20.1無序之有序
我們頭腦中的某些想法是基於重重事實，而另一些想法則毫無來由和根據，但就是這些想法，往往縈繞我們心頭，無法揮之而去。
反混沌----也即無序之有序----的想法就是這樣一種未經證實的念頭。
30年前，當斯圖亞特·考夫曼還是一名達特茅斯學院的醫科研究生時，這個念頭攫住了他。他記得當時他站在書店的玻璃窗前，正就染色體的結構設計而浮想聯翩。考夫曼是個健壯的小夥子，一頭捲髮，總是帶著微笑，整天忙忙叨叨的。他看著窗外，腦海中浮現出一本書----一本印有他的名字的書，一本他完成於未來某個時刻的書。
在他的想象中，書中到處都是由相互連線的箭頭所組成的網路，箭頭們在糾結成一團卻又彷彿是活的亂麻中進進出出。這正是網路的標誌。不過，這種混亂並非沒有秩序。亂麻透漏出神秘甚至是神奇的氣息，"意義"沿著各條線路流動傳遞。從這些"隱晦"的連線中，考夫曼看到一幅湧現出來的影像，就像從立體派油畫那支離破碎的畫面中識別出一張臉來一樣。
作為一名研究細胞發育的醫學生，考夫曼把他想象中的那些纏結的線段看作是基因之間的相互聯絡。突然之間，考夫曼確定無疑地意識到，在這看似雜亂無章的混亂之中有著意料之外的秩序----有機體的架構正蘊含其中。混沌會毫無理由地產生秩序，或者名之為無序之有序。那些由點和箭頭所形成的複雜度似乎能產生自發的秩序。這個想法對考夫曼來說是如此親切和自然，彷彿就是他的歸宿一般。而他的任務就是解釋和證明它。"我不清楚為什麼會選這個問題，會走這條艱難的路，"他說，但它的確成了"一種心底的感覺，一幅堅信的圖景"。
為了證實他的猜想，考夫曼開始進行細胞發育的學術研究。像許多生物學家一樣，他研究了果蠅由受精卵發育到成熟的過程。生物最初的單個卵細胞是如何設法一分二、二分四、四分八地分化成新的類別的細胞？哺乳動物的卵細胞會繁育出腸細胞，腦細胞，毛髮細胞；而這些術業有專攻的細胞很可能執行著同樣的作業系統。只需幾代的分裂，一個細胞就能分裂出所有型別的細胞，不管它是大象還是橡樹。人體的卵細胞僅僅需要分裂50次，就能產生出上千億的細胞，併發育成嬰兒。
當卵細胞沿著分叉50次的道路前行時，是什麼樣的無形之手在控制著每個細胞的命運，指引它們從同一個卵細胞分化成數百種專門的細胞呢？既然每個細胞理應都受到相同基因（或許並不真的相同）的驅策，那麼它們又怎麼可能分化呢？基因又是由什麼來控制的？
弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫諾於1961年發現了一條重要線索，他們偶然間發現了一種基因，並稱之為調控基因。調控基因的功用令人震驚：它負責開啟其他基因。這使得那種短期內破解dna和生命奧秘的希望頃刻間化為烏有。有一段經典的控制論對話非常適用於調控基因：是什麼控制了基因？是其他基因！那又是什麼在控制那些基因？還是其他基因！那......
