从“人工生命”看分子生物学物理主义态度的转变

曹　昱^[1]

摘　要：尽管物理主义态度使科学家们成功获得了微观生命分子的功能，却始终无法解释宏观生命所表现出的时间上的不可逆性。如果将科学家在探索微观生命规律的过程中所进行的操作视为一种生命活动，那么对生命的认识实际上包含了彻底的反身性（reflexive）。正是在这一意义上，“人工生命”研究使得这种反身性得以逐步展现，并最终促使分子生物学的物理主义态度从内部发生转变。

关键词：人工生命；分子生物学；物理主义；反身性

1987年9月21日，克里斯·兰顿（Langton Chris）在美国洛斯拉莫斯的人工生命研讨会中提出“人工生命”这一概念。“人工生命”研究虽然晚于分子生物学，但之后两者在发展中相互交织，相互促进。我们甚至可能将“人工生命”研究作为能够折射出分子生物学内在思想转变的一面镜子。换言之，“人工生命”不仅具有实践价值，而且具有重要的理论价值。

本文试图通过梳理“人工生命”研究的发展过程，揭示了探索微观生命分子规律的这种认识活动所具有的反身性，探讨“人工生命”研究的目标并不在于使人“非人化”[1]，使生命也成为技术的对象，而是以实践的形式来展现作为生命活动产物的分子生物学理论所包含的理论态度，进而提示对生命理解的新进路。

一、“人工生命”的起点：肯定物理主义

物理主义态度使科学家相信人类DNA序列是人类生命的决定因素，人类生命活动中发生的一切事情都与这一序列息息相关[2]，于是生命的核心规律被归结为DNA序列。这就意味着，人类全部24条染色体中3×109个碱基具有固定性的化学关系即A-T、G-C。产生这一观念的前提在于科学家对微观生命进行了操作，其中第一步工作就是DNA。这一操作被描述为科学家接收生命分子信号的过程。如果将测序工作视为一种生命活动，那么就会发现“人工生命”研究的起点恰恰正是对这一生命活动形式的模拟。

对DNA测序工作进行模拟的关键被认为主要是为了实现信号传递。这也成为“人工生命”最初的主要目标。这一目标的确定实际上并没有否定物理主义态度，因为尽管将生命归结为生命信号传递颠覆了传统生物学中所持的物质实体论，但是却仍然以某种固定性关系作为生命本质，所以也就不可能跳出物理主义的决定论框架。由此演变出的信息生命观所认为的“在生命运动之中物质实体——载体是流动的，组织形式——信息才是稳定保持的”[3]，则恰恰体现了这一点。这就意味着同样的条件和关系将获得同样的结果。信息生命观成为决定论的一种新形式，即关系决定生命形态。

“人工生命”对测序工作的功能模拟从一个方面证明生命分子内在具有对应性的固定关系，却并不能说明这种固定关系具有决定性，因为此阶段“人工生命”研究并没有将完整的生命探索活动作为模拟的对象，只是在物理主义态度的影响下，抽提了第一步测序工作。之所以做这样的选择，信息论模型的建立是其直接原因。申农所建立的一般信息系统模型被应用进“人工生命”，使“人工生命”能够模拟信号的传递。这正是测序工作所体现的功能形式。人们相信只要对测序机进行编程，“人工生命”就可能完成像人那样的测序工作。可见，这一阶段的“人工生命”与亚里士多德所谓的生物“自动机器”十分类似。亚里士多德把生命解释为一种自组织的力量即隐德来希（entelechy），认为生命应该用目的论来解释。他还把精子中包含的先定目的性程序与自动机器作了一个类比。在他看来精子就是一种生物自动机，内含先定的目的性程序，控制着未来的胚胎发育、个体发育的过程。由于受到当时技术条件的限制，亚里士多德将“自动机器”里的程序视为天赋的。生命只是一台“天赋机器”（divinemachine）。而现代“人工生命”则利用信息技术将天赋程序转变为人所编写的程序。

首先试图编写程序的是生物学家林登迈尔（Lindenmayer）。20世纪60年代中期，林登迈尔为红海藻、青苔等植物的生长发育建立模型，提出了一种被称为“L-系统”的形态发生系统，又被称为“繁殖（发生）算法”。“人工生命”研究依赖于编写好的程序，也就可能将生命系统转化为信号系统。生命信号模型以量化或模型化的方式来展示生命的属性。于是，“如果具有冯·诺伊曼式的自我复制能力或繁殖的能力，那么这个实体就是有生命的。自我繁殖是指实体可以自己从1个变为2个，2个变为4个，4个变为8个……依此类推。”W冯·诺伊曼所证明的自我繁殖系统作为生命信号系统与将DNA分子视为信号管理中心的物理主义观念是一致的。其实质就是将诸如细胞这样一个具有新陈代谢功能的生命单元放在信息论的框架下审视，将生命系统看成是被固定关系所控制的信号系统。在这种决定论观念下，人们用具有强还原色彩的概念比多（bit，信息的计量单位）来进行描述。

