基因測序、生物打印機……數字生命其實(shí)沒(méi)那么遙遠

科幻作品從未停止對數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字生命獲得永生”這一充滿(mǎn)哲思的問(wèn)題貫穿電影的主線(xiàn)劇情。

作為計算機創(chuàng )造的新的生命形式，數字生命是具有自然生命特征或行為的人工系統。當前，以此為標準的數字生命已經(jīng)產(chǎn)生，但諸如聊天機器人、數字人（包含虛擬助手、虛擬偶像）、AI繪畫(huà)、AI寫(xiě)作等應用都只具備上述某一項或某幾項功能，對應著(zhù)數字生命的初級階段。和人一樣具有創(chuàng )造力、記憶、學(xué)習和自我意識的數字生命體還尚未出現。

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

半個(gè)多世紀的進(jìn)化

數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)育可以用計算的方法加以研究，后者則試圖用計算的方法描述生物自我繁殖的邏輯形式。

“L系統”廣泛應用于模擬植物真實(shí)生長(cháng)過(guò)程

自上世紀60年代，多位計算機與生物學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)家基于自身的研究，進(jìn)行了數字生命的相關(guān)實(shí)驗，并提出了“磁芯大戰”、“L系統”、“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)驗方法論。

之后隨著(zhù)計算機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。在前人的基礎上，蘭頓提出了在計算機虛擬環(huán)境中創(chuàng )造“硅化生命”的思想，并將人工生命確立為一門(mén)獨立的學(xué)科和研究領(lǐng)域。

以“磁芯大戰”為靈感，1**0年，世界上第一例數字生命模型Tierra（西語(yǔ)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(zhuān)家托馬斯·雷將生命進(jìn)化的概念引入計算機領(lǐng)域，利用計算機提供的資源為數字生命提供一個(gè)生存環(huán)境。他設計的數字生命以數字為載體，旨在探索生命進(jìn)化過(guò)程中的各種現象和規律。一方面，數字生命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，它利用CPU時(shí)間來(lái)組織其在存儲器單元中的行為。數字生命借助于相應的競爭策略，對CPU的運行時(shí)間和存儲空間進(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米設計的Avida系統進(jìn)化出了數字生物學(xué)，貝爾實(shí)驗室的帕格里斯建立的阿米巴世界則實(shí)現了從“前生物”到“生物”的轉變。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(kāi)放進(jìn)化。

與電影中將人類(lèi)意識存入電腦的數字孿生相比，早期的數字生命研究則是完全從無(wú)到有的數字原生，且受當時(shí)的歷史條件所限，研究對象主要是具備生物學(xué)特性的“有機體”、多細胞生物、病毒等生物類(lèi)型。

生命數字化的魅力

數字生命是人造生命，與碳基生命有著(zhù)本質(zhì)區別。但數字生命也遵循著(zhù)遺傳進(jìn)化的規律，為研究生物進(jìn)化和復雜生命系統提供了實(shí)驗手段，數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(lèi)生殖、遺傳和進(jìn)化過(guò)程提供計算機模型和網(wǎng)絡(luò )支持環(huán)境，也可以應用于醫療健康、環(huán)境污染、人口爆炸等多維度領(lǐng)域。目前，圍繞數字生命各個(gè)維度展開(kāi)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)紛繁復雜，部分技術(shù)已經(jīng)摸索出具體的落地場(chǎng)景。其中，醫學(xué)健康領(lǐng)域的應用最接近于數字生命的本質(zhì)。

當前，數字生命在醫學(xué)健康領(lǐng)域的應用方向主要包括健康管理、精準醫療等。未來(lái)還有可能實(shí)現數字生命聯(lián)網(wǎng)以便為各類(lèi)相關(guān)的手術(shù)尋找合適的配型，乃至在數字與生物信號相互轉換的前提下加速藥物與疫苗的研發(fā)并簡(jiǎn)化接種和用藥流程。

而無(wú)論是哪一種醫學(xué)應用，將碳基生命數字化都是最至關(guān)重要的一步。目前，實(shí)現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)，將生物樣本放到機器中進(jìn)行各種各樣的檢測，測定基因的全序列；再結合對生命行為、環(huán)境的持續測量，將有機生命進(jìn)行量化。

緊接著(zhù)的第二步便是解讀生命數據，嘗試理解每一組數據背后的健康狀態(tài)，及其在不同的行為事件下發(fā)生的具體變化，找出其中規律。這一步將引入AI進(jìn)行數據分析、數據挖掘與涉及狀態(tài)變化規律的數據建模，并對照人體對硅基的數據模型進(jìn)行持續訓練，實(shí)現數字生命的擬人化。

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

“數字生物轉換器”（Digital-to-Biological Converter）

上述應用仍延續著(zhù)“生命——數字”的單向路徑，而在將解碼后的數據還原為生物方面，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“數字生物轉換器”(DBC)可以直接從DNA序列信息開(kāi)始生產(chǎn)核酸和蛋白質(zhì)，比如它已實(shí)現根據遠程傳送的數字代碼“打印”出病毒。

這項技術(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(wú)需外源模板的多種寡聚體，用于組裝成完整長(cháng)度的mRNA，俗稱(chēng)mRNA打印機，它可以讓全球更多的患者負擔得起個(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、臨床級的RNA藥物新時(shí)代的到來(lái)。

虛擬的永生還有多遠？

與電影《超體》、《流浪地球2》中人類(lèi)脫離肉體束縛，借助算力在計算機系統中獲得完整且永恒的生命相比，當前給我們帶來(lái)極大震撼的chatGPT還處于數字生命的早期水準。在文字模擬的基礎上，數字生命還有很長(cháng)的路要走，比如模擬聲音、不斷學(xué)習、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立意識。

走出電影院，重新思考“數字生命計劃”在現實(shí)中落地的可能性，雖然難度顯而易見(jiàn)但也有跡可循。

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

其次，能提供超高速算力的量子計算機的開(kāi)發(fā)已有進(jìn)展，目前正從實(shí)現量子計算優(yōu)越性向專(zhuān)用的量子模擬機進(jìn)發(fā)。當然，距離電影中幫助人類(lèi)快速完成高難度基建的程度至少還需要10~1*年，要達到穩定支持完整且復雜的人類(lèi)自主意識持續運轉的水準可能還要耗時(shí)更久。

據此看來(lái)，有生之年，以人為生成來(lái)源的數字生命有望成為現實(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 )群體也將難以負擔虛擬永生的商用價(jià)格。