当更多关联建立起来时，各学科也就能更圆满地由上贯通到下，由实体中最特殊的部位一路贯通到最普遍的分子和原子。但是，以相反的方向来建立融通性，也就是由普遍到特殊，相形之下却困难许多。简单地说，分析阿玛林果要比合成阿玛林果容易得多。
借助科学方法，我们已经获得一个远远超出人们早期梦想且完整的物理世界观。现在，这个伟大的冒险行动开始转向，改为朝内探索我们自身。历经过去数十年的扩展，自然科学已经触及了社会科学和人文学科的边界。在这个领域中，指引冒险行动的融通性原理，必将遭到最严峻的考验。自然科学是相对容易的，社会科学和人文学科才是终极的挑战。各个学科之间存在着不确定的相关性，其中带有讨好古希腊人的神话色彩，包括危机四伏的道路、英雄式的旅行以及带领我们返回家园的秘密工具。这些神话因素在数个世纪中，组合出了许多故事，其中包括克里特岛的迷宫，这个故事可说是“融通”的隐喻。
学术的迷宫
雅典的忒修斯（Theseus）是可以和大力士赫拉克勒斯（Heracles）相抗衡的斗士。他朝着克里特岛迷宫的中心走去，穿过每个走道，经过无数转折，且沿路松开阿里阿德涅（Ariadne）交给他的线团。阿里阿德涅是克里特岛国王米诺斯（Minos）的女儿，深深爱恋着忒修斯。在迷宫中隐秘走道的某处，忒修斯遇上了食人的人头牛身兽弥诺淘洛斯（Minotaur）。因为它，雅典每年要供奉给克里特岛7名少男少女作为牺牲。忒修斯徒手杀了弥诺淘洛斯，然后回头沿着阿里阿德涅给他的线走出了迷宫。
这个迷宫神话可能源自史前克里特岛和阿提卡（Attica）之间的冲突。人类在一个无迹可寻的物质世界里诞生，并永无止境地挣扎着想要对它有进一步的理解，而克里特岛的迷宫恰好反映出这个世界的神话象征。为了融通各个学科，我们需要阿里阿德涅的线团来贯穿其中。忒修斯代表人类，而弥诺淘洛斯则是我们自身危险的非理性部分。迷宫由经验知识所构成，靠近入口处的穿堂是物理，之后分岔的走道，是所有探险者必经的途径；迷宫的中央深处像星云般密集的走道，贯穿着社会科学、人文学科、艺术和宗教。我们如果能够好好建立起事物间的因果关系，就有可能很快地转向，通过行为科学回头走向生物学、化学，最后抵达物理学。[1]
随着时日的累积，我们发现这个迷宫具有一个恼人的特征，使我们不可能对它完全掌握。虽然这个迷宫多少会有入口，但没有中心点，在迷宫的深处只有数目极大的终点。假设我们有足够的知识，能沿着线索由果往回推向因，也只能够从一个终点出发。真实世界这个迷宫就像是博尔赫斯[2]的迷宫，具有无穷的可能性。我们永远无法绘制出完整的地图，无法发现并解释其中的每一件事物。但是我们可以期望自己快速穿过已知的部分，由特定的区域往回走向一般的区域，同时依据人类精神，继续不停地记载行经的路线。我们具备了火炬和线团，能将各种线索连接成一个逐渐扩增的解释网络。
“融通”在定义上还具有另一个特征：在穿过迷宫中分岔的走道时，回头走比向前行来得容易。当我们一一建立解释片断由一个组织层次发展到下一个层次之后，就可以在许多终点处（比方说地质形态或蝴蝶种类）任选一个线索，然后循线索穿越因果关系的分岔点，并期待能够走回物理学上的定律。但是由物理学走到终点的反向旅程，却是极大的难题。离物理学的距离愈远，前一个学科所提供的可能性也会沿指数曲线上升。每增加一个因果解释的分岔点，都会使前行的线团长度倍增。生物学和物理学相比复杂得不可思议，同样的，艺术又比生物学更为复杂。要想一路向前走到底似乎不可能，更糟糕的是，我们在出发前甚至无法预知，想象中的完整历程到底存不存在。
由入口到终点一路前行，复杂程度会急遽增加，这可以很清楚地由细胞生物学的教科书上看到。研究人员利用物理学和化学的化约原理，已极令人钦佩，且聪明地详尽解说了细胞的结构与活动，同时不给其他相竞的解释方法保留一丝余地。他们期望在不久之后，就能解释研究中的任何一种特殊细胞所发生的任何事件，能够把细胞拆成一个个细胞器（organelle），最后再把细胞器重新组合成整体。如此一来，他们就可以朝着迷宫入口处的简单区域迈进。但是，他们仍然抱着些微的期待，希望能够以物理学和化学方法预测任何完整细胞的特征。这样的做法是直接远离迷宫入口而朝着复杂程度渐增的区域迈进，和利用因果解释、反向地由迷宫内部朝着出口重建关联的做法相反。套用一句科学的神圣咒语：自然科学所做的诠释是必要而非充分的。因为特定细胞的细胞核和其他细胞器，以及它们的组成分子，具有太过独特的组合方式，同时，细胞与环境之间不停进行的化学交换过程也太过复杂了，以至于我们无法跨越观念上的障碍。除了这些特殊个体之外，还有DNA那跨越无数世代的历史传承。
简而言之，我们的兴趣在于了解细胞如何组成，以及什么样的进化历程会导致这种组成规则。为了达成这个目标，生物学家首先必须描述细胞内的复杂性，然后再将细胞拆开来研究。反其道而行是可以想象的，但是生物学家都认为这种做法极为困难。
[1]数年来，针对克里特岛迷宫和阿里阿德涅之线，已经出现了许多各样的诠释。与我的诠译最接近但在主要看法上有些差异的，是Mary E. Clark的Ariadne’s Thread: The Search for New Modes of Thinking (New York:St. Martin’s Press, 1989)。Clark认为，迷宫就像人类的复杂环境和社会问题，而线团则代表用来解决问题的客观真理和现实想法。
[2]博尔赫斯（Jorge Luis Borges，1899—1986），阿根廷诗人、散文家及短篇小说家。在南美洲创立极端论（Ultraism）。极端论始于第一次世纪大战后的西班牙及西班牙—美国系诗人，特点是不用传统的形式及内容，而用自由式的韵文、复杂的韵律及大胆的意象及象征主义。其作品基调孤独、迷惘、彷徨、失望，带有神秘色彩。——译注
由对蚂蚁沟通方式的研究来看归纳与综合
把一个现象分解成元素（在此是把细胞分解成细胞器和分子），是经由归纳法而达成的融通。重新组合元素，则是经由综合法达成的融通，尤其是再利用由归纳法获得的知识来预测自然界当初是如何构成的。这两个步骤组成的程序，是自然科学家做研究时一般采用的运作方法：由上而下用分析法跨越两三个组织层次，之后再由下而上用综合法跨越相同的层次。
以我自己研究中的一个普通例子来看，就可以简单说明这种运作程序。相隔一段距离的蚂蚁，会互相通告彼此的危急状况。当一只工蚁受到攻击，被压在地上或受到威胁时，离它几英寸远的同窝蚂蚁会感受到她的危机（我用“她”是因为所有的工蚁都是雌性的）而匆匆跑过去帮忙。这种紧急的求救信号可借由视线沟通，但是很少见，因为这类冲突经常在暗处发生，而且许多种蚂蚁都是盲目的。求救信号也可以经由声音传递；受攻击的工蚁会用腰部摩擦身体尾部，制造出尖锐的声音，或者上下反复摇摆身体来击地发声。不过，只有某些种类的蚂蚁会发出声音传递信号，而且只在特殊的情况下才采用。
1950年代，刚成为昆虫学家的我得知这些事实后，就猜想工蚁发出的紧急信号可能是化学性的。当时的研究人员把这种化学传信物质称为“化学释放物”（chemical releaser），也就是今日的费洛蒙（pheromone，亦称信息素）。为了测试自己的想法，我收集了红收获蚁（red harvest ant）和其他一些我对其有深入了解的蚁种。随后，我把这些蚂蚁放在一个人工蚁巢中，就好像儿童在建立蚂蚁窝那样，再利用立体显微镜和制造手表用的镊子，解剖刚受到迫害而死亡的工蚁，从中取出可能含有紧急求救信号的费洛蒙的器官。我拿一根细棒，利用棒尖把这些肉眼勉强能见的白色小块组织一个一个压碎，然后把棒尖伸入休息的蚂蚁群中。采用这种方法，我获知至少有两种腺体能够产生功效。其中一种位于工蚁下颚基部，另一种则在肛门附近。这些腺体所释放的物质会使蚂蚁像充电般绕着棒尖团团旋转，只有偶尔会暂停下来检查并扑咬压碎的组织。
我确实找到了费洛蒙的来源，但它们又是什么样的物质呢？我接着求助于化学家雷尼尔（Fred Regnier）。雷尼尔和我年纪相仿，刚开始专业生涯。他能够分析极小的有机样本，而对于推动蚂蚁沟通方式的研究而言，他这项专门技术是当时最需要的。雷尼尔利用当时最新的科技，包括气体色层分析法和质谱仪，确认出其中产生效用的物质是由简单的烷烃（alkane）和萜类化合物（terpenoid）混合而成。他接着在实验室内合成了高纯度的相同化合物，并把少量样品放入蚁群中，我们观察蚂蚁的反应和我在初步实验中观察到的相同。因此，雷尼尔辨认出的腺体化合物，的确就是传递紧急信号的费洛蒙。
这个发现是了解更广泛、更基本的费洛蒙效应的第一步。我接着请一位年轻的数学家伯塞特（William Bossert）帮忙。（我们那时候都很年轻；年轻的科学家有最好的想法，更重要的是，有最多的时间。）这个问题的新奇感以及我所提供的微薄薪水吸引了伯塞特，他同意为费洛蒙的扩散过程建立物理模型。我们知道化学物质会由腺体的开口处蒸散出来，所以靠近开口处的分子密度，足以让蚂蚁直接闻到。产生这个现象的三维空间范围称为“活化空间”（active space）。活化空间的大小形状，可以通过已知分子的物理性质来加以预测，而且可以通过分子云从扩散到引起蚂蚁警觉所需的时间来加以验证。我们同时采用模型和实验来测量分子扩散的速度，以及蚂蚁对分子的敏感度，并由此合理地肯定了工蚁会散发费洛蒙来达成沟通的目的。
