《多者异也》五十年：追随安德森的脚步( 二 )
生命系统是高度复杂的机器：细胞需要组装分子结构 ， 这些结构可以利用化学能来执行生命过程所需的复杂任务 。 创造人工细胞的挑战 ， 凸显了使生命得以运行的涌现自组装和控制机制的复杂性 。
例如 ， 细胞需要一种内部运输货物的方式 。 它们通过不断进化的轨道网络来实现这一点 ， 这些网络由生长和分解的聚合物丝组成 ， 运动蛋白在其上承载负荷 。 在另一个例子中 ， 细菌使用旋转马达以每分钟500转的速度旋转鞭毛 。 这种分子马达是一组有组织的特殊蛋白质 ， 直径约45nm 。 这些蛋白形成了一个由质子通量驱动的转子 ， 该质子通量相对于固定在细胞壁上的定子内的细胞旋转 。 胚胎通过一系列步骤从细胞小球生长为成年动物 ， 这些步骤涉及局部细胞群的移动和分裂 。 每一步都必须程序化地在特定的时间和地点进行 。
这些自组装和形态发生的例子是如何介导的？生命系统在远离热力学平衡态位置运行 。 因此 ， 人们越来越多地使用活性物质物理学的思想——处理每个粒子不断使用能量移动的材料——来描述生命系统 。 对活系统中自组装的研究可以深入了解生物设计中潜在的通用原则 ， 这些原则可以用于帮助制造高效的显微镜 。
CorinaTarnita：涌现模式
CorinaTarnita是普林斯顿大学生态学和进化生物学系的教授 ， 曾是哈佛研究员协会的初级研究员 。 她在哈佛大学获得数学学士和博士学位 。 Corina研究在时空尺度上 ， 从简单的相互作用中涌现复杂的生物特性 。
无与伦比的建筑技艺、劳动分工、农业和畜牧业——虽然这些听起来像是人类独有的成就 ， 但我实际上指的是昆虫社会 ， 例如蚂蚁和白蚁 。 它们的内部组织中充满了涌现的现象：微小昆虫的任何个体属性都无法预示数百万个体所共同实现出的难以置信的复杂性 。
多年来 ， 我一直生物群落组织 ， 但当我看到任何一个群落的周围环境时 ， 会更加震惊 。 群居昆虫的自组织能力扩展到了地形尺度 ， 并伴随着影响生态系统的涌现特性[45
。 以白蚁为例：白蚁与邻近的蚁群竞争激烈 ， 同一蚁群中的白蚁伙伴相互合作 ， 它们将地形分割成围绕蚁群的六边形防御区域 。 较小的群落在消耗战中被摧毁 ， 留下一个数公里大小的区域 ， 散落着大小相等、距离相等的蚁丘 ， 就像圆点花纹 。
这些生物群落可以生存数十年 ， 但当它们精心建造的土堆在建造者去世、又被新群落重新定居时 ， 甚至可以延续数百年[6
。 由于白蚁的土壤工程和养分循环 ， 每个土丘都具有不同于土丘之间土壤基质的特性 ， 例如不同且更多样的微生物群落[7
、不同且更具生产力的植物群落[7
、丰度更高的昆虫和节肢动物 ， 或者更频繁被食草动物使用 。 但是 ， 土丘出现的空间格局具有生态系统范围内的后果 ， 这些后果无法从单个土丘的特性中预测 ， 更不用说从单个白蚁的特性中预测了 。 与随机分布的土丘相比 ， 数千个六边形分布的土丘共同提高了微生物多样性和生态系统生产力[78
， 并且预计它们将大大增强生态系统对气候扰动的鲁棒性[4
。
ElsaArcaute：创新之流
ElsaArcaute是伦敦大学学院高级空间分析中心的复杂性科学教授 。 她拥有剑桥大学理论物理硕士和博士学位 。 她在复杂性科学领域的初步研究探索了蚁群的自组织 。 在过去的10年里 ， 她的研究重点是城市和城市系统 。
城市呈现出许多涌现行为 ， 例如分工和专业化等社会动物的特征 。 这些特征是在局域层面上通过不同机制和约束进行信息交流的结果 。 就人类社会而言 ， 我们的互动不断受到路径依赖的调节 ， 并通过混合和记忆进行微调 ， 从而形成超越我们生存基本需求的机制 。 任何与学习相关的过程都是如此 ， 在学习过程中 ， 我们的集体知识不断更新 ， 产生了预料之外的创新 ， 创造了超越物质、文化和政治边界的新社区和活动 ， 影响了整个地球甚至更远 。
例如 ， 20世纪60年代末和70年代初 ， 一个信息领域（在数学意义上）渗透到不同的学术领域 ， 导致复杂性科学背后的一般思想同时出现在许多不同的学科中 。 这个领域对应于通过直接或间接交互的信息流（flowofinformation） 。 过去 ， 信息流受到传输速度的强烈调节 ， 这也制约了城市发展 。 例如 ， 我们的街道网络是分形结构 ， 这些分形结构是通过重要地点间的相互作用随时间推移强化而共同形成的 。
我们现在已经能够开发出在地球上任何距离上即时传递大量信息的方法 。 然而 ， 正如最近我们所看到的那样 ， 面对面的互动仍然是创新的关键 ， 而城市是通过思想融合实现这些创新的核心 。
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