來源：科學(xué)網(wǎng)   

概要：地球，自從有了生命，就是一個(gè)信息世界，只是后來日漸熱鬧起來了而已。我們在社會(huì)中生存，每個(gè)人既是信息的感知者，也是信息的生產(chǎn)者。

地球，自從有了生命，就是一個(gè)信息世界，只是后來日漸熱鬧起來了而已。我們在社會(huì)中生存，每個(gè)人既是信息的感知者，也是信息的生產(chǎn)者。就像人類不知道怎樣定義生命，卻一代又一代地生活過來了一樣，人們不知道該如何定義信息，卻一代又一代地使用過來了……信息是什么？控制論的創(chuàng)始人維納說，“信息就是信息，不是物質(zhì)，也不是能量”（Wiener1948），而物理學(xué)家則不然，他們說，“信息是負(fù)熵” （Brillouin 1956）、“萬物是比特”（Wheeler 1994）、“物質(zhì)世界由信息自身所構(gòu)成” （Bekenstein 2003），等等。問題是，如果沒有生命，山川河海、風(fēng)云雷電、日月星辰與量子糾纏——誰來欣賞與遐想？雖然當(dāng)代信息技術(shù)給人類生活帶來了翻天覆地的變化，但是，人們在信息的本質(zhì)與定義問題上卻依然存在巨大爭議。在中國科學(xué)院編寫的《21世紀(jì)100個(gè)交叉科學(xué)難題》一書中，“信息是什么”甚至被列為100個(gè)難題之一。

1. 引言

1.1 生物信息——多彩而古老

信息——豐富多彩，有生物的、社會(huì)的和自然的……即便是生物信息，也并非人類的專利，譬如，所有生物體內(nèi)都有一套遺傳信息。盧因（2007）說，“我們之所以用‘信息’這一術(shù)語，是因?yàn)榛蚪M成本身在建造生命體中不起任何主動(dòng)作用，而是核酸的一個(gè)個(gè)亞基（堿基）的序列決定了遺傳特性。通過一系列復(fù)雜的相互作用，這種序列被用來在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和地點(diǎn)產(chǎn)生出生命體的所有蛋白質(zhì)”。

生物體內(nèi)的脫氧核糖核酸（DNA）是地球上最古老的信息載體。四種核苷酸（A、T、G、C）的排列組合——以三聯(lián)體的形式——就記載了生命的遺傳信息，DNA的編碼信息被翻譯為氨基酸以指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。數(shù)百萬個(gè)物種使用著同一套的遺傳編碼體系。因?yàn)?，DNA記載的生命信息可以自我復(fù)制并傳給子代，才有遺傳信息之稱。它們在世代間傳遞的誤差成為了生物變異的源泉，而這意外地變成了物種演化的動(dòng)力，否者在地球上不可能出現(xiàn)數(shù)以千萬計(jì)的物種！

此外，生物體內(nèi)還有很多化學(xué)信號(hào)物質(zhì)，如激素，對(duì)機(jī)體的新陳代謝、生長發(fā)育、繁殖活動(dòng)等具有重要的調(diào)節(jié)作用。

地球表面的生物圈亦是一個(gè)信息圈（Infosphere），數(shù)以百萬計(jì)的動(dòng)植物和微生物通過復(fù)雜的種內(nèi)和種間關(guān)系構(gòu)成了一個(gè)相互聯(lián)系、相互依存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，物質(zhì)、能量和信息在其中川流不息。譬如，很多動(dòng)物都用各自的方式感知外在信息——色彩（視覺）、氣味（嗅覺）、聲音（聽覺），有的甚至能使用超聲波或磁場……這些感覺信息（輸入）轉(zhuǎn)化成神經(jīng)信號(hào)傳遞到大腦，再返回決策信息指導(dǎo)行為（輸出）。行為的結(jié)果亦可作為新的信息反饋到大腦，豐富或修正已有的知識(shí)，形成“學(xué)習(xí)”。