我们采取的分析步骤，正是科学研究中普遍使用的方法。这些步骤的依据，是几世代的早期科学家融通了各学科后所建立起来的学识。为了解答蚂蚁紧急传信的问题，我们采用归纳法，把生物体这个特殊的组织层次，化简为更一般的分子层次。我们尝试使用物理学和化学来解释生物现象。很幸运，这次我们成功了。
采用相同方法进行的费洛蒙研究，在之后数十年中继续带来成效。分别独立作业的许多生物学家共同指出，蚂蚁采用许多类似于紧急传信的化学系统来组织群体。我们发现，蚂蚁的身体是由腺体构成的行动电池，充满了带有信号的化合物。当蚂蚁发出单一或一组含有不同成分的费洛蒙时，实际上是在告知其他蚂蚁：有危险，快过来；有危险，快散开；有食物，跟我来；有一个较好的筑巢场所，跟我走；我是和你同窝的蚂蚁，不是外来者；我是幼蚁。蚂蚁能发出的信号有10到20种不等，其中差异是根据蚂蚁的地位（例如兵蚁或次要的工蚁）和种类而定。这些味觉和嗅觉上的密码无所不在又极具威力，当它们一并发挥作用时，可以将整个蚁群结合成单一的运作单位。因此，每个蚁群可以视为一个超生物体（superorganism），也就是一群传统的生物体聚集在一起，并如单一的大型生物体一样地行动。这样的群体有如原始的信号网，大致上和神经网络雷同，扩大来看更好比百头海怪。只要碰触其中一只蚂蚁、碰触网络内的一条线，影响就会向外散发开来，波及群体所共有的智能。
有根据的推测
在上述研究中，我们跨越了四个层次：从超生物体到生物体，到腺体和感官，再到分子。我们有没有可能转身朝反方向行进，在对蚂蚁的生物学一无所知的状况下，加以预测实验结果？有可能的，至少就少数广泛的原理而言是如此。
根据天择理论，费洛蒙分子在预期中应该具有某些特殊性质，所以生物体才能够有效率地加以制造和传递。另外再加上有机化学原理的考虑，我们可以推论，这样的分子可能含有5到20个碳原子，分子量则在80到300之间。尤其，那些具有警示功能的费洛蒙分子通常比较轻，并且具有相当大的量，比如每只蚂蚁能生产百万分之一克的警示性费洛蒙，而不是十亿分之一克。同时，相较于其他大多数费洛蒙，工蚁对警示性费洛蒙的反应也比较不敏感。这些特征组合起来，使警示信号能够快速传递，并且在危险不存在时很快消失。相反，我们可以预见，当蚂蚁由窝巢行进到食物所在地后再折回时，它们留在路途上的化学物质必定具有相反的性质。这些分子的特性将使信号能够长期保留，并且确保传递过程具有隐秘性。这种隐秘性是为了防止掠食者追踪信号，而猎取发送信号的蚂蚁。战争时期需要密码，而大自然正是个战场，千万别犯错。
如果你愿意，也可以把以上的预测称为“有根据的推测”（educated guess），这个推测有资格被称为经由综合法而达成的融通。除了一些仍然令人迷惑的例外情形之外，这些推测都已经得到肯定。但是，生物学家仍然无法单凭物理学和化学方法来推测费洛蒙分子的结构，或是确认制造费洛蒙的腺体。因此他们无法在做实验之前，就担保某个信号会不会被特定的某种蚂蚁所采用。要达到这种精确程度，也就是要从靠近迷宫入口的物理学和化学，一直走到有关蚂蚁社会生活的终点，我们需要对蚂蚁种类的进化史以及蚂蚁所居住的环境，具备详尽综合的了解。[1]
简而言之，具有推测性的综合法极难达成。然而从另一方面看，我相信从相反的方向利用归纳法所做的解释，在某些情况下可以贯穿所有的组织层次，从而包含所有的学术分支。为了阐示这个想法，我现在尝试追踪一位魔术师的梦，一路走进单一原子的世界内。
在魔术师梦中出现的巨蛇，是由真实生活中的真蛇转变而来。我在这里提到蛇的图像并不是恣意的；在梦和药物所引发的幻觉世界中，最常出现的野生生物就是蛇。这些轻易出现在祖鲁人（Zulu）和曼哈顿人脑中的巨蛇，是人类幻想中极具威力的图像；活生生的蛇转换成人类潜意识中闪烁不定的图像。根据每个梦幻者不同的文化和经验，想象中的巨蛇具有各种不同的形象：掠食者、恶魔、隐秘世界的守卫、上天的启示、死者的灵魂以及神祇。真蛇移动时左右摆动的身体和致命的攻击，使它们成为魔术中的理想物品。它们的形象所引发的情绪，介于畏惧、退缩和崇敬这三个点所定义的三角梯度中。真蛇只让人畏惧，梦中的巨蛇却让人动弹不得；做梦者在睡眠的瘫痪状态下，毫无摆脱梦中巨蛇的可能。
亚马孙河流域西部的热带丛林盛产蛇，并且种类繁多。与它们在梦里相对应的巨蛇形象，则在美洲印第安人以及梅斯蒂索人[2]的文化中，占有极重要的地位。巫师负责管控迷幻剂的服用，以及解释随后出现的巨蛇和其他幽灵形象的意义。厄瓜多尔的黑瓦洛人（Jívaro）服用“maikua”，这是由茄科有毒植物曼陀罗（Datura arborea）的绿色树皮中提取出来的汁液。战士喝下这种汁液，以召唤活在幽灵世界中被称为“arutam”的祖先。如果心有所求的人运气好，幽灵通常会以两条巨蛇的形象，从丛林深处出现。这种巨蛇在真实世界中的学名是Eunectes murinus（亚马孙森蚺，真游蟒属），是世界上最重的蛇，体型大到足以杀死人类。这些梦中巨蛇会朝向幻梦者蛇行，互相纠缠打斗。当它们来到20或30英尺（约6或9米）开外的地方时，黑瓦洛人必须跑向前去触摸它们。要不然，巨蛇就会像炸弹那样爆炸，然后消失。
黑瓦洛人接受启示之后不准告诉任何人，要不然魔法就会失去作用。当天晚上得到启示的人要在最近的河岸上睡觉，而祖先灵魂会以老人的形象在他梦中出现。老人会说：“我是你的祖先。就像我一样曾经活得很长久，你也将如此；就如我一样曾经杀人无数，你也将如此。”接着老人就消失了，同时他的灵魂会进入做梦者的身体。这名黑瓦洛人清晨醒过来后，会感觉自己更有勇气，并且带有一种优雅的气质。他的举止焕然一新，受到当地人们的注意。如果他愿意，可以带上鸟骨做成的肩饰，以象征arutam灵魂的力量。在古代，人们会视他为带领猎取人头行动的战士。
[1]有关蚂蚁沟通的细节，可以进一步参考Bert H?lldobler与我合著的The Ants （1990），以及Journey to the Ants: A Story of Scientific Exploration(1994), (Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard University Press)［繁体中译本为《蚂蚁，蚂蚁》，蔡承志译（远流）］。
[2]梅斯蒂索人（mestizo），印第安人与西班牙人的混血后代。——译注
阿玛林果的梦中绘画
亚马孙河流域东南方约800公里处的秘鲁境内，住着一位阿玛林果（Pablo Amaringo）。他是一位梅斯蒂索巫师，也是艺术家。阿玛林果的美洲印第安祖先，是亚马孙（Amazonas）与卡哈麦卡（Cajamarca）地区说科卡马语（Cocama）及盖丘亚语（Quechua）的种族，他承继他们的传统，能够念咒召来幻象，并以绘画的方式描述其中的情节。他选用的迷幻剂是乌卡亚利河（Rio Ucayali）流区广泛使用的“死藤水”（ayahuasca），萃取自丛林中的爬藤卡披木（Banisteriopsis）。阿玛林果的梦幻中充满巨蛇，其中大多代表亚马孙河流域文化中的角色：成堆的神祇、森林幽灵、袭击动物和人类的掠食者、使妇人怀孕的精灵、湖泊和森林的主宰，有时弯弯曲曲的爬藤会自动转变成动物的形状。
阿玛林果的绘画受当地希皮博人（Shipibo）丰富传统的影响，其中的巨蛇及其他真实或超自然的生物，都装饰着设计繁复的三原色几何图形。这些绘画也呈现出不喜欢留白的希皮博特色：空间中每一个部位都塞满了细节，这种绘画风格正好和亚马孙地区繁多得让人目瞪口呆的生物种类相互搭配。
阿玛林果画中的主题分散而具多样性，把幽灵、魔术师、古代美洲印第安神话中出现的奇幻动物，以及秘鲁的现代人物和工业发展中的事物都堆在一起。另外，画中还有船舰和飞机经过，甚至在热带雨林的树冠上还有飞碟悬留。这些图像超现实而令人困扰，不再受到任何正常感官知觉的拘束，是一种追寻戏剧化和叙事性的情绪表现。这种疯狂的图像显示出，人们在进入催眠状态和梦境时，任何隐喻和记忆片断都有可能溜入不设防的心灵，而变成故事的部分情节。
这些神圣的植物在化学家的分析之下，已经丧失了神秘感。它们的汁液中含有神经调节物质，如果大剂量服用，将使人进入兴奋、迷幻的状态。在这些主要效应之后，通常会紧接着出现昏睡或类似做梦的状态。黑瓦洛人的曼陀罗迷药，在结构上很接近生物碱阿托品（atropine）和莨菪碱（scopolamine）；梅斯蒂索人的迷药“死藤水”则含有β-咔啉（beta-carbolines），而且巫师经常还会加入从另一种植物中提取出来的二甲基色胺（dimethyltryptamine）。这些物质会对精神产生作用，它们所产生的强烈图像刺激，足以打破受意识控制的一般思维过程。它们改变大脑的方式，就好比自然的神经调节分子在调节正常的做梦过程一般。这之间的差别是，人们在这些迷药的影响下，会进入半昏迷的催眠状态，而那些无法控制又十分鲜明、紧急的梦境，则不再局限于睡眠中。
