生命是必然的吗？可能是，仅仅可能是。然而我们需要一种完整的科学分支去搞清究竟是偶然的还是必然的。

我们(人类)是宇宙中的孤品吗？60年代我还是个学生，当时就认为回答应该是“不”，这与当时流行的科学观念大相径庭。法国生物学家、诺贝尔奖获得者J · 莫诺(J. Monod)概括当时的正统观念写道：“宇宙无感觉也无边际。”他宣称，我们之所以孤单单地在宇宙中出现，纯属偶然。许多世界一流的科学家都重申这个意见。现代生物学巨子之一、美国古生物学家G · G · 辛普生(G. G. Simpson)把在地球外到处寻找生命——特别是智慧生命——的尝试说成是“有史以来最不走运的赌博。”30年过去了，事情来了个180的大转弯。例如，与莫诺一样是诺贝尔奖获得者的生物学家C · de杜瓦(Duve)在1995年出版的著作《活粉》中提出：生命是一种“宇宙规则”，要是那里的条件允许，它就一定发生。美国航空航天局(NASA)的许多人与他的看法相同，他们的天体物理学计划就致力于寻找异域的生命形态。与此同时，一个热心于此道由加州SETT学院支持的天文学家小组，正用射电望远镜环扫太空，希望能找到宇宙间生命的信息。新闻记者，好莱坞制片商和学生们都以为宇宙到处有生命。

这种看法上的改变并不能说明认识上有什么进步。现在我们确实掌握了在其他星系有行星的具体证据，但是大多数天文学家一贯认为这些星系是存在着的。生物化学家在尝试合成生命结构单元中缓慢前进，然而要在试管中产生生命仍然是遥远的梦。我们也许很快可以发现火星上有过去的生命。但即使发现了，也几乎可以肯定它是从地球上传过去的，是地球被大的小行星碰撞后飞过去的岩石(见1998.9.15本刊)。

然而生命是否广泛散布在宇宙之中，这是个很重要的问题。研究工作者正在拟订计划，在别的恒星周围寻找类似于地球的行星，主要是想在那里找到异域生命。认为给出类似于地球的条件就必然产生生命，这叫做生物决定论。但是这样的认识难以找到物理学的、化学的和生物学的定律的支持。如果我们只是依靠这些定律去解释宇宙的运；作，那么我们有理由得出像莫诺那样的结论：生命的出现完全依靠碰上好运，因此绝不可能在别处找到它。不过希望碰到异域生命的人不必失望，有一种喜人的新的研究领域可以公正评判生物决定论，增加我们在宇宙某处找到邻居的机会。

生物决定论的观念在1953年受到少许激励。那时芝加哥大学的H · 芙来(H. Vrey)和S · 米勒(S. Miller)试着在试管里再现被他们认为是初期宇宙的条件。他们发现氨基酸-蛋白质的结构单元一是化学残渣的一部分，那是通过沼气、水蒸气、氨和氢的混合物放电所形成的。米勒-芙来实验作为在实验室；里产生生命的第一步而受到欢呼，许多化学家想象“标的生命”就在一条漫长道路的终端。在这条道路上，被能量所推动的化学液顽强地经历时间通道。

但是这个观念禁不起仔细推敲。制作生命的结构单元是容易的——氨基酸已在陨星甚至外层空间中找到。然而正像单有结构材料不能建造成房子那样，要制作生命不只是氨基酸的无序集合就成了。生命的结构单元像造房子的砖，在它们具有所期望的功能之前，要装配成十分特殊而极其精致的方式；要形成蛋白质，许多氨基酸必须按能量级的正确秩序连接成长链。这是一个“登山”的过程。

早期宇宙有丰富的能源，所以这个“登山”过程并不是什么难题。问题在于简单地随意给氨基酸提供能量不能产生高度特殊的连续的精致链分子，而只能产生煤焦物的大杂烩。如同在一堆砖头下放一包爆炸物并不能造成房子一样，能量必须设法以某种创造性的和特殊的方式供应给系统。生命组织中的这一步骤是在细胞分子机构的控制下进行的，它有非常复杂的特性；但是在前生物的混杂的化学液中，氨基酸自然是家常便饭。因此当氨基酸被写入自然界的法则时，巨大而高度专门化的分子，如蛋白质，必然被除在外。

现在我们知道了生命的秘密不在于这样的化学成分，而在于逻辑结构和分子的有机排列。所以DNA是一个基因数据库，而基因则是制作有特定规格的蛋白质和(间接地)其他生物分子的指令。像一部超级计算机，生命是一种信息处理系统，它意味着一种特殊的有组织结构的复合体，它是生命细胞的信息量或软件，而不是硬件元器件。这是真正的秘密。