各種動(dòng)植物都擁有自己對(duì)生存信息的感知（甚至認(rèn)知）、加工與利用方式，對(duì)高等動(dòng)物來說，生存信息的記憶就保存在大腦中，而我們?nèi)祟惖恼J(rèn)知信息還可以保存在紙張上或電子設(shè)備中。但是，人類對(duì)自己的大腦是如何辨識(shí)、編碼、存儲(chǔ)與利用這些認(rèn)知信息的內(nèi)部過程依然是一無所知。譬如，我們并不知道自己的大腦對(duì)視覺信息是否進(jìn)行了編碼，就更談不上如何編碼了。

1.2 通向現(xiàn)代信息社會(huì)之旅

與其它動(dòng)物最大的不同在于，除了聲（語言）外，我們?nèi)祟愡€能用光、電、紙張、手機(jī)、電腦等來傳輸或記載大量的文字、圖形、聲音、影像等感知/認(rèn)知信息。

人類對(duì)外在信息利用的記載歷史悠久，古籍中早有對(duì)利用草木榮枯、候鳥來去等信息來安排農(nóng)事的記載，譬如，早在1500多年前，賈思勰就在《齊民要術(shù)》中寫道：杏花開了，好像它傳語農(nóng)民趕快耕土；桃花開了，好象它暗示農(nóng)民趕快種谷子。春末夏初布谷鳥來了，我們農(nóng)民知道它講的是什么話: “阿公阿婆，割麥播禾”（竺可禎和宛敏渭1973）。

人類通訊手段的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)千年的歷程：從書信→電信→光信等。但在工業(yè)技術(shù)的突飛猛進(jìn)中迅速邁入了現(xiàn)代信息社會(huì)：17世紀(jì)和18世紀(jì)初的鐘表時(shí)代→18世紀(jì)末到19世紀(jì)的蒸汽機(jī)時(shí)代→20世紀(jì)的通訊和控制時(shí)代→21世紀(jì)的互聯(lián)網(wǎng)與智能時(shí)代。

現(xiàn)在，我們生活在一個(gè)現(xiàn)代化的信息時(shí)代，通過自己的感官從身邊或從各種信息媒介/載體——報(bào)紙、書籍、電視、電話、互聯(lián)網(wǎng)、微信等——中獲取、傳遞和交換信息，每個(gè)人都在復(fù)雜紛繁的信息中穿行，失去信息的生活已無法想象！

現(xiàn)代信息技術(shù)可謂五彩繽紛，包含無線通信技術(shù)、光通訊技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙感技術(shù)、數(shù)字多媒體技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等諸多領(lǐng)域，人類在各種信息（文字、圖像、聲音等）的探測、識(shí)別、獲取、傳輸、存儲(chǔ)、檢索與處理等方面取得的技術(shù)進(jìn)步有目共睹，譬如，精準(zhǔn)的人臉識(shí)別技術(shù)得到了廣泛的商業(yè)應(yīng)用。信息論早就不局限于其經(jīng)典的通訊領(lǐng)域，已經(jīng)或正在滲透進(jìn)生物學(xué)、人工智能、經(jīng)濟(jì)學(xué)、農(nóng)學(xué)、氣象學(xué)、資源環(huán)境、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、化學(xué)等，孕育出了生物信息學(xué)、智能信息學(xué)、經(jīng)濟(jì)信息學(xué)、農(nóng)業(yè)信息學(xué)、氣象信息學(xué)、資源環(huán)境信息學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)、神經(jīng)信息學(xué)、化學(xué)信息學(xué)等新學(xué)科。

1.3 信息論的誕生

雖然信息一詞的使用已有2000多年的歷史，但信息論的出現(xiàn)卻是上世紀(jì)中葉的事情。1948年，美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)發(fā)表了長篇論文“通訊的數(shù)學(xué)理論”（Shannon 1948），宣告了信息論（information theory）的正式誕生，在這之前稱為信息論的“史前時(shí)代”（有本卓1985）。那時(shí)，電子計(jì)算機(jī)、PCM通訊技術(shù)以及控制論也登上了歷史舞臺(tái)。可以說，信息論是為了解決通信技術(shù)問題而問世的，那時(shí)它就是二進(jìn)制的碼/串/陣列。當(dāng)然，通訊信息有自身規(guī)范的概念體系：①信息源——以信號(hào)的形式發(fā)送信息的主體，或觀測、考察的對(duì)象，②信道——傳送信號(hào)的通道或媒介，③信宿——信息傳送的對(duì)象。信號(hào)在傳輸中可能需要編碼、譯碼、調(diào)制等各種形式的轉(zhuǎn)換或處理，當(dāng)信宿識(shí)別后，信號(hào)轉(zhuǎn)化為信息（朱月明等2003）。