這種繞圈子的邏輯使考夫曼想起了他那幅宿命的圖景。某些基因控制著其他基因，而其他基因也可能控制著另外一些基因。這正是他存想的那本書中，由指向各個方向的箭頭所組成的錯綜複雜的網路。
雅各布和莫諾的調控基因代表了一種如義大利麵一般的管理模式----由基因組成的去中心化網路掌控著細胞網路的命運。考夫曼很是興奮。他的"無序之有序"圖景讓他冒出了一個更大膽的念頭：每個卵所經歷的分化（秩序）是必然的，不管最初的基因到底是什麼！
他可以設想一種實驗來驗證這個想法。將果蠅的基因用隨機基因來取代。他打賭：你得到的絕不會是果蠅。但不管得到什麼樣的怪物，發生何種詭異的變異，你所得到的秩序與果蠅在自然態下得到的秩序並無二致。"我問自己"，考夫曼回憶道，"如果把基因隨意地連在一起，會得到任何有用的東西嗎？"他的直覺告訴他，憑著自下而上的分散式控制以及"一切連線一切"的模式，必然會出現某種模式。必然！正是這個異端的想法，值得他用一生去追尋。
"我在醫學院的日子很難熬，"考夫曼繼續說道，"因為我不務正業，沒有去研究什麼解剖學，反而在這些筆記本中塗鴉似地畫滿了染色體模型。"為了證明他的想法，考夫曼做出了一個明智的決定，與其在實驗室中逆天而行，不如在電腦中建立數學模型。不幸的是，沒有一個學數學的人同時具備跟蹤大規模群體的橫向因果關係的能力。考夫曼開始自力更生。與此同時（大約1970年），在其他幾個研究領域中，那些擅於用數學解決問題的人們（如約翰·霍蘭德）找到了一些方法，使得他們可以通過模擬來觀察由相互作用的節點（這些節點的取值同時受到彼此的影響）所產生的效應。
20.2反直覺的網路數學
考夫曼、霍蘭德和其他人發明的這套數學還沒有合適的名字，我在這兒叫它"網路數學"。其中的一些方法有各式各樣的非正式名稱：並行分散式處理、布林網路、神經網路、自旋玻璃、細胞自動機、分類系統、遺傳演算法、群計算，等等。不管是哪一種網路數學，由數千個相互作用的函式所形成的橫向因果關係都是其共同要素。它們都試圖協調大量同時發生的事件----那種在真實世界中無處不在的非線性事件。網路數學與古典牛頓數學是相對的。牛頓數學適用於大多數物理問題，因而曾被看作是嚴謹的科學家所需要的唯一數學。而網路數學離了計算機則一無用處。
群系統和網路數學的廣泛多樣性讓考夫曼很想知道這種奇特的群體邏輯----他確信它會產生必然的秩序----是不是一種更普遍而非特殊的邏輯。譬如說，研究磁性材料的物理學家遇到了一個棘手問題：構成普通鐵磁體----那種可以吸在冰箱門上或用在指南針中的磁鐵----的微粒會著了魔似的指向同一個方向，從而形成顯著的磁場。而弱磁性的"自旋玻璃"其內部微粒更像是"牆頭草"，其指向會受到附近微粒的影響。臨近的微粒影響力大，相隔較遠的微粒影響力小。這個網路中相互影響、頭尾相銜的一個個磁場，構成了考夫曼頭腦中那幅熟悉的畫面。自旋玻璃的這種非線性行為可以用各種網路數學方法來建模，後來在其他的群體模式中也發現了這種非線性行為。考夫曼確信，基因的環路在架構上與此類似。
網路數學不像古典數學，它所具有的特性往往不符合人們的直覺。一般來講，在相互作用的群集中，輸入的微小變化可以引起輸出的巨大變化。這就是蝴蝶效應----效果與起因並不成比例。
