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蚜虫体内共生菌的祖先曾经和大肠埃希氏菌不分伯仲。但是好景不长，如今它们的代谢网络中只剩下263种代谢反应。共生菌与蚜虫的同盟关系从恐龙还在陆地上行走的年代就已经开始了，从那时起，共生菌逐渐丧失了自身3/4的代谢反应，而这些反应中的大多数在大肠埃希氏菌中则得以保留。DNA复制错误的持续积累逐渐侵蚀代谢的基因，多数基因都没能挺过DNA的自我移除。而共生菌在无数次基因自我移除后仍旧幸存了下来。
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蚜虫内共生菌能够幸存的原因几乎显而易见。多数的基因和代谢反应对于共生菌而言显得无用而多余，与大肠埃希氏菌不同，蚜虫内共生菌所生活的环境在过去一亿年中几乎没有发生任何改变。无论蚜虫如何用尽浑身解数，在不断改变的环境里挣扎求生，共生菌始终沐浴在单调的营养肉汤里。在如此单一的环境里生存，只要一种代谢模式就足够了。在这里，遗传上的复杂性不仅显得多余，甚至可以说是浪费。
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蚜虫内共生菌非常特殊，但绝对不是绝无仅有，还有许多微生物也栖息在体型更大的生物体表或体内。它们中有的与宿主互帮互助，而有的则对宿主巧取豪夺。一个著名的例子就是人类体内的肺炎支原体（mycoplasma pneumoniae），它是轻度肺炎[25]的病原体，轻度肺炎患者通常不需要卧床休息。支原体在人体之间传播，依靠人类细胞获得食物，而它的代谢系统甚至比蚜虫体内的共生菌更简单：在营养充沛的人类细胞内，只拥有189种生化反应的支原体依然能够繁衍生息。
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让人难以置信的是，支原体的代谢系统中包含了代谢世界中最古老的核心反应：三羧酸循环。此外，极端的精简性也让衣原体因祸得福，它不会畏惧以细胞壁合成酶为目标的抗生素，因为它早就连细胞壁都不合成了。衣原体甚至还会盗用人类细胞的生物膜，包裹并保护自身的细胞内容物。
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与精简性相伴的则是发育稳态的降低：不仅仅是对突变，还有对于多变环境的稳定性，两者并非相互独立。对于基因敲除耐受的代谢方式，在多变的环境中同样较为稳定。如果大肠杆菌被限定生活在单一的环境里，例如只有葡萄糖作为唯一碳源，它只需要代谢系统中30%的生化反应就能够生存。但是蚜虫内共生菌则不同，它必须保证263种生化反应中超过90%的生化反应运作正常才能维持生存。只要抹除其中的某一个生化反应就足以抹杀这种生物。
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从另一个角度来看，大肠杆菌的代谢网络里有很多备用的通路，而蚜虫内共生菌则没有，它的代谢系统就像一条没有岔路的单行道。只要在路上的某一处设置一个路障，整条路就会被堵得水泄不通。对于必需分子的合成而言，大肠杆菌对于DNA变异和环境改变都相当耐受，而蚜虫内共生菌则不然。
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大肠杆菌和蚜虫内共生菌充其量只是代谢图书馆里的两粒飞尘而已，在它们身上适用的规律，即越是适应多变环境的生物在构造上越是复杂，在遗传上越稳定，可能并不是适用于所有生物的普遍法则。我们没有办法在实验室检验所有物种的代谢，不过依旧可以通过计算机演算相当数量的物种，这个研究的原理类似于民调：通过一个较小的随机样本反映一个较大整体的性质。我们选取一个随机样本，将不同的物种代谢置于不稳定的环境中并观察结果，就能够知道大肠杆菌和蚜虫内共生菌到底是自然界的代表还是奇葩。
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为此，我所在实验室内的研究人员以尽可能精简的生化反应构建了数百个代谢网络，同时保证不影响生物的生存。我们把这种代谢网络称为最低代谢（minimal metabolisms），对最低代谢进行任何压缩都会导致生命无以为继。我们构建出的最低代谢有的能够在单一环境中生存，有的能在两种、三种甚至数十种环境中生存，每种化学环境之间的差距仅仅在于营养物质的种类。
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这项研究的一个直接结论是，通常情况下，在不同环境中生存需要生物具有一定的复杂性。在某个实验中，我们研究了两种以不同物质作为硫源的环境，硫是一种和碳同样重要的元素。我们首先构建了最低代谢，能够保证生物在单一硫源环境中生存的最低代谢远远不止一种，这种代谢体系内只需要不到20个生化反应。而如果要支持生物在5种不同的硫源中生存，代谢体系内则至少需要25个生化反应。当硫源数量达到40种时，最低代谢的容量则扩展到了60个生化反应。换句话说，能够应付的环境类型越多，代谢体系内包含的生化反应就越多，代谢就越复杂。
