文/姚斌
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《唤醒创新睡美人》是我们读到的安德烈亚斯·瓦格纳的第三本书，他的前两本分别是《如何解决复杂问题》和《适者降临》。瓦格纳是圣塔菲研究所的外聘研究员、瑞士苏黎世大学进化生物学教授。他的研究方向是生物进化论中的稳健性和创新性。历史学家托马斯·麦考莱曾描述多次发现：“太阳尚未跃出地平线，阳光就已照亮山丘。”瓦格纳在《唤醒创新睡美人》中正是描述了这样的现象。作为一名生物学家，瓦格纳毕生的愿望就是了解生物进化如何为生命问题提供新的解决方案。
■ 创新貌似很容易，但要成功很难
进化论的研究表明，地球上最成功的生物是草。它符合“惊人的成功”的两个标准：一是极其丰富，无数的草原全被草覆盖着；二是物种数量大且极具多样性，已经进化出了1万多种。但草类并不都是一直如此成功。在数千万年的时间里，草类都只是勉强维持着生存。大部分时间它们看起来都没有什么美好的前景。
草类的起源可以追溯到6,500多万年前的恐龙时代。但一直等到距今不到2,500万年，它才成为优势物种。这比它诞生足足晚了4,000多万年。进化赋予了草类很多种创新，使它们在许多环境中都具有很大优势。草类这种延迟的成功蕴含着关于新生命形式的深刻道理：一种新生命形式的成功不仅取决于它特定内在特征，也不仅取决于它的某种内在品质，比如一项创新所带来的能力增强或所赋予的新能力，还取决于这种生命形式诞生的世界。
新生命形式以及许多其他的新生命新形式有一个共同点，即在大爆发之前一直处于休眠状态。它们是生物进化过程中的“睡美人”。当生命第一次学会应对挑战时，它必须创新。每一个挑战都可以用多种形式来应对，每一种应对方式都是生物进化的创造性产物，而且都体现在拥有独特生命形式的物种身上；它们数以百万计，随着进化的推进，数量在不断增加。创新从来没有随着生物进化而停止。那些拥有复杂神经系统的物种，如黑猩猩、海豚和乌鸦，已经发现或发明了用于狩猎或采集食物的简单技术和工具。
不同的创新有着一系列更深层次的相似之处，其中之一是很多创新都是远远超前的。“睡美人”是一种创造性产品，刚出现时也许没有明显的优点、价值或实用性，但只要时间足够长，它就能够改变生命和生活。这种模式可以一直追溯到生命的起源，大自然中的“睡美人”可以帮助我们理解为什么创新可能很容易，但创新要取得成功则很难。成功与否是创新者无法控制的。
今天我们都知道，济慈是19世纪伟大的诗人。但他在世时，所有的诗集加起来一起只卖了不到200册。因此，从某种程度上说，他是一个失败的诗人。他的天分在几十年后才得到认可。这种姗姗来迟的认可始于19世纪中叶，当时他的第一部传记出版了，并在1921年，据他逝世100周年之际达到了顶峰。到那时，济慈已经不仅仅是一位著名的浪漫主义诗人了，还进入了文学伟人的万神殿，与荷马、莎士比亚和但丁等巨匠并列。
流行时尚的变幻无常或许有助于解释艺术作品的成败。但即便是数学和科学也会受时尚的影响。19世纪的数学家赫尔曼·格拉斯曼对线性代数的贡献遭到忽视便是证据之一。在今天，线性代数是大学甚至中学数学课程的核心内容，解线性方程成了一项必备技能。如果没有线性代数，我们无法想象工程和科学将会变成什么样。然而，当格拉斯曼在1844年出版的《扩张论》中提出线性代数的许多关键概念时，却遭到学术界和公众的忽视。1862年，他尝试出版该书第二版，但依然没有取得成功。
无数的创新案例在属于它们的时代到来之前就出现了，然后静候时机的到来。无论一项创新改变生命和推动变革的潜力有多大，除非找到一个能够接受它的环境，否则它不可能成功。创新需要出现在正确的时间和正确的地点，否则就会失败。这就是瓦格纳的基本观点。
