第二章 信息，信息

“什么是这一连串事件的开端？这根缠成一团的线的终端就在那里。”

一根线将我们与我们最早的祖先——一些存在于原始地球但尚未有生命的有机物，连在了一起。毫无疑问，这是一根头绪不清的线。然而，这根线究竟是什么东西？在有机物演替过程中这种连接的性质又是什么？

所有有机物本身都有一个仓库，用来存储被称之为遗传信息的东西。遗 传信息是一组指令，用来规范和此种有机物具有共同表型的一类有机物的构 造和生存。我将把有机物的遗传信息库称作该有机物的图书馆。例如，人的 图书馆中的藏书由一组有关构造和功能指南的手册组成，这组手册相当于一个 100 万页的合订本。比较简单的有机物，例如细菌，其“图书馆”容纳的

信息量要小得多，例如说，只相当于 1000 来个书页。但即使如此，那也仍然是一本分量不轻的手册。

这种比喻意义上的书本中每一页都密密麻麻地印满了符号，这些符号总共只有四种。我们可以假设这些符号是 ABCD 四种字母，这些字母一行接一行、一页接一页印在书中。但是，这些字母的排列次序却看不出有多少道理。诚然，没有明显的次序则为一种符号序列可能在传递某种信息提供了可能性。有人推测某些“图书馆”，例如人的“图书馆”中的符号只要稍加编辑， 这种符号的排列方式也许就传递了某种信息。尽管这一点仍然只是一种猜想，但另一种看法却已无人提出疑问，即如果不是大部分至少也有许多字母排列方式确实包含了某种信息。这些信息中有许多已被破译。

一种肉眼可见的有机物好比一座大房子，里面分隔成许多小隔间，这些小隔间就叫做细胞。构成有机物的细胞通常种类繁多，其功能也各自不同。我们的身体由皮肤、骨头、血、神经等材料组成，这些材料每一种都是由一些各具特性的细胞所构成。

在这种多细胞有机物中，其“图书馆”又位于何处？

答案是无处不在。除了少数例外情况，在多细胞有机物中，每一个细胞都有一整套“图书馆”藏书。当这种有机物生长时，其细胞数目成倍增长。在这个过程中，有机物的中央“图书馆”中的全部藏书就不断地被新的细胞复制下来。

当一个细胞分裂成两个，而这两个新细胞将中央“图书馆”中的全部藏书予以复印时，这种藏书的确可在显微镜下看得比较清楚。就在细胞开始分裂前，一对一对的状似绳索的粗短线条式结构就会出现在显微镜中。这些两根一组的带子的一部似乎被夹在了一起。当细胞开始分裂时，这两根一组的带子也分成两根，分别走向分裂而成的两个新的细胞。这些带子每一根都是一本指令手册，“图书馆”中众多藏书中的一本。两根带于是同一本指令手册的复制品。很显然，这是一个进行相同分裂系统的全部内容。

人的“图书馆”中有 46 本这种状似带子的书籍。这种书籍叫做染色体。它们并非全属同一规格，其中一般规格的相当于两万页左右。

当然，染色体事实上并非那种由书页组成的书。把染色体比作一条纸带比把它比作一本书更为接近，这种纸带上密密麻麻地印着四种字母，这些字母排成了长长的一串。假如你能将人的染色体上的符号打印在一条纸带上， 这条纸带将长达 150 公里。无论你怎么看，这都是一卷长书。（设想一下，

假如在刮风天阅读这样一卷书将会是怎样的感受⋯⋯）

尽管染色体本身看起来也许是一种细长的东西，但它包含的信息带却仍要比它本身长很多很多。这种染色体中的信息带细得不能再细，它在染色体中卷了又卷，然而却一点也不乱，简直令人难以置信。这种很轻的信息带经常不断地受到周围分子的猛烈冲击，为抗住这种冲击，信息带必须排列整齐。

