本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
今天的“培養科學”節目由丹尼斯·沃特斯為您帶來。他目前擔任新澤西州勞倫斯鎮的歷史學家，閒暇時會蹲在樹幹或墓碑旁採集地衣。1997 年，他創立了GenomeWeb.com，這是一個為分子生物學家提供新聞和出版物的網站，目前仍擔任其董事會主席。他也很榮幸能成為我的父親。請在 Twitter 上關注他@dpwaters。
我在這裡半心半意地*宣傳一本新書，其中收錄了我的博士導師 霍華德·帕蒂的 17 篇經典論文。這本書名為《法則、語言與生命》，由帕蒂本人（年過八旬，但仍然頭腦清晰）和華沙大學的神經語言學家兼帕蒂研究學者喬安娜·雷切斯克-萊昂納迪共同編輯。
但我不會讓您購買它，我將利用這本書出版的絕佳機會，全心全意地敦促您去閱讀一些帕蒂的著作，無論您能找到什麼形式的。
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為什麼要讀帕蒂？
我們知道，生物世界的存在和持續運轉依賴於核酸序列。我們也知道，人類進化出了創造、操縱和複製聲學序列的能力，後來又將這些序列記錄在更持久的文字媒介上。最後，我們知道，我們先進的技術文明越來越依賴於儲存、移動和處理位元串——零和一的序列。
那麼，序列到底是怎麼回事？
這基本上是帕蒂在過去 50 年裡一直在研究的問題。
帕蒂在斯坦福大學接受了物理學家的訓練，他仍然以嚴格的精度撰寫有關生物學（和大腦）的文章。令他困惑的問題涉及符號序列的物理性質和系統功能。帕蒂對傳統的生物學和認知科學對這些問題的回答的抱怨是，如果我們不首先了解序列在更簡單層次上的性質和功能，我們將永遠無法理解人腦對序列的高階使用。
這是帕蒂內心物理學家的聲音：當你可以建模一個簡單的系統時，為什麼要建模一個複雜的系統？因此，他尋求這個問題的進化起源。正如他在 1969 年的論文《分子如何成為資訊？》（書中的第 2 篇論文）中所說：
我確信，如果不更好地理解分子如何以符號形式起作用，即作為記錄、程式碼和訊號，就無法提出生命起源的問題。或者正如我在標題中所暗示的那樣，要理解起源，我們需要知道分子如何成為資訊。
更具體地說，作為一名物理學家，我想知道如何區分分子之間的交流與分子之間正常的物理相互作用或力，我們認為這解釋了它們的所有運動。此外，我需要在最簡單的層次上進行這種區分，因為著眼於高度進化的生物體，其中的通訊過程是相當清晰和明確的，並不能回答起源問題。因此，我需要知道資訊是如何產生的。（他的重點）
“資訊”意味著“序列”，因此他的問題集中在當分子按順序組織時，日常物理系統如何改變其行為。如果我們能夠解決這個問題，那麼也許我們就有機會理解其他基於序列的系統（如語言）是如何運作的。
因此，細胞成為他理解所有層次序列的出發點。以下是他 1982 年在論文《細胞心理學：一種針對符號-物質問題的進化方法》（書中的第 10 篇論文）中的說法：
諸如意圖、意義、思想等我們只與思想聯絡在一起的高階概念，必然在或多或少的漸進序列中具有進化的先驅。問題在於，我們不清楚最簡單的“意圖”、“意義”或“思想”可能是什麼樣子。這是因為心理學傳統上只由高度進化的“心理”活動來定義，因此，即使我們在細胞甚至分子水平上研究大腦，也有一種預設的信念，即在簡單的層次上不存在真正的心理學。
