个别是什么？
在五亿年前的埃迪卡拉纪（Ediacaran Period）*，超实际的生物宿世界占有着海底。这些独特的软体动物具有不合适想象的物理形态：絮纹的黑点，罗纹的圆盘，分段的管体，朝上的铃铛状，锥形的纺锤，和颀长的圆锥体。
可惜的是，这些精妙的生物保存四千年后灭尽了，没有留下儿女，只有化石陈迹。这些大型多细胞生物是如何发育、饮食、滋生的？是以单一的生物体、仍是群落的形式存在，就像僧帽水母？
*译者注
埃迪卡拉纪（Ediacaran Period），又称艾迪卡拉纪、震旦纪，是元古宙最后的一段期间。一般指6.35—5.41亿年前。
-化石陈迹-
这也牵扯到了一个生物哲学问题 ：什么是个别？
地球生物种类千变万化——病毒靠依靠在宿本家儿细胞身上复制自身；细菌之间可以共享、互换基因；高阶物种的杂交纪律可以极其复杂；黏菌密度低的时辰像是单细胞生物，但堆积在一路甚至可以找到人造迷宫的最短路径；工蚁和工蜂是高度社会化群体里的非生殖当作员，它们不具备高档生物的聪明，但蚁巢复杂且有序的分工信息收集代代相传；地衣是真菌和藻类或蓝细菌的共生复合物，怪异的合作关系让它们看上去像单一有机体一般运作；人类所包含的细菌细胞也至少与体细胞一样多，当作为“共生总体”，例如肠道微生物与我们的发育、心理和保存有慎密的联系......
物种之间和分歧物种可以彼此依存，多样层级和规模的共生现象让人们起头思虑个别与鸿沟的划分问题。
埃克塞特大学科学哲学家及生命科学研究中间本家儿任约翰·杜普雷（John Dupré）认为，区分个别的使命并不轻易。“有时辰它们联系得如斯慎密，以至于不知道是应该以一个单元、两个单元、仍是一群来进行会商。”
麦吉尔大学的博士后研究员麦克斯韦·拉姆斯特德（Maxwell Ramstead）说：“今朝我们对‘个别’的认知和‘堆’很是附近。若是这里有一堆沙子，您会直不雅地知道这是一堆沙子。但‘堆’并不是一个精准的概念，这不像是拨出来不多不少正好13粒谷物，而是从一个调集到一个‘堆’。”
怎么可以更好地划分生物单元呢？再者，如何可以在不依靠细胞膜等特征的环境下识别个别？
过程 > 物质
在界说生物个别时，学者一般倾标的目的于可以不雅察和测量到的证据。细胞以膜为界，动物以皮肤为界，我们可以对DNA进行测序，并在这些序列中划分基因。
但这不是不雅察生物的独一方式——也不是最好的方式。
圣塔菲研究所的进化理论家兼总裁大卫·克拉考尔（David Krakauer）尽力追求发现一种更合适天然、更客不雅的方式去识别生物单元。他认为：“若是达尔文是一名微生物学家，我们将拥有完全分歧的进化论，即纷歧定会从优胜劣汰的保存法则起头。”
-David Krakauer-
圣达菲研究所的集表现象研究专家杰西卡·弗拉克（Jessica Flack）与克拉考尔进行了十年的合作，但愿能找到弗拉克所但愿的“加倍开放、根本的界说。他们认为，个别是不变地跟着时候成长而转变的事物。因而，不该该纯真以空间维度来思虑“个别”，而应该以时候维度来考虑。
其实，这样界说也并非全新。在1800年月初期，法国动物学家乔治·居维叶（Georges Cuvier）将生命描述为一个漩涡：“无论是否敏捷，是否复杂，漩涡的扭转偏向是不变的，并且它老是陪伴着种类相似的分子，分子老是不竭进入此中，不竭分开。是以，活体的‘形式’比它的‘物质’更主要。”
很多哲学家和生物学家都采用了这种“过程不雅点”，即生物和其他生物系统不是以固定的物体或物质存在，而是像河道一样流动似地与其他分子连结关系。
分歧梯度的个别
弗拉克，克拉考尔与马克斯·普朗克数学科学学院的尼哈特·奥伊（Nihat Ay）也认为，个别是一个“保留时候完整性”的调集体，在必然时候内可以传布接近最大值的信息量。
他们在三月《生物科学理论》颁发的论文《The information theory of individuality》得出以下三个理论：1）个别可以存在于从亚细胞到社会任何生物组织程度；2）个别可以嵌套，即一单元个别可以存在于另一个的内部；3）个别存在于一个持续体上，我们可以对这个实体进行量化（这个理论是最新的，固然也是最反直觉的）。
尽管未介入这项工作，圣塔菲研究所的物理生物学家克里斯·肯佩斯（Chris Kempes）认为，对生物学进行量化而不是纯真分类的思绪很值得被借鉴，至少它可以应对复杂的界说类问题：病毒是否存活？如何被称之为存活？是否存在着个别？有几多个别？
