撰文 | 尹濤

對于20世紀80年代的小姐姐和小哥哥來說，收音機堪比今天的手機、平闆、筆記本電腦。

沒有收音機？你可能娶不到媳婦兒。

那麼問題來了，如果你家收音機壞了，找誰修？怎麼修？需要幾個步驟？

物理學家vs生物學家修收音機

如果你找到迷人的理查德·費曼先生，他隻需要繞着它轉兩圈就能修好收音機。

在《理查德·費曼傳》和《别鬧了，費曼先生！》中，都提到了物理學家理查德·費曼小時候修收音機的故事。

10多歲的費曼癡迷于收音機，甚至做起了修收音機的小生意。但與一般人不太一樣的是，他隻要邊踱步邊思考就好了。

有一次，他先是盯着壞了的收音機看了看，然後便在屋子裡走來走去。人們懷疑他根本修不好收音機。

費曼在屋裡散了會兒步之後，從收音機裡拽出了兩根管子，将它們的位置互換又插了回去。結果收音機就這麼被輕輕松松地修好了。于是，收音機的主人驚呆了。

理查德·費曼

那麼，要是找一名生物學家來修收音機，他能完成這項任務嗎？

你可能會遺憾地發現不行。

俄羅斯生物學家尤裡·拉澤布尼克寫過一篇著名的幽默論文，題為《生物學家能修理收音機嗎？》。

這是一篇拿自己開涮的文章，拉澤布尼克假設自己妻子的老式晶體管收音機壞了，需要他修理。

好吧，對于一位典型的生物學家來說，修理收音機可不是件小事。

第一步：收集大量類似的收音機，仔細檢查每一台，留意它們之間的差别，并根據顔色、形狀、大小等對元件進行分類。

第二步：試着移除一兩個元件，或者讓它們交換位置，看看會發生什麼。這是為了确定哪些元件是關鍵性的，因為移除關鍵元件會導緻收音機完全停止工作，而缺少不那麼重要的元件隻會影響音質而已。

到這裡，一項龐大的研究才剛剛開始。

一台晶體管收音機可是有很多元件的，它涉及很多變量，因此生物學家需要更多的預算才能對收音機進行深入研究。

接下來，他可能還會使用功能強大的顯微鏡，深入到晶體管、電容器等元件的原子層面去尋找線索。

看到這裡，你會覺得很荒謬吧？

為什麼會出現這樣的結果呢？

這是因為物理學與生物學在研究問題的方法上有着根本性的不同。

生命是什麼？

在20世紀40年代，生物學的發展還遠遠落後于物理學。别提生命基本過程的細節了，人們甚至搞不清楚，為什麼生命看起來似乎能夠違背物理學的一個基本定律——熱力學第二定律。

如果你忘了這是什麼，可以簡單理解成“萬事萬物都有熵增大（變得混亂）的趨勢”，隻要回想一下不收拾的屋子會亂成什麼樣子就會明白了。

著名的物理學家薛定谔提出了一個問題：生命是什麼？

沒錯，就是那個把貓關在盒子裡，讓它既生又死的家夥。他懷疑，當時已有的物理學和化學可能沒法解決這個問題。

于是，天才的薛定谔先生預言了某種“非周期性晶體”的存在，認為它是生命的秘密。

你可能猜到了，他說的正是DNA。

接下來的幾十年裡，分子生物學領域出現爆發式發展。

科學家弄明白了DNA的雙螺旋結構，破解了遺傳密碼，還把達爾文的進化論和遺傳學整合起來。

說起DNA，恐怕今天已經沒有人不知道了。生物學家在做研究時也習慣了從分子層面去看待和解決問題，這也是修收音機對他們來說有難度的原因吧。

幸福來得這麼突然，還這麼成功，以至于大多數科學家覺得：生命那些令人驚訝的性質，似乎可以單靠原子和分子物理學來解釋了，不用再借助任何全新的理論。

這就是還原論的觀點。

可是，提出“生命是什麼”這個問題的薛定谔本人并不這麼樂觀，玻爾和海森堡這些量子力學的大佬也認為：我們需要新的物理學，才能徹底解決這個問題。

因為隻靠DNA為核心的分子生物學，并不能完全解釋生命為什麼有那麼大的“魔力”。

組成生命和非生命的原子都是一樣的，為什麼一團細胞和一塊石頭就那麼不一樣呢？這種尺度，或者說規模帶來的巨大差距說明：在微觀和宏觀之間，在沒有生命的無機物和生物體之間，有個至關重要的秘密還沒有揭開。