（对细胞中那些微小成分来说，这种冲击犹如阵阵狂风。）

人是一个庞然大物。我们身体中的细胞有好几万亿个。我们的“图书馆” 中的藏书复印件也差不多等于这个数目。每一个包含如此众多信息的细胞都享有一定的自主权。在比较大的有机物的组织结构中，细胞处在一个特别重要的地位。它的地位就类似于一个社会中的成员在这个社会中所具有的地位一样。我们可以把一个多细胞有机物看作是一个结构严谨的细胞社会。这样的有机物究竟是如何生成而又如何运转？关于这一点，我们仅有一个模糊的概念。尽管如此，我们至少可以知道，那种必须在细胞之间传递以维持细胞间协作的信息在原则上来说有可能相当简单，简单得就像那种“查阅某页， 照指示行事”的信息指令一样。

非常荣幸，在我们考虑生命的起源这一问题时，有关细胞究竟怎样相互交流这一问题，我们大可不必去探究。然而，细胞的自主性质则是一个重要的概念。目前地球上的大部分有机物实际上都是单细胞有机物。这种有机物只有通过显微镜方可看到。那些我们倾向于看作是“地球上的生命”的东西则是一些用肉眼即可看到的有机物，这种有机物最初出现的时间离现在相对较近。就像前文曾指出的那样，单细胞有机物已在地球上生存了 28 亿年或更长时间，这一点可以得到有力的证明。然而，那种结构严谨的多细胞有机物的最初出现时间却要比单细胞有机物晚得多，似乎在七亿年以前才在地球上出现。

即使在单细胞有机物中，某些有机物的构造也要比另一些有机物复杂。最简单的独立生存的有机物就是细菌，我们对细菌知道得较多。人们想知道那些最早出现的有机物是不是可能和现在存在的细菌不一样，这是很自然的。因为我们毕竟知道进化的一般趋势是从简单向复杂发展。有鉴于此，对我们所知道的那些最简单的有机物做一次严格的审视不失为一种比较明智的态度。也许如此一来，我们就可以对我们理解中的那道鸿沟，即我们称之为“生命的起源问题”，做一个限定。

人们通常喜欢拿来讨论的一种生物叫做埃希氏大肠杆菌。这种细菌其实并非是最简单的，然而我们对它的了解却已相当多。美国生物学家沃森曾估计，这种细菌内发生的全部化学反应，我们大概已知其三分之一。这就相当多了。

大肠杆菌栖居在人的肠道之中，但如果能得到合适的营养物，它也能独立生存。只有某些细菌是寄生者。细菌正是在这方面区别于那些比它们更简单的“半有机物”，即病毒。病毒只能是寄生者，因此不可能会是生命的最初形态。

所谓“简单”只是相对而言。即使是病毒，它们也未必那么简单。至于大肠杆菌，无论以何种绝对标准判断，它都不简单，一点也不。

当然，根据我们的标准，大肠杆菌只是一种小生物。它只有千分之一毫米粗，五百分之一毫米长，自然算不上“庞然大物”。但如果从某一角度来看，它是庞大的。就其组成成分而言，它仍然是太庞大了。

大肠杆茵的“图书馆”大约相当于 1000 个书页，这说明了这种细菌构造的复杂性。假如我们把大肠杆菌的“图书馆”比作一卷印满了符号的纸带， 这种类比也许更为贴切。这卷纸带伸展开来大约有 10 公里长。

此时，假如要说我们明白了有机物怎样活动，这也并不意味着我们弄清楚了有机物的“图书馆”中的大量信息是怎样传递出去的具体细节。就连埃希氏大肠杆菌的“图书馆”中那本书，我们也仅仅阅读和理解了其中一部分， 更不用说我们人类的“图书馆”中所有那些书了。

是的。“图书馆”中的书读得越多，我们的理解才会越全面。目前，我们大体上了解机器为什么可以用我们所知道的有机物繁衍自身的方法复制自己。我们也知道这样的机器应该是一个什么样子。这证明了一个道理：即要造出这样的机器，无论用何种方法以及用何种材料，机器本身必须带有一个像信息带之类的东西。