■ 要么默默创新，要么长久等待
古生物学家吉恩·亨特曾经选取了从单细胞微生物到鱼类和哺乳动物的50多个物种的化石，通过研究这些物种的250多种特征的进化，证明了进化所遵循的原则似乎是：“抓紧时间，等待”。当进化需要等待时，它通常会等待地质剧变，就像安第斯山脉的隆起那样。合适的环境对进化至关重要，但是仅有合适的环境并不一定足够。
非洲沙漠植物百岁兰长得像一棵枯萎了的生菜，一生只长两片叶子，那两片巨大的叶子平摊在地上，在长达几个世纪的时间里逐渐裂成条纹。这种形态有助于从雾气中收集水分，从而让自己更好地生存。百岁兰如此独特，可能就是它提供了在独特的沙漠环境中生存的最佳解决方法，或者说，百岁兰只是进化过程中侥幸的产物，一个奇特的物种碰巧幸存了下来，尽管其他物种在这种极端环境中可能活得更好。
但是，百岁兰能够产生适应性辐射吗？我们不知道这个问题的答案。化石可能也无法帮助我们回答这个问题，因为并不是所有的物种都能形成完整的化石并留到今天供我们研究。即便能，化石记录通常也不完整。化石记录可能会误导我们，让我们认为某个物种是独一无二的，但实际上并不是。如果我们能把这个实验重做一次、两次或多次，谁又知道发生了什么？史蒂芬·古尔德在他的著作《奇妙的生命》中提出过这个问题，他认为生命将会呈现出另一番景象。但他并不知道会不会真的是这样，我们也不知道。谁能肯定说重来一次就会出现一种完全不同的解决方案呢？有可能出现的又是百岁兰，或者根本没有解决方案？
那些早已灭绝的古代哺乳动物，如攀缘始祖兽、獭型狸尾兽、远古翔兽以及弗鲁塔掘兽的出现比恐龙灭绝早了将近1亿年。在恐龙灭绝之前，哺乳动物一直处于劣势，但它们的进化并没有停滞不前。相反，哺乳动物尝试着各种各样的进化方式。哺乳动物的进化反复解决了同一个问题，即如何在树上、水中和空中生存。哺乳动物的进化还提出了一些解决方案，类似于今天哺乳动物所采用的解决方法。
不同的生物拥有相似的创新，这种现象非常普遍，甚至有自己的专属名称，即趋同进化。趋同进化可以告诉我们很多信息，这些信息与哺乳动物生命之树分支的形状有关。在这根树枝的生长过程中，上面层长出很多侧枝，也就是说，树鼩、海狸、鼯鼠和食蚁兽的生存方式在进化史上出现了很多次。虽然这些侧枝最终都枯萎死亡了，但主枝在恐龙时代不知怎么就挺了过来。主枝继续生长，最终爆发，新物种涌现出来。
触发物种大爆发的不是任何一项创新，哺乳动物的创新以前就出现过，其中许多创新出现过不止一次。触发因素使世界再次发生变化。恐龙灭绝就是其中一个变化，这个事件减轻了哺乳动物承受的竞争压力。不过，这可能不是唯一的原因。当时，世界上发生很多变化，例如气候变暖了，开花植物也在进化，它们进化出多样性使哺乳动物的饮食和生活方式也变得多样化。我们可能永远不会知道是哪种或哪几种变化触发了哺乳动物的爆发，但这不是重点。重点是，它们的爆发是由一个不断变化的世界引发的。与此同时，另一群现在非常成功的动物也在断断续续地进化。这些动物与恐龙之间并不存在竞争关系，它们本身就是恐龙，幸存下来的恐龙。
生命史上的许多事件都是紧随着合适环境的出现而涌现出来的。最早的化学化石表明，生命的起源只是这些事件中最早发生和最具开创性的一个。基于这个事实，再加上大多数创新的多个相互独立的起源，如多细胞生物、哺乳动物的生活方式以及C₄光合作用等，我们可以得出这样一个结论：进化很少会在解决生命问题时无计可施。相反，生命往往会在时机成熟之前、在环境为创新的成功做好准备之前就进行创新。这就是我们从草类、哺乳动物和蚂蚁的生物的早期历史中学到的东西，它们要么在漫漫历史长河中默默地创新，要么在属于它们的时代到来之前等待数百万年。