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这种情况下，代谢的发育稳态也会变得越强：我们能够从代谢体系中移除而不影响生物生存的反应相应也增多。代谢体系中的反应数量越多，在某个特定环境中不会用到的反应也就越多。“无用”的生化反应在某种环境中是中性的，但是在另一个环境中说不定就是不可或缺的。大肠杆菌和蚜虫内共生菌并不是特例，它们只不过是一个普遍规律的两个典型：生物的复杂性和遗传稳定性随着它所面对的环境多变程度的上升而上升。
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至此，我们的认识越来越丰富。多变的环境催生了生物的复杂性，而复杂性促成了发育稳态，发育稳态继而造就了基因型网络，而基因型网络的存在让进化成为可能，使得生物能够通过演变适应环境的变化、提高自身的复杂性，循环往复，生物进化通过这种方式螺旋上升。这种进化方式的核心在于处在多维空间的基因型网络的自组织性。自组织性是生命绚烂光彩背后的支持者，它是隐藏的生命建筑师。
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适者降临：自然如何创新 Y aMoR是一种仍处于实验阶段的新式模块机器人，组块之间以铰链相互连接。它既能组成类似千足虫的直线结构，蠕动前行；也能模仿两栖动物的四肢结构，匍匐前进；甚至可以模拟昆虫爬行。模块中的电脑芯片让它能够被重复编程，每一个模块都是智能的，类似于人类的大脑。只要方法得当，模块机器人就可以通过优化自身的设计应对不同的问题。
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作为世界顶尖的理工学院之一，瑞士洛桑联邦理工学院设计生产的YaMoR是蒸蒸日上的模块机器人家族中的新成员。目前世界上许多工程学实验室都专注于研制模块机器人，种类众多。但由于适用的条件不同，这些机器人往往风格迥异，相互之间缺乏相似性。有的模块机器人像方形的骰子，有的则像金字塔。还有一些由成群的球体构成，另一些则像成串的轮胎。类似YaMoR的模块机器人在外形设计上几乎百无禁忌，各种立体几何造型应有尽有。
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在YaMoR机器人跨出第一步的5.4亿年之前，自然界就已经发生过一次形态设计的百家争鸣了，我们把那场生物性状的爆炸式起源称为寒武纪大爆发（cambrian explosion）。我们今天看到的所有形态的生物都诞生于那场爆发，而有更多的物种则已经消失在历史长河中，比如所有身体分节、没有四肢的古虫动物（vetulicolia）。与古虫动物门生物相比，以YaMoR为代表的模块机器人显得非常原始。如果推动自然进化的曲速引擎同样能够在人类工程技术中大显神威，那么第二次寒武纪大爆发似乎也就值得期待了。
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我们将会看到，促进自然进化的基因型网络在人类技术进步中同样存在，并不是什么天马行空的想法。自然进化和技术创新拥有诸多共同点。
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大自然和人类技术发展都依赖于不断试错。作为天才发明家的代表人物，爱迪生曾经“尝试不下6 000种不同的植物，才找到世界上最适合制作灯丝的材料”。他最终在无意间发现竹子是解决白炽灯泡灯丝易断问题的最佳答案，对于这段经历，爱迪生自己也感慨万千，其中一条总结是：“我并没有失败那么多次。我不过是成功找到了一万种不适合的材料而已。”这句名言无疑说明了“试错”对于技术发明而言的重要性，而对于生物学也一样。
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试错不管是在当下还是在爱迪生生活的年代都意义非凡。著名的编程语言FORTRAN曾经帮助科学家模拟从原子到星系的运行规律，为人类理解宇宙立下汗马功劳。FORTRAN的创始人之一约翰·巴克斯（John Backus）曾说：“你必须有随时失败的觉悟。你费尽心力，提出许多不同的想法，然后努力求证，但是结果往往会发现它们都行不通。在偶然发现一个可行的办法之前，你要不断重复这个过程。”
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