粒子物理学家杰弗里 · 维斯特发展了解释动物和植物之间的比例规律的理论（四分之一次方律），并认为对生命科学的研究终有一天会成为物理学的一部分——

进 化

杰弗里 · 维斯特（Geoffrey West）有一个使命，那就是在自然选择原理中注入“定量的内容”。他认为掌握着“理解宇宙的最有力方法”的物理学家应该把他们的注意力从没有生命的世界中转移出一部分，来弄清一些最根本的问题，比如意识、生命以及它们的起源等。维斯特提出了一套理论，可以解释遍及整个自然界的“四分之一次方律”。他的目标是把生物学尽可能的定量化。

“迄今为止，物理学只关注于宇宙当中的那些相对无趣的东西。”维斯特的观点是：“物理学家现在应该转向这些首先需要研究的问题，即我们从何处来？我们的大脑是怎样工作的？”

自20世纪30年代以来，物种的数量与它的新陈代谢速度之间的定量关系已经为大家所熟知。一个物种的代谢速度跟它的数量的四分之三次方成正比。这一关系只是许许多多涉及到四分之一或者四分之三的比例关系中的一个。从微生物到蓝鲸，这一关系对于各种生物都是成立的。实际上，维斯特发现这一关系甚至适用于细胞中的线粒体。

维斯特以洛斯阿拉莫斯国家实验室和美国圣菲研究所为基地提出了一套数学理论，这一理论可以解释上述那些不同寻常的经验规律。维斯特最终的目的就是要把整个进化论定量化。他认为，直到今天人们还-直把太多的精力放在研究遗传规律上，但是理论单用文字来表述是没有多大意义的。

转 行

维斯特转到生物学的研究中来，其原因一部分是他有这方面的打算，另一部分是运气。他一直在思考怎样把数学更多地运用于生物学中来，而且，他在讲授比例定律的生物学示例时，总是千方百计地使用数学。作为一名粒子物理学家，维斯特研究比例定律已经有很多年了，后经熟人介绍，他结识了著名的生态学家、新墨西哥州立大学教授吉姆 · 布朗（Jim Browm）。就这样，一个由维斯特、布朗以及布朗的研究生布赖恩 · 伊奎斯特（Brian Enquist）组成的成果卓著的学科交叉型科研小组诞生了。

真正让维斯特着迷的是有关生物体的寿命问题。物种的平均寿命跟其数量的四分之一次方成正比，而心脏跳动的快慢却跟数量的四分之一次方成反比。因此，他认识到（在某一种群中，比如哺乳动物）心脏跳动的次数对于所有物种都是一样的。他说：“死亡和生存服从同样的比例规律。所以我认识到，在认真讨论衰老和死亡之前，最好先了解生命是怎样得到维持的。”

有人认为比例定律可能和（为动物体内部的细胞提供养分的）网络的结构和流体力学性质有关。维斯特、布朗以及伊奎斯特却极力反对这个观点。经过一年的努力，他们3人发现这一比例来源于养分供给网络的碎片状结构。在自然选择原理的基础上，他们提出了3个极其简单的普适假定，而比例规律可以根据这些假定用数学方法推导出来。第一个假定是，养分供给网络遍布生物体的全身；第二个假定是，因为所有物种的细胞几乎都是一样大小的，所以养分供给网络的最小分支的直径对于各个物种来说都是一样的；第三个假定是，流体在流经养分供给网络的过程中，保持最小的能量损失。

异 议

他们的这项工作得到了许多生物学家的赞扬，其中包括科普作家、牛津大学教授理查德 · 道津斯（Richard Dawkins）称他们的理论为“一个具有巨大威力的理论，它用非常简洁的语言解释了大量的事实。”

维斯特说道：“总的说来，生物学正越来越被一些不喜欢用物理学的方法进行科学研究的人所把持（当然我的合作者们并不是这样的人）。他们总是关注某一特定的事物，在他们的眼里，所有的事物都是特殊的。”维斯特说他确实无法理解，这些连普适规律都认为不存在的人是怎样进行科学研究的。“生物学家的科研方式，打个比方来说，就像两个研究核物理的人（一个人研究氘核，另一个人研究氦核）却不知道他们原来是在同一领域工作的。”

然而，维斯特也对物理学家进行了批评。“当跳出原来的研究领域时，我才认识到很多大学的物理学系都是非常保守的。他们有许多界限分明的研究小组，每个小组都只顾保持他们自身的研究力度，而对其他小组的工作则不闻不向，甚至对同一个系的小组也是这样。”物理学家有时候会对其他学科抱有一种轻蔑和傲慢的态度。

维斯特认为，这态度将会阻碍物理学的发展。“因为物理学所研究的是所有尺度上的基本问题，而这些问题都亟待定量的分析，所以物理学家应该把眼光放得远一点，把精力投人到那些具有重要而又基本的问题并且问题尚未解决的学科（生物学）当中去。某些大学的物理学系已经在小心翼翼地把研究方向朝其他学科转移了，但是他们非常关心一个致命的问题——‘这是真正的物理学吗？’”

维斯特当初之所以放弃粒子物理学的研究，是因为他认识到在粒子物理学领域理论和实验之间存在着巨大的鸿沟。“因为欧洲核子中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）要到2006年才能运行，在这之前将有一段长达10年甚至更久的时间，而在这段时间内加速器将不会给出任何新的重要结果。如果大统一理论的能量尺度远比LHC所提供的能量尺度高，那么这一窘境还将持续下去。高能物理的发展必然要经历这样一个痛苦的时期。实际上，我一直感到很惊讶，这一领域竟然还有这么多人没有转到其他的方向去。”

“婚 誓”

对于改变科研方向，维斯特的确感到无怨无悔。他说：“毫无疑问，物理学和生物学之间的交界处将成为科学研究的一个主要领域。我认为，一旦研究人员对这一交界给予较多的关注，那么生物学中的一些问题就将迎刃而解。”

道津斯也认为物理学家能够（并且已经）对生物学做出重大贡献。但是他又补充说道：“生物学家同样也能够对生物学做出重要贡献，虽然并不是所有的物理学家都看到了这一点，但是杰弗里 · 维斯特确实是意识到了。”

维斯特解释道：“在各学科的交叉领域进行科学研究是一项非常艰难的事情。对物理学家来讲，绝不能仅仅说，噢！这非常有趣，然后又继续做他们自己的事情。这一点极为重要。我认为，从事交叉学科的研究就像结婚一样，你必须要专心致志地跟合作者团结协作，要不然是很难取得成功的。而且这决不能是2001年的婚姻，你必须要像处于1901年的婚姻里那样，认为离婚是一件完全不可能的事情而去努力维护你们的婚姻。”

就维斯特和他的合作者而言，离婚看来还没有出现。实际上，他们之间的关系非常融洽，还有好几篇合作论文正等待着发表呢。他们并不满足于对单一的生物体进行研究，正在努力把对自然的数学描述扩展到整个生态系统。另外，他们还积极准备用进化的热力学描述来代替自然选择原理。

最终，维斯特希望通过对遗传学理论和大脑进行研究，用身体的资源网络来统一神经系统和遗传密码。维斯特称这些为“夜晚思想”，即在夜晚没有好的电视节目的时候形成的想法。但是他相信并且希望对生命体的研究终有一天会成为物理学的一部分。

“你可以想象在不远的将来物理学科中将有一个名为生命与意识的二级学科。”维斯特说，“50年前，人们曾经认为不可能有一个统-的理论来解释基本粒子和宇宙的演化。所以，认为将有一个可靠的理论来解释生命与意识并非是痴人说梦。”

[Physics World，2001年第7期]