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引用 美国制造出数字生物   

2014-02-10 21:22:33|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自科学探索《美国制造出数字生物》
“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相似。

 

科学探索 来源:中国新闻网

 
 

  理查德·伦斯奇从大肠杆菌的后代身上发现了12个不同的菌落。“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相似。

  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。再后来阿加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,其中肯定还蕴含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遗传变异究竟是如何发生的。

  但是,借助“阿威塔”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的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了有价值的参考。

  “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。

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