數(shù)字生命——第四種生命體

周露

假如有人告訴你，枯燥的數(shù)字也能像動物、植物、細(xì)菌、病毒一樣具有“生命”，也能復(fù)制進化，你一定認(rèn)為這是天方夜譚。但是，目前很多科學(xué)家認(rèn)識到，數(shù)字是沒有DNA的生命，是動物、植物和微生物之外的第4種生命體。

數(shù)字生命的誕生

托馬斯·雷是特拉華大學(xué)的教授，是一位博物學(xué)家。他一直在探尋是什么創(chuàng)造了地球上的生命。由于地球上生命都有同一起源，又沒有找到外星生命為樣本加以比較，所以難以對地球上生命的必然屬性和偶然屬性加以區(qū)分。于是，托馬斯·雷提出了在計算機上創(chuàng)建不同于自然界生命的數(shù)字生命的構(gòu)想。

1990年1月9日，世界上第一例數(shù)字生命誕生在托馬斯·雷的計算機中。他設(shè)計的計算機實驗是這樣的：把關(guān)于生命進化的概念引進計算機領(lǐng)域，用計算機提供的資源為數(shù)字生命提供一個生存環(huán)境。他所設(shè)計的數(shù)字生命以數(shù)字為載體，旨在探索生命進化過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象、規(guī)律。數(shù)字生命一方面以計算機程序的形式存在于隨機存取存儲器（RAM）環(huán)境中；另一方面利用中央處理器（CPU）時間來組織其在存儲單元中的行為。借助相應(yīng)的競爭策略，數(shù)字生命之間為爭奪中央處理器運行時間和存儲空間而展開競爭。托馬斯·雷認(rèn)為，這種數(shù)字生命必須被設(shè)計成適合在這樣的環(huán)境中生存的某種數(shù)字代碼程序。這個程序能夠自我復(fù)制，而且直接被中央處理器執(zhí)行。不僅如此，它還能夠直接觸發(fā)中央處理器的指令系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)的服務(wù)程序，通過對資源的占有來體現(xiàn)其在進化過程中的優(yōu)勢。

數(shù)字生物也可以進化

另一位科學(xué)家則實現(xiàn)了數(shù)字生物的進化?？思埂ぐ喢资敲绹又荽髮W(xué)計算機系的教授，10多年前他想讓計算機程序在特定的環(huán)境中進化出添加的本領(lǐng)。于是，他制造了一些低級的“數(shù)字生物”，并定期給它們輸入數(shù)字。

數(shù)字生物的進化和計算機病毒一樣，是靠一系列的命令來實現(xiàn)的。它們是由二進制數(shù)字構(gòu)成的，能以和DNA突變相同的方式產(chǎn)生突變。每一個數(shù)字生物都能在幾秒鐘之內(nèi)復(fù)制出幾萬個。阿亞米設(shè)計了“阿威塔”軟件程序，借助這一程序，可以清楚地觀察這些數(shù)字生物從生到死的生命過程。經(jīng)過近10年的發(fā)展，“阿威塔”數(shù)字生物差不多已經(jīng)是真正意義上的生物了。這些小東西進化速度驚人，具備的本領(lǐng)越來越多。最讓人興奮不已的是，它們的進化方式完全符合進化論的觀點。它們復(fù)制、突變、競爭，自然選擇的過程一樣也不少?？傊?，與自然界生物進化規(guī)則幾乎毫無二致，只是速度奇快，有時候簡直讓人應(yīng)接不暇。

數(shù)字生命的本質(zhì)

數(shù)字生命的本質(zhì)是什么呢？數(shù)字生命就是人造的生命，而不是由碳水化合物有機形成的自然生命。它是具有自然生命特征或行為的人工系統(tǒng)。數(shù)字生命的開拓者把地球上的生命僅僅看作是具有特定載體的特定生命形式。他們認(rèn)為完全可以用別的物質(zhì)（例如計算機）作為載體來構(gòu)造新的生命形式，賦予其生命的特征，使其具有進化、遺傳、生殖等功能。

數(shù)字生命遵循著遺傳和進化的規(guī)律，從而為深入考察生物的進化現(xiàn)象和復(fù)雜生命系統(tǒng)的研究提供了一個實驗手段。數(shù)字生命研究為人們深入探討生命的本質(zhì)提供了新的思路?？茖W(xué)家利用這種研究方法，可以探索人類生殖、遺傳、進化的機制，有助于人類的計劃生育、優(yōu)生優(yōu)育的研究和實施，進而有助于解決物種爆炸、人口爆炸、環(huán)境污染等一系列現(xiàn)實問題。

未來的設(shè)想：生命與數(shù)字的轉(zhuǎn)換

被稱為“生物技術(shù)界的喬布斯”、第一個制造出人造生命形式的科學(xué)家文特爾曾描述他的設(shè)想：未來，一個普通人如果想要打疫苗針，不用前往醫(yī)院，只要接收一下電子郵件，把DNA下載下來，再通過家用的3D打印機打印出疫苗，當(dāng)即便可以進行免疫。

這一設(shè)想聽起來很荒誕，但并非毫無根據(jù)。事實上，文特爾已經(jīng)在領(lǐng)導(dǎo)一個科研小組開始著手實現(xiàn)這一夢想。他們正研究，如何將DNA轉(zhuǎn)化為數(shù)字生物編碼，下載后再轉(zhuǎn)化為DNA，用于各種途徑。他們目前已經(jīng)建造了一個數(shù)字—生物轉(zhuǎn)化器，可以將生物信息變成數(shù)字信息，這就像通過一條電話線，把聲音轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息再還原為聲音一樣。

1943年曾把“生死未卜”的貓變成一個著名理論的奧地利物理學(xué)家薛定諤，在自己撰寫的《什么是生命？》中提出，生命不過就是一組編碼，而編碼背后的基因則以“非周期結(jié)晶體”形態(tài)呈現(xiàn)。也就是說，為了將遺傳信息往下代相傳，基因必須以某種穩(wěn)定的晶體狀存在。后來，薛定諤的想法啟發(fā)了詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克，不到10年，兩人共同發(fā)現(xiàn)了人類的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，這是20世紀(jì)生命科學(xué)界最偉大的發(fā)現(xiàn)。

文特爾的“狂想”同樣受到薛定諤的啟發(fā)，薛定諤認(rèn)為生命編碼是穩(wěn)定且相對簡單的，這很重要。大部分人今天都沒有意識到計算機中出來的一切都來自于0和1，這就是很簡單的編碼。在文特爾的設(shè)想中，當(dāng)人們真正可以讀懂這些生命編碼時，21世紀(jì)的新能源、醫(yī)藥、糧食和營養(yǎng)物、干凈的水源等各種問題都可以得到解決。

在文特爾的設(shè)想中，如果可以將疫苗數(shù)字化的話，就可以通過電子郵件的形式快速發(fā)送，它可以發(fā)送到全球各個角落，研究者也可以迅速研究，更快地研發(fā)出疫苗。

從生物技術(shù)上而言，只要接收方有一個可以將核苷酸、糖和氨基酸用化學(xué)方式聯(lián)系起來的“打印機”，同樣可以用電子郵件的方式將微分子傳輸并打印。當(dāng)然這種打印機需要大量生物“小工具”組成的“墨粉盒”，但其技術(shù)并沒有那么復(fù)雜。事實上已經(jīng)有科學(xué)家在嘗試用3D打印的方式“制造出”血管、器官等生物物質(zhì)。

【責(zé)任編輯】蒲 暉endprint