基因測序、生物打印機(jī)……數(shù)字生命其實(shí)沒那么遙遠(yuǎn)

科幻作品從未停止對(duì)數(shù)字生命這一主題的探尋，近期熱映的《流浪地球2》中，“是在末世中艱難逃生還是以數(shù)字生命獲得永生”這一充滿哲思的問題貫穿電影的主線劇情。

作為計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的新的生命形式，數(shù)字生命是具有自然生命特征或行為的人工系統(tǒng)。當(dāng)前，以此為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字生命已經(jīng)產(chǎn)生，但諸如聊天機(jī)器人、數(shù)字人（包含虛擬助手、虛擬偶像）、AI繪畫、AI寫作等應(yīng)用都只具備上述某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)功能，對(duì)應(yīng)著數(shù)字生命的初級(jí)階段。和人一樣具有創(chuàng)造力、記憶、學(xué)習(xí)和自我意識(shí)的數(shù)字生命體還尚未出現(xiàn)。

脫離了電影中的極端情境，回到現(xiàn)實(shí)中，或許不必在現(xiàn)實(shí)和虛擬中二選一，以數(shù)字生命輔助人類社會(huì)的現(xiàn)實(shí)生活才是最佳選擇。但在此之前，還要解答兩個(gè)問題，即數(shù)字生命如何實(shí)現(xiàn)，數(shù)字生命能做什么？

半個(gè)多世紀(jì)的進(jìn)化

數(shù)字生命的研究最早可以追溯到艾倫圖靈與馮諾依曼，前者證明了生物的胚胎發(fā)育可以用計(jì)算的方法加以研究，后者則試圖用計(jì)算的方法描述生物自我繁殖的邏輯形式。

“L系統(tǒng)”廣泛應(yīng)用于模擬植物真實(shí)生長過程

自上世紀(jì)60年代，多位計(jì)算機(jī)與生物學(xué)領(lǐng)域的專家基于自身的研究，進(jìn)行了數(shù)字生命的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并提出了“磁芯大戰(zhàn)”、“L系統(tǒng)”、“生物形態(tài)”等重要的理論與思想，為后世的人工生命研究奠定了重要的實(shí)驗(yàn)方法論。

之后隨著計(jì)算機(jī)速度的大幅度提高和PC的普及，國際上興起了一股用非生物媒介創(chuàng)造新的生命形式的研究熱潮。在前人的基礎(chǔ)上，蘭頓提出了在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中創(chuàng)造“硅化生命”的思想，并將人工生命確立為一門獨(dú)立的學(xué)科和研究領(lǐng)域。

以“磁芯大戰(zhàn)”為靈感，1**0年，世界上第一例數(shù)字生命模型Tierra（西語意為“地球”）轟動(dòng)了整個(gè)人工生命界。特拉華大學(xué)熱帶雨林專家托馬斯·雷將生命進(jìn)化的概念引入計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，利用計(jì)算機(jī)提供的資源為數(shù)字生命提供一個(gè)生存環(huán)境。他設(shè)計(jì)的數(shù)字生命以數(shù)字為載體，旨在探索生命進(jìn)化過程中的各種現(xiàn)象和規(guī)律。一方面，數(shù)字生命以計(jì)算機(jī)程序的形式存在于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）環(huán)境中；另一方面，它利用CPU時(shí)間來組織其在存儲(chǔ)器單元中的行為。數(shù)字生命借助于相應(yīng)的競爭策略，對(duì)CPU的運(yùn)行時(shí)間和存儲(chǔ)空間進(jìn)行競爭。

之后的研究中，美國加州理工學(xué)院人工生命研究者阿達(dá)米設(shè)計(jì)的Avida系統(tǒng)進(jìn)化出了數(shù)字生物學(xué)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的帕格里斯建立的阿米巴世界則實(shí)現(xiàn)了從“前生物”到“生物”的轉(zhuǎn)變。改進(jìn)后的阿米巴Ⅱ在自發(fā)產(chǎn)生祖先生物方面前進(jìn)了一大步，也可以產(chǎn)生開放進(jìn)化。

與電影中將人類意識(shí)存入電腦的數(shù)字孿生相比，早期的數(shù)字生命研究則是完全從無到有的數(shù)字原生，且受當(dāng)時(shí)的歷史條件所限，研究對(duì)象主要是具備生物學(xué)特性的“有機(jī)體”、多細(xì)胞生物、病毒等生物類型。

生命數(shù)字化的魅力

數(shù)字生命是人造生命，與碳基生命有著本質(zhì)區(qū)別。但數(shù)字生命也遵循著遺傳進(jìn)化的規(guī)律，為研究生物進(jìn)化和復(fù)雜生命系統(tǒng)提供了實(shí)驗(yàn)手段，數(shù)字生命的研究也為人們探索生命本質(zhì)提供了新的途徑。

這種科學(xué)研究可以為人類生殖、遺傳和進(jìn)化過程提供計(jì)算機(jī)模型和網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境，也可以應(yīng)用于醫(yī)療健康、環(huán)境污染、人口爆炸等多維度領(lǐng)域。目前，圍繞數(shù)字生命各個(gè)維度展開的產(chǎn)業(yè)生態(tài)紛繁復(fù)雜，部分技術(shù)已經(jīng)摸索出具體的落地場景。其中，醫(yī)學(xué)健康領(lǐng)域的應(yīng)用最接近于數(shù)字生命的本質(zhì)。