我们很容易以屈尊俯就的态度，对待亚马孙河流域维吉塔利斯塔人（vegetalistas）的这类精神追求；就像我们也很容易以轻视的态度看待1960年代和1970年代中，崇拜滥用药物的精神领袖和术士的反文化的无知信仰。除了少数的宗教狂热分子，今日已经没有人会相信已过世的药物滥用者宗教领袖利瑞（Timothy Leary），也没有人会记得卡斯塔尼达（Carlos Casta?eda）和他一度著名的《唐璜的教诲》（The Teachings of Don Juan）。但是，我们不能忽视这类幻觉的重要性，它们显示出生物学和人类本性上的一些重要现象。数千年来，利用迷幻剂来增强内在觉察力的方法，会得到世界各种文化的广泛采用。西方文明长久以来一直认为，自然睡眠和药物导致的梦境是通往圣灵的大门，它们都出现在《新约》和《旧约》中最关键的时刻。比方说，《马太福音》第1章第20节中提到，当约瑟正思考马利亚的身孕，也就是马利亚怀着耶稣时，“有主的使者向他梦中显现”，告诉他马利亚所怀的是圣灵的后代。约瑟的见证是基督教信仰中的两个重要支柱之一，另一个则是耶稣的12个门徒所描述的基督复活的情景，也如梦幻一般。
斯威登堡（Emanuel Swedenborg，1688—1772）是18世纪的科学家兼神学家，他的追随者创立了新耶路撒冷教派。斯威登堡相信，梦带有神灵的秘密，神的话并不只局限于《圣经》内。如果我们在显微镜下找不着神圣的密码（这位瑞典著名的科学家很沮丧地发现了这个事实），那么它也许会在梦境中出现。斯威登堡建议采取睡眠不规律和睡眠不足的方法，来引发更鲜明、更多的图像。他的说法至少在生理学上是正确的，我猜，他必然也会乐于服用一剂强效的“死藤水”。[1]
[1]黑瓦洛人召唤祖先的仪式出现于Michael J. Harner,The Jívaro: People of the Sacred Waterfalls(Garden City, NY: Doubleday/ Natural History Press, 1972）。阿玛林果的梦境和艺术则出现于Luis Eduardo Luna and Pablo Amaringo, Ayahuasca Visions: The Religious Iconography of a Peruvian Shaman(Berkeley, CA: North Atlantic books, 1991)。
梦的解析
我们接下来探讨魔术师、术士和巫师所做的梦。这些梦不仅是单一心灵的独特产物，更展现了人类所具有的一般特性。阿玛林果的艺术很值得用自然科学的方法来分析；他的画是测试科学融通性的一个例子，是极引人注目的文化片断。我们可能从复杂程度低于艺术灵感的生物层次，对它加以解释，并赋予它额外的意义。
在从事这样的分析时，科学家习惯寻找一些现成的因素作为敲门砖。为了达到这个目标，我从阿玛林果的绘画中，挑选了两项看来较容易解释的元素：梦境般的整体形象，以及其中惹人注目的巨蛇。
神秘主义和科学在梦境中交会。弗洛伊德清楚地看到两者之间的关联，提出了解析梦境意义的假设。他说，梦是无意识欲望的伪装。我们在睡眠时，“自我”会放松对“本我”（也就是本能）的控制，于是我们最原始的畏惧和欲望因此得以逃脱，并且呈现于有意识的心灵上。但是它们并不以赤裸裸的形式出现，而是像维多利亚时代的小说人物一般，会受到心灵压抑而变换成象征符号，才不致干扰睡眠。一般人不能寄望在醒来时能正确解释梦的含义。弗洛伊德认为，人必须依赖精神分析师的引领，以自由联想的方式解读梦中密码。当梦的解析完成之后，象征符号和幼时经验的关联就会变得一目了然。梦中的启示如果诠释正确，病人因为记忆上的压抑所造成的精神官能症（neurosis）和其他精神方面的干扰，就会因而减轻。
弗洛伊德把注意力集中在脑内隐藏的非理性过程，并提出无意识的观念，这对西方文化是一项重要的贡献。无意识的观念成为一种思想上的源泉，由心理学贯穿人文学科。但是，这个想法多半是错误的。弗洛伊德致命的错误在于不愿意测试自己的理论，让它们面对其他有竞争力的解释，然后再修正他的理论来包含矛盾的事实。他的命运也不佳。弗洛伊德剧本中的演员有本我、自我和超我，如果他当初猜对它们的基本特性，那么，这些演员以及它们在情绪压抑和移情作用上扮演的角色，可能已经顺利演变成现代科学理论中的组成因素了。达尔文的天择理论就是因此而成功的，尽管这位博物学家当初一点儿也不知道基因携带着特殊的遗传特征。到后来，现代遗传学才验证了达尔文在生物进化过程中的直觉。弗洛伊德在梦的解析上，面对了比基因更复杂而难以捉摸的元素，用最温和的方式来说——他猜错了。
对做梦的本质有一个较具竞争性也较现代化的假设，那就是生物学上的活化综合模型（activation-synthesis model），是哈佛医学院的霍布森（J. Allan Hobson）和其他研究人员，在过去20年中创造出来的。我们对做梦时实际发生在脑内的细胞层次和分子层次事件愈来愈了解，而霍布森的模型便是由这些知识片断所组成。
简单地说，做梦像一种疯狂的状态，会产生大量的视觉，却大半和真实无关，充满了情绪和象征符号，内容无规律可循，而变化形式具备无穷的可能。做梦很可能是大脑记忆库中，资讯重组编辑时所产生的副作用，而不像弗洛伊德所想象的，来自逃过大脑审核的野蛮情绪和隐藏的记忆。
活化综合假设背后的事实基础可以解释如下：在睡眠状态中，几乎所有的感官都关闭了，但脑干产生的脉冲会由内部活化有意识的大脑，刺激大脑急忙执行平常的功能，也就是产生能够连贯叙述的影像。但是因为缺乏由感官随时输入的资讯，包括身体移动时产生的刺激，此时大脑和外界的真实状况毫无关联。因此，它只能全力以赴，创造幻想。当有意识的大脑清醒过来，重新掌握了现实，所有的感觉和运动输入也都恢复时，大脑才回过头来审视这些幻想，欲给予一个合理的解释。这样的解释失败了，结果梦的解析本身反倒成了某种幻想。这就是为什么和梦相关的精神分析理论，以及神话和宗教中类似的超自然的诠释都在同一段时期内，让人在情绪上能够信服，事实上却是错误的。
做梦的生理过程
我们对做梦的分子基础有部分的了解。当神经细胞内特定的化学传导物质，例如胺类分子，去甲肾上腺素（norepinephrine）和5-羟色胺（serotonin），浓度下降时，大脑就开始想睡觉。同时，另一种传导物质乙酰胆碱（acetylcholine）数量则会增加。这两种神经传导物质会同时冲击对它们特别敏感的神经细胞，并且相互处于平衡状态。胺类分子使大脑醒来，促发它控制感觉系统和随意肌；乙酰胆碱则将这些器官关闭。当乙酰胆碱的浓度上升时，大脑有意识的活动量就下降，身体其他的功能也会下降，除了循环、呼吸、消化作用，还有值得特别注意的眼球运动。在睡眠中，身体的随意肌会瘫痪下来，温度调节的功能也相对降低（所以身体冷的时候睡着会有危险）。
正常的夜间睡眠周期，刚开始时深而无梦，然后每隔一段时间睡眠就变浅，浅睡眠的总时数大约占整个睡眠的百分之二十五。在浅睡眠时期，人容易醒，而且眼球会在眼眶里飘忽不定地转动，这种情形称为快速眼动（rapid eye movement，REM）。这时，有意识的大脑受到骚扰，开始做梦，但是继续与外界刺激保持隔离。做梦是因为乙酰胆碱神经细胞狂乱地活化而引发我们所谓的PGO波。乙酰胆碱会在神经细胞相接处的细胞膜，引发电效应；电效应会由脑干顶端球茎状的神经中心脑桥（pons，PGO的P），向上传递到大脑主体中心的下方，再由此进入丘脑（thalamus，或称视丘）的膝状体（geniculate body，PGO的G），亦即视觉神经路径的主要开关所在。随后，PGO波继续前进，通向大脑后端的枕叶皮质区（occipital cortex，PGO的O），也就是整合视觉信息的部位。
大脑清醒时，脑桥也是控制动作的主要中心，所以当它经由PGO系统传递信息时，便同时错误地报告给皮质，身体正在移动；然而，身体其实是不动的，它实际上是瘫痪的。于是，具有视觉作用的大脑接着就开始产生幻觉。当大脑接收到脑桥送来的PGO波时，会从记忆库中抽出储存的图像和故事，并加以组合。做梦不受外在世界资讯的限制，又缺乏真正时空中的架构和连续性，所以大脑快速产生的图像常常是变幻不定的，而且是关于一些不可能发生的事件。我们会在空中飞翔，在深海里游泳，在遥远的外星球上行走，或者和死了很久的父母谈话。进进出出的，有人、野兽和无名的幽灵。其中有一些还反映出我们由PGO波中引发的情绪，一个梦接一个梦，我们的心情由平静变为恐惧、生气、淫乱、感伤、幽默、冲动，但是大多时候只是焦虑。做梦的大脑组合事物的能力似乎是无止境的。而且，无论我们见到什么，都会深信不疑，至少在睡眠中是如此。对于我们在不自觉中猛然陷入的极其荒谬的事件，我们也很少质疑。有人曾经如此定义“疯狂”：无法在错误的选项中做抉择。我们在梦中是疯狂的，像狂人般在漫长无尽的梦境里遨游。
外界强烈的刺激可能突破睡眠中的感官障碍。这些刺激如果没弄醒我们，就会成为梦中的故事情节。比如，约1.6公里外发生闪电，雷声传入了我们的卧房。我们可能产生无数种反应，比如，我们可能梦到银行抢劫，一支枪开火，我们被击中。不，是另一个人被击中倒地，不，又错了——我们知道受到枪击的是我们自己，只是被别人的身体取代了。很奇怪，我们感觉不到疼痛。接着，情景又改变了，我们正穿过一条长廊，迷失了，焦急地想要回家。枪声又一次响起，这回我们醒了过来，紧张僵硬地躺在真实世界中，聆听真正的雷声从外面逐渐接近的风暴中传来。
在梦中，我们很少感受到身体上的不适，比如疼痛、晕眩、口渴或饥饿；少数人会发生呼吸暂停（apnea）——在睡眠中暂时停止呼吸。这种现象可能以窒息或淹死的图像出现在梦中。梦里也没有味觉或嗅觉，因为在昏睡的大脑中，这些感官的通道在乙酰胆碱的冲击下都关闭了。除非我们能在做梦后不久就醒来，要不然不会记得任何细节。百分之九十五到百分之九十九的梦会被完全遗忘；少数人甚至错以为自己根本不做梦。这种令人震惊的健忘症，显然是因为胺类神经传导物质的低浓度造成的；因为短期记忆转变成长期记忆时，需要这些分子的存在。
