試圖統(tǒng)一物理學(xué)和生命演化的新理論，是在解決一個(gè)偽問題？

近期Nature刊發(fā)了一篇關(guān)于“組裝理論”的論文，作者希望統(tǒng)一物理學(xué)與生物學(xué)，試圖在符合物理定律的情況下定量解釋生命的演化。這篇論文在學(xué)術(shù)界引起許多討論，著名理論物理學(xué)家George Ellis也在Nature發(fā)表了評(píng)論文章（參見《無目的的物理學(xué)，如何涌現(xiàn)出有目的生命？》）；但這篇論文令很多生物學(xué)家感到困惑，他們認(rèn)為文章似乎在解決一個(gè)不存在的問題——是否需要統(tǒng)一生命演化和物理學(xué)的新范式？

撰文 | Bill Bateman（科廷大學(xué)副教授）

翻譯 | 小破

2023年10月，一篇題為《組裝理論解釋并量化選擇和演化》（Assembly theory explains and quantifies selection and evolution）[1]的論文出現(xiàn)在頂級(jí)科學(xué)期刊《自然》（Nature）上。該論文的作者是由格拉斯哥大學(xué)的Leroy Cronin和亞利桑那州立大學(xué)的Sara Walker領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)。他們聲稱自己的理論是一種“物理學(xué)和生物學(xué)之間的連接”，可以解釋復(fù)雜生命形式是如何演化的。

這篇論文引發(fā)了強(qiáng)烈反響。一方面是媒體標(biāo)題，“大膽創(chuàng)新的‘萬(wàn)物理論’可能將物理學(xué)和演化理論融合”[2]；另一方面是來自科學(xué)家的反應(yīng)。一位演化生物學(xué)家在社交平臺(tái)上說：“多次閱讀后我仍然完全不知道（這篇論文）在做什么。”[3]另一位科學(xué)家表示：“我讀了論文后感到更加困惑……我覺得讀完那篇論文我都忘記了自己的名字了?！盵4]

作為一名研究演化的生物學(xué)家，我感覺必須親自閱讀這篇論文。組裝理論是否真的像作者所暗示的那樣是一個(gè)激進(jìn)的新范式？還是像批評(píng)者所聲稱的那樣是“毫無價(jià)值的胡言亂語(yǔ)”？

聳人聽聞的主張

當(dāng)我開始閱讀這篇論文時(shí)，摘要的第一句話就讓我心生不快：

“科學(xué)家一直在努力協(xié)調(diào)生物演化與物理學(xué)所定義的宇宙不變法則之間的關(guān)系。”

我從不知道科學(xué)家們?cè)谂タ诉@個(gè)問題。我所認(rèn)識(shí)的生物學(xué)家沒有人對(duì)物理定律有任何意見，也沒有看到物理定律與演化相調(diào)和有任何問題。

摘要接著指出物理定律并不能預(yù)測(cè)“生命的起源、演化以及人類文化和技術(shù)的發(fā)展”，并聲稱我們需要一種“新方法”來理解，“如何在沒有固有設(shè)計(jì)藍(lán)圖的情況下，各種多樣的、無限制的形式能夠從物理學(xué)中涌現(xiàn)”。對(duì)于生物演化似乎與物理定律不兼容的抱怨，再加上“設(shè)計(jì)藍(lán)圖”等含混術(shù)語(yǔ)的使用，讓人聯(lián)想到了神創(chuàng)論者對(duì)演化的論點(diǎn)。難怪演化生物學(xué)家的血壓會(huì)飆升。正如一位《自然》雜志評(píng)論者所說：“為什么在文章的開頭就有如此多的神創(chuàng)論的陳詞濫調(diào)？”

生物學(xué)與物理學(xué)之間有障礙嗎？

在進(jìn)一步闡述之前，我應(yīng)該指出，和上述一些科學(xué)家一樣，我可能并沒有完全理解論文的目的。但我對(duì)我理解的部分內(nèi)容也感到困惑。首先，聲稱演化與物理定律相矛盾的說法似乎并沒有得到支持。論文說“無限制地生成一代新生命并不完全符合生物學(xué)或物理學(xué)的范式框架”，這似乎并沒有太大意義。

生物學(xué)和物理學(xué)之間是否存在需要解釋的沖突? 圖源：National Cancer Institute/ Unsplash

在生物學(xué)范式中，我們理解基因漂變（genetic drift）、突變和選擇會(huì)導(dǎo)致生物形式的變化。只要不違反任何物理定律，這是否需要“符合物理學(xué)范式”？