请想一想：父母亲的一些特征为什么可以在子女身上重现？这种现象为什么会发生？这些特征为什么会一代一代不断地传下去，一直延续了千百万年？

比利继承了他父亲的眉毛。这句话的意思究竟是什么？比利的父亲对比利的形成所做的贡献是一个精子，但精子是没有眉毛的。因此，比利从他父亲那里继承的到底是什么东西？

这里需做两种区分。

首先，我们必须区分特征以及决定特征的东西。奥地利遗传学家孟德尔在 19 世纪 60 年代就曾认识到，对于人、猫或豌豆属植物，上一代必须传给下一代的不可能是实实在在的特征（例如人的身高和眉毛的形状，植物的花的颜色和其它特征等），而是一些实体，这些实体在有机物从最初的“种子” 状态开始成长时可以某种方式把这些特征遗传下去。这些实体就叫做基因。

第二个区分就是物的继承与信息的继承之分。比利并不是像他可能有一天从父亲那里继承金表那样继承他父亲的眉毛。他继承的是一种秘决，比方说比利家是生产糖果的，太妃糖是其主要产品，也许有朝一日比利会继承生产太妃糖的秘诀，继承眉毛也是同一个道理。在生物学上，上一代传给下一代的既有实实在在的物也有看不见摸不着的信息。信息的继承比物的继承要重要得多。只有信息才能一代一代传下去，延续亿万年之久。

物与信息的区别实际上就是古已有之的“物质”与“方法”的区别。信息也许必须体现在某种物质之中，但却不等同于物质。这样的信息就是方法。它可以反复不断地复制，并且大体上说可以无限放大。一个信息经过了反复不断地复制再复制后还可以保存下来，但这种信息的载体却无一能够存留。

可以被复制的方法具有非同寻常的持久性，它比物质在某种意义上说要稳定得多。我们称之为贝多芬第五交响曲的那种复杂的抽象艺术不是轻而易举就能毁去的。假如你从报纸上看到这样的标题，如“大火烧毁了贝多芬第五交响曲第三乐章”或“著名交响曲的开头几节失窃”等，你会对这些报道的真实性产生怀疑。你的怀疑当然是有根据的，因为交响曲本身并不是一件东西，而这支交响曲的乐谱（意即指示如何表演的信息）却有很多，且这些乐谱如果有需要很容易就能复制。

通过不断地复制再复制而体现的持久性显然是有机物演替方式的一部分。有机物的繁衍本身即解释了有机物为何能够具有一种特别复杂的存在方式。对于其它任何实体来说，要想像有机物那样依靠其自身复杂的组成成分

之间那种复杂的相互依存的特性生存下去都是不可能的。某些东西或迟或早会遭受厄运，从而走向灭亡。一种方法如果仅仅是和一个具体的物质的东西联系在一起，这种方法当然很容易失传（《蒙娜丽莎》这幅巨作确实可以被火烧毁）。但对于具有复制自身能力的生物来说，这种危险却不存在。能够繁衍自身的生物其构造要想有多复杂即可以有多复杂。问题在于这种复杂性是否有利于后代的改善。这才是唯一的问题所在。至于有机物的这种复杂性如何形成则是另一回事。对有机物的复杂性是如何通过自然选择而形成这一问题，我们目前已开始有所了解，自然选择只适用于具有繁衍能力的生物。同样，我们目前也开始能够明白有机物怎样繁衍。有机物通过复制那些

详细说明其本身的信息，即那些代代相传的信息而繁衍。

然而，在一段比较短的时间内，信息却并非唯一的可继承的东西。除信息外还必须有物，哪怕仅有那些装载信息的书或纸带；它们也是物。当然， 实际上要继承的东西远不止这些。纸带上的信息需要有东西能够将其识别并照此行事。要完成这一任务显然还需要一定数量的自动设备。我们可以设想一下自动化工厂的运转情形，自动化工厂中的各种机器都必须由一个磁盘将指令传给它们，这种机器则将指令转化为具体行动。因此，只要指令恰当， 遵照指令就可造出产品。尽管如此，我们还需想到，具有自动制造能力的机器设备可以造出另一种崭新的自动制造机械。而在这一过程中，原先的机器中至少有一台则连同信息一道传给了新一代产品。

由此可见，当一个细胞分裂时，随着分裂的不仅仅是载有指令的书籍。在分裂而成的两个新细胞中除了染色体外还有其它的物质。很明显，这种附加的物质必须包括识别信息的设备和制造设备。