基于生物信息流的梯度，圣塔菲团队区分出了三种梯度的个别。第一种是生物个别形式（organismal individuality），固然受情况影响但具有强烈的自我组织性，几乎所有关于个别界说的信息都是基于外部和个别的先前状况。第二种个别是群体形式的（colonial individuality），它的内部和外部身分之间的关系更复杂。在这个分类下的个别可能会有像蚁群或蜘蛛网似的分布式系统，部门组织布局受到情况影响，但依然也维持本身的一些特征。第三种类型完全由情况驱动（environmental determination），克拉考尔认为：“若是去失落情况带给个别的影响，这个‘实体’将会直接解体。” 他弥补道，地球上最早呈现的生物可能就是如斯。
-三种梯度的个别-
“个别信息论”供给了一种思虑生物单元的通用方式，在这个理论中，个别可所以细胞、组织、生物体、群体地、公司、政治机构、收集小组、人工智能、城市——甚至思惟和理论。研究人员但愿这个理论可以激发出一些能“从地面提掏出量化信息，从情况提取生物体”的算法，将来可以被用于表示个别呈现的信息。
弗拉克说：“这种个别是我们从未考虑过的概念，因为它‘不合适我们对个别的直觉’，也不合适我们熟悉空间中的怀抱单元和功能分布。”
如何维持个别自界说的鸿沟
不外，麦吉尔大学的拉姆斯特德并不认同弗拉克和克拉考尔的不雅点，因为他们的方式并没有考虑个别是如何维持自界说的鸿沟，两位学者的界说还需要一些额外的工具：将生物实体和和非生物实体（如飓风）分隔的体例。
尽管他赞成圣塔菲小组最初的假设以及他们对信息论的利用，但前两位学者的界说还需要一些额外的工具：基于信息流将生物实体和和非生物实体（如飓风）分隔的体例。
“生物体不只是个别，它还可以获得关于其个别的信息。” 也就是说，弗拉克和克拉考尔的理论并不克不及让生物体被“领会”。
拉姆斯特德与伦敦大学学院的神经科学家卡尔·弗里斯顿（Karl Friston）合作，环绕着弗里斯顿关于生物自组的“自由能量理论”提出了另一种设想。
“自由能量理论”认为，任何自组系统城市生当作对情况的展望，并减小这些展望的误差。对于生物体，这意味着它们会按照展望，不竭权衡感官和直觉体验。
拉姆斯特德认为，这种思绪和弗拉克与克拉考尔的形式本家儿义设法是兼容的，只是在生物体该如何连结其个别的诠释上有些局限。“您可以从字面上，将生物体诠释为对情况布局的猜测。”跟着时候成长，为了连结这些预期的完整性，生物体将会把本身界说为不属于情况的个别。
古代分型形式
埃塞克斯大学研究员珍妮弗·霍亚尔·卡特希尔（Jennifer Hoyal Cuthill）研究了埃迪卡拉纪期间蓬勃成长的生物体，她说：“研究远古期间的化石和生命形式，难度与在地球上研究地外生物学半斤八两。所以，我们才面对着识别个别这样现实的问题。”
做研究的过程，卡特希尔和同事们也成长出了和弗拉克、克拉考尔相关的解决思绪，强调信息在时候上的持续性。
-Jennifer Hoyal Cuthill-
以霍亚尔·卡特希尔比来对脉形类（Rangeomorph）的研究为例，它们像蕨类植物一样可以长到六英尺高，其分枝状叶从附着在海底的中心茎放射出去。早期的研究经常评脉形类和海笔（sea pen）这种近似于羽毛笔的、更为人熟知的无脊椎动物划分到一路。海笔是一种群体生物，即一种由有触手的珊瑚虫构成的堆积体，基于它们的机关，科学家们感觉这两种生物近似。
直到10年前，研究人员才发现，特定的发展程序是可以在单个个别中发生脉形类的外形的。操纵信息论的道理，脉形类被直接归类为群体生物并不合适。
正如树干上的年轮可以记实植物发展过程，脉形类发展史也记实了其当作长周边的信息情况，例若有机碳在周边海水地域的扩散信息。经由过程研究这些信息的持久性，霍亚尔·卡特希尔和她的同事研究发现，外部情况是它们发育的根本，也深刻影响了它们的大小和外形——内部和外部力量的均衡使它们当作为连贯的生物体，绝对非圣塔菲团队所界说的群体生物。
对于从理论和实践中利用布局化信息流来机关天然界的体例，霍亚尔·卡特希尔认为：“这些思惟和不雅念的起头会将当作为生物学新范畴的奠基根本。”
上宿世纪的生物学也许是物质的生物学，但二十一宿世纪的生物学会更偏重对于过程的研究。
本文参考自Quanta Magazine，已按其要求对全文做摘录。如欲阅读全文，请登录Quanta Magazine的官方网站。
封面：Tyler Larsen
编译：陈滢荧|审校：tangcubibi
编纂：Leon|排版：平原
原文：https://www.quantamagazine.org/what-is-an-individual-biology-seeks-clues-in-information-theory-20200716/
