物理学家称：生命的混乱程度或许被高估了

据长久以来的观念，生命存在于混乱的边缘，这意味着它对微小的环境变化足够敏感。但是，对细胞内发生的过程的一项分析挑战了这种观点。

生命可能并不存在于“混乱的边缘”。这个长久以来的观念在对细胞内部数十种过程的计算机模拟中得到了质疑。

混乱系统的一个特征是，小的扰动会导致过度的影响。著名的蝴蝶效应提供了一个经典的例子，即一只昆虫翅膀的一次轻扑被认为会在几公里外引发风暴。自从1980年代晚期，研究人员相信生命在寻找适应环境和保持足够稳定以生存之间的中间地带时，已经演化到了这种混乱的边缘。

“混乱边缘的观念是，细胞想尽可能保持敏感，但又不进入这种混乱的区域，即哪怕微小的风都能令细胞瓦解，”纽约宾汉顿大学的Jordan Rozum说，“长期以来，人们一直认为，这种混乱边缘的现象不仅在整个细胞或有机体的水平上发生，而且如果你观察细胞必须完成的具体任务时也会发生。”

通过研究将细胞过程，如基因调控，分解为交互网络的数学模型，人们对混乱边缘的观点进行了检验。但是，这些模型并不总是通过涉及活细胞的实验证实。因此，Rozum和他的同事们决定，使用数十种严格基于生物学研究的模型，来测试混乱边缘的观点。

他们选择了72个基于实验的模型，代表从细胞死亡到大肠杆菌的基因调控等各种过程。这些模型源自细胞集体数据库，该数据库收集了许多独立研究者的工作。

然后，Rozum和他的同事们运行了一个计算机模拟，在该模拟中，每个模型都会被扰动—比如，稍微改变两个蛋白质或两个基因之间的相互作用的时间。他们想看看模型是否会强烈反应，这暗示生命存在于混乱的边缘，或是反应不那么强烈，这可能表明生命并未离混乱那么近，这不符合人们通常的想法。

研究在计算上具有挑战性，因为研究人员希望运行足够长的时间的模拟，以捕获对扰动的全面反应，而不仅仅是瞬时反应。Rozum表示，他们使用了像用于视频游戏的图形处理单元(GPUs)来模拟和分析大量且具有统计学意义的数据点。

在所有模型中，他们得出的结论都是相同的：生命在恢复扰动方面非常出色，如果它位于混乱的边缘，就不可能出现这种情况。

俄勒冈州波特兰州立大学的Christof Teuscher认为，新的计算方法是一种令人振奋的工具，而且它对混乱边缘到底是什么的讨论产生了复杂性。

虽然严格基于实验研究的模型之前还没有被研究得如此深入，但他表示，这项新研究可能仍然包含的模型太少，无法将其结论推广到所有生命。Teuscher表示，生命有序和混乱之间的“最佳点”无疑存在，但所有生命形式和所有生命过程中这些点是否相似仍然是个未解的问题。

对于Rozum来说，这项新研究并不是混乱边缘假设的最后一击，而是一个更好地描述它的动力。他说，虽然他和他的同事们证明了许多细胞过程本身离混乱的边缘还很远，但当它们所有的细胞过程结合在一起时，整个细胞可能会更接近混乱。他们计划在下一步研究这个观点，使用更复杂的计算机模拟。

本文译自 New Scientist，由 BALI 编辑发布。