没有什么比基因代码能更好地说明生命的杰出计算技能了。大家知道，生命是基于核酸和蛋白质之间达成的“密约”。核酸和蛋白质是两类分子，从化学的观点看来，它们几乎没有什么关系。核酸DNA和RNA储存着指令，蛋白质则完成主要的工作。这些分子在一起演出生命的种种奇迹。但是它们本身是无能为力的。要制造蛋白质，核酸用一种巧妙的手段来形成信息通道。它是这样工作的：DNA(著名的双螺旋线)像有不同梯级的梯子，信息储存在这些梯级的系列之中，正像人们以字母的系列记录下一道命令的信息一样。蛋白质是用20种不同氨基酸制成的，只有在氨基酸以正确的秩序连接在一起时，才能形成正常的蛋白质。

从DNA应用的4字母表翻译成蛋白质应用的20字母系统，所有的地球生命都是用的这个相同的代码。达到生命的不可避免性(或相反)的关键问题是，精巧独到的代码系统是怎样产生的？笨拙的原子怎样自发地写出自己的软件？得到和启动第一个生命细胞所需要的非常古怪的信息形态是从哪里来的？

没有人知道答案，但是科学家在这个问题上已按传统分成两大阵营。一边是认为一切是由偶然发生的——生命是化学上的异常侥幸；那就是玛纳德的观点。要计算在无序的化学混合物中把适当的分子恰好调整成所需要的精致排列的可能性是不困难的，但数字大得怕人。如果如我们认为的那样生命是偶然产生的，它就应当在可观察的宇宙中仅仅碰到一次。

相反，生物决定论者认为偶然性是第二位的，分子井井有条的强制形态是自然法则的结果。举例说，美国生源说先驱S · 福克斯(S. Fox)宣称，化学偏爱把氨基酸精确进行井井有条的结合，使它具有生物学的功能。如果如此，这就像自然界装嵌着一种倾向性，或者协同作用，让它产生激发生命的物质。难道物理学和化学的定律中包含着生命的蓝图？生命的关键性信息量是怎样被译成这些定律的代码的？

提出这个问题，我们需要对支持生命的信息的本性作更认真的思考。有一种重要的观察结果：富有信息的结构趋向于缺乏形式，这个性质在称为算法信息论的数学分枝中作了最清楚的说明。算法信息论把它作为计算机程序的输出来寻求信息组合的量化。试考虑二进制数列101010101010101010……它可以用简单的指令“Print 10 n times”把它产生出来。输入指令远比输出数列短得多。它反映这样的事实：输出包含一种重复的形式，这种形式很容易简洁地描述出来。因此，输出只有很少的信息量。

反之，一个明显无序的数列如110101001010010111不能浓缩为一个简单的指令，所以它有高信息量。如果要DNA有效地储存信息，它最好在“梯级”的系列中不包含太多的形式，因为形式代表信息冗赘度。生物化学家证实了这种期望数值，至今已经有序化了的有机物的基因组多半看上去像四个组分字母的无序搀和物。

基因组系列的杂乱无章的本性与生物决定论相悖。物理定律惯常预言规则结构而不能预言无序结构。比如，晶体是一种有周期结构的有规则原子阵列，好像上面提到的重复的二进制数列，因此几乎没有信息。晶体结构建造在物理定律之中，如同它们的周期形式是由数学对称性所决定的是这些定律所固有的一样。但是氨基酸的无序系列或者DNA梯子的“梯级”系列，却不能建造在物理定律“之中”。

它也不能建造在化学定律“之中”，这一事实的直接证明来自对DNA结构的测定。梯子的每一梯级由两个键段组成，它们像锁扣和螺栓一样偶合在一起。化学测定最终确定了将键段连接在一起的性质，也确定了把它们连接到梯子各端的力；然而在逐次梯级间并没有化学键。化学并不介意于梯级的秩序，生命则可以在一闪念间改变它们。正像指令键盘中字母系列同纸和墨水的化学成分和性质无关一样。因此DNA的“字母”——它制造成信息——与核酸的化学性质无关。正是这种生命的能力使它免除化学组成和化学性质的束缚，因而对生命的这种动力和多功能性大受赞扬。生物决定论意味着有一件只会阻止而不会加强生物创造力的拘束衣(疯子或罪犯用的)。

