生物學呼喚物理學家歸來

現代生物學需要愛因斯坦式的人物

重構（中國資深學者）

1986年美國的一位德高望重的進化論者——奧爾森教授曾著文提出，更趨完善的生物進化論需要新一代的達爾文、辛普森、赫胥黎或者「生物學方面的愛因斯坦」才能實現。奧爾森教授的此番話當然不是無的放矢，而是有著切膚之痛：目前生物進化論仍然停留在達爾文1859年建立的隨機進化論的框架之內，但是這種隨機進化論卻存在著嚴重的邏輯悖論：隨機的微小的線性（單一因素）的還原論的變異無論發生多少次，其形成複雜結構、整體結構、精巧結構、智力結構的幾率都是微乎其微。

一 、什麼是「生物學方面的愛因斯坦」？眾所周知，愛因斯坦的相對論是對牛頓力學的重大超越，其超越關鍵點是牛頓從來沒有考慮到的「光速不變原理」、「質量和時間都與運動速度有關」等理論新因素。據此可知，「生物學方面的愛因斯坦」一定是創建了超越達爾文的隨機進化論的全新的生物學理論，其超越點乃是達爾文及其現代追隨者從來沒有考慮到的或者拒絕考慮的「生物智力起源與進化現象」、「生物智力對生命活動和生物進化的作用」等理論新因素新亮點。

二 、對於奧爾森教授期盼的「生物學方面的愛因斯坦」，許多生物學家都持有這樣的觀點「誠然隨機進化論存在一些問題，但是目前並沒有比隨機進化論更好的理論」；還有許多生物學家則陶醉於生物技術的發展，以為生物技術的發展可以迴避生物隨機進化論存在的困境；總體而言，絕大多數生物學家不想（或者沒有能力）擔當「生物學方面的愛因斯坦」的歷史重任。

三 、在這種情況下，筆者認為現代生物學的發展，有必要借鑒幾何學發展的成功案例。眾所周知，古希臘學者歐幾里德（約公元前330-前275年）建立的幾何學是平面幾何學，即三角形的內角和等於180度、兩條平行線永遠不相交，被稱為歐氏幾何學。此後，若干學者突破了「三角形的內角和等於180度」和「兩條平行線永遠不相交」的前提，創建了多種非歐幾何學。1829年俄羅斯數學家尼古拉·洛巴切夫斯基（1793－1856）創建了一種新的幾何學：把「在一點上只能通過一條直線平行線」的定律改為「從一點上至少可通過兩條平行直線」，演繹出一種新的可以完全相容而不是對立的幾何學，該幾何學「三角形的內角和小於180度」。1850年前後的德國數學家喬治·黎曼（1826－1866年）也提出另一種非歐幾何學，它的原理是從一點上不能划出任何平行直線，得到「三角形的內角和大於180度」，建立了黎曼幾何學。

同理，生命複雜結構的進化是否有智力參與的問題，也有並且只有三種答案：第一種答案是隨機進化論，主張生物進化沒有智力參與。第二種答案是智慧設計論（源於古老的神創論），主張生物進化有智力參與，而這個智力是生物之外的超自然的神或上帝。第三種答案是生命智力進化論，主張生物進化有智力參與，這個智力就是生物自身擁有的生命智力，生命與生命智力同時起源、同步進化；生命智力擁有自己的行為期望，既能夠改進自身的軟體，又能夠改進自身的硬體。

其中，智慧設計論源於古老的神創論，由於超自然的神或上帝沒有客觀存在的物質載體，因此對其不能夠進行科學研究，有關討論只能屬於宗教範疇。對比之下，隨機進化論和生命智力進化論都是建立在生命體物質結構基礎上的，或者是生命體在「隨機變異」，或者是生命體在「生命智力」參與下發生著變異。例如，我們人類的大腦思維生命智力系統其物質載體就是神經元細胞的細胞膜及其附著物、衍生物，所謂的動物本能實際上也是由神經元生命智力系統（包括其他層次的生命智力系統）參與實施的。