1.4 本文的目的

維納（1948）曾說，“在科學(xué)發(fā)展上可以得到最大收獲的領(lǐng)域是各種已經(jīng)建立起來的部門之間的被忽視的無人區(qū)……一個(gè)人可以是一個(gè)拓?fù)鋵W(xué)家，或者一個(gè)聲學(xué)家，或者一個(gè)甲蟲學(xué)家。他滿嘴是那個(gè)領(lǐng)域的行話，知道那個(gè)領(lǐng)域的全部文獻(xiàn)，那個(gè)領(lǐng)域的全部分枝，但是，他往往會(huì)把鄰近的科學(xué)問題看作與己無關(guān)的事情，而且認(rèn)為如果自己對(duì)這種問題發(fā)生任何興趣，那是不能容許的侵犯人家地盤的行為”。

我是研究生物學(xué)的，從未學(xué)習(xí)過正宗的信息科學(xué)，對(duì)信息理論更是知之甚少，但近幾年由于對(duì)生命起源的興趣，涉足了一點(diǎn)生物信息學(xué)，主要是關(guān)于遺傳信息的起源問題，并提出了密碼子起源的“ATP中心假說” （雖然它還在沉睡之中，因尚無法驗(yàn)證）。最近，我關(guān)注到信息科學(xué)對(duì)其最核心的概念——信息的定義十分混亂——據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)信息的定義已經(jīng)超過200種（王哲2007），可謂眾說紛紜，但鮮有生物學(xué)家的聲音。因此，懷著忐忑之心，筆者斗膽寫下此文，旨在重探信息的本質(zhì)與定義。

2. 詞源

根據(jù)Wikipedia，古希臘語中的信息為“πληροφορ?α”，字面上的意思是“bears fully”（充分承載）或“conveys fully”（充分傳遞）之意，在現(xiàn)代希臘語中，“Πληροφορ?α”仍然是一個(gè)與英語“information”同樣意思的日常用語。

“信息”（information）一詞由in，form, -ation組成，前綴in具有強(qiáng)調(diào)行動(dòng)之義，名詞后綴-ation表示“做某事的行動(dòng)或過程”，因此，information字面上有“賦予某物以形式的行動(dòng)”之意（Capurro 2009）。

根據(jù)Wikipedia，信息的英文單詞源于主格（informatio）的拉丁詞根（information-）：這個(gè)名詞是由動(dòng)詞“informare”（告知）衍生出來的，有“to give form to the mind”、“to discipline”、 “instruct”、“teach”等意思（Capurro & Hj?rland 2003）。Informatio 有具有本體論和認(rèn)識(shí)論兩層含義：“賦予質(zhì)料以形式的行動(dòng)”和“傳授知識(shí)給其他人的行為”（周理乾2016）。Inform自身（通過法語）informer來自拉丁動(dòng)詞informare，有“to give form”或“to form an idea of”之意。在法文、德文和西班牙文中也是用“information”表示“信息”。

早在2000多年前，我國就有使用“信”的記載：西漢揚(yáng)雄《太玄經(jīng)》中有“陽氣極于上，陰信萌乎下”的句子，這里的“信”意指“消息”。另外，在唐代，李中在《碧云集·暮春懷故人》一詩中就寫下過“夢斷美人沈信息，目穿長路倚樓臺(tái)”的句子（鐘義信2002）。日文用“情報(bào)”、以及臺(tái)灣用“資訊”表示“信息”。

