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冯·诺依曼去世之后，细胞自动机的研究任务由后辈担了起来，密歇根大学心理学教授兼电子工程与计算机科学教授约翰·霍兰德（John Holland）就是杰出的一位。1960年，霍兰德初步设计出了一款与细胞自动机相关的“迭代电路计算机”（iterative circuit computer），它能够模仿生物遗传的进程。虽然名字听起来索然无味，但这一研究却激发了公众的想象。有报刊评论说，“他就是那个教会计算机做爱的人。”这种看待生命逻辑的观点逐渐站稳了脚跟，并影响到其他实验室研究人员的思想。其中最著名的一位，就是英国数学家约翰·康威（John Conway）。
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20世纪60年代末期，康威“占领”剑桥大学数学系长达几个月的时间，以寻找一个可以进行自我复制的假想机器。各种扑克牌、外国硬币、贝壳等手头的小物件，都被他用来代表“有生命的”方格，按规则摆出各种图形。每次茶歇时，康威就会开始执行规则，这些小物件也从一张小桌开始，渐渐摆满了公共休息室的地面。而在那时，康威就已开始利用计算机对寿命超长的种群进行研究。
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1970年，他将研究成果“生命游戏”（Games of Life）公诸于众。在有些游戏规则之下，图形迅速增长，没有极限；而在另一些规则之下，图形很快便消失了。因此，康威为他的自动机精心选定了规则，在这两个极端之间找到了微妙的平衡。通过几种规则的结合，就可以创造出包罗万象的图形，有些不断扩张，有些改变形态，有些则出其不意地消失殆尽。而“生命游戏”这一令人回味的命名，恰恰反映出了康威对它深深的痴迷和兴趣。
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因为玩家还可以把宇宙玩具放在手中摆弄，于是有些人也称之为“上帝的游戏”。参与到这场游戏中很容易，不需要见证任何奇迹，不用遵循任何宗教戒律，也不必阅读什么神圣的经典。只要想象有一张棋盘，其中几格放有棋子，然后遵循如下这些简单的规则。如果一个“空格”（无棋子的格称为“空格”）恰好有三个相邻“满格”（有棋子的格称为“满格”）——相邻包括对角线及前后左右的方向，这一“空格”就在相邻“满格”的帮助下“活过来”。如果一个格子有两个相邻“满格”，就维持原状。最后，如果一个“满格”有任意其他数量[1]的相邻“满格”，就会失去其中的棋子而变成空格。换用更加人性化的方式来表达这一规则就是：由于极度渴望友邻的爱，追求相互合作而不得，这个棋盘格将孤独或拥挤致死。
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康威还提出了一个假想：最初以有限个体数量形式存在的群体，不可能发展到无限个体数量形式。他愿为首位证实或证伪这一假想的个人或组织提供50美元奖金。1970年11月，这笔奖金颁给了麻省理工学院人工智能项目组的一个团队。这个团队发现了“滑翔机枪”（glider gun）模式，这一模式的行为就像一把枪，每隔30步的计时会自动射出一个由5颗棋子组成的“滑翔机”形状，滑翔机还会自行在棋盘上移动。因为每次射出滑翔机都增加5颗棋子，所以整个群体中的个体数量会无限增长。相互交错的滑翔机可以带来奇妙的效果，产生奇怪的图形，进而激发出更多的滑翔机。有时，冲撞会不断延展，直到吞噬掉所有的滑翔机枪。而在另一些情况下，大规模的冲撞会通过“回击”的方式毁掉滑翔机枪。
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由生命游戏产生的图形十分复杂。事实上，我们可以证明，只要有一个足够大的棋盘，细胞自动机就等价于通用图灵机。因此从理论上说，生命游戏具有可与任何计算机相媲美的强大能力。不难想象，细胞自动机将成为一种研究自然界中各种模式和结构的强大工具。16岁就发表了第一篇论文、17岁即入读牛津大学的著名科学家斯蒂芬·沃尔夫勒姆（Stephen Wolfram），也是流行的Mathematica软件以及新型搜索引擎Wolfram Alpha的发明者。他在其著作《一种新科学》（A New Kind of Science）中为这一思想注入了全新的意义。他认为，存在于生命、宇宙以及任何事物中的复杂性与随机性，都是细胞自动机的成果。世间万物都可以被视为一场空间博弈。
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简单规则就可实现空间合作
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大约是20世纪90年代初期，当我还在牛津大学的时候就开始思考：我的研究课题可以利用“空间”作出什么样的文章。那个时候，我设计的计算机博弈中的所有玩家都游荡于均匀混合的群体之中，玩家之间随机相遇。但许多生命起源理论都认为，生命最初都是从空间上某个精确的点开始的。在那里，无机化学无意间跨过了从死到生的临界点，创造出有机化学。