即使是最簡單的方程，只要它將中間結果反饋到輸入，那麼其輸出就是變化莫測的。僅靠研究方程本身很難一窺其特性。各部分間的關聯糾纏成一團，試圖用數學來描述清楚的話無異於給自己添堵。要想知道方程能產生什麼效果的話，唯一的方法就是讓方程執行起來，或者用計算機的行話，就是"執行"方程。植物種子的壓縮方式也是如此。蘊含其中的化學路徑如此錯綜複雜，以至於無論以多麼智慧的方式來檢驗一粒未知的種子，也不能預測出最終的植物形式。要想知道一粒種子長成什麼樣，最便捷的途徑就是讓它發芽生長。
而方程則是在電腦中生根發芽的。考夫曼設計了一種能在普通電腦上執行的基因模型，其中包含一萬個基因，每個基因都是能夠開啟或關閉其他基因的微小程式碼段。基因間的關聯是隨機設定的。
考夫曼的觀點是：不管基因的任務是什麼，如此複雜的網路拓撲都能產生秩序----自發的秩序！
當考夫曼研究模擬基因時，他意識到他所做的是在為任意一種群系統構建通用的基因模型。他的程式可以為任何一群在大規模併發領域中互相影響的介子們建模。它們可以是細胞、基因、企業、黑箱系統，也可以是一些簡單的規則----只要這些介子有輸入和輸出並且其輸出又作為臨近介子的輸入即可。
考夫曼將這一大群節點隨機地聯接起來，形成一個互動的網路。他讓它們彼此作用，並記錄下它們的行為。他把網路中的每個節點看作是一個開關，可以開啟或關閉周邊的某些特定節點。而周邊節點又可以反過來作用於該節點。最終，這種"甲觸發乙，乙又觸發甲"的混亂局面趨於一個穩定且可測量的狀態。隨後，考夫曼再次隨機重置整個網路的聯結關係，讓節點們再次相互作用，直到它們都安定下來。如此重複多次，直到他認為已經"踏遍"了這個可能隨機聯結空間的每一寸土地。由此他可以獲知網路的一般行為，這種行為與網路的內容無關。用現實中的事物來做個類比實驗的話，可以選一萬家企業，將每家企業的員工用電話網路隨機聯絡起來，然後考量這一萬個網路的平均效果，而不管人們到底在電話中說了什麼。
在對這些通用的互動網路進行了數以萬計的實驗後，考夫曼對它們有了足夠了解，可以描繪出這類群系統在特定環境下如何表現的大致情形。他尤其想了解一個一般的染色體會有哪些型別的行為。為此他編寫了成千上萬個隨機組合的基因系統，並在電腦上執行它們----基因們變化著，彼此影響著。他發現它們落在了幾種行為"盆地"中。
當水從花園水管中低速流出時，水流並不平穩，但連綿不斷。開大龍頭，水會突然噴射出來，形成混亂但尚可描述的急流。將龍頭完全開啟，水流則會像河水一般奔湧出來。小心翼翼地調節龍頭，使它處於兩種速度之間，但水流卻不會停留在中間模式上，而是迅速地轉向一種或另一種模式，彷彿兩邊的模式對它有吸引力一樣。正如落在大陸分水嶺上的一滴雨水，最終一定會流入太平洋或大西洋。
系統的動態過程遲早會進入某個"盆地"，該"盆地"可以捕獲周邊的運動態，使之進入一個持久態。考夫曼認為，隨機組合系統會找到通往某個盆地的道路，也即是混沌之中會湧現出無序之有序。
考夫曼進行了無數次的基因模擬實驗，他發現，系統中的基因數（平方根）與這些基因最終所進入的"盆地"數之間存在大致的比率關係。生物細胞中的基因數與這些基因所產生的細胞種類數（肝細胞、血細胞、腦細胞）之間也存在相同的關係。所有生物的這個比率大體恆定。
考夫曼宣稱，這一比率對許多物種都適用這一事實表明，細胞種類的數量實質上由細胞結構本身決定。那麼，身體內細胞種類的數量就可能與自然選擇沒太大關係，而與描述基因互動現象的數學有關。考夫曼興奮地想，還有多少其他生物學上的表象也與自然選擇沒太大關係呢？
他直覺地認為，可以通過實驗來尋求這個問題的答案。不過，他首先需要一種能夠隨機構造生命的方法。他決定對生命的起源進行模擬。首先生成所有生命誕生前的"元件"，然後讓這些元件匯聚在一個虛擬"池"中，相互作用。如果這鍋"原湯"能夠必然產生秩序的話，那他就有了一個例證。這其中的訣竅是讓分子們都來玩一個名為"迭坐"的遊戲。