3. 信息的定義

信息的早期定義主要體現(xiàn)了與通訊技術(shù)、控制論與熱力學(xué)的血脈關(guān)系。對(duì)信息概念最有影響力的學(xué)者當(dāng)屬三位美國數(shù)學(xué)家——哈特萊（Ralph Hartley，1888-1970）、香農(nóng)（Claude Elwood  Shannon，1916-2001）和維納（Norbert Wiener，1894-1964）（表1），香農(nóng)被譽(yù)為信息論的創(chuàng)始人，而維納是控制論的創(chuàng)始人。Hartley（1928）認(rèn)為消息是代碼和符號(hào)而非信息內(nèi)容本身，提出用消息可能數(shù)目的對(duì)數(shù)來度量消息中所含有的信息量，從而為信息論的創(chuàng)立提供了思路。Shannon（1948）認(rèn)為，信息是用來消除隨機(jī)不確定性的東西。Wiener（1948）的定義強(qiáng)調(diào)了作為觀察者——我們在信息中的地位，以及通過信息介導(dǎo)的反饋?zhàn)饔?，這也是其控制論的核心。但維納對(duì)信息的定義亦充滿了哲學(xué)激情，他說，“信息就是信息，不是物質(zhì)，也不是能量。不承認(rèn)這一點(diǎn)的唯物主義，便不能在今天存在”（Wiener 1965）。英國神經(jīng)生物學(xué)和控制論學(xué)家艾什比（W. Ross Ashby，1903-1972）用“變異度”來定義信息。

早期的信息論曾試圖與經(jīng)典熱力學(xué)（熵、負(fù)熵）聯(lián)姻。Wiener（1948）認(rèn)為信息量實(shí)際上就是負(fù)熵，他說，“信息量的概念非常自然地從屬于統(tǒng)計(jì)力學(xué)的一個(gè)古典概念——熵。正如一個(gè)系統(tǒng)中的信息量是它的組織化程度的度量，一個(gè)系統(tǒng)的熵就是它的無組織的度量；這一個(gè)正好是那一個(gè)的負(fù)數(shù)”。法國物理學(xué)家布里淵（Léon Brillouin，1889-1969）在1956年發(fā)表的《科學(xué)與信息論》專著中說，“信息是負(fù)熵”。美國物理學(xué)家惠勒（John Archibald Wheeler，1911-2008）曾語出驚人道：“萬物源于比特（it from bit）”（Wheeler 1994）。

Brier（2015）指出，建立一個(gè)普適性的信息概念的最大問題是，由香農(nóng)、維納和惠勒等試圖建立一個(gè)客觀信息概念的本體論嘗試都無法包容蘊(yùn)含在生命和社會(huì)系統(tǒng)中的意義和經(jīng)驗(yàn)，特別是這些純數(shù)學(xué)的或與負(fù)熵相關(guān)數(shù)學(xué)的信息定義并不足以包容生命系統(tǒng)中的日常信號(hào)游戲（sign games）和意識(shí)性人類的語言游戲（language games）所涉及的問題，因?yàn)闆]有證據(jù)顯示貫穿自然、文化、生命和意識(shí)實(shí)在的核心是純數(shù)學(xué)的、邏輯的或計(jì)算性質(zhì)的。

表1 國外學(xué)者對(duì)信息的定義

        而現(xiàn)代百科和各類詞典的信息定義（表2）主要體現(xiàn)了人對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)（通過觀察、學(xué)習(xí)或交流等）以及從中獲得知識(shí)等認(rèn)知信息的過程。

根據(jù)Wikipedia的定義，信息是對(duì)某種問題的回答，因此與數(shù)據(jù)和知識(shí)有關(guān)，因?yàn)閿?shù)據(jù)表示由參數(shù)決定的數(shù)字，而知識(shí)表示對(duì)真實(shí)事物或抽象概念的理解。關(guān)于數(shù)據(jù)，信息的存在并不一定伴隨一個(gè)觀察者，但在知識(shí)的情形下，信息需要一個(gè)有認(rèn)知能力的觀察者（it is the answer to a question of somekind. It is thus related to data and knowledge, as data represents values attributed to parameters, and knowledge signifies understanding of real things or abstract concepts. As it regards data, the information's existence is not necessarily coupled to an observer, while in the case of knowledge, the information requires a cognitive observer.）。

