这篇经典的事实如此浪漫的帖子最初发表于2013年6月。
T看一看蝴蝶的翅膀，你就能学到关于生命的一课。这并不是说它美丽、脆弱，也不是说它只有在褪色时才容易被欣赏，尽管这一切都是真实的，并且在翅膀上是显而易见的。
仔细观察图案的边缘，一种颜色变成另一种颜色的地方。这种划分并不像在一臂之遥时看起来那么突然。它不是一条直线，而是一个梯度。
这是一个关于不确定性的教训。
蝴蝶的颜色来自它的鳞片，每一个鳞片都是一个单一的细胞，只有一种颜色。在图案边界处，不同颜色的比例混合在一起。变换和着色是通过改变混合比例来实现的。很漂亮。在分子生物学的语言中，它也是基因表达随机机制的模型。
每个天平的命运都不是命中注定的。表面细胞燕尾服的翅膀例如，最初不是专门为黄色、蓝色或黑色。相反，它们含有可能产生这些色素的基因。
一句话，决定每个蝴蝶鳞片颜色的因素是偶然性。一个分子在正确的时间，在正确的位置撞击一个细胞机器，一个基因产生某种色素。不能保证它会发生。这是一个概率和时刻到时刻随机性的问题。（同样的概率机制也存在于带有纯色的翅膀部分。在这些部分中，触发一种颜色基因的分子的浓度非常高，最终的颜色结果是确定的。）
一句话，决定每只蝴蝶鳞片颜色的是机会。
在生物学中，有一种倾向认为随机性是噪音，是偶然因素，是错误的产物随机基因突变例如，染色体复制系统中的错误应该是完美的复制。随机突变可能是有害的，或微不足道的，或有益的，但它们从根本上是有害的错误，对有序系统的无序偏离。
蝴蝶的翅膀之所以如此不同寻常，不仅仅是因为它们的颜色具有不可预测性，还因为它们具有利用概率．1随机性和不确定性被转化为君主或统治者的有序功能模式棋子. 在这一点上，蝴蝶的翅膀不是独一无二的，而是生物学中普遍存在的原则的体现。
我们穿上我们的十倍镜并将我们的放大倍数增加到细胞活动发生的地方，即所谓的细胞机械的水平。不过，我们不得不放弃这个比喻：细胞确实包含复杂的任务执行结构，但“机器”这个词是宏观世界的产物。我们认为机器是刚性装配的，具有预定的用途。在细胞水平上，这种类比是不成立的。
在理论、计算和实验生物学的前沿，在已知和未知的交汇处，蜂窝机器已经被重新定义．2组成它们的蛋白质不会折叠和展开，而是按照一些逐步的蓝图运行。形状和功能对极微小的能量转移，对原子的运动和它们所施加的力非常敏感。
因此，与其说是一个细胞工厂，不如想象一个有厨房的餐厅，当有人经过时，搅拌机会变成对流烤箱，搅拌器会变成刀子，环境温度会升高一个分数度。想象一下，整个厨房都是这样的，厨师和准备人员，尽管他们行动有目的，但还是情不自禁地四处走动，七道菜的饭菜仍然从门里滚进来。
毫无疑问，这个比喻有其自身的问题，但它表达了一个观点：细胞世界是一个不断波动的地方。它充满了随机性，当事情不是狭隘的随机性时，就充满了不确定性。原子、分子和梯度每时每刻都在变化，蛋白质也随之变化。
在这里，人们可能会问不确定性从何而来：它真的不确定吗？如果我们知道细胞中每个粒子的运动和性质，每个分子的命运都可以预测吗？还是量子物理在某种程度上输入方程式所有这些令人毛骨悚然的不确定性和奇怪的可能性以某种基本方式塑造了生物学?