梦境与蛇
梦的功能是什么？生物学家通过对动物和人类的详细研究，暂时得到的结论：大脑在睡眠中，会将清醒时学习到的资讯加以分类巩固。更进一步的证据显示，其中至少有一部分过程，尤其是经由反复练习而增进的认知技巧，会只局限在REM睡眠时期，也就是做梦时。乙酰胆碱本身的流程，也许是整个过程中极重要的部分。做梦能激发强烈的内在活动和情绪反应，这项事实促使部分研究人员提议，REM睡眠具有更深奥的达尔文式功能。当我们做梦时，情绪会变得更深刻，求生和性活动方面的基本反应也会有所改进。
但是，神经生物学和实验心理学上的发现并不包括梦境。这些幻想难道只是暂时的疯狂，只是大脑在巩固所学时，产生的一些容易被遗忘的副作用的总和？或者，我们能够采用新弗洛伊德学派（neo-Freudian）的态度，探求组成梦境的象征符号所蕴含的深刻意义。既然梦境并不完全散漫无序，真理必定位于这两种假设之间。尽管梦的组合方式是非理性的，其中由细节所构成的资讯片断，却和PGO波所引起的情绪相符合。大脑很可能在遗传上天生倾向于形成某类图像和事件，这些资讯片断也许和弗洛伊德的本能冲动有些微相关，或者和荣格[1]心理分析中提到的原型（archetype）有一些连带关系。神经生物学也许可以使这两方面的理论变得更具体、更可验证。[2]
遗传倾向与进化一起导出了我在阿玛林果绘画中挑出的第二个元素：巨蛇。我们对这些夜间活动的生物的了解和对一般梦的本质的了解，在形式上刚好相反。正如我以上所做的解释，现在生物学家已经大致了解梦是如何产生的；他们苦思出做梦时发生在细胞与分子层次的主要事件，而比较不确定的是，做梦能为人类心灵和身体带来什么好处。至于普通出现的巨蛇，我们的了解情况则刚好相反。生物学家对巨蛇图像的功能，已经有一个相当理想的运作假设，但是除了做梦时的一般机制之外，他们对图像在分子和细胞层次上的基础却一无所知。严密的运作机制之所以仍然保有神秘感，是因为我们不了解关于巨蛇图像的特殊记忆是如何在细胞层次中组合，以及如何受到情绪的支配的。
我们对梦中巨蛇图像的了解，可以用生物学上的两种主要分析方法来说明：第一种方法会显露出近因（proximate cause），也就是现象的本质，以及产生这个现象的生理过程。这种近因上的解释，回答了生物现象“如何”作用，这往往发生在细胞或分子层次上。第二种分析方法则探讨现象“为什么”作用，这是它们的最终原因（ultimate cause），也就是生物体因为进化过程创造出的这些机制而享有的利益。生物学家的目标是同时寻找近因和最终原因。概括地说，在梦境研究中，我们对做梦的一般近因知道得很多，但对它的最终原因少有了解；但是对于梦中的巨蛇图像，我们的了解刚好相反。
现在我要提出一份报告，说明蛇和人类之所以相关的最终原因。这份报告由许多动物和人类行为的研究文献拼凑起来，其中最主要的贡献来自美国的人类学家兼艺术史家孟德克（Balaji Mundkur）。旧大陆[3]灵长类，也就是人类所属的种系，对蛇有一种深刻而原始的畏惧。长尾黑颚猴（vervet）和其他长尾猴（guenon），比如在非洲的树上随处可见的长尾巴的猴子，碰到特定的蛇类时，会咂咂嘴发出特殊的紧急吼叫声。这些猴子显然具有优秀爬行类动物学家的本能，因为它们这种天生的反应，只针对有毒的眼镜蛇（cobra）、树眼镜蛇（mamba，俗称曼巴）和鼓腹毒蛇（puff adder，亦称宽蛇），而不会针对无害的蛇类。其他猴子会跑到吼叫者的身边，一齐观望入侵者，直到入侵者离开周遭环境为止。它们也天生会对老鹰产生紧急吼叫，使得整群猴子由树上争先恐后地匆忙逃下树，以避免危险。他们同时具有天生对豹吼叫的能力，导致猴群冲上树，躲到豹无法触及的树冠上。
一般认为，普通的黑猩猩和500万年前的人类前身具有共同的祖先。它们看到蛇类时，往往会有不寻常的焦虑反应，即使以前从来没有见到过蛇。它们会倒退到安全的距离，用眼光紧紧追踪入侵者的行动，并且以“哇！”的警告声通知同伴。这种反应在青春期会逐渐增强。
人类对蛇类也具有一种天生的厌恶感，而且和黑猩猩一样，这种感觉会在青春期逐渐增强。但是，人类的反应并不是无法改变的本能，而是一种心理学家称之为“有备学习”（prepared learning）的发展倾向。小孩很容易学会对蛇的畏惧，这远比不对蛇产生反应或感到亲近来得容易。在5岁以前，他们并不会有特别的不安。之后，他们就变得愈来愈谨慎小心。然后，如果有一两次不好的经历，比如一条蛇蠕动穿过附近的草地，或是一个吓人的故事，他们就会对蛇产生永久而深刻的畏惧。人类这种畏惧蛇的倾向，根深蒂固。其他常见的对黑暗、对陌生人或对巨大噪音的恐惧，在7岁之后就开始逐渐消失；但相反，随着年龄的增长，人类对蛇类的躲避倾向反而会加强。当然，这个倾向也可能朝反方向发展，变成学会如何毫无畏惧地对待蛇，甚至以某种特殊的形式来喜爱蛇。我还是小男孩儿时便是如此，而且曾经慎重考虑过要成为一名专业的爬行类动物学家。然而，我对蛇的适应，是一种强迫而且自觉的过程。人类对蛇的特殊敏感度，也同样容易放大成恐蛇症（ophidiophobia），这是一种极端的病理现象：当蛇靠近时，会引发恐惧，出冷汗，甚至出现反胃恶心的反应。
[1]荣格（Carl Gustav Jung，1875—1961），瑞士心理学家，苏黎世学派（Zurich School）盟主。——译注
[2]目前我们对做梦生物学的了解来自J. Allan Hobson,The Chemistry of Conscious States: How the Brain Changes It’s Mind(Boston: Little, Brown, 1994）［繁体中译本为《梦与疯狂》，朱芳琳译（天下文化）］；以及同作者的Sleep(New York: Scientific American Library, 1995）［繁体中译本为《睡眠》，蔡玲玲、侯建元合译（远哲基金会）］。目前我们对做梦的结构和生理学的许多研究，技术上的细节都总结在“Dream consciousness: a neurocognitive approach,” Consciousness and Cognition, 3:1-128 (1994)。最近对睡眠适应功能的研究，则出现在Avi Karni et al.,“Dependence on REM sleep of overnight improvement of a perceptual skill,” Science, 256: 679-682 (1994)。
[3]旧大陆（Old World），指东半球，包括欧、亚、非、澳各洲，尤其是指欧洲。——译注
蛇神
还没有人探索过致使人对蛇厌恶的神经线路。我们不知道这个现象的近因是什么，只能将它归为一种“有备学习”；相对之下，我们对可能的最终原因却十分明了，那就是厌恶感所具有的求生价值。在人类历史中，某些种类的蛇曾经是造成疾病和死亡的主要原因。除了南极以外，每一块大陆上都产毒蛇。从大半个非洲和亚洲地区来看，每年每10万人中就有5人因为蛇咬致死。局部地区死亡率最高的纪录，在缅甸的一个省，每年每10万人中平均有36.8人被蛇咬死。澳洲尤其盛产极毒的蛇，其中大多数是眼镜蛇在进化上的近亲。除非你是蛇专家，要不然在澳洲最好远离所有的蛇，正如在世界各地，最好避免吃野生蕈类一样。在中南美洲，有一些为黑瓦洛人和维吉塔利斯塔巫师所熟知的剧毒蛇，包括巨蝮（bushmaster）、矛头蛇（fer-de-lance）和怒蛇（jaracara），这些是响尾蛇科毒蛇（pit viper）中最大、最具攻击性的种类。它们皮肤的颜色和花纹很像落叶，毒牙的长度足以穿透人的手掌。它们藏身于热带丛林的地面上，等待突击路过的小鸟和小型哺乳类动物，对经过的人也会防卫性地进行迅速的攻击。
活生生的蛇和梦中的巨蛇，说明了自然界的事物如何转换成文化的象征符号。几十万年来，毒蛇一向是导致人类受伤和死亡的主要原因。在这么长的一段时间内，大脑有足够的机会经由基因变化来产生“有备学习”的程式。人类经过痛苦的试错过程，确认哪些浆果有毒而加以避免；但是对于蛇所带来的威胁，人类的反应并不如此单纯，而是像人类以外的灵长类动物见到蛇类时所显示出的焦虑和病态的迷恋。蛇的图像又获得许多外加意义，它所激发的强烈情绪，也为世界各地的文化添加了丰富的色彩。巨蛇的形象常在恍惚状态和梦境中突然出现，它那邪恶的造型以及它的威力和神秘感，使它合理地成为神话和宗教的组成成分。
阿玛林果画中的图像可以追溯到数千年前。在法老王朝之前，下埃及[1]的国王是在布托（Buto）由眼镜蛇女神瓦吉特（Wadjet）加冕。希腊则有巨蛇奥罗波若（Ouroboros），它会一边从尾部开始不断地吞食自己，一边从体内再生。对诺斯替教徒（gnostic）和几个世纪后的炼金术士而言，这个自我吞食的形象，象征了世界败亡和重生的永恒轮回。1865年某日，德国化学家斯特拉多尼茨（Friedrich August Kekule von Stradonitz）坐在炉边打盹，梦到了奥罗波若，因而得到灵感，想出苯的分子结构：一个由6个碳原子组成的圆环，每个碳原子都和一个氢原子键结。有了这个苯环结构，19世纪的一些最让人迷惑不解的有机化学，终于得到圆满的解释。在阿兹特克人（Aztec）的万神殿中，人头蛇身、佩戴羽毛装饰的羽蛇神（Quetzalcoatl）是统治清晨和夜晚星辰的神明，也因此主宰了死亡和再生。它发明历法，鼓励学习，而且是祭司的保护神。另一个蛇形怪物特拉洛克（Tlaloc），则是主宰雨和闪电的神。它的上唇和人类相似，由两个响尾蛇的蛇头组成。上述的幽灵只可能在梦境和恍惚状态出现。[2]
