生活并不像时钟一样运行

Erwin Schrödinger 1944年的书生命是什么?今天更广为人知的是它的答案而不是它的问题。著名的是，Schrödinger提出了编码在“非周期晶体”中的概念，使生命能够避免热力学第二定律所要求的无序命运。传统的说法是，这个脚本原来是生物DNA中的基因组序列。

但是，让Schrödinger对生命感到困惑的是，“只有在大量原子的合作中，统计定律才开始操作和控制这些组合的行为，并且随着参与原子数量的增加，精度也在增加”。如果生物的结构和行为是建立在统计的物理和化学定律的基础上，那么它们怎么能表现出可预测的有序结构和行为呢?人们可能会认为任何有序都“被原子不断的热运动不断地扰乱和破坏”。

在像牢房这样嘈杂的环境中，不可能有钟表装置

即使你相信基因组是一个编码脚本，也解决不了这个问题。Schrödinger也承认这一点，说需要某种“新型物理定律”来产生“从序中序”，从染色体密码脚本中的信息中产生大规模的规律性，而不会受到细胞温暖潮湿环境中肯定存在的分子无序的影响。他推测，也许他的非周期晶体足够坚固和大，可以与钟表装置上的齿轮相比。但事实并非如此。DNA不仅像任何分子一样有热波动，而且它编码的小分子部分——rna和蛋白质——甚至更容易受到它们的产生、扩散、相互作用和降解的随机偶然性的影响。例如，浓度和表达率可以波动，许多相互作用是非特异性的。在像牢房这样嘈杂的环境中，不可能有钟表装置。

即使在今天，在细胞和生物的层面上，稳健的、可复制的和可预测的行为是如何出现的仍然是一个谜。答案的一部分可能暗示在预印由意大利米兰大学的Renzo Comolatti和美国马萨诸塞州塔夫茨大学的Erik Hoel共同完成。¹他们研究了“因果涌现”的概念，这一概念在气象学、经济学和神经科学等多个领域都得到了应用。虽然“涌现”是复杂性研究的流行语之一，感觉更像是咒语，而不是科学原理，但因果涌现有一个相当精确的意义，可以量化。它指的是，对于一些复杂的系统，一种现象或行为的真正原因必须归因于更高层次的组织，而不是由最小的组成部分产生的许多微观原因的总和。

没有人要求每个微型部件都在正确的时间出现在正确的位置

Comolatti和Hoel表明，因果涌现出现在十多个独立提出的因果测量中。他们说，如果这不是一个真实的现象，那么我们不仅必须得出所有这些衡量方法都有问题的结论，而且整个“原因”的概念一定有一些非常奇怪和非直观的性质。因果涌现并不仅仅意味着我们可以方便地将复杂系统分割成有意义的大规模微观粒子集合，然后在我们的解释机制中讨论它们。它还赋予了这些系统一个有价值的新特性:对微尺度噪声不敏感。

换句话说，在行为是因果涌现的系统中，不需要每个微尺度的组件都在正确的时间出现在正确的地方。生命系统可能是因果涌现的范例:就像一个细胞不依赖于任何精确的蛋白质和rna配置一样，一个有机体也不需要一些“完美”的细胞排列。与Schrödinger相反，这意味着生命是发条机制的对立面——因为真正的发条机制根本不是因果突现的。从手表机械装置上随便取下一个齿轮，它几乎肯定会停止工作。手表不需要因果关系的原因是，对于宏观发条部件来说，这种波动不会自发发生;对于分子系统来说，它们是不可避免的。

对于分子纳米技术和复杂分子系统的工程来说，这是一个重要的教训。这个领域的很多对话都倾向于用机械术语来表达，或者用电路工程的语言来表达。范式是，功能将产生于精确的联锁-无论是隐喻或字面-非常多的分子部分。当随机运动被认为是一种挑战时，人们本能地通过将分子固定在衬底或支架上来克服它——尽管热无序仍然是一个问题。但也许是时候改变游戏了，而不是考虑如何使用分子来实现抗噪声的因果出现。至少我们知道去哪里寻求指导。