我们不知道，也许永远也不会。这是一个很难研究的问题。无论如何，某些分子活动，正如我们所能描述的那样，是随机的或概率的。我们知道，在细胞水平上，无论胚胎干细胞是专门用于肾脏还是肝脏，无论造血干细胞是为了携带氧气还是识别病原体而成长，细胞的命运都是如此-在某种程度上是随机的，由可能出现或不出现的信号确定。
特别的是，在所有这些不确定性中，形式出现了。两个同卵双胞胎，在几万亿次细胞分裂后，在我们的眼睛里看起来是一样的。无序、有序——当然，拥有相同的基因组并不能保证得到相同的结果。事实上，当在完全相同的环境中培养的基因匹配的酵母菌落以非常不同的方式发展时，细胞中的随机性的作用就变得明显了。
事实证明，这似乎可以解释所谓的表观遗传反应过程的变化，即根据环境和环境改变基因活性，从而允许生物体改变其生物学以响应生命不可预测的需求。不同的酵母菌落具有不同的表观遗传学；他们对不确定性的反应不同。这本身可能就是一个问题偶然的产物，一些“遗传随机变异”，尽管其好处是显而易见的。这是进化的赌注对冲，一种增加后代适应可能性的方法，尽管他们的基因相似。
我们再次看到生物学在不确定性的基础上发展，使之成为生命的一部分。这不仅在表观基因组中很明显，而且在基因组中也很明显：当我们审视我们自己的基因组时，我们发现，对于我们每个人来说，其中都包含一些明显随机的错误，这些错误是由复制故障产生的这些误差不是随机分布的. 突变在基因组的不同部分以不同的速率发生。
这并不是说某些序列在进化过程中会一直存在，因为错误更有可能导致问题。相反的,潜在的一开始就会发生随机错误在整个基因组中波动。在每个细胞水平上，随机性都得到了利用。
我们不知道，也许永远也不会。这是一个很难研究的问题。
生物化学家Arjun Raj和Alexander van Oudenaarden在一篇文章中写道:“生命是随机性和决定论对比的研究。”先天、后天或偶然，”发表在《华尔街日报》上单间牢房. “从生物分子相互作用的混乱到发展的精确协调，生物体能够解决其内部工作中这两个看似矛盾的方面。”
这些解决方案是否在更高的级别上出现？种群、物种、群落、生态的偶然性模式？在我们自己的生活中？我们不能像看待细胞那样看待社会或生活，但我们在某种直觉层面上确实感受到了这一点。“我回想我的人生轨迹，我想：我在火车上碰巧撞上了这个人，这导致了这个或那个，”拉吉告诉我。“很多事情在很长一段时间内都是不可预测的，尽管现在感觉它们是可预测的。”
我想到了我自己的生活：我的父母是在火车上认识的。我最亲密的朋友来自一个地铁站、一个班级、一个曲棍球队、一个写作作业中的偶遇。我无法想象没有他们我的生活，然而每一次会面都是极其不可能的。为什么不谈友谊呢？为什么不扩大规模到宇宙本身的水平秩序和混乱在哪里以随机模式插值？
在那里，也许，从上帝或某个外星宇宙学家的角度，或者从深层次的角度，或者从任何你用来想象不可思议的浩瀚的地方，我们可能会再次找到秩序。谁知道呢；我们可能永远不会。但是，我们可以看到蝴蝶的翅膀，感到惊奇。
脚注
1.指导蝴蝶翅膀着色的色素合成基因是一个理想的模型系统，因为它们相对简单直接。这是例外，不是规则。大多数特征涉及多层细胞和遗传关系：相互作用网络嵌套在相互作用网络中，通常以非线性方式表现，是一个复杂的整体生物嵌套玩偶。这使得他们对随机性和不确定性的利用更加非凡。
2.这些描述有一定的不确定性。更公平地说，一些研究这些问题的科学家认为这正在发生，我们能够检索到的细胞内分子和原子尺度的生化数据碎片与我们的计算模型相匹配，但进展缓慢。
以所描述的蛋白质折叠和展开的模型为例在这个PNAS文章，由定制设计的大规模并行专用硬件生产，其功能大约是用于此目的的任何其他机器的100倍。在一天的全功率运行过程中，它可以模拟不到10微秒的分子细胞动力学。运行2737年，你会描述一秒钟。
布兰登·凯姆是一名自由撰稿人，写的是科学、技术和自然。他的作品发表在杂志上《连线》，《永旺》，《科学美国人》，和其他出版物。
