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数字生命 非生物生命进化之谜

2014-01-23 15:21:00 | | 打印 | 字体:   千龙网

  说到生命和进化,我们想到的一定是动物、植物,或细菌、病毒。但有谁能想象,枯燥的数字也一样具有“生命”,也能复制进化呢?数字进化的发现者、美国加州大学计算机系教授克吉斯·阿加米说,数字是没有DNA的生命,是动物、植物和微生物之外的第四种生命体——别看它们是些无声又无形的家伙,可是在复制进化过程中所表现出的神奇本领,实在令人瞠目结舌,匪夷所思。

 

计算机中的“生命气息”

 

    进化就是逐渐适应与慢慢演变的过程。简而言之,生物的进化遵循的规律是,用进废退,力求在有利于自己繁衍与生存的环境中,不断地完善自己。

 

    早在一百四十多年前,当欧洲的博物学家赞美上帝为取悦人类而创造了无数鲜艳的花卉时,达尔文便尖锐地指出,花卉是为了吸引传授花粉的昆虫才进化得五彩缤纷,那完全是它们传宗接代的本能使然,与上帝毫无关系。

 

    那么在计算机的世界里,数字也会有进化吗?

 

    克吉斯·阿加米是美国加州大学计算机系的教授,十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。正是这个不经意的做法,使他发现了神奇的“数字生命”。

 

    开始这些数字傻乎乎的没有任何反应,但引人注意的是,它们每复制一次,它的指令链上的某个指令就有一次产生突变的机会。有这些突变会使生物体以同样简单的方式加工其中的某个数字,比如某个生物体可能会生成阅读某个数字和产生相同数字的能力。这说明“数字生物”具有智能进化的本领。

 

    后来阿加米设计制作了一套名叫“阿威塔”的软件程序,专门展示“数字生物”的演化生命过程。再后来阿亚米的研究小组不断壮大,除了计算机专业人士外,还有微生物学家和哲学家等不同领域的知名学者。正如密歇根大学专门从事细菌进化研究的微生物学家理查德·伦斯奇所说:“这是前所未有的发现!在这静谧的世界里,明显有生命的气息。它有待揭示的规律对我们认识世界一定具有无法比拟的重要价值。”

 

“数字生物”也在“进化”

 

    在很多时候,自然界中的进化是不以人的意志为转移的,是人类看不见,摸不着的。有的时间漫长,有的时间短促。谁也挡不住繁衍和生存的力量。微生物的进化也很有趣,一百多年前,青霉素刚刚问世之时,它对病菌引起的炎症可谓药到病除。可病菌微生物通过不断的进化变异,逐步具备了抵抗青霉素的功能。

 

    科学家们发现,这一道理在数字生命的进化中依然适用。比如计算机病毒,一样也是靠进化变异才练就了强悍无比的杀伤力。可以毫不夸张地说,进化变异不仅是所有生物的制胜法宝,其中肯定还蕴涵着庞大深奥的未知道理。“数字生物”在其进化变异中表现出的超强智慧,就充分说明了这个道理。

 

    “数字生物”的进化与计算机病毒一样,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。每一个生物都能在几秒钟之内复制出好几万个。借助“阿威塔”软件程序,可以在显示器上看到潮水般涌现的一组组数字,清楚地观察它们从生到死的生命过程。

 

    经过十多年的发展,阿威塔“数字生物”差不多已是真正意义上的生物了。科学家们发现,在这一过程中,“数字生物”也在不断进化着。克吉斯·阿加米说:“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,它们所走的路线与进化论的路线不谋而合,几乎完全重叠了。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,有时简直让人应接不暇。”

 

    理查德·伦斯奇是遗传进化学家,专门研究细菌的进化规律,他从大肠杆菌的后代身上发现了12个不同的菌落。这一发现为生物的最新进化方式提供了理论支持。但是,他的研究花费了17年——因为这些菌落在不同的实验条件下经历了三万多代进化变异。只有这样,伦斯奇才能有充足的证据观察到在遗传变异究竟是如何发生的。

 

    但是,借助“阿威搭”程序,这一实验的进程大大缩短了。伦斯奇为菌落建立了数字进化模式。不仅实验条件可以随意改变,还能使每个生物的每次突变都自动记录下来。他现在一个小时收集到信息比在真的细菌身上收集一年的还要多。

 

深层次验证达尔文的进化论

 

    “数字生物”的存在第一次使我们脱离考古领域来验证达尔文的进化论。以往进化生物学家只能靠大量的化石进行研究推论,虽然碳14测定法等科学手段,使考古学成绩斐然,但科学家怎么也不可能看到每一代以及每一个基因的进化过程,比如现今的海豚究竟是由哪一种陆地生物演变而来的,其间几个重要的进化过程又是怎样的?

 

    而“阿威塔”的“数字生物”却为我们提供了观察几百万代“数字生物”随机突变和自然选择的可能。它们的进化过程为科学家回答某些重大进化问题提供有价值的参考。

 

    “数字生物”的进化实验不仅生动证明了“复杂系统来自简单的祖先,不同的进化渠道能产生相同的复杂器官”的进化论观点,还有两项实验与自然界生物的进化惊人地相似。一是能量过剩可能导致生命凋零。森林中的植物吸收阳光的多寡是有区别的,正因为如此,才有森林植物的丰富多彩。有人做过实验,给林地中不同的植物都赋予一样的光照。开始它们都长势旺盛,但不久便会逐渐凋零,最终只有几种植物能够生存下来。在一定意义上说,获得阳光的差异性,就是自然选择的结果。

 

    “数字生物”的成长过程,同样受这一规律的制约。研究人员无限制地给它们提供食物——也就是数字。像饥饿的人获得食物一样,开始它们也很兴奋,大吃特吃,并且生长极快。可不久它们就会慢慢死去,只剩下少得可怜的几个生物在那里苟延残喘。相反,如果让它们有节制地进食,吃得量也各不相同,它们就像自然界的物种一样,进化出不同的种类。“数字生物”消化数字速度的一旦过快,它们的正常生长便会受到影响,如果有太多的生物都去争抢某一个数字食物,它们生长的功能就会丧失。

 

    对于“数字生物”的观察研究,尚处于起步阶段,个中奥秘,包括研究者也不能给出准确的答案。参与研究的科学家相信,数字生命与地球生命的共有模式等一系列进化巧合绝非偶然,一定是某种规律在起作用,或者说是某种奥秘等待我们去揭示。

 

 

来源:光明网

编辑:王萧萌