活細胞或成未來數據處理“大軍”生物體成計算機

　　前言：生物計算機可以繪制地圖、讓集成電路上的基本組件―邏輯門運行、執行二級制計算操作，甚至還不止于此。

　　據美國《大眾科學》網站近日報道，并非所有計算機都要以硅為生。顧名思義，計算機是一種能處理數據、進行運算或使用所謂的邏輯門來將輸入(二級制代碼0和 1)變成輸出的機器。但現在，一個小型的國際科研團隊正嘗試著為計算機開辟新的疆域：將活細胞、動物以及其他活體有機物囊括進來。這些科學家正在進行各種實驗，有些實驗的理論性非常強，而有些實驗則朝著生物計算機邁出了第一步。不管如何，所有種種嘗試和努力都是為了讓生物體來執行現在由芯片和電路板執行的工作。

　　寄居蟹進行邏輯運算

　　去年，英國布里斯托爾市西英格蘭大學的非傳統計算機學專家安迪?阿達馬特茲基和日本科學家制造出了由寄居蟹運行的邏輯門。首先，他們搭建出了一些迷宮，這些迷宮復制了計算機邏輯門內線路的形狀。

　　隨后，他們讓兩群寄居蟹(輸入)從一個邏輯門的終端“行進”到另一個邏輯門的終端，并對其行蹤進行了追蹤。當這兩群寄居蟹相撞時，它們結合在一起，形成了一群新的寄居蟹(輸出)，這群新寄居蟹的行進方向常常是兩群“輸入”寄居蟹行進方向的矢量和的方向，這一實驗表明，一個活體生物或者一套隨即系統能夠產生有用的順序。

　　黏液菌造出“路網”

　　如果說寄居蟹在聚簇方面的表現可以用“良好”來形容的話，那么，寄居在腐爛的樹上、名為“黏液菌”的單細胞微生物在制造地圖方面的表現就更令人嘆為觀止了。2010年，阿達馬特茲基和另外一名科學家發現，黏液菌的生長可基于地形模型，并因此很好地模擬出美國真實的網狀道路系統，而且，他們還發現，由于黏液菌的培育生長具有很強的“彈性”，它還可以用于創建移動通訊和交通運輸網絡的模型。

　　有鑒于此，在過去幾年里，阿達馬特茲基和加拿大皇后大學的計算機科學家賽利姆?阿卡爾一直在嘗試使用黏液菌構建地圖網絡。

　　在一個實驗中，他們在一副加拿大地圖的主要城市上放置了燕麥片(黏液菌的食物)，隨后，他們把這種黏液菌放在地圖上的多倫多上。然后，這種黏液菌慢慢向前流動，其行進道路也是到達其他城市最有效的道路，他們這樣制造出的“路網”同加拿大實際的高速公路路線幾乎完全一致。

　　細胞進行二進制計算

　　去年4月，瑞士生物工程師宣布，他們已經通過編程，讓人體細胞進行計算機所進行的二進制的加減運算。他們對細胞進行了改造，讓細胞內的基因能夠形成一個精細的電路，其能相互打開或者關閉。這些細胞能夠處理添加到其內(分子紅霉素和根皮素)的兩個輸入，并且通過產生紅色或者綠色的熒光顯示出答案。

　　捷報不斷傳來，據今年6月3日的《自然》雜志報道，細胞計算設備領域的領軍人物、瑞士蘇黎世聯邦理工學院生物技術和生物工程教授馬丁?富塞內格爾領導的科研團隊表示，他們研制出了首個哺乳動物單細胞計算器。研究人員使用哺乳動物的細胞，構建了一個能夠執行邏輯運算的基因網絡。基因網絡啟動形成了一種熒光蛋白，使細胞發光。在實驗中，他們將根皮素和紅霉素作為兩個輸入信號。科學家們表示：“通過組合幾個邏輯門，我們在細胞合成基因網絡中獲得了前所未有的復雜水平。”值得注意的是，這種生物計算器可以平行處理兩個不同的輸入和輸出信號。

　　不過，科學家們也表示：“盡管這種計算器的性能遠遜于電腦。但是，從本質上講，一個哺乳動物細胞能夠像這樣運算就已經是一件令人驚嘆的事情。”此前，已有其他科學家利用酵母和細菌實現了不同的電路元件。然而，新的基于哺乳動物細胞的電路的復雜性輕易就超越了酵母和細菌。在上述諸多試驗的輝映下，生物計算機變得更加引人注目。

　　在極端領域大展拳腳

　　諸多試驗和結論究竟說明了什么呢?阿達馬特茲基表示，黏液菌繪制地圖的能力可以被科學家們借用，用來設計道路，無線網絡以及性能比目前流行的計算機還略勝一籌的信息處理電路。黏液菌和電子設備的“聯姻”也能為人類提供很大的幫助。阿達馬特茲基正在制造的計算機芯片就融電子通訊的速度和黏液菌的學習能力于一爐。

　　阿達馬特茲基稱，這種“混雜”技術處理信息的方式不像計算機而更像大腦，它能夠通過經驗和不斷試錯進行學習并獲得成長，這就使它既能解決神經科學的問題，也能解決計算機科學的問題。阿達馬特茲基說：“我們認為，以黏液菌為基礎的計算研究將給生物電子設備和計算機產業帶來一場革命。”

　　阿達馬特茲基的同事阿卡爾表示，生物計算機的一個好處可能是，在傳統電子設備無能為力的領域，它們能夠大展拳腳。阿達馬特茲基說：“比如，要想在一些極端領域，諸如深海底、人體內或者其他星球進行計算，我們目前所依賴的計算機或許只能望洋興嘆，但這種生物計算機就能夠起作用，因為，可能導致硅芯片熔化、結冰甚至分解的環境也有可能是生命繁茂生長的沃土。”

　　生物計算機：醫學領域的福音

　　不過，科學家們認為，這種生物計算機最大運用領域可能是醫學領域，因為細胞非常擅長相互溝通。富塞內格爾表示，可以通過編程，讓細胞變成“智能細胞植入”，將其放入人體內，讓其監控患者的新陳代謝;傳遞健康問題并實施治療等。例如，一名乳腺癌高危患者或許可以考慮接受這種移植，這種移植能識別出可以指示癌癥的分子并且產生蛋白質殺死制造這些分子的細胞。

　　也可以通過開發一個電路來識別與疾病相關的代謝產物，調控具有治療效應物質的釋放，例如胰島素等。富塞內格爾表示：“有病的細胞就像有漏洞的程序一樣，很容易識別出來，計算機科學家非常擅長尋找計算機程序的漏洞并且解決這些問題，當然也可以研制出生物計算機找出‘有病’的細胞。只不過，我們目前離這樣的應用還相距甚遠。”