四 、正如非歐幾何不僅僅是純理論的問題，而是有著現實的應用價值一樣；與隨機進化論不同的生命智力進化論，同樣有著現實的應用價值。例一、以隨機進化論為核心基礎的生物學，不能夠解釋中醫經絡現象；以生命智力學為核心基礎的全新的生物學，指出中醫經絡現象，可以用細胞膜網路生命智力系統予以充分的解釋，並據此可以創建形成生命智力醫學，可參閱《生命智力簡史：生命智力學暨智因進化論》（美國版、香港版，淘寶網有），以及《生物智能導論》等學術專著。例二、生物學無法回答的「先有雞還是先有蛋」的問題，可以用生命智力進化論予以充分的解釋：先有「預期的雞」，再有「虛擬的蛋」，然後是「真實的蛋」，最後才是「真實的雞」。這種生物進化「雞蛋-蛋雞」路線圖可以解釋生命複雜結構、整體結構、精巧結構、智力結構的形成與進化過程，並有助於形成全新的生物工程技術（參閱王紅旗剛剛脫稿的新著《破解千年難題：先有雞還是先有蛋》）。

五 、科學技術史表明，生物學的發展需要物理學家的貢獻。1943年初，愛爾蘭都柏林三一學院可容納400人的學術報告廳座無虛席，生物系的教授和大學生認真聆聽一位外行講演「生命是什麼」，演講者是波動力學理論的創建人奧地利物理學家薛定諤。十年後，受到薛定諤講演啟發的生物學家沃森和克里克揭開了DNA分子雙螺旋結構的秘密，推動生物學上升到一個全新的層次。有趣的是，21世紀初創建生命智力進化論的學者是一名中國的物理學家（提出宇宙心臟磁力線模型、引力是電磁效應、光守恆原理等），有理由相信那些認真學習生命智力進化論的生物學家，在不久的將來也會有一系列重大的科學發現，例如發現「虛擬蛋白」和「逆中心法則」等，無疑這將使人類對生命的認識提高到一個全新的層次。（八紘九野叢書《重構文集》之《重構2014進展》）

生物學的發展需要物理學家的貢獻

　　半個多月前我撰寫並公開發表在互聯網上《現代生物學需要愛因斯坦式的人物》一文後，仍然意猶未盡。這是因為，在科學史中，不同學科的科學家對其他學科發展作出貢獻的情況很多，因此還想進一步論述生物學的發展需要物理學家（包括其他領域學者）的貢獻。

　　一、為什麼物理學家能夠對生物學的發展做出積極的貢獻？

　　1、所有學科的基本科學原理都是相通的，物理學（包括其他學科）的發展需要生物學家的貢獻，生物學的發展也需要物理學家以及其他領域研究者的貢獻。事實上，隨著科學技術不斷深入發展，越來越多的事實表明，交叉學科的優勢和跨領域研究者（所謂雜家）的優勢越來越突出。

　　2、當局者迷，旁觀者清，各學科都有自己的思維定勢，因此他山之石可以攻玉。例如，長期以來生物學家潛意識認為「只有人與上帝才有智慧」，在這種思維定勢下他們難以想像螞蟻、草履蟲也會有智慧，因此而更願意把動物的智力行為稱之為「本能」，卻不願意對「本能」進行更深入的探索。又如，達爾文在大部頭學術專著《物種起源》里，拒絕討論智力起源與進化現象。對比之下，物理學家在思考「本能」現象時，更願意追究其中的深層次原理，並願意考慮「本能」行為的智力因素，例如在生命智力學裡將「本能」歸結為神經元生命智力系統的表現形式之一。

　　3、相較而言，生物學家更注重於具體的生物現象，而對生物現象背後的深層次原因則追究不夠。令人不無驚訝的是，許多生物學著作、生物學教科書（例如高崇明主編的《生命科學導論（第2版）》，高等教育出版社2007年）甚至都不肯對「生命」進行定義。又如，達爾文的隨機進化論所謂的自然選擇、適者生存等等，實質上都是在用結果替代原因。對比之下，許多物理學家不但重視具體的物理現象，而且更有興趣追究物理現象背後的深層次原因，以及更加抽象的哲學問題，例如眾多物理學家對萬有引力本質的探索（筆者指出萬有引力乃是電磁力的一種效應，證據之一是引力以光速傳播），愛因斯坦對如何統一四種自然基本力的畢生探索，霍金對黑洞、灰洞、時間隧道的探索，等等。與此同時，似乎物理學家的想像力也更豐富一些。

　　4、生物學家對「達爾文悖論」、「生物學悖論」的態度過於寬鬆，如果同樣的情況發生在物理學領域，那些存在明顯悖論的理論或假說通常都會受到嚴厲的質疑，而不會讓它們繼續享受理論權威的地位。關於「達爾文悖論」可參閱美國版、香港版《生命智力簡史：生命智力學暨智因進化論》（王紅旗著）一書的《生命智力學破解達爾文的三大理論空白和28個悖論》等內容。

