生命也是博弈

用來玩撲克或者其他室內(nèi)游戲的數(shù)學(xué)理論也能為生命的起源提供線索。乍一看你會覺得奇怪：用來描述商業(yè)競爭，打擊恐怖分子以及玩撲克的數(shù)學(xué)理論竟然也能和生命起源有關(guān)系？你絕對想不到。博弈論——用來描述策略互動的一個數(shù)學(xué)分支——通常被認(rèn)為是解釋室內(nèi)游戲的一種演算。起初，這個概念用于分析那種結(jié)果是失敗一方把東西輸給勝利一方的雙人游戲(零和游戲)。約翰?馮?諾依曼是喜歡玩撲克的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家，他在20世紀(jì)20年代發(fā)明了博弈論，用來量化不同選擇的優(yōu)劣，比如決定要加注還是跟注。到了20世紀(jì)40年代馮?諾依曼和經(jīng)濟(jì)學(xué)家奧斯卡?摩根施特因共著《博弈論與經(jīng)濟(jì)行為》，打算用博弈論徹底改變經(jīng)濟(jì)。博弈論在經(jīng)濟(jì)學(xué)界流行的比較慢，但是它在其他地方一展身手，例如分析冷戰(zhàn)策略。20世紀(jì)50年代博弈論在約翰?納什的努力下發(fā)展起來。多難的數(shù)學(xué)家納什是《美麗心靈》一書和同名電影的原型。納什認(rèn)為博弈論適合應(yīng)用于類似游戲的復(fù)雜局面：其中有多名玩家，各自有多種策略。納什提出，總有一個策略組合，在每個人都盡全力做出最正確的選擇的情況下，能夠讓每一位玩家獲得最多收益。這時，每個人都不愿意再改變策略。那意味著這個游戲(或者是經(jīng)濟(jì)體制，亦或國際局勢)已經(jīng)達(dá)到了一個穩(wěn)定狀態(tài)，或者叫做均衡。“納什均衡”成為了博弈論的核心概念，它將博弈論推廣到多個研究人類行為的學(xué)科中，包括心理學(xué)、社會學(xué)、政治學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)。20世紀(jì)70年代，喬治?普賴斯(GeorgePrice)和約翰?梅納德?史密斯(JohnMaynardSmith)將納什均衡的概念進(jìn)行微調(diào)，并應(yīng)用于物種之間的生存競爭，至此博弈論進(jìn)入生物學(xué)領(lǐng)域。一個生態(tài)系統(tǒng)中，所有生態(tài)位都能讓其中成員擁有最大存活機(jī)會，意味著這些物種共同建立了“穩(wěn)定進(jìn)化策略”。換句話說，動物和人一樣，可以從多種不同的策略中選擇。比如貓可以選擇捉老鼠也可以朝你嗚嗚叫求你拿貓糧。不過對大多數(shù)生物來說，在行為上可選擇的策略沒有這么多。在一個滿是鷹和鴿子的島上，鷹采取侵略策略，鴿子只能是被動策略，單純因?yàn)檫@就是這兩種鳥的行為方式。當(dāng)鷹和鴿子的相對數(shù)量能讓其他鳥加入后得不到任何好處，這就成了穩(wěn)定進(jìn)化策略。正如某些科學(xué)家所說，如果動物能夠憑借他們先天的行為進(jìn)行博弈，那不難想象博弈論可以延伸到生物分子中。KatrinBohl和其合作者去年在《分子生物系統(tǒng)》上發(fā)表的一篇文章提到：“總的來說，除了整個生物體，影響（間接影響）它們繁衍的大分子也可以被看做博弈者。它們的很多特性都可以被看做策略，成為博弈論模型中博弈者并非必需認(rèn)知能力和理性?！笔聦?shí)上，很多時候你會真切地覺得化學(xué)反應(yīng)就是分子間的一種競爭，其目標(biāo)是排列成某種最佳狀態(tài)。就像經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域競爭者希望最大化個人利益，一堆分子希望在能量上實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定——這是通過達(dá)到一個最低能量狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的。納什把博弈論里面的穩(wěn)定狀態(tài)稱作“均衡”并非偶然，他顯然是將博弈的平衡點(diǎn)比作化學(xué)反應(yīng)的平衡狀態(tài)。（在學(xué)數(shù)學(xué)之前，納什是化學(xué)與化學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生。）生物體中的分子有不同的策略（特性），以此幫助它們所處的生物體存活下來。例如，基因就是生物存活和繁殖的主要功臣。有些基因明顯有著對生物體有利的合作策略。但是有時候基因的特性（策略）沒有那么有利于生物，但是它利用其它基因之間的合作，“搭著便車”就被傳遞到下一代oBohl和同事稱它們是“基因組寄生蟲”，就像那些依賴社保，但是又想盡辦法偷稅漏稅的人們。還有一些分子作為博弈者的例子。某些蛋白折疊成剛性結(jié)構(gòu)，而其他蛋白結(jié)構(gòu)更加靈活。還有一些蛋白的剛性還是靈活取決于與之相互作用的蛋白。而剛性和靈活性可以看做策略，因此這些蛋白相互作用可以用博弈論分析。相同的博弈論分析還可以用于病毒——介于生物界和非生物界之間的遺傳物質(zhì)。這里，博弈論的思考很有價值，為生物醫(yī)學(xué)界的博弈者（被稱為醫(yī)生）提供更好的抗感染策略。理解了病毒存在博弈，那么就不難想象：在地球形成早期，生命出現(xiàn)以前，分子就發(fā)生著可以用博弈論分析的相互作用。Bohl和同事指出：核酶（一種有催化活性的RNA）可以自組裝成網(wǎng)絡(luò)，這個過程可能為生命誕生提供了足夠的復(fù)雜性。2012年波特蘭州立大學(xué)的NileshVaidya和同事用實(shí)驗(yàn)展示了這是如何發(fā)生的。他們在Nature上發(fā)表了結(jié)果：一種核酶能夠催化第二種核酶的合成進(jìn)而第二種合成第三種；然后第三種再去催化第一種的合成。這種互相幫助的核酶是原始分子體系中的“合作者”；而其他'自私的”核酶只是自己合成自己。看來合作策略要比自私策略更有助于形成生命誕生