不明确,还是存在模棱两可的地方。
巴里塞利对病毒基因的了解助推了他对计算机的理解,而他对计算的了解助推了他对遗传密码起源的认识。“地球上最早的语言和技术都不是由人类创造的,”他在1986年写道,“它是由原始的RNA分子在近40亿年前创造的。一个会导致类似结果的进化过程有没有可能在计算设备的内存中启动呢?”如果不了解生命起源的原因,谁又能说它不可能再重演呢?
巴里塞利将他的数值进化实验看作“获得尽可能多的关于活的生物体(地球生命形式)遗传语言的起源以及演变方式的相关信息”。复杂的多核苷酸是如何起源的,而这些分子又是如何学会协调氨基酸的收集和蛋白质的结构的?他将遗传密码看作转移核糖核酸分子的原始“收藏家群体”所使用的语言……专注于收集氨基酸和其他可能的分子对象,作为组织收集到的材料的运送手段。他将这种语言和其他“收藏家群体”,例如,社会性昆虫所使用的语言进行了类比,但警告人们不要试图用蚂蚁和蜜蜂的语言来解释遗传密码的起源。
对巴里塞利来说,关于40亿年前发生了什么的线索直到今天仍然很明显。“RNA分子的许多原始属性和功能都保留了下来,非常神奇地没有被现代tRNA、mRNA和rRNA基因分子显著改变,”他解释说,“细胞及其各组件的一个主要功能,显然就是保持与RNA分子起源时相似的内部环境,不管外部环境已经发生了如何剧烈的改变。”
在巴里塞利最初公布“我们已经创建了一种能够复制和经受遗传变异的数字”的同时,一种类似的数字,即指令码,在数字世界扎根并获得了控制权。指令码构成了一种基本的复制字母表,而且其与不同代谢主机之间的增殖关系非常多样化。成功的和无差错的指令码序列适时构成子程序,即所有程序的基础单元,这就像核苷酸的基本字母组成了DNA的字符串,然后被视为氨基酸并装配成蛋白质,最后,经过很多层进化后,变成了细胞。
这些原始代码序列疯狂地复制巴里塞利观察到的所有生物现象,如杂交、共生、寄生,都活动在更大的数字宇宙里。从最初开始运行直到跑出宇宙,以及在玻璃里面最初的实验里,都是未受抑制的。指令码就像保守的多核苷酸,在活细胞内克服一切困难,以维持它们熟悉的环境。从iPhone到互联网,整个数字宇宙从指令码的角度来说,都可以看作企图维持它在1951年、在古老小径末端的40根静电存储管里最初出现时的模样。
指令码聚集演变成“收藏家群体”,让内存分配和其他资源回到集体居所。数字有机体根据其自身执行任务的能力而被复制、助长和奖励:它们进行运算、文字处理、核武器设计,任何形式的金钱都被计算在内。它们让其创造者腰缠万贯,赢得国家实验室的合同以及雷明顿·兰德公司和IBM公司的财富。
它们共同开发了语言的拓展层次,然后影响了计算氛围,就像早期微生物释放的氧气影响到后续生命轨迹一样无孔不入。它们合并到操作系统中成为共计百万行的代码,使我们能够更有效地操作计算机,同时使计算机能够更有效地操纵我们。它们学会了如何划分成数据包,通过网络传输,纠正前进道路上出现的任何错误,并在另一端进行自我重新组装。通过代表人类最看重的事物——音乐、图像、声音、知识、友谊、地位、金钱、美色,它们获得了无限的资源,并形成了在众多单个处理器上运行的、复杂的后生物有机体,其运行方式与基因组在大量细胞上运行的方式相同。
对细胞进行“编程”
1985年,巴里塞利将计算和生物学进行了类比,但他将这种类比以一种另类的方式呈现:“如果人类不是相互传递复制品和复杂的解释,而是形成了传递计算机程序的习惯——由计算机控制的工厂能够根据特定需要建造机器,那么这种习惯和细胞间的通信会是最相近的。”25年后,很多计算机之间的通信不是被动数据,而是主动指令,即根据需要在远程主机上构建特定的机器。
有了我们的合作,自复制数字正在对我们的宇宙情况进行更深入、更广泛的控制,而这也让它们在自己的宇宙里“生活”得更舒适。因为数字计算机开始直接读取和写入DNA,因此它们的宇宙和我们的宇宙之间的壁垒已经被彻底打破。
我们所说的读取基因组,即一次读取300万个碱基对,其实没有人脑可以实现吸收这些未删节的信息。事实上,是计算机在读取基因组,并通过编写可执行的核苷酸序列,然后将之插入到细胞中,开始为蛋白质编码。核苷酸序列和比特序列之间的转换是直接的、双向的,而且是以人类无法理解的语言进行的。
巴里塞利相信智能的设计,但是智能是自下而上的。“尽管生物进化是基于随机突变、杂交和选择,但是它不是一个盲目试错的过程,”他后来回忆数值进化工作时解释道,“组成一个物种的所有个体的遗传物质,由遗传性规则的严格模式组织成一个拥有集体智能的机制,其功能是保证在解决各种新问题时能实现最高速和最高效。从生物世界所取得的成绩来看,那确实是相当聪明的。”
“认为生物进化不涉及智能的概念,应该是所有与之相关的解释中最背离事实的。”1963年,他说道。
