某科学家有趣事解说（一个有趣的问题）

撰文 | 尹涛

对于20世纪80年代的小姐姐和小哥哥来说，收音机堪比今天的手机、平板、笔记本电脑。

没有收音机？你可能娶不到媳妇儿。

那么问题来了，如果你家收音机坏了，找谁修？怎么修？需要几个步骤？

物理学家vs生物学家修收音机

如果你找到迷人的理查德·费曼先生，他只需要绕着它转两圈就能修好收音机。

在《理查德·费曼传》和《别闹了，费曼先生！》中，都提到了物理学家理查德·费曼小时候修收音机的故事。

10多岁的费曼痴迷于收音机，甚至做起了修收音机的小生意。但与一般人不太一样的是，他只要边踱步边思考就好了。

有一次，他先是盯着坏了的收音机看了看，然后便在屋子里走来走去。人们怀疑他根本修不好收音机。

费曼在屋里散了会儿步之后，从收音机里拽出了两根管子，将它们的位置互换又插了回去。结果收音机就这么被轻轻松松地修好了。于是，收音机的主人惊呆了。

理查德·费曼

那么，要是找一名生物学家来修收音机，他能完成这项任务吗？

你可能会遗憾地发现不行。

俄罗斯生物学家尤里·拉泽布尼克写过一篇著名的幽默论文，题为《生物学家能修理收音机吗？》。

这是一篇拿自己开涮的文章，拉泽布尼克假设自己妻子的老式晶体管收音机坏了，需要他修理。

好吧，对于一位典型的生物学家来说，修理收音机可不是件小事。

第一步：收集大量类似的收音机，仔细检查每一台，留意它们之间的差别，并根据颜色、形状、大小等对元件进行分类。

第二步：试着移除一两个元件，或者让它们交换位置，看看会发生什么。这是为了确定哪些元件是关键性的，因为移除关键元件会导致收音机完全停止工作，而缺少不那么重要的元件只会影响音质而已。

到这里，一项庞大的研究才刚刚开始。

一台晶体管收音机可是有很多元件的，它涉及很多变量，因此生物学家需要更多的预算才能对收音机进行深入研究。

接下来，他可能还会使用功能强大的显微镜，深入到晶体管、电容器等元件的原子层面去寻找线索。

看到这里，你会觉得很荒谬吧？

为什么会出现这样的结果呢？

这是因为物理学与生物学在研究问题的方法上有着根本性的不同。

生命是什么？

在20世纪40年代，生物学的发展还远远落后于物理学。别提生命基本过程的细节了，人们甚至搞不清楚，为什么生命看起来似乎能够违背物理学的一个基本定律——热力学第二定律。

如果你忘了这是什么，可以简单理解成“万事万物都有熵增大（变得混乱）的趋势”，只要回想一下不收拾的屋子会乱成什么样子就会明白了。

著名的物理学家薛定谔提出了一个问题：生命是什么？

没错，就是那个把猫关在盒子里，让它既生又死的家伙。他怀疑，当时已有的物理学和化学可能没法解决这个问题。

于是，天才的薛定谔先生预言了某种“非周期性晶体”的存在，认为它是生命的秘密。

你可能猜到了，他说的正是DNA。

接下来的几十年里，分子生物学领域出现爆发式发展。

科学家弄明白了DNA的双螺旋结构，破解了遗传密码，还把达尔文的进化论和遗传学整合起来。

说起DNA，恐怕今天已经没有人不知道了。生物学家在做研究时也习惯了从分子层面去看待和解决问题，这也是修收音机对他们来说有难度的原因吧。

幸福来得这么突然，还这么成功，以至于大多数科学家觉得：生命那些令人惊讶的性质，似乎可以单靠原子和分子物理学来解释了，不用再借助任何全新的理论。

这就是还原论的观点。

可是，提出“生命是什么”这个问题的薛定谔本人并不这么乐观，玻尔和海森堡这些量子力学的大佬也认为：我们需要新的物理学，才能彻底解决这个问题。

因为只靠DNA为核心的分子生物学，并不能完全解释生命为什么有那么大的“魔力”。

组成生命和非生命的原子都是一样的，为什么一团细胞和一块石头就那么不一样呢？这种尺度，或者说规模带来的巨大差距说明：在微观和宏观之间，在没有生命的无机物和生物体之间，有个至关重要的秘密还没有揭开。