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一个最广为人知的例子，就在查尔斯·达尔文于1871年写给他的朋友植物学家约瑟夫·胡克（Joseph Hooker）的一封信中：假设（这是多么了不起的一个假设啊！）在一个温暖的小池塘中，存在着氨、磷盐，还有光、热、电，等等。在化学作用下，一种蛋白质化合物形成了，随时准备迎接更为复杂的变化。在我们今天的环境中，这样的物质会立刻被吞噬或吸收，但在生命体形成之前的世界中，却不会出现这样的情况。
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在第6章中，我将详细讨论达尔文在这封信讲到的情境，并将就“前生命系统”与生命本身之间的抗争展开讨论。在牛津大学时，我从另一个角度对生命起源进行了探究。我开始思考如何将地理空间因素纳入到博弈论中。我想知道，如果囚徒困境或其他任何类型的博弈在分布于同一景观之中的玩家之间展开，会发生什么样的事情。我开始思考达尔文所说的“蛋白质化合物”，或在生命产生过程中起到关键作用的化学分子，并将这些元素视为空间博弈中的玩家。如果它们之间形成合作，那么生命就会产生。
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我们很容易发现，空间博弈与细胞自动机有着大致相同的运行模式。参加博弈的玩家被排列在与棋盘相仿的阵列之中（可以是三维排列，甚至更多）。每一轮中，各方格中的玩家与其相邻玩家进行博弈。一轮结束后，按输赢论定，该方格或保留在原先的主人手中，或是被其8个相邻玩家中的任意一个占领。换句话说，谁获得的回报多，谁就赢得这一回合，占领该方格。
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在研究生命起源时，如果能将各类分子、细胞或其他元素在空间中的排列方式，以及它们彼此之间的关系考虑在内，就能在普通的起源理论基础上取得重大突破。很多关于生命起源的情境假设都认为，化学反应发生在一种均匀混合的介质中，无论是在富含矿物质的流动的超高温热水中，还是在达尔文所谓的“温暖的小池塘”中；反应并不会发生在边缘地带的泥沼中，或是在四处飘荡的浮渣中；这就是所谓的原生汤（primordial soup），几代理论家都曾尝试着找到其具体构成，并假设其质地是均匀的，无论你想从哪里下手舀一勺，勺中的物质都是相同的。
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但是，也有一些起源理论认为，空间上的组织形态同样重要。有人提出，生命起源的早期阶段可能发生在岩石表面的某些点上，或是在黏土层之间。在这些位置上，分子聚合形成长长的链条。由于化学元素会以多种形式出现在岩石表面或黏土层之间，这样就会形成不同的合成物丛簇。著名进化生物学家约翰·梅纳德·史密斯所提出的“原生比萨饼”（primordial pizza）这个说法，是对这一思想的最好比喻。当我在牛津开始研究工作时，就成了一位比萨爱好者，一位制作“原生比萨饼”的厨子。
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从前人早期的研究中，我们也可以看到关于地理空间因素影响力的见解。在20世纪80年代末，我的导师鲍勃·梅与帝国理工学院希尔伍德公园校区（Imperial College，Silwood Park）的迈克尔·哈塞尔（Michael Hassell）共同进行了一项研究，研究对象是在昆虫身上与体内产卵的黄蜂。结果显示，捕食者与被捕食者均呈现一定的斑块性分布[2]。两位学者都认为这是空间生态学上的重大成果，尤其是鲍勃，在联合论文的作者署名问题上，他提议用25轮槌球游戏的输赢来定出先后。（鲍勃在比赛之后伤心地说：“很遗憾地告诉你，那篇论文的作者是哈塞尔和梅。”）他们努力探索地理空间因素给混沌理论带来的影响，而结果显示，生物种群的兴衰变化虽貌似随机，但从短期来看仍然可以预测。
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在研究囚徒困境的过程中，我决定利用一种简单的方法。我通过棋盘模拟了一个呈斑块分布的生态系统，还编写了一个计算机程序，利用四种颜色组成的代码作为辅助工具，来探索“空间囚徒困境”的具体情况。其中，任一方格的命运由其自身策略、相邻8个方格的策略，以及每个相邻方格的相邻方格的策略来决定。也就是说，每个方格的命运限制在了一个5×5的阵列（25个方格）之中。在每一轮空间博弈之后，可以通过每个方格的颜色看出其命运。
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博弈产生了非常丰富的成果，既复杂又扣人心弦。其实，博弈本身就是优雅动人的，因为我已经将其设计得尽量简洁，里面没有“以牙还牙”，没有名声的影响，也不存在有条件行为。博弈中只存在两类玩家：单纯的无条件的（愚蠢）合作者与单纯的积习难改的（恶劣）背叛者。我将无数的可能性简化为一个只有好人和坏人的世界，是一个经过深思熟虑之后的决定。