另一種令人困擾的說法是：“為了理解多樣的、沒有限制的形式如何在沒有固有設(shè)計(jì)藍(lán)圖的情況下從物理學(xué)中出現(xiàn)，這需要一種新方法來理解和量化選擇”。真的需要嗎？演化理論的一個(gè)原則是過程中沒有“目的論”——也就是沒有目標(biāo)或終點(diǎn)。那么為什么需要解釋“設(shè)計(jì)藍(lán)圖”的缺失？

定量解釋演化的可能性

那么，組裝理論究竟試圖做什么呢？根據(jù)格拉斯哥大學(xué)Cronin教授的說法[5]，它“旨在在生物學(xué)之前解釋選擇和演化”；因此，它的目標(biāo)是創(chuàng)立一個(gè)能統(tǒng)一非生命和生命物質(zhì)規(guī)律的理論，并能以相同的方式解釋它們的復(fù)雜性或其他方面。文章本身稱它是一個(gè)“框架”，“不改變物理定律，但重新定義這些定律作用的‘物體’的概念”。

[組裝理論]將對(duì)象不再概念化為點(diǎn)粒子，而是作為由其可能的形成歷史所定義的實(shí)體。這使得對(duì)象能夠在個(gè)體或所選單元的明確界定下顯示出選擇的證據(jù)。

因此，組裝理論中的“對(duì)象”就是“物理定律”所作用的對(duì)象。對(duì)于任何對(duì)象，我們可以計(jì)算其“組裝指數(shù)”（assembly index），這是衡量制造該對(duì)象的復(fù)雜性的數(shù)字。任何既豐富又具有較高組裝指數(shù)的對(duì)象都不太可能是偶然產(chǎn)生的，因此它必然是演化和選擇的產(chǎn)物。這本身既不是問題，也不新鮮——除了這個(gè)計(jì)算出來的“指數(shù)”。

那么我們?nèi)绾斡?jì)算這個(gè)組裝指數(shù)呢？我們需要計(jì)算制造一個(gè)分子、一個(gè)器官或一個(gè)完整生物體所需的步驟數(shù)。指數(shù)越高，它越可能是演化的產(chǎn)物。因此，組裝理論是一種量化某物質(zhì)的復(fù)雜性以及它可能演化的嘗試。

一個(gè)不存在的問題？

這是否有用呢？很難說。首先，它暗示只有一條路徑可以產(chǎn)生復(fù)雜（高裝配指數(shù)）的對(duì)象，比如生化分子，實(shí)際情況并非如此。另外，正如另一位科學(xué)家指出的那樣：“如果一個(gè)分子很復(fù)雜，并且有很多復(fù)本，那么它很可能是通過某種演化過程產(chǎn)生的。大多數(shù)化學(xué)家都可以發(fā)現(xiàn)這樣的情況，而無需使用組裝理論。雖然嘗試對(duì)此進(jìn)行量化是非常巧妙的?！盵6]

我個(gè)人覺得這是一篇寫得很糟糕的論文，這體現(xiàn)在很多生物學(xué)家無法理解它的意圖，很多負(fù)面反應(yīng)都源自于其難以理解的框架，以及使用了類似神創(chuàng)論觀點(diǎn)的詞語(yǔ)。至于組裝理論本身，它似乎是在Cronin和Walker為尋找一種通用方式來識(shí)別外星球上的生命跡象，甚至創(chuàng)造人工生命的過程中發(fā)展起來的?；蛟S在這些情境下，它可能會(huì)被證明是有用的。

然而，作為一個(gè)旨在統(tǒng)一演化和物理學(xué)的廣泛新范式，組裝理論似乎——對(duì)于我和許多其他人來說——是在解決一個(gè)并不存在的問題。

參考資料

[1] Sharma, A., Czégel, D., Lachmann, M. et al. Assembly theory explains and quantifies selection and evolution. Nature 622, 321–328 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06600-9

[2] https://www.sciencealert.com/assembly-theory-bold-new-theory-of-everything-could-unite-physics-and-evolution

[3] https://twitter.com/baym/status/1710815658890432679

[4] https://twitter.com/Irishpalaeo/status/1712450672476512424

[5] https://twitter.com/leecronin/status/1711356692720501103

[6] https://twitter.com/professor_dave/status/1710914156612710503

本文基于知識(shí)共享許可協(xié)議（CC-BY 4.0）譯自Bill Bateman, A new theory linking evolution and physics has scientists baffled – but is it solving a problem that doesn’t exist?

原文地址：
https://theconversation.com/a-new-theory-linking-evolution-and-physics-has-scientists-baffled-but-is-it-solving-a-problem-that-doesnt-exist-216639

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