理解生命复杂性的两条线索 | 生命复杂性读书会第一期直播

生命作为最典型的复杂系统，从细胞到个体再到群体，在不同层次上都展现出各种复杂性，引发不同学科研究者的兴趣。为了促进生命复杂系统的跨学科交流，我们策划“生命复杂性”系列读书会，组织精读和讨论相关研究。

11月5日（周四）晚，读书会发起人傅渥成，将进行第一期分享，介绍关于生命的复杂性和简单性这两面现象，以及现象背后的两条线索。

主讲人傅渥成是东京大学博士后，南京大学物理学博士，知乎物理/生命领域优秀答主，集智科学家。研究方向包括统计物理及其在生命科学问题中的应用等。

直播信息与报名方式

直播时间：周四（11月5日） 19:00-21:00

参与方式 1：腾讯会议（需报名参加系列读书会）

参与方式 2：集智俱乐部B站直播

扫描下方二维码，点击「我要听」报名，内附B站直播地址。

第一期内容介绍

大纲：

生命的复杂性和简单性

复杂的生命现象
简单的生物定律
为什么生命的理论研究是可能的？

生命现象中的明线

从基因型到表现型
生命系统中的 trade-off

生命现象中的暗线

进化和学习
进化与发育（evo-devo 以及其它）
生物的集体行为和大脑的动力学

总结和展望

内容简介：

（一）生命的复杂性和简单性

我们首先将介绍生命系统的“复杂性”。生物系统是一类典型的复杂系统，包含大量的自由度。例如那些与跟生物功能密切相关的生物大分子（蛋白质、RNA、DNA等），他们都由许许多多的基本单元（氨基酸、核糖核酸、脱氧核糖核酸）聚集而成，要准确描述这些大分子的结构和功能运动，我们就需要高维度的变量，而这还仅仅只是分子层次……如果要完整地描述一个生命系统的状态，那就更需要引入非常高的自由度。

然而在生物学研究中，常常用简单而低自由度的几个变量来描述生物或者细胞复杂的状态，例如细胞的生长速率，适应新环境的能力，以及在压力条件下的生存能力等等。这引发我们思考很多问题，包括：

生物系统到底是复杂的还是简单的？描述生物的简化模型为什么会如此成功？
这种在复杂生命现象中所观察到的自由度数的约简到底是怎么在进化的过程中形成的？
是否有可能填平高维的组学数据和低维的生物学模型之间的鸿沟？是否有可能从许多细胞内变量中提取出几个关键的变量？

（二）生命现象中的明线

在这一部分中，我们将首先从生命科学本身的线索（明线）出发，讨论有关生命的复杂性问题。我们将以基因型到表现型的关系作为一个实例，除了会简要回顾有关的经典理论之外，也会简要讨论相关领域的一些最新的发展。这些最新的发展方向也可以作为我们这一系列读书会此后将要展开的主题：

中心法则是怎样产生的？（生命起源问题）
在中心法则以外，还有哪些因素可以影响基因型（genotype）到表现型（phenotype）之间的对应关系？
怎样定量描述（实验测量）两个细胞表现型之间的差异？
怎样用一个理论来描述基因型到表现型之间的对应关系？

除此之外，我们还会简单介绍一些生物系统中的悖论或者 trade-off，这些问题都可以帮助我们理解各种复杂的生命现象，也帮助我们更好地认识生物系统复杂性：

发现新复杂性：经典概念的延伸和拓展；
描述新复杂性：新的实验方法、新的研究思路；
理解新复杂性：用新模型来理解生物系统（及其演化）。

（三）生命现象中的暗线

除了生命科学本身的线索（明线）以外，要想理解生命的复杂性，我们还可以从生命科学以外的一些领域来入手。在这一部分，我将主要从下面几个例子出发，介绍理解生命复杂性的一些其它学科的线索（暗线）。这些线索也是我们此后读书将要展开的主题：

进化和学习：生物进化的过程跟学习的过程是否有一些相似之处？在第一部分中，我们提到了生命现象中出现的“自由度数的约简”，这种现象跟机器学习中的降维、正则化或者泛化等问题之间又有怎样的相似性？
进化与发育（evo-devo 以及其它）：进化与发育本身是非常不同的两个过程，然而它们在现象上又有一些相似性（例如曾经有生物学家认为，发育的过程似乎就是在“重演进化”），为什么会出现这种相似性，能否用一个整体的框架来描述进化和发育？
生物的集体行为和大脑的动力学：为什么说生物的集体智能和个体的智能（大脑的动力学）具有相似性？临界与智能之间的关系又是怎样的？