      百度百科認(rèn)為，“信息，指音訊、消息、通訊系統(tǒng)傳輸和處理的對(duì)象，泛指人類社會(huì)傳播的一切內(nèi)容。人通過獲得、識(shí)別自然界和社會(huì)的不同信息來區(qū)別不同事物，得以認(rèn)識(shí)和改造世界。在一切通訊和控制系統(tǒng)中，信息是一種普遍聯(lián)系的形式”。

         表2 各種詞典中關(guān)于信息的定義

我國學(xué)者也提出了很多信息定義（表3），主要是從哲學(xué)的視角，有些強(qiáng)調(diào)信息的本體性或客觀性，甚至將信息與物質(zhì)和能量并列，有些則秉持主體論觀點(diǎn)，認(rèn)為信息是人類對(duì)事物的認(rèn)識(shí)。

表3 我國學(xué)者對(duì)信息的定義

不同的領(lǐng)域有自己獨(dú)特的信息內(nèi)涵，信息在通訊技術(shù)中主要是符號(hào)的排列順序，在動(dòng)物的行為中是各種不同的感覺信號(hào)，在分子生物學(xué)中是核苷酸的排列順序（三聯(lián)體密碼子），在物理學(xué)中是熵，等等（表4）。

表4 信息在不同的領(lǐng)域中的含義

（來源：Wikipedia）

      人們也在試圖總結(jié)信息的一般特征（表5），但并不那么容易，像“普遍性”、“客觀性”和“動(dòng)態(tài)性”是物質(zhì)世界的基本屬性，并非信息所特有。時(shí)效性也要看信息的使用目的，譬如，當(dāng)我們要探討地球歷史演化時(shí)，古老的地層信息依然十分重要。當(dāng)然，可識(shí)別性和可傳遞性是重要的，這是獲取與使用信息的基本前提。至于可不可以共享這也難以一概而論，存在范圍與方式的問題。

表5 信息的特征

（來源：維基百科）

4. 數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)的區(qū)別

根據(jù)Diffen，數(shù)據(jù)是原始的、未組織的事實(shí)，因此需要加工，數(shù)據(jù)可能是簡單、看起來隨機(jī)無用的東西直到它被組織起來（Data is raw, unorganized facts that need tobe processed. Data can be something simple and seemingly random and useless until it is organized.）；當(dāng)數(shù)據(jù)被加工、組織、結(jié)構(gòu)化或以一定的范式呈現(xiàn)以便使其有用，就稱為信息（When data is processed, organized,structured or presented in a given context so as to make it useful, it iscalled information）。譬如，過去100年的全球溫度記錄就是數(shù)據(jù)，如果通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的組織與分析發(fā)現(xiàn)全球溫度正在升高，就是信息。

      Silver（2012）說，“數(shù)字自己不會(huì)說話，我們?yōu)樗f，我們?yōu)槠涔噍斠饬x”（The numbers have no way of speaking for themselves. We speak for them. We imbue them with meaning）。

在信息科學(xué)中，信息用數(shù)據(jù)來定義，而知識(shí)用信息來定義（information is defined in terms of data, knowledge in terms of information），即知識(shí)常常被定義為組織起來或可操作的信息（knowledge is often defined as “informationthat have been organized”or “as actionable information”）（Rowley 2007）。知識(shí)由一系列相互鏈接的信息組成（knowledge consists of an interlinked chain of information）（Hilbert 2016）。

5. 信息量的計(jì)算

最早試圖對(duì)信息進(jìn)化量化的是哈特萊，當(dāng)可傳輸符號(hào)的集合包含n個(gè)符號(hào)時(shí)，由此集合選出N個(gè)符號(hào)而做成的序列共有nN種，接受這類序列之一而得到的信息量H = log nN=N log n（Hartley 1928）。

香農(nóng)提出了計(jì)算信息量的公式（Shannon 1948），一個(gè)信息由n 個(gè)符號(hào)所構(gòu)成，符號(hào)k出現(xiàn)的機(jī)率為Pk，則有：