人體生理學最初也被定義為對粗大的器官和體液的研究，但逐漸地，這些概念透過對更簡單的生物體的研究而得到推廣和完善，直到今天，我們在細胞生理學中發現了人體生理學的基礎。這並不意味著細胞解釋或展示所有更高級別的過程。細胞沒有腳或耳朵，但它們具有運動性和易激性，這是腳和耳朵的基本功能……
我建議，在我們對細胞心理學的基礎達成一致之前，腦級別的心理學不太可能趨同。顯然，我並不是說細胞有思想，就像細胞沒有腳一樣，但細胞肯定是物質-符號系統，我們希望可以更清楚地理解和建模。
當帕蒂在細胞中尋找“物質-符號系統”時，他自然而然地將注意力集中在遺傳密碼的序列上。我們能否找到一種原則性的方法來區分核酸序列的兩個互補作用？一方面，它們像普通分子一樣表現，形成鍵並完成分子可以做的所有合法的事情。另一方面，它們在生物系統中的作用是作為模板來“傳遞”如何構建氨基酸序列，並最終構建蛋白質的三級結構。
我們理解，它們的普通行為受物理定律的控制。但我們也理解，沒有物理定律說遺傳序列必須是它們現在的確切序列；很容易想象出其他序列。換句話說，生物學可能與普遍的物理定律一致，但生物體的有趣的基於序列的行為取決於帕蒂所說的具體的任意規則。在沒有受過訓練的人看來，這些規則可能看起來像定律，但它們不是。正如帕蒂在 1978 年的論文《生物和社會結構中的互補原理》（書中的第 8 篇論文，也是我讀的第一篇他的論文）中所解釋的那樣：
定律和規則之間的基本區別可以透過以下標準來區分：定律是 (a) 不可避免的，(b) 非物質的和 (c) 普遍的；規則是 (a) 任意的，(b) 依賴於結構的和 (c) 區域性的。換句話說，我們永遠無法改變或逃避自然定律；我們始終可以逃避或改變規則。自然定律不需要具體化或結構來執行它們；如果規則要被執行，它們必須具有真實的物理結構或約束。最後，定律在所有時間和所有地點都成立；規則只在有物理結構執行它們時和地點存在。（他的重點）
正如您無疑已經注意到的，帕蒂很難在一篇簡短的文章中總結。他從未停止在生物學中提出“大問題”，因此您不應期望從他那裡得到簡單的答案。相反，您應該期待提出這些經典難題的全新方法，並堅持要求能夠讓工作中的物理學家（儘管非常不是從還原論的角度）滿意的解釋。您從閱讀帕蒂中獲得的收益與您對這些“大問題”的興趣成正比，而與您對迄今為止如何回答這些問題感到滿意的程度成反比。
有了帕蒂，答案是模稜兩可的，但問題卻有所改進。
帕蒂關於理論生物學、認知科學、人工生命等的論文可以追溯到 20 世紀 60 年代。這本新書的出版非常引人注目，因為儘管在過去的幾十年裡創作了大量作品，但帕蒂從未寫過任何接近書長度的作品。1973 年，他編輯了備受好評的文集《等級理論》，僅此而已。在那之後的 40 年裡，其他所有內容都是論文、論文、論文。（包括他上個月剛發表的最新論文。）
看到這麼多好東西終於被收集並提供出來是一種享受，儘管不幸的是，這種包裝只有機構圖書館才能承擔得起。但請您的圖書館購買一份副本也無妨。拜託了。與此同時，繼續前進並閱讀一些帕蒂的著作。在 Google 學術上搜索幾秒鐘不會讓您失望的。
我現在將您送回您定期安排的博主。謝謝，親愛的。
*我之所以說“半心半意地宣傳”，是因為——就像許多針對狹窄市場的技術書籍一樣——出版商為此收取了天價費用。因此，我不會敦促您放下手頭的工作，然後花費 159 美元購買一本您可能從未聽說過的人寫的書。
圖片 1：哥白尼的《天體執行論》手稿頁
圖片 2：Michael Ströck 繪製的 DNA 鏈