20.3迭坐，噴湧，自催化
十年前"迭坐"遊戲風行一時。這個引人入勝的戶外遊戲充分展示了合作的力量。遊戲主持人讓25個或更多的人緊挨著站成一圈，每個參與者盯著他前面那個人的後腦勺。想象一下排隊等著買電影票的人吧，把他們連成一個整齊的圈就好了。
主持人一聲令下，一圈人立刻曲膝坐到後面朋友的膝蓋上。如果大家動作協調一致，這圈人坐下時就形成了一個自支撐的椅子。如果有一個人失誤，整個圈子就崩潰了。"迭坐"遊戲的世界記錄是幾百人同時穩穩地坐到後面的"椅子"上。
自催化系統與銜尾蛇很像"迭坐"遊戲。化合物（或函式）a在化合物（或函式）c的幫助下合成了化合物（或函式）b。而c自己是由a和d生成的。d又是由e和c產生的，諸如此類。無他則無我。換句話說，某種化合物或功能得以長期存在的唯一途徑，就是成為另一種化合物或功能的產物。在這個迴圈世界裡，所有的原因都是結果，就像所有的膝蓋都是別人的"椅子"一樣。與我們通常的認識相反，一切實體的存在都取決於其他實體的共同存在。
"迭坐"遊戲證明了迴圈因果關係並非不可能。我們這一身臭皮囊也正是由套套邏輯所支撐的。套套邏輯是真實存在的，它實際上是穩定系統的一個基本要素。
認知哲學家道葛拉斯·霍夫施塔特把這些矛盾的迴路稱為"怪圈"，並舉了兩個例子：巴赫的卡農輪唱曲裡似乎不斷拔高的音符，以及埃舍爾畫筆下無限上升的臺階。他把著名的克里特島撒謊者悖論以及哥德爾關於不可證明的數學定理的證明也算在"怪圈"裡。霍夫施塔特在其著作《哥德爾、埃舍爾和巴赫》中寫道："當我們在某個層級系統的不同層級間向上（或向下)移動時，卻意外地發現自己又回到原來待過的地方，這就是'怪圈'。"
生命和進化必然會陷入迴圈因果的怪圈，它們在基本面上具有套套邏輯。缺少了這種根本的迴圈因果邏輯矛盾，也就不可能有生命和開放的進化。在諸如生命、進化和意識這類複雜的過程中，主因似乎在不斷地遷移，就好像埃舍爾所描繪的光學錯覺。人類在試圖構建像我們一樣複雜的系統時遇到的問題之一就是，過去我們一直堅持一定程度上的邏輯一致性，也即如鐘錶般的精確邏輯，而這阻礙了自主事件的湧現。正如數學家哥德爾所闡明的，矛盾是任何自維持系統所固有的特性----即便組成該系統的各部分都是一致的。
哥德爾在1931年提出的理論中闡明，企圖消除自吞噬的圈子是徒勞無益的，究其原因，霍夫施塔特則指出，"不識廬山真面目，只緣身在此山中"。在"區域性"層面上審視時，每個部分好像都是合法的；只有當合法的部分形成一個整體時，矛盾才會出現。
1991年，年輕的義大利科學家沃爾特·方塔納從數學上論證了函式a生成函式b，b再產生c這樣的線性序列可以容易地構成類似閉環控制系統的自生成環，因而最後的函式與最初的函式同為結果的生成者。考夫曼第一次看到方塔納的工作時，就被它的美所傾倒。"你一定會愛上它！函式之間彼此生成。它們自所有函式所形成的空間中來，在創造的懷抱中手牽著手！"考夫曼把這種自催化系統叫作"卵"。他說，"一個卵就是一套規則，它擁有這樣的特性：它們所生成的規則也正是創造它們的規則。這一點也不荒謬。"