　　筆者所謂的「生物學悖論」是指這樣的一種學術現象：生物學家一方面相信生命活動（主要指新陳代謝、繁殖等）是一種有目的的精密控制的過程，嚴格遵循由基因編碼合成蛋白質的中心法則，另一方面又相信生物進化乃是無數次的微小的隨機的無方向的無目的的過程的積累效應（被稱為自然選擇、適者生存），兩者顯然存在著深刻的邏輯悖論。

　　有鑒於此，身為物理學家（更準確地說法是雜家或交叉學科專家）的我願意指出：生物進化同樣是生命活動的重要內容之一；由於其主要特徵是新基因、新蛋白質、新細胞、新器官、新物種的形成，因此新基因、新蛋白質的形成同樣也需要經歷有目的的精密控制的過程。具體來說，新基因、新蛋白質的形成，遵循的乃是逆中心法則，亦即生命智力系統能夠根據所需要的新蛋白質設計製造相應的新基因，為此生命智力系統需要能夠預期新蛋白質的生命功能（筆者稱為虛擬蛋白）。對於生物學來說，這相當於創建一門全新的蛋白質功能預測學，該學科的意義和價值是能夠預見到什麼樣的氨基酸所組合形成的蛋白質，它或它們可能會具有什麼樣的生命功能。毋庸置疑，一旦人類掌握逆中心法則和蛋白質功能預測學原理，必將對生物學產生革命性的劃時代的影響，有助於推動基因工程和人造生命工程提高到一個全新的階段和層次。

　　二、物理學家對生物學發展作出貢獻的典型案例

　　我在《現代生物學需要愛因斯坦式的人物》一文中指出：科學技術史表明，生物學的發展需要物理學家的貢獻。1943年初，愛爾蘭都柏林三一學院可容納400人的學術報告廳座無虛席，生物系的教授和大學生全神貫注聆聽一位外行論述「生命是什麼」，演講者是波動力學理論的創建人奧地利物理學家薛定諤。十年後，受到薛定諤講演啟發的生物學家沃森和克里克揭開了DNA分子雙螺旋結構的秘密，推動生物學上升到一個新的層次，並於1962年雙雙獲得諾貝爾生理學和醫學獎。

　　接下來，20世紀80年代前後，中國力學領軍人物錢學森力主推動生命科學研究。此後，21世紀初正式創建生命智力進化論的學者同樣是一名中國的物理學家（1970年畢業於中國科學技術大學近代物理系反應堆工程專業，提出宇宙心臟磁力線模型、引力是電磁效應、光守恆原理等），有理由相信那些能夠向當年前輩一樣虛心學習生命智力進化論、認真思考生命智力在生物進化過程中如何發揮作用的當代生物學家，在不久的將來也會有一系列重大的科學發現，例如發現「智因」（正在設計製造過程中的新基因）、「膜因」（細胞膜上的工作單元）、「智膜因」（正在設計製造過程中的新膜因）、「虛擬蛋白」和「逆中心法則」等眾多構建生命奧秘的新結構，無疑這將使人類對生命的認識提高到一個全新的層次，開創一個全新的時代。有關內容可參閱學術專著《生命智力簡史》，以及《破解千古難題：先有雞還是先有蛋》《生物智能導論》等書稿。

　　三、簡評老三論、新三論對生物學發展的貢獻

　　客觀地說，物理學家（包括化學家、數學家等）對生物學的貢獻乃是有目共睹的，而生物學家對其他學科的貢獻同樣是有目共睹的。事實上，20世紀40年代先後創立並獲得迅猛發展的系統論、控制論和資訊理論（簡稱老三論或SCI論），20世紀70年代陸續確立並迅速進展的耗散結構論、協同論、突變論（簡稱新三論或DSC論），它們都對生物學的發展產生了積極的作用。事實表明，把老三論、新三論應用到生物學，有助於生命智力學的創建。這是因為，系統論、控制論、資訊理論和耗散結構論、協同論、突變論，都可以用「生命智力的行為」予以整體的歸納、概括和提煉、提高。

　　系統論的創始人美籍奧地利生物學家貝塔朗菲指出：要把事物當作一個整體或系統來研究，並儘可能用數學模型去描述和確定系統的結構和行為。這裡所說的系統，是指由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的、具有特定功能的有機整體，而每一種系統本身往往又是它所從屬的一個更大系統的組成部分。進一步說，系統具有動態性、等級性、整體與部分相互制約性和依存性、有序性、目的性，這是因為複雜事物功能通常都要遠大於該組成因果鏈中各環節的簡單總和。因此一切生命都處於積極運動的狀態，有機體作為一個系統能夠保持動態穩定是系統向環境充分開放並獲得物質、信息、能量交換的結果。毋庸置疑生命智力就是以系統的形式來實施其生命功能的，而「實施其生命功能」正是該系統的目的性。