“人工生命”研究初期所肯定的物理主义态度在人们质疑申农的一般信息模型过程中开始产生动摇。针对申农的一般信息模型，有学者认为“申农通信信息系统模型具有两方面的重大缺陷：一是该模型未能注意信息系统的一般反馈性机制；二是该模型描述的还仅仅是信息接收系统。这在一般通信过程中是够用了，因为通信的主要目的就是在接收端再现发送端的信息。然而，信息系统绝非仅仅是信息接收系统这样一个类型，它还有信息创生系统（通过加工创造出新的信息的系统），以及信息实现系统（通过实践将目的性信息转换为客体的结构信息的系统）”。[5]可见，申农的一般信息模型给出的是符号系统进入传输状态后进行传递的信号模型，不具有反馈性机制或不能够自创生。随着“人工生命”的实践活动的继续推进，这种质疑日益加深。

二、“人工智能”阶段：怀疑物理主义

1956年美国的麦卡锡提出“人工智能”一词，开创了“人工生命”研究新阶段。诚如“人工生命是具有自然生命现象的人造系统”[6]，人作为生命的高级形式，包含了智能。人工智能研究实际上是“人工生命”研究下的一个子集。“人工智能”不仅作为理论概念范畴被包括进“人工生命”研究之中，而且从现实的角度看，“人工生命”研究将进一步针对科学家探索生命规律的下一步活动。

完成了DNA测序，对微观生命分子进行了符号标记之后，科学家就开始对DNA序列进行注释。对序列注释的功能模拟构成了人工生命的高级阶段：人工智能（artificial intelligence）阶段。如果“人工生命”能够模拟基因注释，即模拟科学家在获得DNA序列信息之后所作出的反馈，那么物理主义态度就能够为彻底地理解并控制生命提供强大的支持。然而，反馈在“人工智能”研究阶段却成为了争论的焦点，其核心问题在于究竟是否应该把人的智能作为一般智能的标准。对于智能的研究涉及诸如意识（consciousness）、自我（self）、心灵（mind）包括无意识（unconsciousmind）等问题。以人类智能作为“人工生命”所模拟的对象，既符合内在的理论逻辑，在实践上也具有其合理性。

人类和非人类生命之间的一致性是探索生命规律的内在要求，而差异性则是“人工生命”得以可能的前提。而之前的一般信息论模型无法体现这种差异，也就无法作为“人工智能”的理论模型。而人与非人类生命的差异只有在人们充分了解自身智能的基础上才可能实现。作为认识主体的人将思维作为认识对象实际上是一种生命“自我”认识问题。这种“自我”认识所涉及的不仅是信号的传递，而且更是信息的创生。正因为如此，之前的物理主义态度受到怀疑。而这种怀疑始终伴随着“人工智能”研究的发展进程中。

在“人工智能”研究的初级阶段，人们以模拟人的行为方式来替代作为思维载体的人脑工作过程的模拟。人作为对象物进入信息学、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学的研究视域，并已在计算机领域内得到了愈加广泛的重视，甚至在机器人、经济政治决策、控制系统、仿真系统中得到应用。然而，物理主义态度只能将作为生命机体的人投射到时空座架之下，模拟人的机械行为，始终无法模拟人的思维活动。

对此，一部分学者试图通过重新定义“人工智能”概念，区分出强“人工智能”和弱“人工智能”的方式来解决问题。麻省理工学院的约翰·麦卡锡（John McCarthy）在1956年的达特矛斯会议上提出弱“人工智能”，他认为“人工智能”就是要让机器的行为看起来就像是人所表现出的智能行为一样。这就将定义“人工智能”的范围扩大并弱化了。相对于此，约翰·罗杰斯·希尔勒（John Rogers Searle）就计算机和其他信息处理机器的工作形式提出强“人工智能”，即“计算机不仅是用来研究人的思维的一种工具；相反，只要运行适当的程序，计算机本身就是有思维的。”[7]这样，“人工智能”被理解为人造机器所表现出来的智能。无论是强“人工智能”还是弱“人工智能”，都可以做出四类划分：机器“像人一样思考”、“像人一样行动”、“理性地思考”和“理性地行动”。强“人工智能”肯定了对思维活动的功能模拟，认为人所创造的对象物能够像人那样对基因进行注释。而弱“人工智能”则放弃了对思维活动的功能模拟，只对将思维活动的前提条件作为模拟对象。这就意味着，计算机在基因注释过程中只是充当了人的眼睛和储存器，而不是取代人的思维。

