复制对选择有何助益?
在从单个细胞发育成人体的过程中,充分利用了反复的随机变异与非随机的选择。从胚胎到成人的身体发育过程的所有阶段都表现出了细胞层面的随机活动,并且身体的形成完全依赖于这些活动带来的新的可能性以及对其中满足预设标准的结果的选择。新的结构总是基于已有的结构,并且在所有阶段选择都亲睐其中某些细胞,排斥其他的。留存下来的细胞成为新细胞的父代,新细胞又接受新一轮的选择。除了免疫系统,细胞的发育和细胞的扩增都不是基于遗传选择,而是基于位置的选择。位于正确位置的有正确连接的细胞被激励,否则被清除。这个过程很像雕塑。这个策略的一个自然结果是个体之间在细胞层面和分子层面上的多变性,虽然在大的尺度上很相似。
新的B细胞的产生与这个策略有一点很不一样。在大脑发育过程中,编码产生神经元突起的蛋白质的DNA序列并不变化。当轴突和树突生长探索特定的邻居时,基因表达的模式改变,但背后的指令并不变。DNA引导有利过程的生长,同时引导不利过程的消亡。而在免疫反应中,特定细胞的DNA血统却会改变。对于B细胞,编码抗体可变区的DNA序列不断变化,每个细胞的血统都是独特的。通过允许指令变化,系统具有了适应任何可能入侵者的最大潜力。大脑的发育也很惊人,但表现出的创造性要有限得多。如果大脑发育过程中对神经元也有遗传性选择,则人类大脑将不仅在微观层面上不一样,而是在所有方面都会不一样。如果是这样,大脑将不是依物种而异!这样大范围的变化在物种进化过程中(经过数百万年)的确会发生,但在个体发育过程中不会发生。
免疫系统应对外来抗原发生的变化类似于生物进化,但是在体内很短的几周时间就会发生。身体不可能预先“知道”下次会遇到哪种细菌或病毒袭击。
对随机的微小变化(突变)进行复制,然后选择表现好的变体,这为解决面临的问题(发现新的蛋白质结构)提供了无尽的可能。快速进化的微生物有各种编程的可能性。超突变结合克隆选择确保了一旦弱结合的B细胞被激发,很快就能产生出具有高度特异性的抗体。
基于线性编码信息的计算的用途如此广泛而强大的原因之一是很容易复制。复制1维和2维对象很容易,复制3维对象则很难。原因在于几何。这也是为什么你能买到复印机却买不到《星际迷航》中的那种复制机。如果某种东西有用,则往往是多多益善。并且稍加修改,经常还能变得更有用。物理世界的大部分事物都是3维的,无法(直接)复制,但1维指令可以用来产生相同3维设计的多个对象,指令为绕开复制3维事物的难题提供了途径。制造也利用了相同的原理。不那么明显的一面则是对指令的细微修改往往能得到新的有用的事物。这一点从根本上使得产品开发、动植物进化和适应性免疫成为可能。
通过大规模并行利用抗体结构的随机而细微的变化,身体得以产生合适的抗体对抗蛋白质组成的任何入侵者。由于地球上所有生命都是基于蛋白质,这是一个很可靠的策略。在大脑发育过程中,随机连接的形成为探索复杂的局部环境提供了高效的途径。但与生成抗体的情况不同,产生轴突和树突所需的DNA信息在人的一生中并不改变。通过对不符合预定标准的神经元连接进行反向选择,就可以从初始的混沌状态中构建出极为复杂而又多少可以复制的连线模式,并且无需预先存储大量信息。这种策略的一个结果是,大脑不像买来的计算机那样具有“现成的”功能,要经过学习才能发挥作用。在第10章我们将对此进一步探讨。