基因机器

动物和植物经过进化都发展成为多细胞体,每一个细胞都获得全套基因的完整拷贝。这个进化过程始于何时,为什么会发生,整个过程经过几个独立的阶段才得以完成,这一切我们都无从知道。有人以“群体”(colony)来比喻动植物的躯体,把它们说成是细胞的“群体”。我却宁愿把躯体视为基因的群体,把细胞视为便于基因的化学工业进行活动的工作单位。

尽管我们可以把躯体称为基因的群体,但就其行为而言,各种躯体确实取得了它自己的独特个性。一只动物是作为一个内部协调的整体,即一个单位来进行活动的。我在主观意识上觉得自己是一个单位而不是一个群体。这是意料中的事情。选择的过程有利于那些能同其他基因合作的基因。为争夺稀有资源,为吞食其他生存机器并避免让对方吃掉,生存机器投身于激烈无情的竞争和斗争中去。

为了进行这一切竞争和斗争,在共有的躯体内存在一个中央协调的系统必然比无政府状态有利得多。时至今日,发生于基因之间的交错的共同进化过程已经发展到这一地步,以个体生存机器所表现的集群性(communal nature)实质上已不可辨认。事实上,很多生物学家都不承认存在这种集群性,因此也不同意我的观点。

生存机器使用的定时装置和电子计算机有更多的相同之处,尽管严格说来,两者的基本操作方式是不同的。生物计算机的基本单位是神经细胞或所谓神经元。就其内部的工作情况看来,是完全不同于晶体管的。神经元用以在彼此之间通讯的密码确实有点像计算机的脉冲码,但神经元作为一个数据处理单位比晶体管复杂得多。一个神经元可以通过数以万计的接线与其他单位联系,而不仅仅是3个。神经元工作起来比晶体管慢些,但就微型化而言,晶体管却大为色。因此,过去20年来微型化是主宰电子工业的一种倾向。关于这一点,下面这个事实很能说明问题:在我们的脑袋里大约有100亿个神经元,而在一个脑壳中最多也只能塞进几百个晶体管。

植物不需要神经元,因为它们不必移动就能生活下去。但大多数的动物类群都有神经元。在动物的进化过程中,它们可能老早就“发现”了神经元,后来被所有的种群继承了下来;也有可能是分几次重新发现的。

从根本上说,神经元不过是一种细胞。和其他细胞一样,有细胞核和染色体。但它的细胞壁却形成拉长了的、薄的线状突出部分。通常一个神经元有一条特别长的“线”,我们称之为轴突。一个轴突的宽度狭小到只有在显微镜下才能辨认,但其长度可能长达好几英尺,有些轴突甚至和长颈鹿的颈部一样长。轴突通常由多股集束在一起,构成我们称之为神经的多心导线。这些轴突从躯体的一部分通向其他部分,像电话干线一样传递消息。其他种类的神经元具有短的轴突,它们只出现于我们称之为神经节的密集神经组织中。如果是很大的神经元,它们也存在于大脑里。就功能而言们可以认为大脑和计算机是相似的,因为这两种类型的机器在分析了复杂模式的输入信号并参考了存贮的数据之后,都能发出复杂模式的输出信号。

从前某个时候,感觉器官可能在某种程度上直接与肌肉联系,实际上,今日的海葵还未完全脱离这种状态,因为对它们的生活方式来说,这样的联系是有效的。

但为了在各种外界事件发生的时间与肌肉收缩的时间之间建立起更复杂的间接联系,就需要有大脑的某种功能作为媒介物。在进化过程中,一个显著的进展是记忆力的“发明”。借助这种记忆力,肌肉收缩的定时不仅受不久以前而且也受很久以前的种种事件的影响。记忆装置,或贮存器,也是数字计算机的主要部件。计算机的记忆装置比我们的记忆力更为可靠,但它们的容量较小,而且在信息检索的技巧方面远逊于我们的记忆力。

生存机器的行为有一个最突出的特征,这就是明显的目的性。在这里我指的不仅是生存机器似乎能够深思熟虑去帮助动物的基因生存下去,尽管事实的确是这样,我指的是生存机器的行为和人类的有目的的行为更为类似这一事实。我们看到动物在“寻找”食物、配偶或迷途的孩子时,总是情不自禁地认为这些动物在那时的感受和我们自己在寻找时所体验到的某些感受一样。这些感受可能包括对某个对的“欲望”,对这个向往的对象形成的“心象”以及存在于心中的“目的”。我们每一个人出于自身的体验都了解到这一事实:现代生存机器之中至少有一种已经通过进化的历程,使这个目的性逐渐取得我们称之为“意识”的特性。我不通晓哲理,因此无法深入探讨这个事实的含义。但就目前我们所讨论的课题而言,幸而这是无关紧要的。因为我们把机器的运转说成好像由某种目的性所驱使,而不论其是否真的具有意识,这样来得方便些。这些机器基本上是非常简单的,而且无意识地追踪目标状态的原理在工程科学中经常应用。瓦特离心调速器便是其中一个典型的例子。