要獲得卵，首先要有一大"池"不同的介子。它們可以是各種各樣的蛋白質碎片，也可以是計算機程式碼片斷。如果讓它們在足夠長的時間內互相作用，就會形成"一種物體產生另一種物體"的小閉環。最終，如果時間和空間允許的話，系統中由這些區域性閉環形成的網路會蔓延開來，並逐漸緻密起來，直至環路中的每個生產者都是另一個生產者的產品，直至每個環路都融入其他環路，形成規模龐大的並行且相互關聯的網路。這時，催化反應停止，網路突然進入一個穩態遊戲----系統坐在自己的膝頭上，始端倚在末端，末端亦倚在始端。
考夫曼聲稱，生命就是在這種"聚合體作用於聚合體形成新的聚合體"的"湯"中開始的。他通過"符號串作用於符號串產生新的符號串"的實驗，論證了這種邏輯的理論可行性。他假設蛋白質碎片與計算機程式碼片斷在邏輯上是等同的，並把"程式碼產生程式碼"的數字網路視作蛋白質模型。當他執行這個模型時，便得到了如同"迭坐"遊戲一般的自催化系統：它們沒有開始，沒有中心，也沒有結束。
生命是作為一個完整的整體而突然冒出來的，就像晶體突然從過飽和溶液中顯露出其最終（儘管微小）的形式一樣：沒有從渾濁的半晶體開始，也沒有呈現為半物化的幽靈，而是突然地、一下子就成為了整體，就像"迭坐"遊戲中，200個人突然坐成一圈一樣。"生命是完整的、綜合的，不是支離破碎的，也不是無組織的。"斯圖爾特·考夫曼寫道，"生命，從深層意義上來說，是結晶而成的。"
他繼續道，"我希望證明，自複製和動態平衡這些生物體的基本特徵是高分子化學固有的集體表示式。我們可以預計，任何足夠複雜的一組催化聚合體在一起都能形成自催化反應。"這裡，考夫曼再次暗示了那個必然性的概念："如果我的模型是正確的話，那麼宇宙中生命的路徑就是一條條寬敞大道，而不是迂迴曲折的窄巷。"換句話說，在現有的化學環境中，"生命是必然的"。
20.4值得一問的問題
考夫曼曾經對一群科學家表示："我們已經習慣於處理數以十億計的事情！"任何事物聚整合群都會與原來有所不同：聚合體越多，由一個聚合體觸發另一個聚合體這樣的相互作用就會呈指數級增長。在某個點上，不斷增加的多樣性和聚合體數量就會達到一個臨界值，從而使系統中一定數量的聚合體瞬間形成一個自發的環，一個自生成、自支援、自轉化的化學網路。只要有能量流入，網路就會處於活躍狀態，這個環就不會垮掉。
程式碼、化學物質或者發明，能在適當的環境下產生新的程式碼、化學物質或發明。很顯然，這是生命的模式。一個生物體產生新的生物體，新的生物體再接著創造更新的生物體。一個小發明（電晶體）產生了其他發明（計算機），它（計算機）又產生了更新的其他發明（虛擬現實）。考夫曼想從數學上把這個過程概括為：函式產生新的函式，新的函式再生出其他更新的函式。
"五年前，"考夫曼回憶道，"我和布賴恩·古德溫［進化生物學家］坐在義大利北部某個第一次世界大戰的掩體中，在暴風雨中談論著自催化系統。那時我就有了一個深刻的體會：達爾文所說的物競天擇和亞當·斯密提出的國富論何其相似。二者都有一雙無形之手。但是在看到沃爾特·方塔納關於自催化系統的工作之前，我一直都不知道該如何深入地把研究進行下去。方塔納的工作實在是太漂亮了。"
我跟考夫曼提到了一個有爭議的想法：在任何社會中，只要交流和資訊連線的強度適中，民主就必然會出現。在思想自由流動併產生新思想的地方，政治組織會最終走向民主這個必然的、自組織的強大吸引子。考夫曼同意這個想法："在1958年或1959年左右，我還是大二學生。當時我就投入極大的熱情和精力寫了篇哲學論文。我想搞清楚民主為什麼會行得通。很明顯，民主並不是因為它是多數人的規則才行得通。如今，33年過去了，我認識到，民主是允許相沖突的少數族群之間達成相對流暢的妥協的機制。它避免了族群們陷入區域性有利但全域性不利的解決方案。"