這個(gè)公式和熱力學(xué)的熵的計(jì)算方式一樣，故也稱為信息熵。從公式可知，當(dāng)各個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的機(jī)率相等，即“不確定性”最高時(shí)，信息熵最大。故信息可以視為“不確定性”或“選擇的自由度”的度量。

       信息的基本單位是比特（bit），是Binary digit（二進(jìn)制數(shù)）位的縮寫，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)就包含了1比特的信息，如二進(jìn)制數(shù)0101的信息量就是4比特。動(dòng)物神經(jīng)元興奮的“全或無”（激發(fā)或休止）就類似二進(jìn)制中的數(shù)字選擇（1或0）。當(dāng)前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本上都是使用二進(jìn)制運(yùn)算模式。

6. 信息——僅隸屬于生命

信息一定是生命的信息，離開了生命，就只有客觀世界中萬事萬物的存在與變化，無論多么地復(fù)雜。信息也不僅僅是人類的信息，所有動(dòng)植物都能感知自身與環(huán)境中的信息，并運(yùn)用于指導(dǎo)各自的生存。同一個(gè)事物對(duì)不同物種的信息意義可能十分地不同。譬如，同樣的光，對(duì)不同動(dòng)物的意義是完全不同的，這取決于它們的光感受器的結(jié)構(gòu)與功能。

眼點(diǎn)使帶鞭毛的原生動(dòng)物能感受光的方向和密度，進(jìn)行定向的趨光運(yùn)動(dòng)或避光運(yùn)動(dòng)，對(duì)這些小生命來說，這樣的功能足以滿足其生存需求了。據(jù)說，渦鞭毛蟲可通過眼點(diǎn)對(duì)光的感受來進(jìn)行捕食。

圖1 扁眼蟲，紅色為眼點(diǎn)（來源：百度圖片）

        昆蟲有稱之為復(fù)眼（圖2）的視覺器官，它由眾多的小眼（ommatidia）組成（如蝶、蛾類的復(fù)眼可含有約28000個(gè)小眼），每個(gè)小眼是一個(gè)獨(dú)立的感光單位，分別由角膜、晶椎、色素細(xì)胞、視網(wǎng)膜細(xì)胞、視桿細(xì)胞等所構(gòu)成。從視網(wǎng)膜細(xì)胞向后伸出的軸突穿過基膜匯合形成視神經(jīng)。通常每個(gè)小眼只能形成一個(gè)像點(diǎn)，由眾多小眼的像點(diǎn)可拼成一幅圖像。與簡單的原生動(dòng)物相比，昆蟲所能感知和利用的視覺信息就要豐富得多了。

圖2 昆蟲的復(fù)眼（來源：維基百科）

與無脊椎動(dòng)物相比，脊椎動(dòng)物的視覺系統(tǒng)更為復(fù)雜：通常包括視網(wǎng)膜，相關(guān)的神經(jīng)通路和神經(jīng)中樞，以及為實(shí)現(xiàn)其功能所必須的各種附屬系統(tǒng)（圖3）。這些附屬系統(tǒng)主要包括：眼外肌，可使眼球在各方向上運(yùn)動(dòng)；眼的屈光系統(tǒng)（角膜、晶體等），保證外界物體在視網(wǎng)膜上形成清晰的圖像。

圖3 人眼的結(jié)構(gòu)（來源：Scanlon and Sanders 2007）

物種對(duì)同一個(gè)事物的信息感知方式可能完全不同。譬如，青蛙眼睛中的感受細(xì)胞僅僅可以對(duì)又小又黑而且活動(dòng)的物體做出反應(yīng)，因此，青蛙能夠在沒膝深的不動(dòng)的蒼蠅堆中餓死，但一旦一只蒼蠅快速地從青蛙的眼前飛過時(shí)，青蛙的“昆蟲覺察器”就會(huì)突然覺醒（Myers 2004）。