　　控制論是研究系統的狀態、功能、行為方式及變動趨勢，控制系統的穩定，揭示不同系統的共同的控制規律，使系統按預定目標運行的技術科學。參閱《維納著作選》（上海譯文出版社1978年），其中收入控制論創始人美國學者諾伯特-維納的兩部著作《人當作人來使用》《上帝和高蘭合股公司》。毋庸置疑生命智力在實施其生命功能的過程中，離不開對生命智力自身及其載體的有效控制。

　　資訊理論是由美國數學家香農創立的，它是用概率論和數理統計方法，從量的方面來研究系統的信息如何獲取、加工、處理、傳輸和控制的一門科學。「信息」通常指消息中所包含的新內容與新知識，有助於減少和消除人們對於事物認識的不確定性；據此可知信息乃是一切系統保持其結構、實現其功能的基礎條件之一，這是因為系統正是通過獲取、傳遞、加工與處理信息而實現其有目的的運動的。事實上，在生命智力學裡，生命與非生命的分水嶺就在於生命擁有生命智力，而生命智力的定義就是能夠使用間接信息（相當於引力、電磁力等直接作用信息而言）達成期望效應，例如使用基因編碼合成蛋白質，再由蛋白質實施具體的生命功能。

　　耗散結構論創建於1969年，創始人比利時學者伊-普里戈金和法國學者伊-斯唐熱合著有《從混沌到有序》一書（上海譯文出版社1987年），該理論把宏觀系統區分為三種類型：其一是與外界既無能量交換又無物質交換的孤立系統，孤立系統永遠不可能自發地形成有序狀態，其發展的趨勢是「平衡無序態」。筆者願意指出的是，宇宙並不存在真正的「孤立系統」，因為任何物質都在通過電磁力或引力（實際上乃是電磁力的一種效應）與其他物質發生這樣那樣的關係。其二是與外界有能量交換但無物質交換的封閉系統，封閉系統在溫度充分低時可以形成「穩定有序的平衡結構」。其三是與外界既有能量交換又有物質交換的開放系統。開放系統在遠離平衡態並存在負熵流時，可能形成「穩定有序的耗散結構」，它是在遠離平衡區的、非線性的、開放系統中所產生的一種穩定的自組織結構；由於存在非線性的正反饋相互作用，因而能夠使系統的各要素之間產生協調動作和相干效應，使系統從雜亂無章變為井然有序。生物機體就是一種遠離平衡態的有序結構，它只有不斷地進行新陳代謝才能生存和發展下去，屬於典型的耗散結構。

　　值得注意的是，耗散結構論認為，耗散結構的有序化過程往往需要以環境更大的無序化為代價，因此從整體上講，由耗散結構本身與周圍環境所組成的更大範圍的物質系統，仍然是不斷朝無序化的方向發展，同樣服從熱力第二定律，都是宇宙演化序列中的一個環節。對此，我想指出兩點：其一、所謂「有序化過程往往需要以環境更大的無序化為代價」的說法，實際上來源於1943年薛定諤的講演《生命是什麼》（上海人民出版社1973年第78頁）所說的「有機體就是賴負熵為生的。或者，更確切的說，新陳代謝中的本質的東西，乃是使有機體成功地消除了當它自身活著的時候不得不產生的全部的熵。」其二、我不能同意「有序化過程往往需要以環境更大的無序化為代價」這種說法，這是因為生命活動並不一定意味著讓環境付出更大的無序化代價，例如陽光直接照射在石頭上變成的熱，與陽光被植物光合作用吸收後經歷生命活動過程後釋放的熱是一樣的，因此地球上的生命並沒有增加太陽系的無序化。進一步說，無序不是守恆的，有序也不是守恆的；無序可以生成無序，無序也可以生成有序，即老子《道德經》所說的「無中生有」；有序可以生成有序（薛定諤一認識這一點），有序也可以生成無序，即老子《道德經》所說的「有化為無」。