[1]下埃及（lower Egypt），习惯上是指埃及的尼罗河三角洲以及开罗南郊地区，是埃及的政治、经济及文化中心。——译注
[2]活生生的蛇和梦中巨蛇在梦境和神话起源上的关联，大都基于Balaji Mundkur的重要文献：The Cult of the Serpent: An Interdisciplinary Survey of Its Manifestations and Origins (Albany, NY: State University of New York Press, 1983），以及我在Biophilia (Cambridge, MA: Harvard University Press, 1984）一书内容所做的些微修饰和延伸。
生物学的时空尺度
巨蛇形象在心灵和文化上的重要性，超越了自然界的蛇类。我们可以把了解“它如何由地上的爬行类动物转变而来”的过程，视为穿过科学和人文边界地带的多种途径之一。我们先前计划从魔术师走到原子，现在我们已经跟着巨蛇的形象走了相当长的一段距离，接着我们将进到生物科学的领域。这里有较佳的地图，所以前进相对而言也容易些。在数百万小时的劳动和数十亿美元的支助下，生物医学研究获得了许多诺贝尔奖，也为我们指出了从身体和器官往下经过细胞走到分子和原子的科学道路。我们现在已经具有人类神经细胞一般结构的详细图解，也对神经细胞的放电和突触上的化学反应有部分的了解，并且可以采用物理学和化学原理来加以描述。我们已经将舞台准备好了，接下来要进攻最重要但无解的生物学问题：大脑中数千亿个神经细胞如何一起产生功效而生成意识？
我说这是最重要的问题，是因为宇宙内的已知系统中，最复杂的是生物系统，而所有生物现象中，最复杂的是人类的心灵。如果大脑和心灵在本质上是生物现象，那么我们必须仰赖生物科学，才能圆满结合所有的学术分支，上至人文学科，下至自然科学。生物学内的各个领域现在已经大致融通，而且程度上逐年增长，因为这个事实，结合各学科的任务也变得较容易些。接下来，我将解释这个现象是如何形成的。
生物科学间的融通，是建立在对不同时空尺度的透彻了解上。当我们由一个层次进到另一个层次时，例如由分子进到细胞，或由器官进到生物体，需要正确地安排时空上的变化。为了清楚表达我的想法，我要再度造访阿玛林果这位魔术师、艺术家和友善的生物体；这将是最后一次造访。假设我们可以加快或放慢自己和他相处的时间，同时可以将他体内和四周的空间扩大或缩小，那么，我们将进入他的房子，和他握手，然后，阿玛林果让我们看一幅画；这些动作花了几秒钟或几分钟。这个事实很明显，为什么要特别提出？如果用另一种方式来问，问题可能会显得较有意义：为什么这些熟悉的动作花去的时间不是百万分之一秒，也不是数月？答案是：因为人类由数十亿个细胞组成，而细胞之间的沟通则靠穿越细胞膜的化学物质和电脉冲来达成。和阿玛林果见面说话所涉及的一系列事件，都是历时数秒到数分钟的单元，而不是历时数微秒或数月。我们也许认为这个时间尺度很正常，而且多少把它当成我们所居住的世界内的标准。其实不然，乃因其中涉及我们以及阿玛林果，而我们全都是有机的机器，所面对的则是有机体的时间。同时，因为我们用来沟通的工具所占的面积和体积，大小在数毫米到数米之间，而不是数纳米或数公里，因此我们那不受外界协助的心灵，就完全生活在一个有机体的空间内。
现在，假设我们获得了最佳的仪器可以观测阿玛林果的脑部活动（当然还要阿玛林果的许可！），并且在放大图像之后，可以看到其中最小的神经纤维。接着，我们看到了组成神经的细胞，最后还看到了分子和原子。我们观测到神经细胞的放电过程：当钠离子流入细胞膜时，横越细胞的电压则跟着下降。在神经细胞这个通道的每个点上，放电现象的发生只需要千分之几秒，然而它们所产生的电讯，也就是电压的下降，则以每秒几十米的速度快速沿着神经通道前进，跑得和奥林匹克的短跑选手一样快。现在，假设我们的视野只有原先的万分之一，而且事情因发生得飞快而看不清，神经细胞的放电过程，比来复枪的子弹更快速地穿越我们的视野。为了实际看到这个过程，我们必须录像，并且把放映速度调得足够慢，才能看到原先发生在数千分之一秒或更短时间内的事件——别忘了，我们观测者亦是人类，仍然处在有机体的时间尺度内。现在，我们进到了生化时间，如果要观测生化空间内的事件，就必须进入生化时间。
在这神奇的一刻，阿玛林果继续不停地说话，几乎丝毫没有察觉到我们在行动上加速了1000倍所产生的变化。在他的时间尺度里，这段时间只够他说一两个字。接着我们把时空的转盘往反方向扭转，直到阿玛林果的整体形象再度出现，而他的话再度以可聆听的速度穿过我们的心灵。我们继续转动转盘，于是阿玛林果等比例缩小，不平稳而且急急忙忙地快速走出房间，就像早期默片中的演员。他这么做，也许是出自一种挫折感，因为我们现在已经像大理石雕像般地冻结住了。我们的视野继续扩大。让我们朝空中升腾，以扩增空间。我们的视野大到能够包含整个普卡帕城（Pucallpa），接着又包含了一大片乌卡亚利河谷（Rio Ucayali valley）。旧的房子消失了，又有新的房子出现。白天和夜晚混合成连续的黄昏，这是因为白天和黑夜的交替太快，超出了我们在有机体时间尺度下视觉的闪光融合频率（flickerfusion frequency）。阿玛林果变老了，去世了。他的子女变老了，也去世了。附近的热带丛林发生了变化。大树倒伏后，空地出现了，树苗随之发育，空地又消失了。现在我们已经进入了生态时间。我们继续转动转盘，时空继续放大。我们不再能分辨出单独的个人和其他生物体，只能看到模糊的族群，有巨蟒、死藤水、爬藤，以及秘鲁中部的族群，同时，还可以看到这些族群的世代交替；对他们而言是一个世纪的时间，在我们看来则是一分钟。他们有某一部分的基因正在发生变化，比如种类和相对出现的频率。脱离了其他人类，也脱离了他们所具有的情绪之后，我们终于像钟一般，看到了进化时空尺度中的世界。
借着这个时空尺度的观念，生物科学在过去的50年当中变得融通了。根据在分析上所采用的时空尺度大小，生物学内的基本划分可以由上而下列为：进化生物学、生态学、有机生物学（organismic biology）、细胞生物学、分子生物学和生物化学。这个排列次序也是专业学会以及各学院和大学课程的组织根据。各科系间融通的程度，可以根据各科系的原则与其他科系的原则的相容程度来评估。[1]
[1]我第一次利用时空尺度的变化产生图像上的奇幻效果，是在Biophilia (Cambridge, MA: Harvard University Press, 1984）一书。
生物学面临的挑战
生物学各个领域之间是密切相关的，这个想法很简单，但是在实际执行上，我们仍会遭遇到我在这章开始时提到的有关迷宫的困难问题。当更多关联建立起来时，各学科也就能更圆满地由上贯通到下，由实体中最特殊的部位（例如阿玛林果的大脑）一路贯通到最普遍的分子和原子。但是，以相反的方向来建立融通性，也就是由普遍到特殊，相形之下却困难许多。简单地说，分析阿玛林果要比综合阿玛林果容易得多。
利用综合法来达成融通的方法，经常被随意地称为“整体论”（holism）。这个方法所面对的最大的阻碍是，当我们由下往上沿着不同的组织层次前进时，所遇到的复杂程度将沿指数曲线上升。我已经描述过，光凭对细胞内分子和原子的零散的知识，我们无法预测整个细胞的功能。让我在这里进一步指出，这个问题有多么困难。我们即使对某种蛋白质的组成原子具有完整的知识，也不可能预测它的三维空间结构，但我们可以决定蛋白质中的氨基酸成分，而其中每个原子的位置也可以借由X射线结晶学准确测定出来。胰岛素是最简单的蛋白质之一，是含有51个氨基酸的球形分子。能够重建这个分子的结构，是化约主义生物学的许多成功事迹之一。但是反过来，若只知道这些氨基酸的排列顺序和其中的组成原子，并不足以预测出这个分子的形状为球形，也无法像X射线结晶学那样显示出分子的内部结构。
对蛋白质的形状做推测，原则上是可能的。高分子（macromolecule）层次的合成是技术上而不是观念上的问题。解决这项问题，其实是生物化学上的一个重要课题，而具备这样的知识，将是医学上的重要突破。我们能以人工合成蛋白质，来抵抗引起疾病的生物体以及弥补酶的短缺，而且有些合成蛋白质可能会比天然的分子更为有效。但是，我们实际面对的困难，好像几乎无法克服。为了推测，我们首先得把所有邻近原子之间的能量关系综合起来。光要处理这些能量就令人畏惧，但接着还要加入分子内相距较远的原子之间的交互作用。塑造分子形状的作用力，构成了极其复杂的网络，其中包含数千项能量，而每一项都必须同时加以考虑，才能合成一个总体。有些生化学家相信，为了要完成最后这个步骤，每一项能量的计算都必须达到目前物理科学还无法掌握的精确度。[1]