■ 今天失败者可能成为明天赢家
进化并不是一蹴而就的。进化不是飞跃向前，而是小步前进。在迈出下一步之前，之前的每一步都必须保存下来，这是自然选择的关键任务。这就是当前主流的观点。大多数时候，进化的速度极其缓慢，慢到几乎看不出来。这种观点并称为“渐变论”，达尔文也持这种观点。这符合我们对DNA突变以及它们如何改变基因组的认识。
法国分子生物学家、诺贝尔奖获得者弗朗索瓦·雅各布在1977年提出一个更宽泛的渐变主义观点。这个观点认为，进化就像一个修补匠，但偶尔会通过复制和点突变的结合创造出创新基因。这种情况非常罕见，但经过千万年的岁月，它们逐渐累积起来，因而人类的基因组中有着成千上万的复制的基因，这些基因的新技能在大自然修改其祖先的技能时就会涌现出来。
大约500万年前，人类和黑猩猩从一个共同的祖先中分离出来。从那时起，这两个谱系分别进化，并经历了不同的突变。自然选择淘汰了有害突变，并让无害突变留了下来。在保留下来的突变中，最有趣的是那些创新的突变，正是这些突变使人类得以成为人类。
比较基因组学这门比较不同基因组的科学告诉我们，是什么使物种独一无二，又是什么使不同物种彼此相似。比较基因组学还揭示了自然选择可以容忍某些基因的许多突变，但不能容忍其他一些基因的突变，或者只能容忍这些基因的少数突变。数百万年来，这些基因一直保持不变，用专业术语来说就是保守。这种基因在维持生命方面起着极其重要的作用，它们若是发生突变，受到的惩罚将是死亡或灭绝。
从黑猩猩到大猩猩、红毛猩猩、猕猴和其他灵长类动物，每当一个灵长类基因组测序完成，我们对灵长类动物共有的生物学特征，以及每一各物种特有的生物学特征都会有更深入的了解。然而，对典型的灵长类动物基因组进行测序是一项艰巨的挑战，因为灵长类动物的基因组太大了。它们包含了近30亿个字母，在标准信纸上相当于300万页单行距的文字。其他物种的基因组则比较小，因而更容易被读取和测序。研究者在2007年读取了来自不同种类的果蝇的十几个基因组。这些基因组中的每一个只包含2亿个字母，还不到人类基因组的1/10。对细菌的基因组进行测序更加容易，它们只包含几百万个字母，大约是人类基因组的1/1000。
从微小的细菌到巨大的大象，从眼睛和大脑等复杂器官到构成一个细胞的数十亿个分子，我们都能清楚地看出生命的起源有多复杂。我们对生命起源的理解可以归结为，我们需要理解通向每个物种、每个器官和每个分子的单个小步骤。多亏了基因组学，新的基因和蛋白质的起源才清晰地展现在我们面前。
一个基因发挥作用的时间越长，它长时间保持活跃的可能性就越大。一小部分基因存活了数千万年来自数亿年，它们是最重要的基因。在这一小部分基因中，有一些是所有物种的核心组成部分，其中包括帮助复制DNA的基因、创造富含能量的分子的基因或构成细胞的基因，它们就像人类发明的火药、内燃机、电灯等事物一样，因其用途广泛而经久不衰。这些基因就像稳稳矗立的灯塔，永远不会熄灭。而在这些灯塔上发出来的光芒周围，大多数灯都闪烁着，有的很慢，有的很快。一个成功的基因，不是仅靠自己就能取得成功的，它只有在合适的时间、地点和环境中才能成功。即便一个新基因在进化过程中只存在很短的一段时间，也很可能会持续数千年，在此期间，环境变化的数千次，甚至数百万次。环境的每一次变化于这个新基因而言都是一份礼物，一个证明自己有价值的新机会。