　　突變論最初由荷蘭植物學家和遺傳學家德弗里斯（1848～1935）提出，他根據進行多年的月見草實驗結果，於1901年提出生物進化起因於驟變的「突變論」（其前身是災變論）。20世紀60年代末法國數學家R.托姆為了解釋胚胎學中的成胚過程而重新定義和提出突變論。托姆1972年發表專著《結構穩定與形態發生》，系統地闡述了突變論。20世紀70年代以來，E.C.塞曼等人提出著名的突變機構，進一步發展了突變論，並把它應用到物理學、生物學、生態學、醫學、經濟學和社會學等各個方面，產生了很大影響。突變論是通過對事物結構穩定性的研究，來揭示事物發生質變的規律。一個普通系統的質變，除了漸變之外，通過突變方式也能實現質變。突變理論認為，不是所有的自然、社會、思維狀態都可以被控制者隨意控制的，而是只有那些在控制因素尚未到達臨界值之前的狀態是可控的，如果控制因素一旦達到某一臨界值，則控制為隨機的，甚至會變成無法控制的突變過程。

　　筆者願意指出的是，生物進化不僅存在著漸變現象，也存在著突變現象，而且複雜結構的進化，諸如新基因的出現、新細胞的出現、新器官的出現、新物種的出現，往往都要經歷突變過程。這是因為，生命複雜結構的出現，離不開協同進化過程，只有當生命複雜結構完成之後，才能夠實現相應的新功能，因此新結構及其新功能的出現必然呈現出突變性。事實上，我們之所以見不到半成品的器官，乃是因為半成品的器官對生命體是極其有害的。根據生命智力學暨智因進化論，生物進化既有顯性進化方式（對應著漸變式進化過程），也有隱性進化方式（對應著突變式進化過程）。例如，心血管系統的形成，需要同時出現泵（原始心臟）、管道（血管）、能夠攜帶氧分子的載體（血紅蛋白）等等一系列新結構，這些新結構各自是由相應的新基因及其編碼合成的新蛋白設計製造出來的，而設計製造新基因、新蛋白的過程就是隱性的。

　　協同論是聯邦德國著名理論物理學家赫爾曼-哈肯在1973年創立的，重點研究遠離平衡態的開放系統在與外界有物質或能量交換的情況下，如何通過其內部協同作用，自發地出現時間、空間和功能上的有序結構。協同論以系統論、資訊理論、控制論、突變論、耗散結構等為基礎，採用統計學和動力學相結合的方法，通過對不同的領域的分析，提出了多維相空間理論，建立了一整套的數學模型和處理方案，在微觀到宏觀的過渡上，描述了各種系統和現象中從無序到有序轉變的共同規律。 自然界是由許多小系統組織起來的統一體（大系統），在每一個大系統中的眾多小系統彼此之間既相互作用，又相互制約；它們的平衡結構，以及由舊的結構轉變為新的結構，往往有一定的規律，協同論就是研究該規律的學科。協同論的重要貢獻在於論證了各種自然系統和社會系統從無序到有序的演化，都是組成系統的各元素之間相互影響、協調一致的結果。協同論有助於為一個學科的成果推廣到另一個學科提供理論依據，也為人們從已知領域進入未知領域提供了有效認知手段。

　　顯然，達爾文及其追隨者關於生物進化是隨機過程的說法，與協同論是格格不入的。對比之下，從協同論到生命智力學暨智因進化論（亦稱生命智能學、生物智力學、生物智能學，或生命智力進化論、生命智能進化論、生物智力進化論、生物智能進化論），僅有一步之遙（未能認識到相互作用、相互制約的系統之間形成了實施主體亦即生命智力）。根據生命智力學，生命與非生命的分水嶺在於生命擁有生命智力系統，不同的生命擁有不同形式、不同層次的生命智力系統。地球上的生命具有多種形式、多種層次的生命智力或生命智力系統，它們主要有細胞核（包括RNA、DNA、染色體）生命智力系統、細胞膜（包括內外附著物、衍生物）生命智力系統、單細胞生命智力系統、細胞膜網路生命智力系統、神經元細胞生命智力系統、大腦思維細胞生命智力系統，以及生命智力巨系統等等。其中，DNA生命智力系統（亦可稱為染色體生命智力系統、細胞核生命智力系統）主要由基因和智因組成，智因即正在形成過程中的新基因。細胞膜生命智力系統主要由膜因和智膜因組成，智膜因即正在形成過程中的膜因。生命智力系統使用的主要工具是基因開關和膜因開關，所有的生命智力系統都是運行在相應的生命體物質結構載體之上的；「我」就是生命智力系統的自覺，「靈魂」屬於高級層次的生命智力。

（此文 轉自草根網 2014-02-11）