但信息所处的至高无上的地位却没有改变。细胞中的一切，包括所有那些自动制造设备，都在“图书馆”中的某一处有记载。如果在新细胞形成之前，这些信息中的某些信息碰巧需要加以识别并转化为行动，这只是一个时机选择问题，对长期结果不会有什么影响。从长远来说，经过多代相传，能够存留的只有信息。所有具体的东西，每一个原子集合体，每一件设备，每一个水分子，甚至每一条装载信息的纸带，最后都将毁灭或丢弃。只有信息存留。信息是一种方法，一种特定的方法，因此，只有信息本身才能够存留下来，它们才可能成为复制品的复制品的复制品⋯⋯。

请不要小看细菌这种低级生物。它同样具有繁衍能力，同样可以进化。大肠杆菌一定具有某种长期记忆的功能，记得怎样复制自己，这种记忆功能比其物质形态要长久得多。这就是说，一个大肠杆菌本身就像一个自动化工厂，工厂里的东西有的好比是控制磁带，有的则好比是自动化制造设备，而这些只不过是工厂的一部分。所有设备必须能被工厂容纳，即必须有场地； 此外还必须将设备组合起来并供给其原料，而供这些设备加工的工件以及供给设备动力的能源等等都须由大肠杆菌细胞提供。此外，除了那些能够遵循指令工作的自动化设备外，还必须有另外一种设备，一种能够将指令重印的设备。这种设备好比是一台复印机或一个磁带复制器。然而，所有这一切却必须由制造机械根据被称之为“图书馆”的信息带提供的恰当的指令生产出来。

早在 40 多年前，美国数学家诺伊曼就为制造一种具有自行复制自身能力的机器奠定了设计原理，但时至今日尚无人实际造出这样一台机器，不过， 这种状况却似乎没有给人们带来多少惊讶。我们可以设想一下：一个行动发

出锤骼之声的机器人在原材料贮藏室转来转去，选择各种原料，试图造出另一个像它本身一样的机器人；这个贮藏室里的原料包括电线、金属板、空白磁带等等。第二天一早，贮藏室里却出现了两个同样的走路镀锵有声的机器人⋯⋯这当然还只是一种设想，但从逻辑上说，这种设想描述的情况却是完全可能的。（有关这种设想的构图我留给读者自己。）

大肠杆菌自然不会像机器人那样发出铿锵之声，但它却就好比是这种可自行复制自身的机器人。它可以在仅有一些最简单的原料成分的贮藏室里自行复制自身。大肠杆菌的信息带如此之长（如果你还记得，你一定知道，大肠杆菌的信息带相当于一根长达 10 公里的纸带），这算不算作一种奇迹？迄今为止，我们尚未发现任何独立生存的有机物的信息带短于两公里，这是不是一件奇事？

此外，诺伊曼本人以及其他许多科学家都发觉有关生命起源的问题是一个非常令人困惑的问题，这是否会令你感到惊讶？

请考虑以下两点：

1. 要通过自然选择产生进化，首先必须有一种可以遗传的并能够加以改进的记忆，这种记忆就是一种经过复制再复制后存留下来的方法，一种因意外事故可以被修改井产生修改结果的方法。只有这样产生的结果才会长期存留下去。然而，离开记忆手段就谈不上适当的意外事故的积累，因此也就谈不上有任何进步。

2. 如果机器能像有机物那样根据存留的记忆复制自身，那么这种机器必定是相当复杂的。但是，即使是设计机器的人也从未造出过这样复杂的机器。鉴此，大自然在其唯一的设计师，即自然选择在掌握了运转方法之前又怎能够造出这样的东西？

现在我们面临一个“假设——那么——要么——要么”的问题：“假设” 生命确实是“通过自然原因”在地球上出现，“那么”，结论定然如下：

“要么”进化其实并不非得有长期的可遗传的记忆为前提； “要么”有机物其实并不需要特别复杂。

因为我将此书当作一个侦探故事来写，因此有关答案在这里我且先不透露，例如上文提到的“假设”是否站得住脚，以及如果站得住脚，那两个“要么”哪一个将证明符合实际情况等。

“我的头脑一片混乱，”我说道。“这个问题越想越觉得难以理解。”