如果生命代表着一种从化学组成和化学性质的逃脱，我们解释生命现象就不能求助于化学组成和化学性质。但是别的地方哪里还可能找到生命的解释呢？生命最终是有关复杂的信息过程，所以到信息论和复合(Complexity)论中去找答案才有意义。生物信息没有译成物理学和化学定律的代码(至少现在知道的是这样)，那末它来自何处？大家看法一致的是：信息不是自发出现的(也许除了大爆炸)，所以生命系统的信息量一定是用某种方法在它们的环境中生成的。虽然没有什么已知物理法则能够从无中产生信息，然而可能有某种原理可以解释信息如何从环境中收藏起来并积累在宏观分子之中。

有一种办法就是达尔文进化论。地球上的生命从带有相对低信息量的短基因组的简单有机体开始，较复杂的有机体有储存更多信息的较长基因组。每当在可能基因组中作出选择时，所增加的信息就按自然选择的方式从环境流入基因组。这种选择是它们按照“适应”的程度授予它们的物主的，于是获得了信息。所以达尔文主义是可以解释有机体是如何得到信息的。但是只是在生命已经在进行时才有达尔文主义的解释，我们怎样能在前生命转变期中求助于自然选择呢？

有些生物学家认为，有一种形态的达尔文主义是它的答案。他们设想在一种化学溶液中复制分子，尽管少量复制分子不大能满足大多数人直觉的生命意义，然而如果它们经受着变化和选择，它们仍能经历一种类型的达尔文演变。达尔文主义“全程”理论的支持者提出，第一个复制基因分子足够简单，它的形成纯属偶然。

麻烦在于，我们所做的复制分子的实验都是生物(人)所应用的实验，要依靠偶然性来形成生命，这是绝对不可能的。即使是比它更简单的堂兄弟RNA，也难以在生物学上有说服力的长串上制成。而较短的核酸分子，在复制过程中有出现更多错误的倾向。如果错误率太高，泄漏的信息比选择所能注入的信息进程快，演化就停止。“错误倾向”分子会扔掉信息，使它完全不能积累起来。

因此，要使分子达尔文主义行得通，大自然必须提供这样的复制基因：它简单得足以由偶然性形成、灵巧得足以精确地复制，并且有大的变异范围(也是好的复制基因)以便选择从中作用。这些都不必是核酸。但为了解释我们所知道的生命，它们最终要做成核酸并且把复制功能移交给它们。事实上，生物决定论夹带着分子达尔文主义。不仅自然法则一定意味着具有上述一切的分子存在，而且复制基因的群体遵循的演变途径也引向核酸。反之，我们所知道的生命仍然是一个非常的偶然事件。

难道我们该承认生命是一种极不可能发生的化学偶然事故——宇宙中唯一的偶发事件？未必如此。有一种生物决定论可能还是正确的，即使生命没有被写进我们熟知的物理学、化学和进化论的定律。也许这些定律能够解释生命的硬件，即生命的原料，然而活生生的软件或者说信息量则是从信息论的定律中引导出来的。

“信息”的概念是非常模糊的，这是大家公认的。这是一门学科的幼年期的常见现象。两个世纪前，能量同样是一个模糊概念，科学家直觉地承认它在物理过程中的重大意义，但是缺乏数学的严格性。今天，能量已被我们充分理解，我们承认它是实在的和基本的物理量；信息则至今令人迷惑不解，部分原因是它以各种不同的姿态在众多的科学领域中出现。在相对论中，信息传播不允许比光还快；在量子力学中，系统的状态用它的最大信息量来描述；在热力学中，信息降落伴随着熵增升，而在生物学中，基因是一组包含着执行某种任务所需要的信息的指令。

我们所知道的有关信息的知识都来自人类的论述。信息论研究的一个里程碑是二战期间美国电气工程师C · 香农(C. Shannon)所作的对噪音无线电频道的分析，科学家甚至对信息是否永恒地保存在各种物理过程里还没有取得共识。当恒星坍缩，形成黑洞，随后蒸发时，信息发生了什么情况，多年来争论不休。信息是不可逆地损失了，还是以某种方式又回来了？

有一个新的研究领域提供了吸引人的指示器。直到最近，生物化学家把生命分子看成是粘结在一起的小砌块。实际上，分子的结构和键接服从量子力学。现在物理学家把信息概念推广到量子领域，并且有了一些不寻常的发现。发现之一是量子系统处理信息比古典系统快(以指数规律)。这是量子计算机的一种性质。

生源说之谜实质上是计算性的一从巨大的作化学选择的计算树的众多树枝中，去发现非常特殊的分子系统。大多数树枝代表的是生物赝品。难道“通知”物质使之开始走上生命之路的最初关键性步骤就藏在量子力学的非传统领域之中？如果如此，生物决：定论最后可能要容纳有说服力的理论根据，它证明如下的流行信仰是正确的：我们居住于一个生命友善的宇宙，即我们不是孤单的宇宙。

[New Scientist，1999年9月18日]