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       最近,一套深入探讨科学与艺术关系的丛书“大美译丛”由吉林人民出版社推出,“大美”这名字听起来也的确像出自东北,因为曾有人嘲笑东北人浓装艳抹、傻大憨粗。不过,“大美”之“大”是“太、至、达、超拔”之意;“大美”即科学之“至美”,自然之“本美”。“大美”之说来自《庄子》外篇的《知北游》。《知北游》第二节说:“天地有大美而不言,四时有明法而不议,万物有成理而不说。圣人者,原天地之美而达万物之理,是故至人无为,大圣不作,观于天地之谓也。”除了道家的深奥哲学外,这段话表述了一种方法论:可以通过考察大自然的美妙形态,而领悟大自然的组织规律。换成现代常说的话就是,运用博物学、自然科学的方法观察、研究自然界的事物与过程,将艺术与科学结合起来,从而达到真与美的统一。如此看来,“大美译丛”这个名称极有特点,让人回味。
       呼喊科学与艺术结合,早已不新鲜,问题是怎样具体化。读者对生拉硬扯的结合,已经毫无兴趣。“大美译丛”中的《生命的曲线》是一种真结合。此书英文初版于1914年。八十六年后才引进到中国,是否晚了?是否失去了意义?完全不是,现在正是时候。
       《生命的曲线》是讨论生命生长中的数学形式的专著,采取的基本上是博物学的方法,书中收录大量引人入胜的图片。记得在同一时期,还有达西·汤普森(D’Arcy Thompson 1860-1948)的巨作《论生长与形式》,英文初版于1917年,1945年剑桥大学又出版过新的节选本。库克的书如能与汤普森的书结合起来读,则更好,可惜《论生长与形式》至今没有中译本,在中文世界中提到这部书的也不多。有心的读者可能注意到了,在近期的科学文献中汤普森的《论生长与形式》频繁地被引用。
       库克没有泛泛而论,而是专门讨论了螺旋现象,涉及贝类螺旋壳体、植物左右旋、叶序排列、攀缘植物茎蔓旋转、兽角螺线、人体螺旋、人工建筑螺旋、左撇子等等。这些螺旋现象在自然界中普遍存在,特别是在生命世界中。我小的时候也注意过这类问题,而且一直关注着。农村常见的芸豆,葡萄藤,角瓜、黄瓜、冬瓜的卷须,五味子藤,野生原枣藤,牵牛花秧等,都有明显的螺旋结构,而且都是右旋的。我小时候还淘气地故意把嫩嫩的植物秧尖左旋到木棍上,但发现植物竟能将它打开,执着地重新以右旋的方式重新缠绕到木棍上。为什么会有这类螺旋现象?我那时不明白,现在也不明白。我曾经问过许多人,第一个是我博学的爸爸,后来又问过许多人,没有一个人能够说清楚。我关心的问题是:1)生物世界螺旋结构的生成机理是什么?2)我见到的多是右旋现象,这是否与我们所处北半球有关?是否与地磁场有关?
       第一个问题很难回答,而且可以无限追问下去。第二个问题较具体,能够回答。后来我注意到北京的古柏树大部分都是左旋(不信可去天坛公园或者卧佛寺看看),与其他植物形成鲜明对照。我还问过从事分子生物学的人,在生命世界中DNA双螺旋是否存在左旋的现象?回答是,的确存在,但很少,只在一些病毒的DNA中发现过左旋现象。我至今没有去过南半球,不知道那里的同样的植物是否有左旋的情况。不过,现在我倾向于认为同样的物种,大概采取同样的螺旋方式,与当今的地理位置关系不大。哪位去过澳大利亚,倒是可以报告一下那里植物的螺旋方向,这样可以轻松证明或者证伪我的第二类问题。库克的书虽然旁征博引,并加之长时间的博物学考察,但在他处的时代,人们还不知道DNA(二十世纪五十年代才知道),自然不可能涉及分子层次的螺旋现象了。但这并不影响库克《生命的曲线》的价值,这部著作令人大开眼界,读后必为大自然的精妙组织结构所震撼。
