T看看蝴蝶的翅膀，你会学到人生的一课。并不是说它是美丽的，脆弱的，或太容易欣赏，只有当它正在消失——尽管所有这些都是真实的，并明显地在翅膀。
仔细观察，在图案的边缘，一种颜色变成另一种颜色。划界并不像看上去那么突然。这不是一条直线，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。
每一个天平的命运并不是注定的。表面的细胞燕尾翅例如，一开始并不是专门为黄色、蓝色或黑色设计的。相反，它们包含有可能产生每一种色素的基因。
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，决定每个蝴蝶鳞片颜色的因素是偶然性。
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，染色体复制系统的错误本应产生完美的复制。随机突变可能是有害的，或无关紧要的，或有益的，但它们是根本的错误，一种无序偏离有序体系的行为。
蝴蝶翅膀之所以如此引人注目，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。
让我们穿上我们的衣服十副护目镜的威力把我们放大到细胞活动发生的地方，也就是所谓的细胞机器的水平。不过，我们必须放弃这个比喻：细胞确实包含复杂的、执行任务的结构，但是“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，具有预定义的用途。在细胞水平上，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，细胞机器已经被重新定义2.. 它们所构成的蛋白质不会折叠、展开，也不会按照某些分步蓝图进行操作。形状和功能对无穷小的能量位移、原子的运动及其施加的力极其敏感。
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概率在某种程度上塑造了生物学？
我们不知道，也可能永远不知道。这是一个太难研究的问题。不管怎样，某些分子活动，正如我们所能描述的那样，是随机的还是概率的。而且我们知道，在细胞水平上，一个细胞的命运——胚胎干细胞是否成为专门用于肾脏或肝脏的细胞，无论是造血干细胞细胞生长以携带氧气或识别病原体-在某种程度上是随机的吗，由可能出现或不出现的信号确定。
令人惊奇的是，从所有这些不确定性中，形式出现了。两个同卵双胞胎，经过数万亿次的细胞分裂后，在我们的眼睛里看起来实际上是一样的。出于无序，尽管拥有相同的基因组当然不能保证相同的结果。事实上，随机性在细胞中的作用变得显而易见en基因匹配的酵母菌落，在完全相同的环境中培养，以非常不同的方式发育。
事实证明，似乎可以解释这一现象的是所谓的表观遗传反应的变化。表观遗传反应是一种根据环境和环境改变基因活动的过程，允许生物体改变自身的生物学特性，以响应生命不可预知的需求。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是不同的。这本身可能就是偶然的产物，一些“遗传的随机变异”，尽管好处是显而易见的。这是一种进化上的对冲，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误差不是随机分布的．基因组的不同部分以不同的速度发生突变。
这和说某些序列在进化过程中会一直存在是两码事，因为它们的错误更容易导致问题。相反，潜力一个随机的错误就会发生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，也许永远不会知道。这是一个很难研究的问题。
生物化学家Arjun Raj和Alexander van Oudenaarden在一篇题为先天、后天或偶然，”发表在《华尔街日报》上细胞．“从生物分子相互作用的混乱到发展的精确协调，生物能够解决它们内部工作中这两个看似矛盾的方面。”
这些决心是否出现在更高的级别?从种群，物种，群落，生态的偶然性模式?在我们自己的生活中?我们不能用我们研究细胞的方式来看待社会或生活，但我们肯定能在某种直觉层面上感觉到它。“回想我的人生轨迹，我想:我碰巧在火车上遇到了这个人，它导致了这个或那个，”拉杰告诉我。“在很长一段时间内，很多事情都是不可预测的，尽管现在感觉它们是可以预测的。”
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？为什么不扩大规模达到宇宙本身的水平，有序与无序以随机模式插值?
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。
（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。大多数特征都涉及多层细胞和遗传关系:相互作用的网络隐藏在相互作用的网络中，通常以非线性的方式表现，这是一个复杂的完整的生物筑巢娃娃。这使得他们对随机性和不确定性的驾驭更加不同寻常。
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。
以描述的蛋白质折叠和去折叠的建模为例在这个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·基姆(@9布兰登)是一名专门从事科学、环境和文化的自由记者。他住在缅因州的布鲁克林和班戈，经常把人行道上的毛毛虫搬到安全的地方。
