张江复杂科学前沿
张江复杂科学前沿
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薛定谔当年他的洞察最重要的是两点：第一点，生命体一个非常重要的特征就是要保持新陈代谢：从物理的角度来说新陈代谢就是在摄取负熵流；第二点，生命体要完成自复制：而从物理的角度来说这一定是需要一种准晶体来去实现自复制过程，这也就促成了后来的 DNA 双螺旋结构的发现。
不过，从第一点来说，新陈代谢实际上并没有得到一个像双螺旋结构那样普适的理论。因此我们的讨论可以从“生命体如何维持一个稳定的结构”这一问题展开。
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这就牵扯到一个所谓的个体之迷的问题：当我们看到一个小虫子在地上爬——动动腿就能跑。这样一个虫子和屏幕上动来动去的鼠标有一个非常本质的不同。因为这个小虫子有一个自我，这个虫子为了达成自我吃食的目的，会主动在环境里面朝向食物运动。
这样一种有自我意识的生命主体是怎样起源的？这就是我们所说的个体之迷。个体之迷的四种解释这个谜团跟所谓自我涌现其实是紧密不可分的，这也是该问题归属于复杂性科学的重要原因。因为复杂性科学就是要回答涌现从何而来。所以我们就要试图回答，自我这个概念是如何自下而上涌现出来的。
除了传统的生物学视角以外，我们可以从建模的视角去回答这个个体之迷。具体而言又分为了四个方向。图灵机、自创生与自催化、个体信息论、涌现层次问题。
第一是个体之迷的回答，其实可以追溯到图灵机模型。当然图灵机模型可以回答一部分问题，但是有更多的问题无法回答。
后来就有了圣塔菲学派的 Kauffman，以及 Marturana 和 Varela 两个智利的生物学家，他们从开始从另一个角度去考虑主体如何从自下而上涌现而出的这种自创生、自催化的组织是怎么出现的。自创生、自催化这个方向走到后期，就会发现研究不得不再次停滞不前。因为自创生、自催化这些组织很神奇，它是涌现出来的。但是，它的一个缺点是很难界定个体的边界。
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新的方向是，如何针对这样一种组织，如何通过数学的方式来去定量刻画。这也就是个体信息论。
最后，生命是一个多层次的复杂系统。一个层次的生命涌现后并不会停止，存在多层次的涌现，这也是对未来研究的展望。图灵机：最早的个体模型说回图灵机模型，1937年图灵就发表了一篇论文 On Computable Numbers, With an Application to the Entscheidungsproblem，这篇论文直接提出了图灵机模型，它是一个超级简单的冯·诺伊曼的计算机。今天的计算机能做的事图灵机都能做，图灵机如何运作其实它元件非常简单，就是一个长长的纸带，这有一个读写头，然后这个读写头会根据一个固定的规则表和字母表，然后在纸带上划来划去，同时也可以改写纸上的内容。它的操作是超级简单，但是图灵机的表现可以非常复杂。通过简单地设置图灵机规则表，就可以让它去近似模拟一些简单的生命体行为。
朗顿的蚂蚁是一个著名的图灵机模型。
新的研究角度就是科学家开始思考，一个类似于原始细胞的一个生命个体是如何自下而上的，而且是大量个体互相作用并行化的。从而，形成一个组织，而这个组织又是可以被看成是具有自我的主体。
这个问题其实更大，它直接牵扯到了生命起源问题。生命起源不是一个过程，实际上是若干个阶段：包括有化学物质的起源、前化学进化、细胞的起源好几个阶段。
研究者的关注点在于，假设化学物质它已经存在了，这个化学物质如何去构成一个完整的细胞的。这也是一个单个的细胞生命体是如何起源问题。对这个现象进行研究的一个最知名的理论，就是所谓的自创生理论（Autopoeisis）。是由智利的两名生物学家 Humberto Maturana 和 Francisco Varela 在 1970 年代创立的。
自创生理论（Autopoeisis）认为： 生物体就是一个复杂的化学网络，这个化学网络在每一个时刻都在不断地生成自己。
Humberto Maturana 和 Francisco Varela 给出了 Autopoietic 系统的两个条件：
- 这个生物组织具有生产闭合性“网络中的任意一个元素都被网络中的其它元素生产。换句话说，这整个的网络它所有的零部件全部都是自给自足的，满足一个自我闭环的特性；
- 网络中的化学元素不断地生成自己的边界，存在一个膜，从而使得边界内部的网络系统构成一个独立的整体。
只要面前这两条就可以构成一个原始的生命，原始的细胞。在这样一个定义里面实际上没有关于任何物质的构成这方面任何的限制。换句话说，这个网络你可以是由分子构成，也可以是由一个细胞构成，甚至可以由一个人去构成它的一个单元。只要你这个网络这堆人能够相互生成，形成一个闭合系统，这种系统就能被称为生命体。
埃舍尔的画作《画手》是对生产闭合特性最好的表述。以这幅画作而论，互相描摹的手构成了一个生命的闭环。
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