發育、成長、衰老、死亡的過程是一個複雜系統演化的過程,是多基因協同調控的產物。研究單個基因或單個蛋白質的功能,並不能闡明活細胞的工作機制,只有整體考慮,才能勉強窺得一絲奧秘。
既然是複雜系統,肯定就具備相關的特徵,比如非線性、混沌、和湧現。
非線性和混沌你們肯定聽說過,類似於蝴蝶效應,初始條件的微小變化可導致戲劇性的不同結果,導致很難分析和模擬。
至於湧現,是指許多小實體互動作用後產生了大實體,而這個大實體展現了組成它的小實體所不具有的特性。根據‘白煙囪’理論,生命現象就是化學過程的一個湧現。
單個原子可以組成多肽等分子,又可以疊成蛋白質,又可以形成更復雜的結構。這些蛋白質從其空間構象中產生功能,並與其他分子互動,實現更高階的生物功能,並最終創造出有機體。細胞訊號通路中級聯反應也具備湧現的特徵。
基因突變打破了系統的自適應,讓它被動發生重整,以建立新的自適應關係。在新秩序尚未建立之時,系統處於混亂狀態。所以人會胡亂生病,病得各不相同。”
“嗯。。。有道理。”盧赫連連點頭。
易天霖若有所思地托腮,很快嘆出一口氣,“我不覺得你們把這問題解決了,因為這很難。”
“你對我們太沒信心了吧?”盧赫不滿道。
“這不是信心不信心的問題,複雜自適應系統的研究還很不成熟,目前還處於概念框架和計算機模擬的階段,也缺乏系統嚴格的理論基礎。
就拿湧現舉個例子,你們知道元胞自動機吧。由馮·諾依曼創始,經數學家約翰·何頓·康威、物理學家斯蒂芬·沃爾夫勒姆完善和發展,一種時間、空間、狀態都離散,空間相互作用和時間因果關係為區域性的網格動力學模型。
其中康威生命遊戲 conway's Game of Life,是數學家約翰·何頓·康威 John horton conway在1970年發明的最直觀和簡單的元胞自動機。
在一個鋪滿方格的世界中,每個格子代表一個細胞。這個細胞的生死,取決於周圍8個細胞。
遊戲有4條規則:
1細胞害怕孤獨:當週圍活細胞數低於2,則該細胞死亡;
2細胞害怕擁擠:當週圍活細胞數超過3,則該細胞死亡;
3細胞享受平靜:當週圍有2或3個活細胞時,該細胞保持原樣;
4細胞可以繁殖:當死細胞周圍有3個活細胞時,該細胞便成存活。
可以把最初的細胞結構定義為種子,當所有在種子中的細胞同時被以上規則處理後,可以得到第一代細胞圖。按規則繼續處理當前的細胞圖,可以得到下一代的細胞圖,週而復始。
你調節格子的數量和格子運動的時間步長,定義自己的種子之後,就可以得到屬於自己的細胞圖。”
“比如這個,高斯帕滑翔機槍。”易天霖調出一幅動圖,在其上有黑色方格不斷運動。每14個時間步就被甩出的滑翔機們,宛若一個個小人,左右搖晃著走出螢幕。不斷重複的畫面讓人眼暈。
“簡簡單單四條規則,便可以造出一個持續繁殖的細胞圖。”易天霖補充道。
盧赫聽後連連咂舌。最單一的個體,最簡單的規則,誕生出了最複雜的系統,這確實很有意思。
“可是,這和你不看好我們有什麼關係?”他問。
“因為如果你們想要解決人生病的問題,就要從表觀倒推基因,相當於是從複雜系統的表現倒推出系統的規則。”
易天霖說完又把“高斯帕滑翔機槍”舉到盧赫眼前,“如果我不事先給你介紹這個遊戲,你能輕易