       库克是一位富于哲学思考的人物,他试图用Φ(希腊字母phi)级数解释生命曲线,但并没局限于此,更没有走向庸俗的实在论。他清楚数学与自然的关系。大自然是多样性的,大自然并没有义务服从人类发明的纯净的数学规则,虽然人类可以不断以各种形式的数学工具去“套住”大自然。“无论人类如何努力,人类绝对发现不了大自然的公式。不过,人类决心和大自然周旋到底,孜孜不懈,探索不止。惟有如此,人类才能对大自然的认识日见精进。”(11页)按现代分形理论猜想,生命的独特形态可能是按如下公式生成的:“简单规则+随机噪声+迭代=多样而有规律的外部形态。”其中“简单规则”是抽象出来的,无法直接看到,但各种现象强烈地暗示了简单规则的存在。也许正是在这种意义上,生命之书是用数学语言写成的。生命形态之所以简单、生命形态之所以复杂,都与内在的数学结构有关,这结构令人震惊,但并不神秘。
       库克的另一个观点也很值得提及。历史上不断有人高声赞美生命形式之美妙、之独特,但是无机界与有机界并没有本质的界限。“受美学感染至深的人对科学所宣称的内容表现出过分的不可容忍,而这样的不可容忍是相当不理智的。”(7页)我完全同意库克的评论。要想深入理解生命之美,特别是从科学的角度看,则必须采用力学、物理学、化学和几何的方法,给宏观形式一种物理的(取广义)解释,即一种因果的、自然的解释,而不是玄思的、浪漫的、抽象的解释。在科学史上,一般而言还原论总是日积月累,不断成功;而目的论、整体论、拟人论则看似高妙,实则流于现象和玄想,不能深入。生命取螺旋结构,必有物质、能量与信息上的理由,而与目的无关。这好比“自私的”基因仍能解释“利他”行为一样。当然,物理学派的兴起与成功并不能说明博物学传统的无用或者应当终止,我们不希望威尔逊自传《大自然的猎人》(上海科技出版社2000年,原名为《博物学家》)描写的生态学家、博物学家与分子生物学家的对立再次重演(“分子生物学家传达的信息很明白:让集邮者回到博物馆去吧!”“只有疯子才会想要聘用生态学家。”见第12章),两类研究都是需要的,分属不同层次。
       生命螺旋在发生学上必与生命起源时基团的偶然碰撞和后来的自然选择有关。螺旋也可用“手性”或者“手征性”表述。当初的手性可能是对称的,由于某种偶然的原因,对称性发生了些微的破缺。在后来的演化中,对称破缺被不断放大,某一种手性甚至完全压倒另一种手性,最后我们观察到的只是某一种手性,如左手性或者右手性。法国微生物学家巴斯德(Louis Pasteur 1822-1895)早就研究过酒石酸的手性。在地质学中的结晶矿物学中,也讨论手性。
       欧阳钟灿与刘寄星合写的《从肥皂泡到液晶生物膜》(湖南教育出版社1994年),也讨论过手征性与螺旋结构。该书最后一章用“倾斜手征膜”理论完满地解释了类脂双层膜螺旋结构的全部实验结果,读后给人深刻印象。北大技术物理系王文清教授专门研究过对称破缺与光学活性的起源,她发表了一些论文也办过专题讲座。北大物理系赵凯华教授在著名的《半定性半定量的物理学》(高等教育出版社)一书中,也生动地讨论过手性问题,还特别引入了“艾丽思穿过镜面”的童话故事。进一步的参考书有吉恩(Roger V. Jean)所著的《植物生长模式与形态的数理研究方法》(王本楠等译,学术书刊出版社1990年),这本书只印了970册,想买到并看懂都不大容易。另外我在美国一家书店看到过一部研究贝壳花纹的专著,采用了最新数理方法,包括元胞自动机和分形理论,印刷相当精美,可惜当时没有记下书名。
       回到童年的第一个问题:生命体螺旋结构的内在机理是什么?包括库克的《生命的曲线》,现在是否能够回答它呢?有了一些进展,但我仍然感觉不能彻底回答。“彻底”是什么意思?我也说不清楚,只是觉得这类研究才刚刚开始,人们仍然可以一直追问下去,也许科学解释(说明)是无尽的,永不会令理智满足。《生命的曲线》在多样性上丰富了我的认识,比如现在我知道左旋植物也是大量存在的,但关于机制,此书并没有谈出更多、更深的道理。
       《庄子》中的“原天地之美而达万物之理”,境界实在太高远了。吾辈非远圣人,“观天地之美”之心还是有的,可向这样的理想努力。但重要的还是始于足下,亲近自然、思索造化。
       (“大美译丛”第一批共五种,刘兵主编《生命的曲线》美特奥多·安德列·库克著,周秋麟等译,吉林人民出版社2000年10月版,29.80元)