我们可能需要换个角度思考问题，比如，如果生命是台机器——当然是比收音机要复杂多的、极为精妙的高级智能机器，它的硬件自然是分子结构，那么软件是什么？

是信息！

将生命与非生命区分开来的东西就是信息。

德国科学家贝恩德–奥拉夫·屈佩尔斯说：

“如果没有信息，生物学就将失去意义。”

在组织尺度上，负责发送信号的分子会在相邻细胞间传递信息，其他分子则随血液循环在器官间传送信号。即便是单个细胞也能收集和处理周围环境中的信息，做出相应的响应。

当然，生物体的最杰出的信息处理系统是大脑，它经常被人们比作数字计算机。

生物会繁殖，并通过繁殖将它们的信息传递给后代。

比如，我们会从父母或祖父母那里遗传某些具体的特征：红头发、蓝眼睛、雀斑、长腿……这种信息被编码在基因中，然后作为繁殖过程的一部分被复制。因此，生物繁殖的本质就是遗传信息的复制。

除了个体生物之外，还有社会结构和生态系统。蚂蚁和蜜蜂之类的社会性昆虫通过传递信息来协调群体活动，比如觅食和选择筑巢地点等。鸟儿会聚集成群，鱼儿也一样，这些都说明信息交换是它们的协同行为的核心。

所以，著名理论物理学家、宇宙学家和天体生物学家保罗·戴维斯告诉我们：

生命=物质 信息

分子结构是生命的“硬件”，信息网络是生命的“软件”。

生物体中含有大量高效的微型机器，它们聪明地处理和控制着信息，战胜了热力学第二定律，从混沌中获得秩序。而进化让这张隐形的信息网络不断升级。

恭喜你，现在已经get了信息论的全新视角，踏在了物理学、生物学、计算机科学和数学等学科融合的跨界领域。

重新审视癌症基因

信息论能用来做什么呢？

开发信息引擎、建造生物电路、研究量子计算机……基本上你能想到的所有前沿领域，它都能用上，比如，重新审视癌症基因。

在生物学领域，癌症是被研究得最多的课题，过去50年间有超过100万篇相关论文发表。关于令人恐惧的癌症，有两个普遍存在的迷思，你可能正陷在其中：

第一，癌症是一种“现代疾病”

第二，癌症主要危害人类

大错特错！癌症的起源要比现代人类早多了，而且它广泛存在于几乎所有多细胞生物中。

癌症是什么？

其实它是一种有着古老起源的生物学现象，是多细胞生物在进化过程中付出的代价。

在单细胞的世界里，只有一种生存逻辑：复制，复制，还是复制。从这种意义上说，单细胞是永生的。

然而，多细胞生物的“永生”工作由专门的生殖细胞承担，对于普通的体细胞来说，只需要复制有限的次数就够了，比如一个皮肤细胞通常复制50〜70次。

于是，多细胞生物体就和单个细胞签订了“契约”：单细胞放弃长期复制的能力，加入集体：作为交换，单个细胞的基因信息能得到更好的传播。

当信息传递出现问题，这种契约被破坏的时候，单个细胞就会回到自私的原始生存状态，完全不顾及周围的其他细胞，只追求自己的不断复制。

这就是癌细胞的产生和传播。

所以，癌症无新鲜事。这是一种极为古老和原始的细胞防御机制，类似于电脑的安全模式。

它不是损伤的产物，而是对损伤性环境的响应。

有了这样的认知，我们就能理解为什么对抗癌症那么困难了，因为癌症是多细胞生物生存逻辑的一部分，和它作战注定是一场艰巨的斗争。

也许未来的人工智能可以成为我们的数字医生，通过观察我们细胞中的信息模式，为我们进行诊断和预警——包括癌症风险的预警。

然后，我们可以努力调整到健康、平衡的信息模式，或许更换甚至再造部分有缺陷的细胞元件，就像修理收音机那样治疗疾病。

我们的数字医生还可以通过重写生命的软件——信息代码并上传到细胞中，轻松地治好我们，就像程序员找到bug并打上补丁，然后按下重启按钮一样，so easy！

《理查德·费曼传》

[美] 劳伦斯·克劳斯 著

中信出版集团

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