当我们让人类或任何其他物种为此事来进行智力测试,如果基于该物种大脑中的任何单个神经元或突触所做的事情不需要智能,就宣称该测试主体是愚蠢的,那么这是不符合常理的。
我们都同意这一事实——当一个人因为无法生存而死亡或者因为不适合再生而停止再生,这个过程是不需要智能参与的。但是,如果将这作为生物进化背后存在智能的反证,那么它可能会成为两种不同智慧意识到彼此存在之前、有可能产生误解的最典型的例子之一。
巴里塞利声称,在纯粹自复制数字的行为里发现了淡淡的智能的痕迹,这就像病毒第一次被生物学家在流体中检测到一样——研究排除了所有其他早期已经发现的自复制形式的物体。他最后的论文发表于1987年,题目为《启动旨在发展能够发展自己的语言和技术的共生生物有机体的数值演化过程的建议》(Sugges-tions for the Starting of Numeric Evolution Processes Intended to Evolve Symbioorgan-isms Capable of DevelopingaLanguage and Technology of Their Own)。他将自然和人工智能看成集体现象,而生物学和数值进化一起构成“一个强大的情报机构(或遗传大脑)”。在很多方面,如果就处理问题的能力来说,它可以媲美甚至优于人脑。他对比了计算机代码的进化和基因序列的进化,认为是解释性语言的发展导致这一过程变得更智能、更复杂。“至于到底是否存在和不同的共生生物有机体的遗传大脑进行沟通的方式,比如用它们自己的遗传语言,那就是一个未来需要解决的问题了。”他说。
转换的多层次则区分了当下程序员所用的语言和执行指令所用的机器语言,就像核苷酸编码序列和活细胞对其进行的最终表达之间存在多层次的诠释。相反,存储在DNA中的序列和存储在数字存储器中的序列之间的通信更直接。对于其中任何一种语言与人类语言的相似之处来说,基因的机器语言和计算机的机器语言有更多共同之处。
以计算机为媒介实现基因序列通信的出现,违反了正统的新达尔文主义观点,因为它认为遗传信息是从个人的祖先那里通过继承获得的。然而,水平基因转移一直是陆生生物的事情。病毒在不断将外源DNA序列插入到寄主身上。尽管显然存在着危险,但是大多数细胞都保持了读取从细胞外转移进来的基因序列的能力。该弱点被恶意的病毒所利用,那么为什么要保持这种需要付出如此代价的能力呢?
其中一个原因是为了便于获取新的、有用的基因,否则这些基因将一直是别人的财富。“水平基因转移的力量是如此之大,因此很难理解为什么真核世界会拒绝这样的遗传新颖性和创新性的绝佳来源,”伊利诺伊大学的卡尔·乌斯(Carl Woese)和奈杰尔·格登菲尔德(Nigel Goldenfeld)在距1949年冯·诺依曼解释自复制的讲座60年后,这样说道,“令人兴奋的答案在经过几十年的教条偏见之后绽放出来,那就是它没有被拒绝。现在有确凿的证据证明,水平基因转移出现在真核细胞中,不仅在植物、原生生物和真菌中存在,在动物(包括哺乳动物)身上也有。”
当我们“排序”基因组,我们从零散的部分一点点对它进行重建。生命一直在做这些事情。重要的基因序列的备份副本分布在病毒云里。“微生物根据它们所处的环境,按需求吸收和抛弃基因……因此这造成了质疑,当‘物种’的概念扩展到微生物领域中时,它是否依然有效,”格登菲尔德和乌斯在2007年观察到这一点并指出,“在严重的环境压力面前重建基因组的非凡能力,以及在某些情况下,它们与病毒的集体相互作用,对我们来说可能是至关重要的。”
水平基因转移被耐药病原体所利用。“我们宣布对微生物发动战争,但是我们输了。”格登菲尔德和遗传工程师补充道。但是,到底是谁在利用谁呢?基因组学革命受到我们存储、复制和操纵细胞外遗传信息的能力推动。生物学从一开始就一直在做这件事情。迄今为止,生命通过将病毒云作为备份源和快速交换遗传代码的方法来实现进化。生命对数字世界的适应能力可能比我们想象中的还要好。1966年,巴里塞利观察到:“在某种意义上,文化模式是不需要为了进化从而杀死个体这一遗传形式的解决办法。”我们已经将很多文化传承工作外包给了互联网,而基因遗传工作亦是如此。1950年,图灵表示:“‘优胜劣汰,适者生存’是一个缓慢的、检验出优势的方法。”他还认为:“有了智能的帮助,试验者应该加快这一速度。”
创业遗传学者乔治·丘奇(George Church)近日宣称:“关于生物技术在实验室中的成功,我们可以对这些细胞进行编程,就好像它们是计算机的延伸物。”对此,在野外成功进化了30亿年的生命可能会回答:“我们可以编程这些计算机,就好像它们是细胞的延伸物。”
物种的起源不是进化的起源,而物种的末日也不会是进化的末日。
从夜晚到白天,是第五日来了。






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