DNA計算機可進化嗎

許多先進技術的實踐似乎都來自戰爭的想象。在科幻世界中，未來戰士們的大腦被植入芯片，使大腦基本能力呈幾何級數增長，令戰斗力超凡。他們能回憶起任何一個訓練細節，也能在任何時刻準確無誤地接受上級指令，成為以一敵百的“超級戰士”。

現實中，這種植入芯片提高作戰能力的設想并非第一次出現，而腦神經與芯片連接，比國際空間站與一節火車對接要復雜得多，畢竟腦機接口技術要鏈接的是兩種絕然不同的物質。

不過，最近進行的一項實驗中，研究人員應用定向進化方法創造了制造二氧化硅的酶，而二氧化硅是用于制造半導體和計算機芯片的材料。也就是說，未來，就像科幻小說那樣，向大腦植入以DNA為基礎的人造智能芯片，就像現在接種疫苗一樣簡單。

至少，它可以讓已準確“運行”50年的“摩爾定律”繼續生效。1965年，英特爾創始人之一戈登?摩爾就計算技術作出一項預言，也就是至今仍然有效的“摩爾定律”，內容是電路上可容納的晶體管數目，約每隔兩年便會增加一倍，計算機的處理速度也將提升一倍。如今，大多數專家預計這種增長速率將在2020年前放緩，但這種創造硅半導體的全新方法可望繼續保持這種速率，甚至可能予以加速。

人工干預的進化

不久前，刊登在《美國國家科學院院刊》上的研究報告對此作了詳細解讀，來自加州大學圣巴巴拉分校和其他地區的研究人員已經掌握了進化過程，用于制造能夠產生新型半導體結構的酶。

“它看起來像是自然選擇，但我們做的其實是人工選擇。”加州大學圣巴巴拉分校榮譽教授，該報告作者之一丹尼爾?莫爾斯在一次訪談中說。具體做法是讓取自海綿動物的一種酶突變，形成多種突變體，“我們從百萬種突變的DNA中選出能夠制造半導體的一個”。

在此前一項研究中，莫爾斯和研究小組的其他成員曾經發現了硅蛋白——一種海綿動物用于構建它們的硅骨骼的天然酶。碰巧的是，這種礦物同樣被用于制造半導體計算機芯片。“于是我們就想，是否可以通過基因工程改變酶的結構，使之可以制造通常活生物體不會制造的其他礦物質和半導體？”莫爾斯說。

為了使之成為可能，研究人員分離出攜帶硅蛋白編碼的DNA片段并大量復制，然后在DNA中定向引入數百萬種突變。在此過程中，偶爾會出現硅蛋白突變體，它們能夠生成不同的半導體——這種工藝完全是自然選擇的翻版，只不過所費時間更短，而且受到人工選擇的定向干預，并非適者生存的結果。

定向進化

為了弄清哪些硅蛋白DNA的突變形式能夠導致所需的半導體生成，DNA需要通過一個細胞的分子機器進行表達。“問題是，盡管二氧化硅相對無害于活細胞，我們想要生成的一些半導體則帶有毒性，”莫爾斯說，“因此我們不能使用活細胞，必須采用合成的細胞替代物。”

作為人工合成的細胞替代物，研究小組利用塑料珠表面在水中形成的微小囊泡。一種不同形式的海綿動物DNA被涂在數百萬微珠表面，浸在水里，水里則添加了DNA酶表達所需的化學物質。

接下來，塑料珠“細胞”被封閉在油里，作為人工制作的細胞膜。塑料珠再被置于一種溶劑中，其中含有變異酶開始在塑料珠表面合成半導體礦物質過程中所需的化學物質（硅和鈦）。

經過一段時間的等待，讓酶完成材料的制造工作，然后使塑料珠穿過激光束，激光束旁邊的感應器會自動識別出那些攜帶所需半導體(二氧化硅或二氧化鈦)的塑料珠。隨后，那些表面成功合成了半導體的微珠被破碎，以便發生突變的DNA可被分離并確認其效能。

各種形態的二氧化硅如今被用于計算機芯片的生產，而二氧化鈦則用于制造太陽能電池。利用生物酶和定向進化制造這些材料是首要目的。

當然，上述成果并不意味著研究人員已可以讓細胞自行制造計算機芯片，但它的確預示著以新工藝制造半導體的發展方向。

人機合一有多遠

完全可以想象，基于此而產生的DNA計算技術一旦成熟，那么真正的“人機合一”就會實現。因為大腦本身就是一臺自然的DNA計算機，只要有一個接口，DNA計算機通過接口可以直接接受人腦的指揮，成為人腦的外延或擴充部分，而且它以從人體細胞吸收營養的方式來補充能量，不用外界的能量供應。

無疑，DNA計算機的出現將給整個世界帶來巨大的變化。它在研究邏輯、破譯密碼、基因編程、疑難病癥防治以及航空航天等領域的應用具有獨特優勢。如果DNA計算機變為現實，那么在人體甚至在細胞內運行的計算機研制就成為可能，它能夠充當監控裝置，發現潛在的致病變化，還可以在人體內合成所需的藥物，治療癌癥、心臟病、動脈硬化等疑難病癥，甚至在恢復盲人視覺方面，也將大顯身手。

不過，由于受目前生物技術水平的限制，DNA計算過程中，前期DNA分子鏈的創造和后期DNA分子鏈的挑選，要耗費相當的工作量。而且數以億計的DNA分子非常復雜，在反應過程中很容易發生變質和損傷，甚至試管壁吸附殘留都可能發生致命錯誤。因此，DNA計算機真正進入現實生活尚需時日。

雨讀根據《史密森雜志》博客、北青網、科技部門戶網站、百度百科綜合編輯。