不同物種對(duì)各種環(huán)境要素的感知能力可能完全不同。譬如，很多動(dòng)物都有利用特定環(huán)境信息或信息技術(shù)進(jìn)行生存的絕技，如鳥類可用磁性作指南針，蜜蜂則可用太陽偏振光來導(dǎo)航，蝙蝠和海豚（還有我們熟悉的在長江中生活的白鰭豚）可用聲吶來搜索獵物或逃避捕食者……對(duì)此，我們?nèi)祟悈s完全無能為力。因此，不能撇開觀察者來談信息。對(duì)蝙蝠和海豚來說，聲吶是它們進(jìn)行捕獵的信息技術(shù)，但對(duì)人類來說，揭開了這個(gè)秘密才使其成為了我們的認(rèn)知信息。

7. 生命的開端——從能量到信息

在遺傳指令控制下的生命內(nèi)部運(yùn)行法則常常被誤貼上“活力論”的標(biāo)簽：“由于科學(xué)家至今仍不能找到產(chǎn)生這種生物信息的‘編碼者’，也就不能從自己所建構(gòu)的符號(hào)系統(tǒng)之內(nèi)來解釋以生物分子為載體的生物信息的生成機(jī)制，所以生命的物質(zhì)實(shí)體就不能構(gòu)成提供生物信息的確定源泉。因而，生物信息仍然具有無法解釋的神秘性。生物信息和活力物質(zhì)所起到的作用就有了‘異曲同工之妙’”（曹昱和蕭玲2009）。

在地球上，分子與分子之間的化學(xué)作用是如何轉(zhuǎn)化成可被保存、識(shí)別與利用并能進(jìn)行自我復(fù)制的信息的，這堪稱物質(zhì)世界的最大神奇，這亦是生命創(chuàng)造的奇跡！這種原始的生命信息是所有信息的開端，它實(shí)現(xiàn)了從孤寂的物理世界到多彩的信息世界/生命世界的華麗變身。那么，這種信息是如何起源的呢？

首先必須從細(xì)胞內(nèi)信息系統(tǒng)的構(gòu)建開始，這是歷經(jīng)數(shù)億年的漫長過程，直到原始生命獲得了將物質(zhì)信息化的能力，成功地將自身的生物化學(xué)過程儲(chǔ)存于一種特殊的信息分子DNA之中(謝平2017a)，從而使生命可以遺傳，并保持世代之間的同質(zhì)性。儲(chǔ)存了種族信息的DNA序列就稱為遺傳信息，這亦是生物信息學(xué)研究的核心（鐘揚(yáng)等2001，2005）。

一方面，無論是以單細(xì)胞還是多細(xì)胞的形式，所有生命個(gè)體在本質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換的自動(dòng)機(jī)，另一方面，能產(chǎn)生同質(zhì)性個(gè)體的生命延續(xù)（繁殖）方式得到了自然的青睞，而這是以服務(wù)于遺傳的信息系統(tǒng)的構(gòu)建為基礎(chǔ)的。因此，原始生命的生化系統(tǒng)是在能量轉(zhuǎn)化與信息化的協(xié)同演化中發(fā)展起來的，或者更確切地說，是在能量轉(zhuǎn)化的過程中實(shí)現(xiàn)的信息化。因此，生物信息實(shí)現(xiàn)了遺傳與生化的偶聯(lián)。

生物信息系統(tǒng)的核心就是三聯(lián)體密碼子。ATP在三聯(lián)體密碼子起源中扮演了重要角色，因?yàn)椋?它是所有光合生物將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的第一個(gè)產(chǎn)品；?驅(qū)動(dòng)了一系列的生化循環(huán)（如卡爾文循環(huán)、糖酵解和三羧酸循環(huán)等）與元素重組；?它通過自身的轉(zhuǎn)化與縮合將復(fù)雜的生命過程信息化，篩選出用4種堿基編碼20多個(gè)氨基酸的三聯(lián)體密碼子系統(tǒng)，形成了遺傳信息的保存、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯以及多肽鏈的生產(chǎn)體系；?演繹出蛋白質(zhì)與核酸互為因果的反饋體系，并在個(gè)體生存的方向性篩選中，構(gòu)建了對(duì)細(xì)胞內(nèi)成百上千種同步發(fā)生的生化反應(yīng)進(jìn)行秩序化管控的復(fù)雜體系與規(guī)則，并最終建立起個(gè)性生命的同質(zhì)化傳遞機(jī)制——遺傳。這就是解釋遺傳密碼子起源的“ATP中心假說”（圖4）。