更大的困难出现在环境科学上。生态学在可预见的未来将面临莫大挑战，即是把生态系统中的生物体组织拆开后再重新加以组合，尤其是河口和热带雨林这类最为复杂的生态系统。一个典型的栖息地上包含有数千种生物体，但是大多数的生态学研究一次只针对其中的一两种。研究人员受到实际需求的限制，被迫在研究中采用化约主义，只从整个生态系统中的一小部分着手。不过，他们心中却很清楚，每一种生物的命运是由其他几十或几百种生物的多样行为所决定，比如光合作用、食叶、吃草、分解、狩猎或被捕食，或是在目标物种附近翻耕土壤。生态学家对这个原则十分明了，但是仍然无法准确推测出特定情况下的事件。相较于把大型分子中的原子重新排列的生化学家，生态学家所面临的是无法测量的动态关系，而组成这些关系的物种组合多半仍属未知。
让我们看看生态学家在下述例子中所面对的复杂性。加通湖（Gatun Lake）是在1912年巴拿马运河建造时形成的，当时上涨的水位截断了一块高地。覆盖着常绿热带森林的这块孤立新生地，被命名为巴洛·科罗拉多岛（Barro Colorado Island），并成为一个生物研究站。在这之后的数十年当中，它成为同类生态系统中被最密切研究的一个。这个小岛的面积只有17平方公里，容不下美洲豹和美洲狮。这些大型猫科动物的猎物包括刺豚鼠（agouti）和无尾刺豚鼠（paca），以及貌似长耳大野兔和小鹿的大型啮齿类动物。在主要致命的掠食者不存在的情况下，这些动物的数目增加到原来的10倍。它们过度消耗食物，其中多半是从森林树冠层掉下来的大颗种子。结果，生产这些种子的树种，繁殖力和数量都降低了。这个效应向外继续扩张。那些种子太小而无法吸引刺豚鼠和无尾刺豚鼠的其他树种，会因为大种子树种的竞争力下降而获利。于是它们的种子大量散布，幼苗茁壮成长；大多数幼树都能达到成年的高度，并且进入繁殖年龄。不可避免地，专门依靠这些小种子树种存活的动物，会因而繁盛起来，捕食这些动物的掠食者数目会增加，寄生在小种子树种和相关动物身上的真菌和细菌，也会因此向外扩散。食用真菌和细菌的微型动物的密度会增加，而这类生物的掠食者也会相继增加……这个生态系统因为土地面积的局限，以及随后消失的肉食动物，而在整个食物网上造成循环不息的影响。[2]
[1]关于“由组成原子的交互作用来预测蛋白质的结构”所面临的困难，S.J. Singer在1993年12月的American Academy of Arts and Sciences会议中发表、但未出版的论文对我帮助极大。Singer也很善意地阅读了我对这个难题的描述。
[2]关于雨林中较高层次的交互作用，出自我的著作The Diversity of Life (Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard University Press, 1992）［中译本为《缤纷的生命》，金恒镳译（中信出版社）］。关于生态系统中高层之作用，一般来自Peter Kareiv在Ecology, 75:1527-1559（1994）中编辑的特殊章节。
难以掌控的复杂性
当今最大的挑战，是能对复杂的系统提供一个精确完整的描述，不仅细胞生物学和生态学是如此，所有的科学都是如此。科学家已经将许多系统拆开来研究。他们认为自己对大多数的因素和作用力已经有所了解，下一项任务是将它们重新组合，至少是在描述整个系统主要特性的数学模型中重组。这方面的努力能有多少成果，要看研究人员由较普遍的组织层次进入较特殊的层次时，对突生（emergence）现象的预测能力有多高。简言之，这是对科学整体论的极大挑战。
物理学的论题是所有科学中最简单的，而且在某些方面已经展现了功绩。他们把氮原子这样的单独粒子看作随机的，并且从中推导出这些粒子聚集起来时所呈现的行为模式。19世纪麦克斯韦和波兹曼[1]推创统计力学（statistical mechanics），以古典力学描述组成气体的大量的自由运动分子，而正确预测出气体在不同温度下的运动状态。其他研究人员也同样在分子和气体这两个组织层次之间来回探索，更进一步以分子之间的作用力来定义黏力、热传导、相变以及其他的宏观性质。在下一个层次中，量子理论学家在20世纪初期，把电子和原子内部其他粒子的集体行为，与原子和分子的古典物理学相联结。过去的一个世纪中，许多像这样的进展已经把物理学铸造成所有科学中最准确的。
超越传统的物理领域，在更高、更特殊的组织层次上，我们在综合上的问题也更加困难，几乎难以想象。生物体和物种这样的实体与电子和原子不同，它们具有无穷的变数。更糟糕的是，其中的每一个变数在成长和进化的过程中，还会继续发生变化。想想以下这个例子：在生物体制造出来的供应自身需求的大量分子中，有一种简单而属于烷类的碳氢化合物，完全由碳原子和氢原子所组成。1个碳原子只可能产生1种分子；10个碳原子可能产生的分子有75种；20个碳原子，可能有366319种；40个碳原子，就有62万亿种可能。这些碳氢化合物的长链上再加入氧原子，就产生了醇类、醛类和酮类，而且分子种类会随着分子大小更快速地增加。现在如果从这些分子中选出部分的集合，并想象它们能由许多不同的酶催化反应来合成，那么你所面临的复杂程度已经超出目前所能想象的。
有人说，生物学家因为嫉妒物理学的发展而深受其苦。他们也建立了类似物理学的模型，由微观现象推演出宏观现象，但是发现这个模型很难和他们在真实世界中遭遇的繁复系统相吻合。尽管如此，理论生物学家还是很容易禁不住诱惑。（我承认自己也是其中之一，而且对自己所导致的败绩要负更多的责任。）配备了复杂的数学观念和高速的计算机，生物学家可以对蛋白质、热带雨林和其他的复杂系统做无数的推测。每当他们往上进入另一个组织层次时，就需要设计新的演算法，采用一组有明确定义的数学运算式来解决既定的问题。借由巧妙地挑选程序，他们可以创造出许多虚拟的世界，而这些世界能进一步进化成具有更高组织层次的系统。当他们漫游穿过类似克里特岛迷宫的计算机空间时，必然会遇到紧急的状况，发现有些复杂的现象并无法经由基本的元素和程序来预测，而且并不在演算法当初的构想范围内。但是，仔细看好！从中产生的一些结果，其实很像真实世界中的突生现象。
生物学家的希望逐渐升高，他们在一群具有类似想法的理论家所组成的会议上，报告自己的研究结果。经过酌量的质疑和探索之后，大家都点头同意：“是的，很有原创性，很令人兴奋，又很重要——如果这是真的。”如果这是真的……如果是真的。自大狂妄是他们的弱点，而他们所提出的远景则是他们的幻想。他们正站在一个突破性发展的边缘上！但是他们怎么知道自然界的运作程序和他们的计算机程序相同，亦或接近？许多程序可能是错误的，但仍能产生几乎正确的答案。生物学家尤其容易犯“矢志维护结论”的谬误：只因为某个理论能够产生正确的结果，就假设理论中的步骤必然和真实世界中的过程一致。这是错误的。
为了更进一步看清这点，让我们试着考虑一朵画中的花，它就像照片那样精细，也和真花一样美丽。我们心中会认为画中宏观的实体具有真实感，因为它和土地中生长出来的花朵一样。若从远距离看，我们可能很容易把真实物体和它的图像相混淆。但是这两种花的产生过程极其不同。画中花朵的微观成分是颜料细点，而不是染色体和细胞；它的发展途径储存在艺术家的大脑中，而不是储存在控制组织发育过程的DNA配方里。生物理论学家如何能确定，自己的计算机模拟并非只是另一幅描绘花朵的图画？
[1]麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879），英国物理学家，剑桥大学第一位实验物理教师，对电磁学和气体动力论有重要贡献，为电磁辐射理论的先驱。波兹曼（Ludwig E. Boltzmann，1844—1906），奥地利物理学家，是用数学方法描述气体的统计力学的第一人，提出一个分子的气体常数（波兹曼常数）。——译注
复杂理论
上述以及其他遍布于高层系统内的困难，并非没有受到关注。数个科学领域内的研究人员已经着手联合起来共同面对问题，他们结合成一个松散的研究社群，一般称这个领域为“复杂科学”、“复杂研究”，或是“复杂理论”。“复杂理论”是当中我认为最好的名称，可以定义为：找寻自然界用来展现众多组织层次共同特征的演算法。根据复杂理论提倡者的宣称，组织层次的共同特征至少能提供一个探索指南，让我们在穿过真实世界的迷宫时，能够较快地从简单的系统进入较复杂的系统。这些共同特征也可以帮助我们，在所有想象得到的演算法中，挑选出符合自然界要求的。在最佳的情况下，它们也可能引入深奥的新定律来解释细胞、生态系统和心灵等现象的突生。
大致而言，理论学家已经把注意力集中在生物学上。这很合理，因为生物体和生物体的组合是已知系统中最复杂的，而且它们具有自我组织和适应的特质。一般而言，生命系统的自我建构是由分子到细胞、到生物体、再到生态系统，其中必然会显示出我们可以理解与复杂和突生相关的深奥定律。
复杂理论诞生于1970年代，在1980年代初期逐渐发展成熟，到了1990年代中期则为激烈的争论所笼罩。其中具有争议的话题几乎和理论学家所期望解释的系统一样错综复杂。我认为可以这样切入问题的核心：绝大多数科学家的心神都很狭窄地集中在定义清晰的现象上，对复杂理论并不在乎，甚至还有许多人没有听说过这个理论。我们可以忽略这些不参与的科学家，要不然当代科学就成了一锅沸腾的争论了。在乎这个理论的人又可以分成三类：第一类由各式各样不同的怀疑论者组成，他们相信大脑和热带雨林都过于复杂，永远无法归纳出基本的程序，更别谈以预测的方式来重组整体现象。其中有些怀疑论者，甚至质疑复杂理论的深奥定律是否存在，或至少怀疑有没有任何深奥定律能为人类的心灵所理解。