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我们知道，如果允许直接或间接互惠存在，那么合作行为就会产生，并发展出越来越多的复杂情况。而如果排除了这些互惠机制，就会局限于简单的一轮（非重复）囚徒困境，在这种情况下，如果又是一个充分混杂、平均分布的群体，群体中每一位玩家遇到任何一位玩家的概率都均等，那么，产生合作的可能性在理论上是不存在的。通过将模型简化到极致，我就能研究空间因素对囚徒困境产生的最纯粹、最直接的效果。
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在这个最简模型的基础上，再改变几个初始设置和参数值，我就能开始对这个全新世界的探索之旅了。计算机行业有句老话，叫“输入垃圾，输出的一定也是垃圾”（garbage in, garbage out）。按照这个思路，我们很可能会认为“简单输入”必然带来“简单输出”。鉴于当时对充分混杂群体的了解程度，我并没有期待着奇迹的出现。然而，在我眼前却出现了多种多样的复杂图形。合作者与背叛者可以相安无事，共同存在。有些图形是静态的，而另一些则表现出震荡和摇摆，经历着兴衰轮回。
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一天，在骑车回家的路上，我突然想到，原生比萨中一个特殊群体——漂泊在由合作者构成的汪洋大海中的一个类似四方形的背叛者群体，也许能另有奇功。这个群体构成的四方形，应该能从四角继续增长，而四边则不断收缩。我想，如果事实确实如此，那么电脑中的这场博弈将会呈现出非常复杂的发展变化。我一到家，便立刻将新想法编成程序输入电脑，准备观察接下来即将发生的事情。
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结果令人震惊。我的眼前出现了最不可思议的图形——这些进化博弈产生了以不规则或规则形式移动的嵌合体。而在这一片永无止境、不断磨合的混沌之中，合作与背叛的策略并行不悖。仅仅一个背叛者，就能生发出万花筒般美妙绝伦的图形，令人不禁想到蕾丝纱巾或彩色玻璃。我不由得感叹，自己竟然是亲眼见到这一生机勃勃、美轮美奂的图形的第一人。图形不停地迁移，一直处于动态之中，由此令我意识到，这样一幅动荡的景象，似乎正是抓住了生命本身不断变化的精华所在。我既惊喜又激动，真希望立刻将这一发现讲给别人听。可惜当时却没人在身边。
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当时，厄休拉和我住在剑桥大学沃尔森学院（Wolfson College）的一间小公寓中。那里堪称学术天堂，四处都是朝气蓬勃的年轻学者，洋溢着对研究事业的兴趣和热情。从我们的小公寓窗口能看到一处安静的港口，还有泰晤士河支流查威尔河上的一座桥。公寓只有两间小屋，面积都不大。我在卧室的床和窗户之间，勉强塞下了一张写字台。如此紧凑的格局，没想到却大为方便。每次完成一段工作，我就能直接卧倒在床上，好好休息一下。
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我很走运。回到动物学院的办公楼，我还能借用进化生物学家比尔·汉密尔顿的计算机，用上色的手法对这些活跃的图形进行标绘和捕捉。这部机器是他在牛津动物学院尊贵地位的实物体现，而且计算机还配有当时非常稀有、价格极为高昂的先进硬件设备：彩色打印机。比尔对我很好，允许我在他那杂乱的办公室中用这部高科技机器敲敲打打。
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我常常坐在计算机前，旁边就是那台价值不菲的打印机，而比尔则在我后面的办公桌上埋头工作。我们俩人总是禁不住被这些时而怒放时而凋零的图形吸引住目光，看着它们一次又一次地茁壮成长，然后又枯萎衰败。比尔认为，这里面肯定存在着某种新东西。我们甚至还一起讨论了标识计算机中各类形态最为适用的颜色代码：蓝色代表合作者，因为这是天堂的色彩；红色代表背叛者，因为它会令人联想到地狱。我选定绿色来代表之前曾经有过背叛行为、如今放下屠刀的合作者，并用黄色代表之前温顺合作、如今弃善从恶的背叛者。这样，蓝色和红色就标识出了静态方格，而绿色和黄色则表现出不稳定和变化的特征。
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我看到，康威“生命游戏”中存在的超凡复杂性，在我布下的局中自然而然地出现了。一盘计算机博弈之中，诞生了一个由10位合作者组成的“L”型“漫步者”，能够毫无畏惧地在背叛者构成的腥风血雨中昂首向前。如果两个漫步者发生碰撞，就会出现一次合作“大爆炸”。随着背叛者不断被感化，逐渐接纳一种更加友善、乐于助人的生活方式，迸射出的代表合作的蓝色点状结构也会被绿色所包围。
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