圖4 原始生命中信息系統(tǒng)的起源，藍(lán)色虛線表示前生命期的演化過程，紅色實(shí)線表示演化或作用從前生命期一直延續(xù)到生命期，箭頭表示作用或影響方向（來源：謝平2017a）

為什么世界沒有停留在有機(jī)湯中？為什么物質(zhì)要從混沌走向秩序？為什么大自然青睞生產(chǎn)同質(zhì)性個(gè)體而導(dǎo)致了遺傳信息的產(chǎn)生？地球生命演化初期，包裹在脂質(zhì)囊泡中的有機(jī)物在太陽光能的照射下鏈接出較長的有機(jī)分子從而在泡內(nèi)累積，之后囊泡破裂，再累積，再破裂……循環(huán)往復(fù)，終于迎來了細(xì)胞分裂機(jī)制的出現(xiàn)。不斷重復(fù)就變成了規(guī)律，記錄、保存與使用規(guī)律就是一種信息化過程。沒有個(gè)體就沒有生命，以信息為紐帶的生化與遺傳系統(tǒng)的演化都必須在個(gè)體中進(jìn)行。遺傳信息記載的不僅僅是生命個(gè)體的構(gòu)建程序，還包括了對(duì)外部世界（各種環(huán)境信息）的響應(yīng)模式。

在被破譯以前，遺傳密碼不能稱之為我們的認(rèn)知信息，但它卻是所有生物的遺傳信息，并有效地運(yùn)行著?，F(xiàn)在我們知道，生命 = 物質(zhì) + 能量 + 信息。

不同的物種對(duì)環(huán)境信息的感知與需求可謂千差萬別，對(duì)水中的眼蟲來說，它們只需要感知身旁微弱的光來指導(dǎo)其捕食行為即可，而陸地上人類的高樓大廈與燈紅酒綠對(duì)其毫無意義。因此，同樣的事物，對(duì)不同物種的信息意義可以完全不同。人類（當(dāng)然不是每個(gè)人）幾乎對(duì)世間的萬事萬物都感上了興趣——小到基本粒子，大到整個(gè)宇宙。因此，人類社會(huì)集聚的信息無可估量。

8. 信息的本質(zhì)——沒有感知就沒有信息

沒有感知者，信息將無任何意義，而這個(gè)感知者就是生命。因此，在生命誕生之前，不可能有感知者及其主觀世界，只有客觀世界中萬事萬物的存在、運(yùn)動(dòng)與變化等。地球上千千萬萬的物種，生活在形形色色的環(huán)境之中，以各自特有的方式感知著身邊的大千世界，它們不僅對(duì)同一信息的感知靈敏度不同，有時(shí)還可能形成完全不同的感覺信號(hào)。有些物種的個(gè)體其活動(dòng)范圍一輩子也不會(huì)超過1m，而有些物種（如鳥類、洄游性魚類）每年都要遷徙成千上萬公里，它們對(duì)信息的感知范圍和模式會(huì)有天壤之別。

此外，即便是同一個(gè)物種，對(duì)信息的感知方式也是多種多樣的。譬如，人所能感知的信息可區(qū)分為視覺信息、聽覺信息、味覺信息、嗅覺信息、觸覺信息等（圖5），這些信息具有完全不同的性質(zhì)，人體對(duì)它們的感知是通過不同的感覺器官來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，我們現(xiàn)在對(duì)這些信息（如視覺信息）以什么形式進(jìn)行傳遞、在哪里以及以什么形式儲(chǔ)存、如何搜索與提取等問題幾乎是一無所知。而人類通過技術(shù)手段對(duì)景物的識(shí)別、圖像信息的存儲(chǔ)和傳輸都已十分成熟，但為何這在腦科學(xué)中就如此的步履艱難呢？