數字生命——第四種生命體

周露

假如有人告訴你，枯燥的數字也能像動物、植物、細菌、病毒一樣具有“生命”，也能復制進化，你一定認為這是天方夜譚。但是，目前很多科學家認識到，數字是沒有DNA的生命，是動物、植物和微生物之外的第4種生命體。

數字生命的誕生

托馬斯·雷是特拉華大學的教授，是一位博物學家。他一直在探尋是什么創造了地球上的生命。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分。于是，托馬斯·雷提出了在計算機上創建不同于自然界生命的數字生命的構想。

1990年1月9日，世界上第一例數字生命誕生在托馬斯·雷的計算機中。他設計的計算機實驗是這樣的：把關于生命進化的概念引進計算機領域，用計算機提供的資源為數字生命提供一個生存環境。他所設計的數字生命以數字為載體，旨在探索生命進化過程中出現的各種現象、規律。數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。借助相應的競爭策略，數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·雷認為，這種數字生命必須被設計成適合在這樣的環境中生存的某種數字代碼程序。這個程序能夠自我復制，而且直接被中央處理器執行。不僅如此，它還能夠直接觸發中央處理器的指令系統以及操作系統的服務程序，通過對資源的占有來體現其在進化過程中的優勢。

數字生物也可以進化

另一位科學家則實現了數字生物的進化。克吉斯·阿亞米是美國加州大學計算機系的教授，10多年前他想讓計算機程序在特定的環境中進化出添加的本領。于是，他制造了一些低級的“數字生物”，并定期給它們輸入數字。

數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的。它們是由二進制數字構成的，能以和DNA突變相同的方式產生突變。每一個數字生物都能在幾秒鐘之內復制出幾萬個。阿亞米設計了“阿威塔”軟件程序，借助這一程序，可以清楚地觀察這些數字生物從生到死的生命過程。經過近10年的發展，“阿威塔”數字生物差不多已經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。它們復制、突變、競爭，自然選擇的過程一樣也不少。總之，與自然界生物進化規則幾乎毫無二致，只是速度奇快，有時候簡直讓人應接不暇。

數字生命的本質

數字生命的本質是什么呢？數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。數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。他們認為完全可以用別的物質（例如計算機）作為載體來構造新的生命形式，賦予其生命的特征，使其具有進化、遺傳、生殖等功能。

數字生命遵循著遺傳和進化的規律，從而為深入考察生物的進化現象和復雜生命系統的研究提供了一個實驗手段。數字生命研究為人們深入探討生命的本質提供了新的思路。科學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、優生優育的研究和實施，進而有助于解決物種爆炸、人口爆炸、環境污染等一系列現實問題。

未來的設想：生命與數字的轉換

被稱為“生物技術界的喬布斯”、第一個制造出人造生命形式的科學家文特爾曾描述他的設想：未來，一個普通人如果想要打疫苗針，不用前往醫院，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，當即便可以進行免疫。

這一設想聽起來很荒誕，但并非毫無根據。事實上，文特爾已經在領導一個科研小組開始著手實現這一夢想。他們正研究，如何將DNA轉化為數字生物編碼，下載后再轉化為DNA，用于各種途徑。他們目前已經建造了一個數字—生物轉化器，可以將生物信息變成數字信息，這就像通過一條電話線，把聲音轉化為數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“非周期結晶體”形態呈現。也就是說，為了將遺傳信息往下代相傳，基因必須以某種穩定的晶體狀存在。后來，薛定諤的想法啟發了詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克，不到10年，兩人共同發現了人類的DNA雙螺旋結構，這是20世紀生命科學界最偉大的發現。

文特爾的“狂想”同樣受到薛定諤的啟發，薛定諤認為生命編碼是穩定且相對簡單的，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。在文特爾的設想中，當人們真正可以讀懂這些生命編碼時，21世紀的新能源、醫藥、糧食和營養物、干凈的水源等各種問題都可以得到解決。

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

從生物技術上而言，只要接收方有一個可以將核苷酸、糖和氨基酸用化學方式聯系起來的“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”，但其技術并沒有那么復雜。事實上已經有科學家在嘗試用3D打印的方式“制造出”血管、器官等生物物質。

【責任編輯】蒲 暉endprint