我們可能需要換個角度思考問題，比如，如果生命是台機器——當然是比收音機要複雜多的、極為精妙的高級智能機器，它的硬件自然是分子結構，那麼軟件是什麼？

是信息！

将生命與非生命區分開來的東西就是信息。

德國科學家貝恩德–奧拉夫·屈佩爾斯說：

“如果沒有信息，生物學就将失去意義。”

在組織尺度上，負責發送信号的分子會在相鄰細胞間傳遞信息，其他分子則随血液循環在器官間傳送信号。即便是單個細胞也能收集和處理周圍環境中的信息，做出相應的響應。

當然，生物體的最傑出的信息處理系統是大腦，它經常被人們比作數字計算機。

生物會繁殖，并通過繁殖将它們的信息傳遞給後代。

比如，我們會從父母或祖父母那裡遺傳某些具體的特征：紅頭發、藍眼睛、雀斑、長腿……這種信息被編碼在基因中，然後作為繁殖過程的一部分被複制。因此，生物繁殖的本質就是遺傳信息的複制。

除了個體生物之外，還有社會結構和生态系統。螞蟻和蜜蜂之類的社會性昆蟲通過傳遞信息來協調群體活動，比如覓食和選擇築巢地點等。鳥兒會聚集成群，魚兒也一樣，這些都說明信息交換是它們的協同行為的核心。

所以，著名理論物理學家、宇宙學家和天體生物學家保羅·戴維斯告訴我們：

生命=物質 信息

分子結構是生命的“硬件”，信息網絡是生命的“軟件”。

生物體中含有大量高效的微型機器，它們聰明地處理和控制着信息，戰勝了熱力學第二定律，從混沌中獲得秩序。而進化讓這張隐形的信息網絡不斷升級。

恭喜你，現在已經get了信息論的全新視角，踏在了物理學、生物學、計算機科學和數學等學科融合的跨界領域。

重新審視癌症基因

信息論能用來做什麼呢？

開發信息引擎、建造生物電路、研究量子計算機……基本上你能想到的所有前沿領域，它都能用上，比如，重新審視癌症基因。

在生物學領域，癌症是被研究得最多的課題，過去50年間有超過100萬篇相關論文發表。關于令人恐懼的癌症，有兩個普遍存在的迷思，你可能正陷在其中：

第一，癌症是一種“現代疾病”

第二，癌症主要危害人類

大錯特錯！癌症的起源要比現代人類早多了，而且它廣泛存在于幾乎所有多細胞生物中。

癌症是什麼？

其實它是一種有着古老起源的生物學現象，是多細胞生物在進化過程中付出的代價。

在單細胞的世界裡，隻有一種生存邏輯：複制，複制，還是複制。從這種意義上說，單細胞是永生的。

然而，多細胞生物的“永生”工作由專門的生殖細胞承擔，對于普通的體細胞來說，隻需要複制有限的次數就夠了，比如一個皮膚細胞通常複制50〜70次。

于是，多細胞生物體就和單個細胞簽訂了“契約”：單細胞放棄長期複制的能力，加入集體：作為交換，單個細胞的基因信息能得到更好的傳播。

當信息傳遞出現問題，這種契約被破壞的時候，單個細胞就會回到自私的原始生存狀态，完全不顧及周圍的其他細胞，隻追求自己的不斷複制。

這就是癌細胞的産生和傳播。

所以，癌症無新鮮事。這是一種極為古老和原始的細胞防禦機制，類似于電腦的安全模式。

它不是損傷的産物，而是對損傷性環境的響應。

有了這樣的認知，我們就能理解為什麼對抗癌症那麼困難了，因為癌症是多細胞生物生存邏輯的一部分，和它作戰注定是一場艱巨的鬥争。

也許未來的人工智能可以成為我們的數字醫生，通過觀察我們細胞中的信息模式，為我們進行診斷和預警——包括癌症風險的預警。

然後，我們可以努力調整到健康、平衡的信息模式，或許更換甚至再造部分有缺陷的細胞元件，就像修理收音機那樣治療疾病。

我們的數字醫生還可以通過重寫生命的軟件——信息代碼并上傳到細胞中，輕松地治好我們，就像程序員找到bug并打上補丁，然後按下重啟按鈕一樣，so easy！

《理查德·費曼傳》

[美] 勞倫斯·克勞斯 著

中信出版集團

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