总而言之，在“人工智能”研究过程中，“行动”概念的内涵不仅从简单的肢体动作扩大到采取行动或制定行动的决策，而且被包括进整个生命活动之中。生命活动在时间上的不可逆性在空间上则表现为从机械行为到思维活动，不断加深着的不可重复性，如同科学家从测序到标记再到基因注释那样的过程。“人工智能”阶段将对“不可重复”活动的功能模拟作为“人工生命”的理论目标，也就彻底否认了物理主义框架的有效性。从“人工智能”研究发展状况上看，强“人工智能”研究停滞不前，但它提出的理论目标却又符合探索生命活动规律内在的逻辑。如果降低“人工智能”的预期，使之弱化为弱“人工智能”，那么理论研究就可能丧失动力。所以，大多数“人工智能”研究者并不赞同将以弱化的方式放弃对思维活动的模拟。事实上，这种两难的境地已经从另一侧面提示物理主义态度对生命规律探索的僭越。

然而，这种理论上的否定并没有在实践上为“人工智能”研究指明方向。尽管强“人工智能”试图制造出真正能推理（reasoning）和解决问题（problem solving），有知觉的、自我意识的智能机器的目标似乎难以实现，但却从模拟生命活动的角度提出了对生命活动本身的思考。如果包括思维活动在内的生命活动本身就是不可重复的，那么这种不可逆性的生命活动又具有怎样的规律性呢？新的研究思路将会继续在“人工生命”研究的现实实践过程中得以彰显。

三、“人工生命”的新进路：突破物理主义

科学家在对基因进行注释之后，必然面临如何对其结果进行表述的问题。那么，模拟科学家的表述过程将成为“人工生命”的新目标和突破口。如果生命在时间上的不可逆性表现为空间上的不可重复性，那么对这一创造过程的功能模拟就可能为审视生命规律提供新视角，即从对生命创造过程的条件进行直接模拟转向对创造形式的间接模拟。而这种转变将可能实现对物理主义的超越。

在科学家发现了可能解开微观生命规律的DNA双螺旋结构模型之后，微观生命分子开始被标记。特别是在科学家以蛋白质功能来划分DNA片段并将其命名为基因之后，微观生命世界就开始被符号化，逐步形成一种整体性的认识。已有学者总结，“目前，对基因整体性的认识大体有两类。一类是在分子遗传学坚信基因独立性存在的前提下，根据不同功能种类的基因间的协同关系诠释基因系统的整体存在。而今，这一方向已在原核生物领域取得辉煌的成果；另一类是在关注物种（种群）的发育和进化并结合分子生物学的基础上，探究基因的整体存在，即基因集成、基因组织单元及其关系的研究。目前，这一方向已受到综合进化论者及其他一些生物学者的高度重视。”[8]由此可见，基因整体论实际上是科学家对基因功能意义的一种表述，也就是将DNA序列表述为一个包含有多层次功能的集合。

那么，究竟将所有功能集合起来的根源来自于DNA分子内部还是外部，形成了基因整体论与新活力论的争论。争论反映在“人工生命”的实践性问题上则转化为，生命如何可能成为一个整体来实现其功能。例如，如果一台机器的唯一工作原理就是转换编码数据，那么这台机器是不是有思维的？塞尔基于构成整体条件的不充分性，认为这是不可能的。他举了个例子来说明，如果机器仅仅是转换数据，而数据本身是对某些事情的一种编码表现，那么在不理解这一编码和这实际事情之间的对应关系的前提下，机器不可能对其处理的数据有任何理解。据此，希尔勒进一步断言即使有机器通过了图灵测试，也不一定说明机器就真的像人一样有思维和意识。这种不充分性论证实际上隐含了这样一种假设：如果将所有之前就已经确定的关系全部输入机器，那么就可能得出相反的结论。新活力论则是对这种隐含着的假设的彻底否定。丹尼特（Daniel C.Dennett）在其著作《被解释的意识》（Consciousness Explained）中认为人也不过是一台有灵魂的机器而已，但是“人可以有智能，而普通机器就不能”。灵魂在此被赋予具有组织功能。即使人作为一台有灵魂的机器也并不是仅仅只启动了一种单一性功能，而是在一个具有多功能的系统中使各种功能相互协调。正是生命内在的这种自组织性是物理主义所不能有效解释的。