第二类是狂热的提倡者，由一帮大胆创新的复杂理论家组成，最佳的例子是考夫曼［Stuart Kauffman，《秩序的起源》（The Origins of Order）的作者］和兰顿（Christopher Langton）。他们都在新墨西哥州的圣达菲研究院（Sante Fe Institute）从事研究，那里也是复杂运动非官方的大本营。他们不仅相信这些深奥的定律是存在的，同时也相信它们就存在于附近的地平线上，等人来发现。他们提到这些定律中的一些基本成分已经在数学理论中出现，而这些数学理论采用了一些稀奇的观念，如混沌（chaos）、自我临界性（self-criticality）和适应景观（adaptive landscape）。很明显，这些抽象观念集中于探讨复杂系统如何先自我架构，然后又如何坚持度过了某段时间，最后才解体。架构这些理论的建筑师，倾向于使用计算机，沉浸于抽象观念中，对博物学了解甚少，但对非线性变换（nonlinear transformation）具有丰富的知识，并且自认为已经闻到了成功的气息。他们相信只要大量利用计算机辅助模拟来探索许多有可能存在的世界，终将找到必要的方法和原则，而超越传统的科学，包括当代生物学的大半领域在内。借此他们就可以对物质世界中较高层次的生产过程有所理解。他们渴望达成的目标是得到一组主要演算法，借此快速穿过原子而直通大脑和生态系统，并使结果和真实世界相吻合。他们希望这个演算法的存在，将使真实知识的必要性低上很多。[1]
第三类科学家所采取的态度，介于坚决反对和全盘支持这两个极端之间，而我也是其中一名不忠实的会员。我说自己不忠实，是因为我希望自己能够成为一个真正相信复杂理论的人：复杂理论学家在知性上的修养和朝气，给我的印象确实很深，也是我一心向往的。但是，我的心智无法（至少还没有）完全相信。我和其他许多温和的中间派人士一样，认为他们的研究途径是正确的，但也只不过是多少如此，也许对罢了，离真正的成功还很遥远。他们彼此之间，也曾经为了一些重要的问题而产生怀疑和冲突。简单地说，这当中的基本困难在于缺乏足够的事实。复杂理论科学家仍然没有足够的资讯可以一并纳入计算机空间内。他们一开始所采用的假设，显然需要更多细节的支持。他们目前的结论仍然太模糊、太一般性，只不过是收集一组隐喻罢了，而且他们所提出的抽象结论，并没有告诉我们多少真正的新东西。
[1]关于圣达菲研究院这帮复杂科学的狂热提倡者的故事，请参阅《复杂》、《混沌碰上华尔街》二书（天下文化）。——译注
混沌理论
复杂理论中最常被人引用的典范之一是“混沌边缘”（edge of chaos）。首先是一个具有完美内在秩序的系统，例如晶体，在观测过程中，这个系统不会有进一步的变化。在另一个极端的状况下，如沸腾液体的混沌系统中，则没有多少秩序可以接受更改。能以最快速度进化的系统，必定介于这两者之间，更明确地说，是位于混沌边缘。这个系统虽然具有秩序，但是各部分之间的关联很松散，很轻易就能以单一或小组的方式改变。
考夫曼在他的NK模型中，把混沌边缘的观念应用到生命进化的过程中。N是生物体内某类零件的数目，例如基因或氨基酸的数目；这些零件会影响生物体的存活和繁殖，以及生物体存留在后代身上的表征。K也是相同生物体内同类零件的数目（基因或氨基酸），但这些零件的功能是在影响其他的零件。比方说，这种单一基因并不会单独产生作用来引导细胞的发展，而往往以复杂的方式和其他基因一起行动。考夫曼指出，如果基因在产生效应时彼此之间完全相关，也就是K等于N，那么生物族群中将很少或不会有进化现象发生，因为除非改变生物体的每一个遗传特性，否则没有任何特性会改变。在另一个极端的情况下，也就是基因之间毫无关联，K等于零时，则生物族群会处于进化的混沌状态。如果每一个基因都独立自主，生物族群将以几乎无穷尽的基因组合方式随机进化；在进化的时间尺度中，这个过程将永远无法变得稳定，生物体也无法以某一种具有适应性的形态安顿下来。当基因之间存有极少量的关联，也就是位于混沌边缘时，进化中的生物族群就能在一个适应性的高峰上安顿下来，同时能够相当轻易地朝着邻近的另一个适应高峰演进。例如，原本以种子为生的某种鸟类，也许能够转变成以昆虫为生，而热带草原的植物也许能够发展出在沙漠中成长的能力。考夫曼推论，混沌边缘提供了最佳的进化能力，也许物种会自动调整内部基因之间的相关性，以继续停留在最易变的适应区域内。
考夫曼已经把NK模型广泛应用到各种与分子生物学和进化生物学相关的问题上。他的论点和其他一流复杂理论学家类似，具有原创性，并且是针对许多重要的问题。这些理论第一次听起来好像不错，但是我身为一个熟悉遗传学的进化生物学家，从他们的理论中学到的东西却很少。当涉猎过考夫曼的数学公式和他刻意修饰的文章之后，我发现自己原先就已经知道其中大半的结果，只是他的表达形式不同。从本质上说，复杂理论就像要重新发明车轮一样，只是采用晦涩的新语言，来重新创造早已列在生物学主流文献中的原理。NK模型和重要的物理理论不同，并不会造成思想基础的转移，也不能预测任何可测量的数据。到目前为止，它们并没有我们在野地或实验室中用得着的任何东西。
即使我对这个单一事例提出了或许不太公平的个人意见，但这并不足以抹杀复杂理论学家的终极目标。他们推导出的一些基本观念，包括最引人注目的混沌理论和分形几何（fractal geometry），已经帮助我们了解极大一部分的物质世界。例如，英国生物学家兼数学家梅伊（Robert May）利用实际可行的微分方程，推演实际观测到的植物和动物的族群变动模式。当族群增长率上升，或当环境放宽了对族群增长的限制时，族群内的个体总数会由几乎平衡的状态，转变成平稳起伏的周期。如果族群增长率和环境控制力继续改变，个体总数会产生较复杂的周期变化，随着时间的演进会出现数个高峰。到了最后，个体总数会落入混乱的区域，曲曲折折而无规律可循。族群混沌现象中最有趣的特征是，它可以来自真实生物体中具有确切定义的性质；这和以往的信念刚好相反，混沌的模式并不一定来自环境中导致族群起伏的散漫作用力。在这个例子和其他许多复杂的物理现象中，混沌理论为自然界的运作提供了真正深奥的原理，它指出，有些极为复杂且看似无法理解的现象，可以经由系统中微小而可测量的变化来决定。
但是，问题又回来了。是什么样的系统，什么样的变化呢？这才是问题的关键。我们希望从理论中获得的，是关于事实细节的一般性和忠实性，但复杂理论没有任何这样的成分，也不会引发具有同样价值的理论创新和实际应用。复杂理论还需要些什么，才能成功应用到生物学上？
创造人工生命
复杂理论需要具备更多的观测资料，而生物学可以提供这些资料。生物学有300年的历史，最近又与物理学和化学相结合，目前已经成了一门成熟的科学。但是，从事生物学研究的人可能并不需要采用特殊的理论来了解复杂性。他们已经把化约主义改进提升为高级艺术，同时开始在分子和细胞器的层次上，进行部分合成工作。尽管合成完整的细胞和生物体仍然超出能力范围，但他们知道自己有能力一步一步重建其中的某些成分。他们预言，创造人工生命并不需要过于华丽壮观的解释。大多数人相信生物体是机器，如果有足够的时间和研究经费，光靠物理学和化学定律就足以达成创造人工生命的目标。
用人工方法组成有生命的细胞将是登天之举，而不只是爱因斯坦式的时空革命。我们正快速地对真实生物体内的复杂性进行解剖分析，由此而生的结果将使每周的《自然》和《科学》期刊充满生动活泼的报道，同时耗尽人们对观念革命的需求。尽管壮观的跳跃式革命有可能突然发生，但是这群忙碌而饱食终日的研究人员，并不会焦虑迫切地期待它的来临。[1]
生物学家打开的机器，是一个令人晕眩的美丽创作，而氨基酸密码就坐落在它的中心位置。典型的脊椎动物大约具有5万到10万个基因。每一个基因是由2000到3000个碱基对（base pair，也就是遗传字母，genetic letter）所组成的长链。在活化的基因中，每三个碱基对可以转译成一个氨基酸。基因通过细胞内编排得无懈可击的种种化学反应，最后会转录成氨基酸序列，并折叠成巨大的蛋白质分子。脊椎动物大约含有10万种蛋白质，它们以核酸为密码，形成具有实质生命的蛋白质。这些蛋白质构成动物干重的一半，能够赋予身体外在形态，胶原蛋白腱（collagen sinew）可以维系整个身体架构，而肌肉能够用来活动身体。蛋白质还可以催化由它启动的所有化学反应，把氧输送到身体各个部位，武装免疫系统，并且传递信号，让大脑用来检查环境，并调节行动。
决定蛋白质分子该扮演何种角色的，并不仅是它的初级结构（也就是它内部的氨基酸序列）；蛋白质分子的外形也会造成影响。每一种氨基酸序列都会以精确的方式自我折叠起来，好比纠结的线团，或是一张揉皱的纸张。整个分子的形状就像天空中的云朵，种类繁多。看到这些形状，我们很容易联想到凹凸不平的球体、甜甜圈、哑铃、公羊的头、翅膀张开的天使，以及拔取软木塞的开瓶器。
这个经由折叠在表面形成的凹凸起伏，对酶（也就是催化体内化学反应的蛋白质）的功能具有尤其重要的影响。蛋白质表面某个部位会出现由少数氨基酸组成的口袋或凹槽，是活性部位（active site），而外形则由其他的氨基酸结构加以巩固。只有具备极特殊形式的受质分子（substrate molecule）才能恰好纳入活性部位，并且接受催化作用。受质分子一旦以正确的方位进入了活性部位，活性部位的形状就会稍做变化，使这两个分子能更密切地结合，就像人们会晤时握紧的手。受质分子会在一刹那间发生化学变化，继而立刻被释放。比方说，在蔗糖酶（sucrase）的催化过程中，蔗糖会被分解成果糖和葡萄糖，而产物一旦释放，酶的活性部位就会马上恢复原来的形状，但化学结构丝毫未变。借由进出酶的活性部位而产生的分子，大多数的产量都相当可观，一个单一的酶每秒钟可以处理1000个受质分子。
