数字生命——第四种生命体

周露

假如有人告诉你，枯燥的数字也能像动物、植物、细菌、病毒一样具有“生命”，也能复制进化，你一定认为这是天方夜谭。但是，目前很多科学家认识到，数字是没有DNA的生命，是动物、植物和微生物之外的第4种生命体。

数字生命的诞生

托马斯·雷是特拉华大学的教授，是一位博物学家。他一直在探寻是什么创造了地球上的生命。由于地球上生命都有同一起源，又没有找到外星生命为样本加以比较，所以难以对地球上生命的必然属性和偶然属性加以区分。于是，托马斯·雷提出了在计算机上创建不同于自然界生命的数字生命的构想。

1990年1月9日，世界上第一例数字生命诞生在托马斯·雷的计算机中。他设计的计算机实验是这样的：把关于生命进化的概念引进计算机领域，用计算机提供的资源为数字生命提供一个生存环境。他所设计的数字生命以数字为载体，旨在探索生命进化过程中出现的各种现象、规律。数字生命一方面以计算机程序的形式存在于随机存取存储器（RAM）环境中；另一方面利用中央处理器（CPU）时间来组织其在存储单元中的行为。借助相应的竞争策略，数字生命之间为争夺中央处理器运行时间和存储空间而展开竞争。托马斯·雷认为，这种数字生命必须被设计成适合在这样的环境中生存的某种数字代码程序。这个程序能够自我复制，而且直接被中央处理器执行。不仅如此，它还能够直接触发中央处理器的指令系统以及操作系统的服务程序，通过对资源的占有来体现其在进化过程中的优势。

数字生物也可以进化

另一位科学家则实现了数字生物的进化。克吉斯·阿亚米是美国加州大学计算机系的教授，10多年前他想让计算机程序在特定的环境中进化出添加的本领。于是，他制造了一些低级的“数字生物”，并定期给它们输入数字。

数字生物的进化和计算机病毒一样，是靠一系列的命令来实现的。它们是由二进制数字构成的，能以和DNA突变相同的方式产生突变。每一个数字生物都能在几秒钟之内复制出几万个。阿亚米设计了“阿威塔”软件程序，借助这一程序，可以清楚地观察这些数字生物从生到死的生命过程。经过近10年的发展，“阿威塔”数字生物差不多已经是真正意义上的生物了。这些小东西进化速度惊人，具备的本领越来越多。最让人兴奋不已的是，它们的进化方式完全符合进化论的观点。它们复制、突变、竞争，自然选择的过程一样也不少。总之，与自然界生物进化规则几乎毫无二致，只是速度奇快，有时候简直让人应接不暇。

数字生命的本质

数字生命的本质是什么呢？数字生命就是人造的生命，而不是由碳水化合物有机形成的自然生命。它是具有自然生命特征或行为的人工系统。数字生命的开拓者把地球上的生命仅仅看作是具有特定载体的特定生命形式。他们认为完全可以用别的物质（例如计算机）作为载体来构造新的生命形式，赋予其生命的特征，使其具有进化、遗传、生殖等功能。

数字生命遵循着遗传和进化的规律，从而为深入考察生物的进化现象和复杂生命系统的研究提供了一个实验手段。数字生命研究为人们深入探讨生命的本质提供了新的思路。科学家利用这种研究方法，可以探索人类生殖、遗传、进化的机制，有助于人类的计划生育、优生优育的研究和实施，进而有助于解决物种爆炸、人口爆炸、环境污染等一系列现实问题。

未来的设想：生命与数字的转换

被称为“生物技术界的乔布斯”、第一个制造出人造生命形式的科学家文特尔曾描述他的设想：未来，一个普通人如果想要打疫苗针，不用前往医院，只要接收一下电子邮件，把DNA下载下来，再通过家用的3D打印机打印出疫苗，当即便可以进行免疫。

这一设想听起来很荒诞，但并非毫无根据。事实上，文特尔已经在领导一个科研小组开始着手实现这一梦想。他们正研究，如何将DNA转化为数字生物编码，下载后再转化为DNA，用于各种途径。他们目前已经建造了一个数字—生物转化器，可以将生物信息变成数字信息，这就像通过一条电话线，把声音转化为数字信息再还原为声音一样。

1943年曾把“生死未卜”的猫变成一个著名理论的奥地利物理学家薛定谔，在自己撰写的《什么是生命？》中提出，生命不过就是一组编码，而编码背后的基因则以“非周期结晶体”形态呈现。也就是说，为了将遗传信息往下代相传，基因必须以某种稳定的晶体状存在。后来，薛定谔的想法启发了詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克，不到10年，两人共同发现了人类的DNA双螺旋结构，这是20世纪生命科学界最伟大的发现。

文特尔的“狂想”同样受到薛定谔的启发，薛定谔认为生命编码是稳定且相对简单的，这很重要。大部分人今天都没有意识到计算机中出来的一切都来自于0和1，这就是很简单的编码。在文特尔的设想中，当人们真正可以读懂这些生命编码时，21世纪的新能源、医药、粮食和营养物、干净的水源等各种问题都可以得到解决。

在文特尔的设想中，如果可以将疫苗数字化的话，就可以通过电子邮件的形式快速发送，它可以发送到全球各个角落，研究者也可以迅速研究，更快地研发出疫苗。

从生物技术上而言，只要接收方有一个可以将核苷酸、糖和氨基酸用化学方式联系起来的“打印机”，同样可以用电子邮件的方式将微分子传输并打印。当然这种打印机需要大量生物“小工具”组成的“墨粉盒”，但其技术并没有那么复杂。事实上已经有科学家在尝试用3D打印的方式“制造出”血管、器官等生物物质。

【责任编辑】蒲 晖endprint