生物信息

​是什么原因让那只黄色蝴蝶在多年前闯入我童年的花园？是它饿了，还是在寻找产卵的地方？是在被鸟儿追赶，还是只是在顺应探索世界的内在冲动？当然，我不知道那只蝴蝶为什么会飞进花园，但我可以肯定的是，它正在与其世界互动，继而行动。要做到这一点，它必须处理信息。

信息处于蝴蝶生存的中心，实际上，也是所有生命的中心。生物体要作为一个有组织的复杂系统有效运作，就必须不断地收集、利用外部世界和内部状态的信息。当世界——无论是外部还是内部——发生变化时，生物体要有办法探测到变化，并做出反应。否则，它们的未来可能时日无多。

就蝴蝶而言是怎样的情形呢？当蝴蝶四处飞舞时，它的感官正在勾勒我的花园，画面里充满了细节。它的眼睛在探测光线；它的触须在采集身边各种化学物质的分子；它的毛发在监测空气的振动。总而言之，我坐在花园里时，它收集了很多花园的信息。然后，它把各式各样的信息汇总在一起，其目的是把所有信息转化为有用的认知，以便它有的放矢地采取行动。这种认知可能是探测到了一只鸟的影子，或一个好奇的孩子的影子，或识别出了一朵花的花蜜味。进而催生出一种结果：蝴蝶扇动翅膀移动，以避开鸟儿或落在花上进食。蝴蝶综合了许多不同的信息来源，以便做出对其未来产生有意义的后果的决定。

与生物体对信息的依赖密切相关的是，生物体是带着目的性去行动的。蝴蝶收集的信息都是有意义的。蝴蝶要靠这些信息帮助它决定下一步该怎么做，以便达到某种特定的目的。这就意味着它的行动是有目的的。

作为科学的一个分支，生物学探讨目的性常常是很有意义的。相反，在物理科学中，我们不会问一条河流、一颗彗星或一个引力波的目的。但是，问酵母中的cdc2基因有何目的，或者问蝴蝶的飞行有何目的，却是有意义的。所有生物体都在维持和管理自身，它们生长并繁衍。这些都是得到进化的有目的的行为，因为它们提高了生物体实现其基本目标——使它们自己和后代得以延续——的概率。

有目的的行为是生命的特征之一，但是，只有当生命系统作为一个整体运行时，才可能出现这种行为。最早理解生物体这一显著特征的人之一，当数19世纪初的哲学家康德。在《判断力批判》（Critique of Judgement）一书中，康德认为生物体的各个部分是为了整个生命体而存在的，整体也是为了各个部分而存在的。他指出，生物体是有序的、有凝聚力的、能自我调节的实体，掌握着自身的命运。

让我们从细胞的层面来思考这个问题。每个细胞里都有大量不同的化学反应和物理活动。如果所有不同的反应过程都混乱运行，或针锋相对，事态就会迅速崩解。只有通过管理信息，细胞才能在极端复杂的操作中建立秩序，从而实现维持生命和繁衍的终极目的。

要搞明白这种运作机制，就要先记住：细胞是作为一个化学和物理机器的整体运作的。你可以通过研究细胞的各个组成部分来更多地了解细胞，但要让细胞正常运作，活细胞内的众多不同化学反应就必须相互沟通、协同工作。这样，当环境或内部状态发生变化——细胞的糖分不足，或是碰到有毒的物质——时，细胞就能感觉到变化，并调整自己的行为，从而使整个系统尽量保持最佳运行状态。就像蝴蝶收集周边世界的信息，并利用这种认知来改变自己的行为，细胞也始终在评估内部和外部的化学、物理条件，并用这些信息调节自己的状态。