生命如何可能是一个整体的问题，在将探索微观生命规律的活动视为一种生命活动的视角下，将继续被转化为另一个问题：科学家何以能够将生命视为一个整体。可见，诉求DNA分子的整体性功能不仅是一个理论问题，而更具有实践意义。“人工生命”理论在第三个阶段的突破正是对多功能的综合效应的模拟。将“人工生命”包括进人类探索生命的一种生命活动之中，其所具有的反身性恰恰回应了兰顿的观点。“人工生命”概念之所以是一种与传统生命观和科学观不同的新生命观和新科学观，就在于“传统生物学用分析方法研究生命，通过分析，解剖现有生命的物种、生物体、器官、细胞、细胞器来理解生命，即通过分析现有生命的最小部件来理解生命。人工生命用综合方法研究生命，在人工系统中对简单的零件进行组合，使其产生类同生命的行为，力图在计算机或其他媒体中合成生命。”[9]“人工生命”作为一种生命实践活动必然会改变人们对生命的认识，从而导致生命表达方式的改变，即从“如吾所说的生命（life-as-we-know-it）”转变为“如其所能的生命”（life-as-it-could-be）[10]。生命不再是存在于认识框架之下的各个功能的叠加物，而是在综合各种功能为一个系统的生命整体。

在将生命分子符号化的前提下，科学家探索生命的功能整体，其本身就为“人工生命”研究设立了新的目标。事实上，在对微观生命进行探索的过程中，科学家已经开始对生命分子进行符号化操作。而这一符号学思路恰恰应和了美国著名的科学家、认知心理学家、人工智能的创始人西蒙（Simon Blackurn）的理论。在其哲学入门教材《思维》（Think）里，西蒙认为一个人的看起来是“智能”的行动并不能真正说明这个人就真的是智能的。我永远不可能知道另一个人是否真的像我一样是智能的，还是说她/他仅仅是看起来是智能的。据此，“人工智能”成为了一个主观认定的问题。而人类对自身的表达必然需要借助于语言符号载体。如果表达也是生命的创造，那么“人工智能”问题就转变为如何用物理符号来代替人类的语言符号的问题。

西蒙的“物理符号系统假设”进一步阐释这一思路。“物理符号系统假设”主要强调了“所研究的对象是一个具体的物质系统，如计算机的构造系统、人的神经系统、大脑的神经元等。所谓符号就是模式，如任何一个模式，只要它能和其他模式相区别，他就是一个符号”。[11]“物理符号系统假设”从信息论的框架跳出进入了符号论的范式（借用库恩的概念）。“人工生命”从对“生命活动的功能模拟”转向对“生命的创造功能的功能模拟”。

西蒙的“物理符号系统假设”描述了只要有了符号，主体就可能在无限多可能中进行选择，进而产生新信息。在“人工生命”研究领域引入符号理论，对于生物学摆脱物理主义框架具有重要意义。从物理符号到生命符号再到抽象符号，构成了信息系统客观存在的前提。符号的运行过程包括符号的识别、接收和解释。智能活动被视为建立符号系统基础上的创造活动。按照西蒙的构想，认识活动本身就既是一种智能活动，更是一种生命创造。与此同时，人类生命活动就可能作为智能活动形式而被视为一种符号活动。整个生命活动就是对符号的复制、识别、储存和阐释，从而形成了对生命整体功能模拟的全新“人工生命”的理论基础。

参考文献

[1]林德宏.评人的“非人化”——一种现代技术机械论[J].自然辩证法研究，1999（3）.

[2]孙啸，陆祖宏，谢建明.生物信息学基础[M].北京：清华大学出版社，2005：9.

[3]沈骊天.生命信息与信息生命观[J].系统辩证学学报，1998（4）.

[4]李建会.生命科学哲学[M].北京：北京师范大学出版社，2006：127.

[5]邬焜.信息哲学——理论、体系、方法[M].北京：商务印书馆，2005：75.

[6]班晓娟，等.人工智能与人工生命[J].计算机工程与应用，2002（15）.

[7]John，R.Minds，Brains，and Programs[J].Behavioral and Brain Sciences，1980，3（3）：417-457.

[8]董华，李恒灵.基因整体实在论[J].科学技术与辩证法，1997（6）.

[9]林德宏.科学思想史[M].南京：江苏科学技术出版社，2004：326.

[10]李建会.人工生命对哲学的挑战[J].科学技术与辩证法.2003（4）.

[11][美]司马贺.人类的认知[M].荆其乘，何厚粲，译.北京：科学出版社，1986：10.

【注释】

[1]曹昱（1978—），女，江苏南京人，南京林业大学思想政治理论教学研究部讲师，哲学博士，主要从事生命哲学、生态哲学、自然哲学研究。