我们该如何把所有这些一纳米长的分子和发生在毫秒钟内的化学反应，协调地组合成一个整体？生物学家下定决心要从底层开始，一个分子接着一个分子、一个新陈代谢过程接着一个新陈代谢过程地研究。他们已经着手收集必要的数据和数学工具，来模拟细胞整体，一旦成功，就能够了解所有的简单生物体，例如单细胞细菌、古生物和原生生物。
[1]有关复杂理论的意义和目标，有一篇极出色的介绍文章，发表在Harold Morowitz所编的重要杂志Complexity, 1:4-5(1995)。另外，Murray GellMann发表在同期期刊pp. 16-19的文章也相当精彩。1990年代，在这个课题上有许多完整的探讨，其中的最佳著作包括Stuart A. Kauffman, The Origins of Order: Self Organization and Selection in Evolution (New York: Oxford University Press, 1993),以 及Jack Cohen and Ian Stewart, The Collapse of Chaos: Discovering Simplicity in a Complex World (New York: Viking, 1994)。
亟待解决的问题
大多数生物学家在他们的细胞整合理论中，喜欢采用中间层次的模型——既不完全是数学，也不纯粹是描述，而是前载大量的观测资料并构思遗传网络。对于这种最新式的方法，鲁米斯（William Loomis）和斯腾伯格（Paul Sternberg）很恰当地为它的精神做了以下的概括：
这个遗传网络上的每一个节点，都是由基因或由基因的RNA和蛋白质所组成。节点之间的关联则依赖RNA和蛋白质之间彼此的调节与物理作用，以及每个基因内的顺式调控（cis-regulatory）DNA序列。现代的分子遗传技术使我们可以更快地确认出一个基因，并确定它的初级序列；接下来的挑战，是把基因和它们的产品进一步连接成具有功能的通道、线路和网络。分析调控网络，例如涉及信号转导（signal transduction）和转录调节级联（transcriptional regulation cascade）的网络，能够解说组合性的行动，比如应用到数位逻辑、类比数位转换、串音（cross-talk）和绝缘，以及信号整合的技术。虽然过去数十年来的生理学研究结果，已经提出生物体内存在复杂的网络成分，但我们对这些成分的了解，在规模和细节上将是前所未有的。当今的分子生物学研究多半集中在确认新成分、定义每一个节点上调节性的输入和输出，以及正确描述相关的生理调节程序。[1]
以上这一段文字所蕴含的复杂性，远远超出超级计算机、百万零件所组成的太空船，以及人类科技的所有其他创作。科学家能不能采用微观的系统来解释上述这段文字？答案无疑是肯定的。尽管没有其他理由，而只考虑社会因素，答案也必然是肯定的。科学家的任务包括战胜癌症、遗传疾病和病毒感染，这些全都是细胞上的疾病，而科学家已经接受大量的资金预备完成任务。他们大致知道该如何着手进行，以便达成大众要求的目标。他们不会失败的。在历史中，科学和艺术是一样的，总是仰赖赞助者的保护和支持。
快速改良中的仪器，已经使生物学家能够探测到活细胞的内部，并且直接审视其中的分子结构。他们也发现了适应性系统用来自我组织的某些简单原理。最受人注目的简单原理包括：将弯曲的氨基酸长链折叠成形状特别且具备功能的蛋白质分子，以及细胞膜的强力过滤机制，以便选择进出细胞和细胞器的物质。科学家也正在寻求必要的计算能力，以模拟这些或其他更复杂的程序。1995年，美国的一个团队把两部优秀的英特尔计算机相连，创下了世界最快的计算速度，每秒钟能处理2810亿次计算。美国联邦高效计算计划（U. S. federal high-performance program）已经将20世纪末的目标，提高到每秒钟执行1万亿次计算。在2020年之前，处理数据的计算机每秒钟有可能处理1000万亿次计算，虽然我们会需要新的技术和新的程式设计方法，才能实现这样的高标准。到那个时候，即使没有复杂理论所预期的简化原理，我们也可能强行模拟细胞的机制，并且追踪其中的每一个活化分子和它的作用网络。[2]
科学家也预见，我们将初步了解完整的细胞如何自我组合成组织与整个多细胞生物体。1994年，《科学》期刊的编辑发行是为了庆祝威廉·鲁（Wilhelm Roux）[3]在一个世纪前开创了发生生物学（developmental biology），要求这个领域中的100位当代研究人员，指出这个领域中最主要而仍然无解的问题。依照问题的重要性，他们的反应顺序为：
一、组织和器官产生过程的分子机制。
二、产生过程和遗传进化的关联。
三、决定细胞特殊命运的步骤。
四、细胞间的信息传递在组织产生过程中所扮演的角色。
五、早期胚胎中，细胞自我组合成组织的模式。
六、神经细胞之间建立起特殊的关联，以形成神经索和大脑的方式。
七、在组织和器官成形的过程中，细胞借以决定要分化或死亡的方法。
八、控制转录的过程用来影响组织和器官分化的步骤。（转录指的是传递细胞内DNA的信息。）
令人赞叹的是，这些生物学家认为，和以上主课题相关的研究正在快速向前推进，而且其中至少有某些研究已经快取得部分成果了。[4]
[1]鲁米斯与斯腾伯格对“细胞是一个遗传网络系统”的描述见“Genetic networks”, Science, 269: 649(1995)。他们的描述是根据Harley H. McAdams与Lucy Shapiro发表在同期期刊的另一篇较长、较具技术性的报道（pp. 650-656）。
[2]电脑的工作效率会以指数曲线上升，出现于Ivars Peterson, “Petacrunchers:setting a course toward ultrafast supercomputing,” Science News, 147: 232-235(1995)，以及David A. Patterson,“Microprocessors in 2020,”Scientific American, 273: 62-67(1995)。其中的peta代表1015，或代表1G。
[3]威廉·鲁（Wilhelm Roux，1850—1924），德国解剖学家，被认为是实验胚胎学的创始人。——译注
[4]细胞生物学家对细胞和有机物发展上最重要的问题所提出的意见，出自Marcia Barinaga, “Looking to development’s future,” Science, 266: 561-564 (1994)。
找出一般性的原理
假设在21世纪初期，分子和细胞生物学家的期望能够完全实现。再更进一步假设，研究人员能够成功地把人类细胞分解成组成成分，追踪其过程，并且准确地由分子层次向上模拟整个系统。最后假设，发生生物学家集体在组织和器官上的研究，也能享有类似的成果。到时候我们探讨心灵和行为等更复杂系统的时机就成熟了。毕竟它们也是同类型的分子、组织和器官所构成的产物。
让我们想想看，这样的阐释能力如何才能获得。我们一旦对少数物种的有机化学过程有近似完整的了解，就可能把这种了解推广到其他无数的物种上，而了解生命如何繁殖和延续。沿用这种相互比较并且具有整体观的生物学，我们可以大体了解生命，而这些生命可能存在于现今环境中，存在于早期的进化过程中，或存在于其他环境不同但仍旧可生存的星球上。我们在想象可生存的环境时，必须保持开放的态度，记住，藻类可以在南极的岩石中生长，微生物也可以在深海火山口沸腾的热水中茁壮成长。
在某个特定时刻，从大量的模拟过程中，极可能出现深刻、具潜力并且和复杂性相关的原理。这些原理将显示出存在许多组织层次中守恒不变的演算法，而且这些层次也包括想象中最复杂的系统。这些系统将能够自我组合，自我维生，不断产生变化，并且完美地进行繁殖。换句话说，它们是有生命的生物体。
到时候（如果这个时刻会来临，而我相信它会），我们将会具备真正的生物学理论，而不再只具备当今科学中对特殊生命过程的冗长描述。这个新的生物学理论所包含的原理，将加速我们对心灵、行为和生态系统的探讨。这些现象都是生物体的产物，因为极度复杂，也必将成为人类的最终挑战。
因此，重要的问题是：第一，是不是有一般性的组织原理，可以用来完整地重组出有生命的生物体，而不需要以强硬刻板的方式来模拟其中所有的分子和原子？第二，同样的原理可不可以用到心灵、行为和生态系统上？第三，有没有一套数学能够作为生物学的自然语言，而带来数学曾在物理上造成的良好功效？第四，即使发现正确的原理，真实资料必须多么详细，才能把这些原理应用到期望中的模型上？
对于这些问题，目前我们就像是朝着黑暗的镜子观望一样。有一天，《圣经》里的寓言终将实现，我们终将和所有的问题面对面——到时候也许就能够看清楚问题的完整面貌。无论如何，寻找上述问题的答案，将是对人类最高知识能力的一个考验。
