“人造生命”
意味着多少可能性
|
——读《神秘的量子生命》
⊙林 颐
有个流传很广的科学假设：一只猴子拥有无限生命，它不停地随机打字，尽管需要漫长到难以想象的时间，总有一天会碰巧打出莎士比亚全集；假如这只猴子不停地随机排列原子，总有一天也会碰巧创造出一个“有意识的生物”。猴子造出万物？不，最初的生命只是原子们恰好遇到了合适的排列方式。
这则假说探讨生命的起源。很有趣，不过看上去实在太简单了。我们来听听两位顶尖的量子生物学家，英国萨里大学物理学教授吉姆·艾尔－哈利利和分子遗传学教授约翰乔·麦克法登，在他们引人入胜的科普著作《神秘的量子生命》之中，对这个问题是怎么说的。
假设现在来制造“原始汤”。搅拌、搅拌，感受一种力量的驱使；搅拌、搅拌，不停地搅拌。请问要到什么时候？100万年？1亿年？1000亿年？得了吧，我们又不是猴子。实际上，要靠这样“纯粹的偶然”让生命诞生，是不可能的。两位学者认定：“在此之前一定有更简单的自复制体”。那么，早期的自复制体长什么样子呢？它们又是如何运转的呢？根据目前最可靠的“RNA世界假说”，这个自复制体叫做核酶，这是一种具有催化反应功能的RNA分子。核酶的自我复制是个非常复杂的过程。如果以猴子那种劳作效率，你和我包括咱们最老的祖宗，估计现在连一根毛都看不到呢！这个过程需要海量的数据运算，目前的电子计算机大概都会罢工，必须得靠量子计算来完成。
这里还有一个困难。两位量子生物学家提醒我们，要想进行量子计算，量子位必须处于相干且纠缠的状态。如果一个分子不具备量子力学的性质，并处于无法自我复制的错误原子排列状态，要尝试一种不同结构，就须经历同地演变般漫长的分子键分解和重组过程。与此相反，具备了以上前提的原始复制体才会在量子世界中持续重复这一过程，寻找实现自我复制的可能性。对生命起源的解答所涉及的量子力学，虽然还只是猜测，但说明量子相干性的确在其中扮演重要角色。
原始世界必须依靠想象，但通过当下的生物研究可以推证。我们都学过“光合作用”，这是生物界赖以生存的基础。可是，传统观点以为光合作用的能量是随机游走的。《神秘的量子生命》认为，这是个大错误！如果是随机游走的穷举法，如果能量不是取道最短，大部分乃至全部能量都会在传递中消耗殆尽。快，快，快！赶快到达反应中心。快，快，快！哪条路径最近？量子计算瞬间解决。光合作用传递效率几乎是100%。这是经过美国科学家格雷厄姆·弗莱明及其团队严格验证的，叶绿素分子能执行一种特殊的检索方式，这被称为“量子漫步”。动物世界同样奇妙。小丑鱼“闻出”回家之路，因为量子力学中的非弹性电子隧穿，是产生嗅觉的关键。帝王蝶与知更鸟在长途迁徙时能辨明方向，自旋单态和三重态之间微妙的平衡性，让鸟类可利用地磁导航。
那么，如果人类掌握了生物体的量子计算过程，是不是就意味着能创造生命了？新兴的合成生物学是21世纪最受关注的学科之一。其代表人物克雷格·文特尔因在人类基因组工作中的杰出贡献而被称为“人造生命之父”。他和他的团队制造了第一个合成染色体生殖支原体。文特尔同样认为，当下处于数字生物学时代，布朗运动是生命驱动力。如同薛定谔在1944年在《生命是什么》中所言：“在一个生命有机体的范围内，那些发生在空间上和时间上的事件，如何用物理学和化学知识来解释呢？”尽管文特尔的技术从严格上讲还不算是创造新生命，但他为量子生物学开启了一片新天地。而且这项技术很有可能将衍生出制备药品、种植庄稼、分解污染等更有效的方法。这项技术还呈现了这样一幅场景：以电磁波形式发送数字化DNA密码，然后在另一个地方接收后重新排列组合，我们就可以实现瞬移啦！
美国“科学狂人”雷·库兹韦尔的梦想是实现“人机合体”。冰冻刚刚死亡的大脑，及时检测并储存必要数据，然后下载、传达给智能机器——智能拥有了思维意识，死去的人就以机器形态复活。听上去很科幻，但据说他的科技预言在过去30年里有86%成真。他的想法并非全无道理。现在看病经常用到的核磁共振就是一种生物磁自旋成像技术，而自从理查德·费曼提出量子计算机构想后，包括中国在内的世界各主要国家都投入了大量人力物力在开发。2013年6月8日，由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队的陆朝阳、刘乃乐研究小组，在国际上首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验。
从地磁指南针到酶促反应，从光合作用到遗传再到嗅觉，这些问题终究没有脱离传统化学和物理学范畴。量子生物学并不止步于此，还要解决“心智之谜”。意识是什么？是所有生命的共同特征吗？《神秘的量子生命》的两位作者提出，“思维是对大脑中复杂信息的整合，以塑造对我们有意义的概念”。法国探险家让-马里·肖韦的手电筒照在洞穴岩壁上，壁画进入他眼帘的一瞬间，仿佛三万年时光倒流，现代人心智和原始人心智奇妙地撞击在了一起。通过科学还原和想象力的充分发挥，本书作者给我们营造出形象生动的旧石器时代的人们在岩壁上作画的场景。野牛尸体横躺在地，原始艺术家用眼看、用鼻闻、用耳朵听、用手触摸。和野牛有关的信息通过神经元的“点”信号到达艺术家的大脑。这是艺术家体内一股股从感受器到大脑特定区域的电流脉冲。“感官信息的整合形成了有意义的概念，而概念的整合则产生了意识。意识驱动了大脑的思维活动，思维活动继而驱使身体发生物理运动。”通过量子力学解释思想产生，这是一个让人心潮澎湃的过程。
照史蒂芬·平克的说法，自然选择让我们更好地应对所处的世界，心智让个人都成为一定程度的创造者，天才只不过是最具推理能力的人。这种推理能力，在本书中反映为一种量子计算能力。从理论上讲，当智能机器极速运算到达一定程度，就会产生一定的自主意识。1997年“深蓝”战胜卡斯帕罗夫，今年初李世石败于“阿尔法围棋”，世人对“人不如机”深感震惊。到底是人类创造新生命，还是机器取代人类，或者人机同行，人与万物共发展？本书用科学解答我们的疑虑：当量子物理遇到生物工程，未来的世界将多出哪些可能性。