一个基因的价值不仅来自它的某些内在品质，还来自它诞生的世界，一个生物体无法控制的世界。由于基因组十分庞大，进化又不断地创造新基因，基因组学可以量化新基因成功的频率，这正是基因组学的美妙之处。同样的，人类不断地提出新思想，创作新的艺术作品，发明新事物，但是其中有许多在历史记录中几乎没有留下痕迹。如果它们最终没有获得成功，那么它们很快就会被遗忘。在人类思想的世界里，成功同样是罕见的，休眠、死亡和垂死的发明比比皆是，就像在基因的分子世界里一样。这两个世界的相似之处还在于，今天的失败者有可能成为明天的赢家。而过往所有的成功，或许都只是为最终的覆灭做一个注脚。
■ 科学进步来自不同领域的融合
社会学家罗伯特·默顿痴迷于成功与失败的模式研究。他提出了“默顿倍数”。他强调“多次发现”这一现象频繁出现。由于“多次发现”太频繁，那些只发现过一次的创新，即独一无二的创新，才是需要解释的例外。事实上，一些细致的历史研究揭示出，有些创新从表面上看只被发现了一次，实际上被多次发现。
从一个更高的视角来看，比如从一个研究整个历史时代的历史学家的视角来看，个人创新者所认为的艰难创新可能截然不同。从这个视角来看，默顿倍数表明大多数发明和发现都不是人类历史上来之不易的创新，而是时代的必然产物。默顿发现在将近200种被多次发现的创新中，大约1/3创新在首次被发现后，隔了十几年才再次被发现。这暗示着，早期的发现往往会被忽视或遗忘，变成了“睡美人”。
一个代表性的例子是坏血病的治疗方法。直到18世纪，英国海军中死于疾病的水手比死于战争的还多，而罪魁祸首则是坏血病。詹姆斯·林德医生在1753年出版了著作《论坏血病》，但从未引起社会的注意。直到将近半个世纪以后，常识才最终战胜了医学偏见——柑橘类水果被用于治疗坏血病。于是，几个世纪的难题终于得到解决。
在2015年的一项研究中，研究人员对2,200万篇科技论文进行了分析。这项研究定义并量化了一个“睡美人”系数B，它概括了如下信息：一项发现从提出到获得认可的时间、在此期间它被引用的次数、它被唤醒后引用次数激增的速度，以及这项发现在延迟后的爆发期间被引用的次数。B值最大的那些论文处于一个极端，它描述了这样一类发现：先是被忽视了几十年，等到属于它们的时代到来时才会受到世人的欢迎。“睡美人”系数在一个连续的范围内变化，从许多论文的很小的B值，到相对较少的论文的中等大小的B值，再到数量更小的论文的很大的B值。值得注意的是，B值的分布与我们熟悉的钟形曲线或正态分布完全不同，它是一种肥尾分布，它的尾部所包含的论文比钟形曲线的尾部所包含的要多得多，这些论文长期被忽视且B值很大。也就是说，先长期休眠，再突然苏醒的发现比钟形曲线所预测的要多，即“睡美人”在科学界并非罕见的例外。
当格雷戈尔·孟德尔在研究豌豆杂交时，查尔斯·达尔文正在撰写《物种起源》。达尔文的理论有一个巨大的漏洞，但是他并不知道遗传是如何发挥的作用。达尔文不知道的是，孟德尔当时正在努力填补这个“漏洞”。1865年，孟德尔发表了一篇论文，他在这篇论文中描述了这一发现。但并未引起达尔文的注意。达尔文并不是唯一一个忽视了孟德尔洞见的人。在孟德尔的论文发表30多年时间里，学术界的人都忽视了他的研究成果。直到荷兰植物学家雨果·德弗里斯在1900年重新发现了孟德尔的这篇论文，并引发了遗传学革命时，孟德尔的理论才为世人所知。
事实上，3/4的“睡美人”都是被其他学科的发展唤醒的，这就提醒我们，重大的科学进步往往来自不同领域的交叉融合。唤醒创新所需的许多科学发现和技术发展都是未来才出现。每一项创新都是独一无二的，它似乎没有相同之处。不过，在更深的层次，它们确实拥有一个共同点，而且这一点才是至关重要的，即它们都不受创新者的控制。这种共性就像一条红色的线，一直延伸到生命的起源，为今天的人类创新者提供了经验教训。