《深奥的简洁》6.生命的真相

那从这儿我们把前面这个基础打牢了以后,我们知道了混沌,知道了分形,知道了幂次分布,那接下来我们就要进入到这本书我认为最有价值的地方:生命的起源。就是我们说,人为什么有256种不同的细胞,而且这细胞每一个都知道自己该干什么?这要从一个混沌的实验开始讲起。

深奥的简洁读书笔记

假如你们家的地上堆了上万颗扣子,然后你坐在中间没事干,给你很多线,你拿这个线随便把两个扣子连在一块儿,丢开,连在一块儿,丢开。然后你的手伸下去是随便捞的,有时候你会捞起一个两个连在一起的,没关系,再拿一个过来连着,再丢开。然后就不断地做不断地做,做这么一个很无聊的行为。

那结果是什么呢?就肯定会出现一大堆一大堆的扣子,因为随着你不断地拿不断地拿,这个扣子就会集中,这个集中的规律是怎么来的呢?就是那个丛聚的群组,丛聚的那一大堆扣子是怎么样发生的呢?最大的丛聚开始时随着连接的增加,以类似线性的方式缓慢增长。因为大多数纽扣都只有少数连接,都连了一个两个,每次新加入的连接,会给已经是最大的丛聚带入新纽扣的机会不大。也就是说虽然你这有一个五个扣子的。但是周围全是一个扣子。所以每次增加的都是一个都是一个,这个机会不大。

但是当连接数的数目,接近并超过纽扣数量的一半的时候,就是你这个上面有5000颗扣子了,超过一半了。最大的一个丛聚的大小,会因为连接线的加入而急速增长,成指数形态增长,为什么呢?因为你这时候随手拿过来的都是一块儿一块儿的,都是大的丛聚。所以新加入的连接很可能将现存的一个小丛聚,和现存的最大一个丛聚连在一起,很快地单一的超大型丛聚将形成。网络中大多数的纽扣属于同一族群,随后增长速率又开始回落,因为新加入的连接通常只会将属于同一组群的纽扣连在一起,偶尔才会将超大丛聚之外的少数族群加进来,虽然新加入的连接不再带来巨大改变,但毫无疑问这是一个复杂系统。当连接数超过节点数一半时,系统会从一个无趣的状态,也就是线性的慢慢增长的状态,进入另一个具有更多结构的稳定状态,这个就叫作相变。

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就是水在过了零度以后,啪,相变变成冰了,就是这个图上我们能够看到,说在一开始线性增长时候很慢。但是过了这个相变点以后,它开始高速地增加,增加以后又过了一个点,又维持新的这个相不变了。这就是通过纽扣实验,我们来模拟把一大堆的这些细胞放在一起以后会产生的这个效果。把这个原理先算明白,算明白以后接下来我们看看,怎么形成生命出来的呢?

一般认为人类DNA中大约有10万个基因,它们构成了人类的基因组,而人类基因序列计划显示它被高估了,大约只要1/3数量的基因就足以界定人类的特质。基因存在于人体中的每个细胞,但并非同时都在运作,不同细胞具有不同功能,例如肝脏细胞知道它的功能,和肌肉细胞大不相同。细胞在胚胎发展时期,分化为不同功能的细胞种类,了解这个过程以及细胞如何执行不同任务,是生物学中最大的挑战。

细胞运作的网络,可以将每个基因当成一个节点,而其间的关联就像串联纽扣的线,你可以把一个基因当作是一个纽扣,连起来那个过程就是线。涉及的基因数介于3万到10万个之间,即使用最先进的计算机,也无法描述这个网络的行为。如果每个节点的对外连接数超过两个,混沌将控制全局。系统有许多吸引子,它们的状态数目非常大而且很敏感,一项微小的改变将使系统偏向另一个吸引子,这与典型的蝴蝶效应类似。唯一能产生多样有趣变化,同时又稳定得足以被观察的系统,是那些每个节点恰好具有两个连接的系统。有趣的事在混沌边缘发生了,回馈机制是使系统有趣的基本要素。

在这些系统中,每个状态循环的长度等于节点数的平方根——就这句话,前面没听懂都不要紧,这句话要听懂——在每个状态循环的长度,等于节点数的平方根,即使具有10万个节点的系统,典型的状态循环也只有317个步骤这么长,10万的平方根大概317。更棒的是这些状态循环是强力吸引子,如果系统从任何随机状态出发,它将很快地移向一个吸引子并逐渐稳定下来,并且不会被微小干扰影响。

吸引子还记得吧?就是那个稳定状态,熵值最大能量最低的稳定状态,不同吸引子数大约等于节点数的平方根。如果有10万个节点,那么就存在317个不同的吸引子,3万个节点则有173个不同的吸引子,人类基因体中大约有3万到10万个基因,而体内有256种不同的细胞,是否有可能每一种类的细胞,对应人类基因体内的,某一特殊状态的循环,并且基因在其中被开启和关闭呢?

这就是我们体内那么多种不同细胞来源的一个可能性,我至今都说它是个可能性,原因是还在研究当中,但这一数字的确是太接近了。所以如果我们理解清楚了吸引子的这个定义,就是当这些细胞在那儿大量地组合,你可以想象那些纽扣在被一个看不见的手混乱组合的这个过程当中,最终停下来的是10万的幂次根。就是我们体内可能有几万个这样的基因在起作用,这几万个基因的吸引子一开方,正好是256。

这就是我们体内最神秘的深奥的简洁,当然还需要更多的证据,目前还在研究。但是我们能够找到这样的类似,能够找到这样的可能性,我觉得就足以让我们惊叹。那接下去这本书就从我们生命然后再上升到物种的高度,就是我们生态链上的每一个物种,在不断地进化,然后有红后效应。就是你如果不进化的话,那后边的就把你吃了,所以你也得跟着共同进化。

但是假如每一个生物都和很多个生物发生关系的话,那就直接进入混沌状态了,这个世界就没有规律可循,没法去预测。但是假如它和别人都不发生联系,又不会形成相应的这个演化的机制。所以每一个物种大概和几个相应的物种发生联系,然后进行共同的进化等等。这是后面的这个内容。

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