生物世界的混沌与秩序

热力学已经向人们证明，在一个封闭系统中，熵永不减少，系统的混乱程度只可能增加。但生命体似乎是一个例外。按照奥地利理论物理学家、诺贝尔物理学奖得主埃尔温·薛定谔所著的《生命是什么》一书中的说法，生命的特征之一就是在“做某些事情”。这就意味着生命只要活着，就会不断产生熵，并逐渐趋向最大熵的状态——生命有机体的死亡。然而，生命有机体有能力与外部环境进行互动。生命有机体能够自发地、本能地向着热量和营养存在的方向移动，借由新陈代谢，从外界环境中吸取能量，代谢出不能做功的废弃物，维持各个器官的协同运作，以及自身的活力和高度有序，竭力避免混乱无序的消极状态。

一个生动的例子就是动物的冬眠和植物的休眠。当冬季来临，生命体无法从环境中获取足够的热量时，就会选择进入休眠状态，动物的新陈代谢速率降低，植物暂停生长。土拨鼠在冬眠状态下的体温会从平常的39℃降至7℃，心跳从冬眠前每分钟100次陡降至难以置信的2～3下，而一些植物的种子也只有在营养、能量等状况合适时才会萌发。通过这样的方式，生命系统熵的增速也放缓了，帮助生命体在环境中缺少能量的情况下，尽量维持有序的状态。

这样的行为在自然界中很容易能得到印证，另一个惊人的例子来自一种低级生物。2000年，日本北海道大学的中垣俊之（音译）和他的团队发现，多头绒泡菌（一种胶状变形虫）这种数亿年前就出现在地球上的黏液菌，都没有进化出大脑，却能够在探索生存环境的过程中，以极其优化、高效的方式获取资源。

科学家将多头绒泡菌培养在一个迷宫中，在迷宫的出入口处放置这种黏液菌喜欢的食物。黏液菌先向各处伸展探路，几小时后，生长的黏液菌就从没有食物的“死路”上撤回了多余的部分，只沿着两块食物之间的最短路径生长。这就意味着，这种没有大脑的生物找到了最高效、经济的优化路径，在消耗能量最少的情况下获得了营养。

科学家们进一步考验了这种生物，在培养基上微缩模拟了东京的城市轮廓、海岸线、地形等，然后在东京铁路上几十个车站对应的位置放置了食物。几十小时后，这些黏液菌的生长线路几乎就是工程学上公认设计极为高效、合理的东京铁路线路的翻版。黏液菌通过生物本能给出的答案与人类设计出的工程最优化路径不谋而合。

除此之外，法国的研究人员奥德丽·达苏特还发现，当黏液菌被多种蛋白质和碳水化合物比例不同的食物包围时，它们不是毫无偏好地一视同仁，而是被对它们而言营养配比最佳的食物吸引，进行优先选择。

很明显，多头绒泡菌这样能够从环境中获得信息，并加以处理的行为，帮助它们减少了浪费，更好地生存。如果它们采取的是随机运动，那么势必会产生更多的熵，消耗更多宝贵的自由能。进一步思考就会发现，这其中的关键因素和麦克斯韦妖假设中的秘密之处不谋而合：就是从环境中获得足够信息，再对信息进行判断，获取有用功。设想如果有机体不能获取信息，或者不能对获取的信息进行加工处理，那就意味着它们无法有效地和外部环境进行能量交换，代谢出自身活动产生的熵。

就像人的记忆能力是有限的一样，任何生命也都不可能无限地储存、处理信息，而从热力学上看信息的擦除又是需要付出代价的。这样的客观事实说明，如果一个生命系统不选择地记住全部信息，就要额外付出巨大的能量；如果一个生命系统根本不能储存任何信息，那只能像新生儿一样不断面临各种各样的意外与危险。

在英国作家S.J．沃森撰写的知名小说《别相信任何人》中，主人公因为身患罕见的疾病，只能拥有一天的记忆，在接受医生建议每天通过笔记记录下重要事件后，才逐渐发现了周围人的谎言和其面临的危险。虽然是虚构的故事，但无疑通过夸张的方法向人们证明，最大化地实现有意义信息的储存和利用无疑是生存的关键所在。从古至今，无论是人类代代相传的经验、知识，还是动物遗传的本能，通过经验筛选后的信息都被视为生命体生存的宝贵财富。在著名科幻小说《三体》中，被外星人派来地球封锁人类基础科学研究的机器“智子”通过先进的技术手段让人类的科学实验无法被重复验证，这意味着人类再也不能从实验中获取信息、总结规律，永远都将面临一个不可预知的结果，这样制造出的绝对混乱对人类而言可谓灭顶之灾，因为人们正是借由信息才能建立规律和秩序的。对生命有机体而言，生存的一个重要条件就是从环境中累积信息，而后从混乱中建立秩序。

从生命体个体的角度看，储存重要信息并世世代代不断传递和进化毫无疑问已被证实是通过DNA实现的。复制DNA是生命的基本特征之一，也就是生命有机体赖以存活的有用信息的记录与传递。而当生命有机体表现出更适应环境的特征时，遗传信息就会被自然选择和存留，通过响应环境、与环境的互动，有效信息被筛选和积累，生命从不可预测的混沌的环境变化中逐渐储存、筛选信息，建立规则和秩序。

从群体的角度看，通过共享信息而建立的秩序是群体提高效率的重要途径。人们经常会看到鱼群、鸟群等的集合运动行为，即群体可以持续地保持同步的运动状态，宛如一个整体。科学家对于椋鸟的研究指出，在高达数千只的鸟群中，每只椋鸟的动作都会被同伴所影响；而一只椋鸟能够通过不断调整自身运动方式持续地与其周围的七只椋鸟保持协调，这也意味着任何一只椋鸟的动作信息都能迅速地在整个群体中共享，构建群体的秩序。这样接近瞬时的信号处理速度能很好地帮助保持群体的整体性秩序，从而保护其中的每个个体。

除了根植于遗传信息中的生物本能，生命有机体还能够通过后天的学习来获取信息，规避混乱。尤其是在群体中时，规则和秩序是保证群体健康发展的前提。

人类也不例外。人类总是在不断自发地从无序中建立各种秩序，以便更好地判断和预测世界，提高生活效率。交通规则就是例证之一：从古罗马和中国古代开始，不同国家和地区的人们不约而同地自发建立了一套自成体系的交通规则，以此避免陷入混乱的状态。不管这个规则具体是什么——无论是靠左还是靠右的道路通行方向，都表明了人们在自发地寻求一种秩序，以获得更加可预知的未来。