它所牵涉到的基本原理就是我们称之为负反馈的原理,而负反馈又有多种多样的形式。一般来说,它是这样发挥作用的:这种运转起来好像带有自觉目的的“目的机器”配有某种度量装置,它能测量出事物的现存状态和“要求达到的”状态之间的差距。机器的这种结构方式使它能在差距越大时运转得越快。这样,机器能够自动地减少差距——称之为负反馈的道理就在于此——在“要求达到的”状态实现时,机器能自动停止运转。

在机器下棋领域,程序员的作用事实上和一个指点他儿子怎样下棋的父亲差不多。他把主要的走法提纲挚领地告诉计算机,而不是把适用于每一种开局的各种走法都告诉它。他不是用我们日常使用的语言逐字地说,“象走田”,而是用数学的语言这样说,“象的新坐标来自老坐标,程序是在老坐标X以及老坐标Y上加上同一个常数,但其符号不必相同。”实际上使用的语言当然更简洁些。接着他可以再把一些“忠告”编程序内,使用的是同样的数学或逻辑语言,其大意如果用我们日常的语言来表达,不外乎“不要把你的王暴露在敌前”,或一些实用的诀窍,如一马“两用”,同时进攻对方两子。这些具体的走法是耐人寻味的,但讲下去未免离题太远。重要的是,计算机在走了第一步棋之后,就需要独立操作,不能指望它的主人再作任何指点。程序员所能做的一切只是在事先竭尽所能把计算机部署好,并在具体知识的提供以及战略战术的提示两者之间取得适当的平衡。

基因也控制它们所属生存机器的行为,但不是像直接用手指牵动木偶那样,而是像计算机的程序员一样通过间接的途径。

在一些难以预见的环境中,基因如何预测未来是个难题,解决这个难题的一个办法是预先赋予生存机器以一种学习能力。为此,基因可以通过对其生存机器发出如下指示的形式来编制程序:“下面这些会带来好处:口中的甜味、情欲亢进、适中的温度、微笑的小孩等。而下面这些会带来不快:各种痛苦、恶心、空空的肚皮、哭叫的小孩等。如果你碰巧做了某件事情之后便出现了不愉快的情况,切勿再做这种事情;在另一方面,重复做为你带来好处的任何事情。”这样编制的程序有一个好处,就是可以大大削减必须纳入原来程序的那些详尽的规则,同时可以应付事先未能预见到其细节的环境变化。在另一方面,仍然有必要作某些预测。在我们列举的例子中,基因估计吃糖和交配可能对基因的生存有利,在这一意义上,口中的甜味以及情欲亢进是“有益的”。但根据这个例子,它们不能预见到糖精和自慰也可能为它们带来满足。它们也不能预见到,在我们这个糖多得有点反常的环境里,糖吃得过多的危险性。

预测未来的一个最有趣的方法是模拟。一位将军如果想知道某一项军事计划是否比其他可供选择的计划来得优越,他就面临作出预测的问题

如果模拟是这样一个好办法,我们可以设想生存机器本该是首先发现这个办法的,早在地球上出现人类以前,生存机器毕竟已经发明了人类工程学的许多其他方面的技术:聚焦透镜和抛物面反射镜、声波的频谱分析、伺服控制系统、声纳、输入信息的缓冲存储器以及其他不胜枚举的东西,它们都有长长的名字,其具体细节这里不必赘述。模拟到底是怎么一回事呢?我说,如果你自己要作出一个困难的决定,而这个决定牵涉到一些将来的未知量也会进行某种形式的模拟。你设想在你采取各种可供选择的步骤之后将会出现的情况。你在大脑里建立一个模型,这个模型并不是世上万物的缩影,它仅仅反映出依你看来是有关的范围有限的一组实体。你可以在心目中看到这些事物的生动形象,或者看到并操纵它们已经概念化了的形象。无论怎样,不会在你的大脑里出现一个实际上占据空间的、反映你设想的事物的模型。但和计算机一样,你的大脑怎样表现这个模型的细节并不太重要,重要的是你的大脑可以利用这个模型来预测可能发生的事物。那些能够模拟未来事物的生存机器,比只会在实际的试验和误差的基础上积累经验的生存机器要棋高一筹。问题是实际的试验既费时又费精力,明显的误差常常带来致命的后果。模拟则既安全又迅速。