當(dāng)前，數(shù)字生命在醫(yī)學(xué)健康領(lǐng)域的應(yīng)用方向主要包括健康管理、精準(zhǔn)醫(yī)療等。未來還有可能實(shí)現(xiàn)數(shù)字生命聯(lián)網(wǎng)以便為各類相關(guān)的手術(shù)尋找合適的配型，乃至在數(shù)字與生物信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的前提下加速藥物與疫苗的研發(fā)并簡化接種和用藥流程。

而無論是哪一種醫(yī)學(xué)應(yīng)用，將碳基生命數(shù)字化都是最至關(guān)重要的一步。目前，實(shí)現(xiàn)這一流程的主流手段是基因測序，即使用各種分子生物學(xué)技術(shù)，將生物樣本放到機(jī)器中進(jìn)行各種各樣的檢測，測定基因的全序列；再結(jié)合對(duì)生命行為、環(huán)境的持續(xù)測量，將有機(jī)生命進(jìn)行量化。

緊接著的第二步便是解讀生命數(shù)據(jù)，嘗試?yán)斫饷恳唤M數(shù)據(jù)背后的健康狀態(tài)，及其在不同的行為事件下發(fā)生的具體變化，找出其中規(guī)律。這一步將引入AI進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘與涉及狀態(tài)變化規(guī)律的數(shù)據(jù)建模，并對(duì)照人體對(duì)硅基的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行持續(xù)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)數(shù)字生命的擬人化。

第三步即最終的應(yīng)用，通過建好的模型提供個(gè)性化的人體健康管理的解決方案，包括疾病的預(yù)測與預(yù)防，精準(zhǔn)靶向用藥與治療等。

“數(shù)字生物轉(zhuǎn)換器”（Digital-to-Biological Converter）

上述應(yīng)用仍延續(xù)著“生命——數(shù)字”的單向路徑，而在將解碼后的數(shù)據(jù)還原為生物方面，已經(jīng)有人邁出了第一步。201*年時(shí)，美國生物學(xué)家Craig Venter等人參與研發(fā)的“數(shù)字生物轉(zhuǎn)換器”(DBC)可以直接從DNA序列信息開始生產(chǎn)核酸和蛋白質(zhì)，比如它已實(shí)現(xiàn)根據(jù)遠(yuǎn)程傳送的數(shù)字代碼“打印”出病毒。

這項(xiàng)技術(shù)目前正推進(jìn)商業(yè)化，其中非常重要的一個(gè)方向是生成無需外源模板的多種寡聚體，用于組裝成完整長度的mRNA，俗稱mRNA打印機(jī)，它可以讓全球更多的患者負(fù)擔(dān)得起個(gè)性化的即時(shí)mRNA療法。這將催生一個(gè)低成本的、按需生產(chǎn)的、臨床級(jí)的RNA藥物新時(shí)代的到來。

虛擬的永生還有多遠(yuǎn)？

與電影《超體》、《流浪地球2》中人類脫離肉體束縛，借助算力在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中獲得完整且永恒的生命相比，當(dāng)前給我們帶來極大震撼的chatGPT還處于數(shù)字生命的早期水準(zhǔn)。在文字模擬的基礎(chǔ)上，數(shù)字生命還有很長的路要走，比如模擬聲音、不斷學(xué)習(xí)、以更具象的形態(tài)與人實(shí)時(shí)互動(dòng)、形成真人的情感記憶與決斷力并最終具備獨(dú)立意識(shí)。

走出電影院，重新思考“數(shù)字生命計(jì)劃”在現(xiàn)實(shí)中落地的可能性，雖然難度顯而易見但也有跡可循。

首先，人的意識(shí)本質(zhì)上是大腦中神經(jīng)電化學(xué)信號(hào)的產(chǎn)物，致力于破解大腦神經(jīng)通路的人類連接體項(xiàng)目一直在進(jìn)行中。就在最近，美國一家腦機(jī)接口公司已經(jīng)成功解碼動(dòng)物的神經(jīng)信號(hào)，相關(guān)的人體測試未來幾個(gè)月有望獲得FDA的批準(zhǔn)。一旦完成人類意識(shí)的解碼，提取人類完整的生物信息乃至記憶、意識(shí)將不再是問題。美國著名未來學(xué)家雷·庫茲韋爾就曾預(yù)言，21世紀(jì)*0年代，人類大腦信息上傳成為可能。

其次，能提供超高速算力的量子計(jì)算機(jī)的開發(fā)已有進(jìn)展，目前正從實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性向?qū)Ｓ玫牧孔幽M機(jī)進(jìn)發(fā)。當(dāng)然，距離電影中幫助人類快速完成高難度基建的程度至少還需要10~1*年，要達(dá)到穩(wěn)定支持完整且復(fù)雜的人類自主意識(shí)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的水準(zhǔn)可能還要耗時(shí)更久。

據(jù)此看來，有生之年，以人為生成來源的數(shù)字生命有望成為現(xiàn)實(shí)。但考慮到其高昂的技術(shù)成本，屆時(shí)被高度發(fā)展的AI替代的社會(huì)群體也將難以負(fù)擔(dān)虛擬永生的商用價(jià)格。