模拟能力的演化似乎终于导致了主观意识的产生。其所以如此,在我看来,是当代生物学所面临的最不可思议的奥秘。没有理由认为电子计算机在模拟时是具有意识的,尽管我们必须承认,有朝一日它们可能具有意识。意识之产生也许是由于大脑对世界事物的模拟已达到如此完美无缺的程度,以致把它自己的模型也包括在内。显然,一个生存机器的肢体必然是构成它所模拟的世界的一个重要部分;可以假定,出于同样的理由,模拟本身也可以视为是被模拟的世界的一个组成部分。事实上,“自我意识”可能是另外一种说法,但我总觉得这种说法用以解释意识的演化是不能十分令人满意的,部分原因是它牵涉到一个无穷尽的复归问题——如果一个模型可以有一个模型,那么为什么一个模型的模型不可以有一个模型呢……不管意识引起了哪些哲学问题,就本书的论题而言,我们可以把意识视为一个进化趋向的终点,也就是说,生存机器最终从主宰它们的主人即基因那里解放出来,变成有执行能力的决策者。大脑不仅负责管理生存机器的日常事务,它也获得了预测未来并作出相应安排的能力。它甚至有能力拒不服从基因的命令,例如拒绝生育它们的生育能力所容许的全部后代。但就这一点而言,人类的情况是非常特殊的,我们在下面将谈到这个问题。

基因通过支配生存机器和它们神经系统的建造方式对行为施加其根本影响。但此后怎么办,则由神经系统随时作出决定。基因是主要的策略制定者,大脑则是执行者。但随着大脑的日趋高度发达,它实际上接管了越来越多的决策机能,而在这样做的过程中运用诸如学习和模拟的技巧。这个趋势在逻辑上的必然结果将会是,基因给予生存机器一个全面的策略性指示:请采取任何你认为是最适当的行动以保证我们的存在。但迄今为止还没有一个物种达到了这样的水平。

以下是一个关于利他行为的继承性的例子:

蜜蜂有一种叫腐臭病(foul brood)的传染病。这种传染病会侵袭巢室内的幼虫。养蜂人驯养的品种中有些品种比其他品种更易于感染这种病,而且至少在某些情况下各品系之间的差异证明是由于它们行为上的不同。有些俗称卫生品系的蜜蜂能够找到受感染的幼虫,[*]把它们从巢室里拉出来并丢出蜂房,从而迅速地扑灭流行病。那些易感染的品系之所以易于染病,正是因为它们没有这种杀害病婴的卫生习惯。实际上这种卫生行为是相当复杂的。工蜂必须找到每一患病幼虫所居住的巢室,把上面的蜡盖揭开,拉出幼虫,把它拖出蜂房门,并弃之于垃圾堆上。

由于各种理由,用蜜蜂做遗传学实验可以说是一件相当复杂的事情。工蜂自己一般不繁殖,因此你必须以一个品系的蜂后和另外一个品系的雄蜂杂交,然后观察养育出来的子代工蜂的行为。罗森比勒(W.C.Rothenbunler)所做的实验就是这样进行的。他发现第一代子代杂交种的所有蜂群都是不卫生的:它们亲的卫生行为似乎已经消失,尽管事实上卫生的基因仍然存在,但这些基因已变成隐性基因了,像人类遗传蓝眼睛的基因一样。罗森比勒后来以第一代的杂交种和纯粹的卫生品系进行“回交”(当然也是用蜂后和雄蜂),这一次他得到了绝妙的结果。子代蜂群分成三类:第一类表现出彻底的卫生行为,第二类完全没有卫生行为,而第三类则是折中的。第三类蜜蜂能够找到染病的幼虫,揭开它们的蜡蜂巢的盖子,但只到此为止,它们并不扔掉幼虫。据罗森比勒的猜测,可能存在两种基因,一种是进行揭盖的,另一种是扔幼虫的。正常的卫生品系两者兼备,而易受感染的品系则具有这两种基因的等位基因——它们的竞争对手。那些在卫生行为方面表现为折中的杂交种,大概仅仅具有揭盖的基因(其数量是原来的两倍)而不具有扔幼虫的基因。罗森比勒推断,他在实验中所培育出来的,显然完全是不卫生的蜂群里可能隐藏着一个具有扔幼虫的基因的亚群,只是由于缺乏揭盖子基因而无能为力罢了。他以非常巧妙的方式证实了他的推断:他自己动手把蜂巢的盖子揭开。果然,蜡盖揭开之后,那些看起来是不卫生的蜜蜂中有一半马上表现出完全正常的把幼虫扔掉的行为。

它表明,即使我们对把基因和行为连接起来的各种胚胎因素中的化学连接一无所知,我们照样可以恰如其分地说“操纵某种行为的基因”。

其次,这段描述也说明了一个事实,就是基因在对它们共有的生存机器施加影响时是“合作的”。扔幼虫的基因如果没有揭盖基因的配合是无能为力的,反之亦然。不过遗传学的实验同样清楚地表明,在贯穿世世代代的旅程中,这两种基因基本上是相互独立的。就它们的有益工作而言,你尽可以把它们视为一个单一的合作单位;但作为复制基因,它们是两个自由的、独立的行为者。

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