基因测序生物打印机数字生命其实没那么遥远

　　科幻作品从未停止对数字生命这一主题的探寻，近期热映的《流浪地球2》中，＂是在末世中艰难逃生还是以数字生命获得永生＂这一充满哲思的问题贯穿电影的主线剧情。
　　作为计算机创造的新的生命形式，数字生命是具有自然生命特征或行为的人工系统。当前，以此为标准的数字生命已经产生，但诸如聊天机器人、数字人（包含虚拟助手、虚拟偶像）、AI绘画、AI写作等应用都只具备上述某一项或某几项功能，对应着数字生命的初级阶段。和人一样具有创造力、记忆、学习和自我意识的数字生命体还尚未出现。
　　脱离了电影中的极端情境，回到现实中，或许不必在现实和虚拟中二选一，以数字生命辅助人类社会的现实生活才是最佳选择。但在此之前，还要解答两个问题，即数字生命如何实现，数字生命能做什么？
　　半个多世纪的进化
　　数字生命的研究最早可以追溯到艾伦图灵与冯诺依曼，前者证明了生物的胚胎发育可以用计算的方法加以研究，后者则试图用计算的方法描述生物自我繁殖的逻辑形式。
　　＂L系统＂广泛应用于模拟植物真实生长过程
　　自上世纪60年代，多位计算机与生物学领域的专家基于自身的研究，进行了数字生命的相关实验，并提出了＂磁芯大战＂、＂L系统＂、＂生物形态＂等重要的理论与思想，为后世的人工生命研究奠定了重要的实验方法论。
　　之后随着计算机速度的大幅度提高和PC的普及，国际上兴起了一股用非生物媒介创造新的生命形式的研究热潮。在前人的基础上，兰顿提出了在计算机虚拟环境中创造＂硅化生命＂的思想，并将人工生命确立为一门独立的学科和研究领域。
　　以＂磁芯大战＂为灵感，1990年，世界上第一例数字生命模型Tierra（西语意为＂地球＂）轰动了整个人工生命界。特拉华大学热带雨林专家托马斯·雷将生命进化的概念引入计算机领域，利用计算机提供的资源为数字生命提供一个生存环境。他设计的数字生命以数字为载体，旨在探索生命进化过程中的各种现象和规律。一方面，数字生命以计算机程序的形式存在于随机存取存储器（RAM）环境中；另一方面，它利用CPU时间来组织其在存储器单元中的行为。数字生命借助于相应的竞争策略，对CPU的运行时间和存储空间进行竞争。
　　之后的研究中，美国加州理工学院人工生命研究者阿达米设计的Avida系统进化出了数字生物学，贝尔实验室的帕格里斯建立的阿米巴世界则实现了从＂前生物＂到＂生物＂的转变。改进后的阿米巴Ⅱ在自发产生祖先生物方面前进了一大步，也可以产生开放进化。
　　与电影中将人类意识存入电脑的数字孪生相比，早期的数字生命研究则是完全从无到有的数字原生，且受当时的历史条件所限，研究对象主要是具备生物学特性的＂有机体＂、多细胞生物、病毒等生物类型。
　　生命数字化的魅力
　　数字生命是人造生命，与碳基生命有着本质区别。但数字生命也遵循着遗传进化的规律，为研究生物进化和复杂生命系统提供了实验手段，数字生命的研究也为人们探索生命本质提供了新的途径。
　　这种科学研究可以为人类生殖、遗传和进化过程提供计算机模型和网络支持环境，也可以应用于医疗健康、环境污染、人口爆炸等多维度领域。目前，围绕数字生命各个维度展开的产业生态纷繁复杂，部分技术已经摸索出具体的落地场景。其中，医学健康领域的应用最接近于数字生命的本质。
　　当前，数字生命在医学健康领域的应用方向主要包括健康管理、精准医疗等。未来还有可能实现数字生命联网以便为各类相关的手术寻找合适的配型，乃至在数字与生物信号相互转换的前提下加速药物与疫苗的研发并简化接种和用药流程。
　　而无论是哪一种医学应用，将碳基生命数字化都是最至关重要的一步。目前，实现这一流程的主流手段是基因测序，即使用各种分子生物学技术，将生物样本放到机器中进行各种各样的检测，测定基因的全序列；再结合对生命行为、环境的持续测量，将有机生命进行量化。
　　紧接着的第二步便是解读生命数据，尝试理解每一组数据背后的健康状态，及其在不同的行为事件下发生的具体变化，找出其中规律。这一步将引入AI进行数据分析、数据挖掘与涉及状态变化规律的数据建模，并对照人体对硅基的数据模型进行持续训练，实现数字生命的拟人化。
　　第三步即最终的应用，通过建好的模型提供个性化的人体健康管理的解决方案，包括疾病的预测与预防，精准靶向用药与治疗等。
　　＂数字生物转换器＂（Digital-to-Biological Converter）
　　上述应用仍延续着＂生命——数字＂的单向路径，而在将解码后的数据还原为生物方面，已经有人迈出了第一步。2017年时，美国生物学家Craig Venter等人参与研发的＂数字生物转换器＂(DBC)可以直接从DNA序列信息开始生产核酸和蛋白质，比如它已实现根据远程传送的数字代码＂打印＂出病毒。
　　这项技术目前正推进商业化，其中非常重要的一个方向是生成无需外源模板的多种寡聚体，用于组装成完整长度的mRNA，俗称mRNA打印机，它可以让全球更多的患者负担得起个性化的即时mRNA疗法。这将催生一个低成本的、按需生产的、临床级的RNA药物新时代的到来。
　　虚拟的永生还有多远？
　　与电影《超体》、《流浪地球2》中人类脱离肉体束缚，借助算力在计算机系统中获得完整且永恒的生命相比，当前给我们带来极大震撼的chatGPT还处于数字生命的早期水准。在文字模拟的基础上，数字生命还有很长的路要走，比如模拟声音、不断学习、以更具象的形态与人实时互动、形成真人的情感记忆与决断力并最终具备独立意识。
　　走出电影院，重新思考＂数字生命计划＂在现实中落地的可能性，虽然难度显而易见但也有迹可循。
　　首先，人的意识本质上是大脑中神经电化学信号的产物，致力于破解大脑神经通路的人类连接体项目一直在进行中。就在最近，美国一家脑机接口公司已经成功解码动物的神经信号，相关的人体测试未来几个月有望获得FDA的批准。一旦完成人类意识的解码，提取人类完整的生物信息乃至记忆、意识将不再是问题。美国著名未来学家雷·库兹韦尔就曾预言，21世纪30年代，人类大脑信息上传成为可能。
　　其次，能提供超高速算力的量子计算机的开发已有进展，目前正从实现量子计算优越性向专用的量子模拟机进发。当然，距离电影中帮助人类快速完成高难度基建的程度至少还需要10~15年，要达到稳定支持完整且复杂的人类自主意识持续运转的水准可能还要耗时更久。
　　据此看来，有生之年，以人为生成来源的数字生命有望成为现实。但考虑到其高昂的技术成本，届时被高度发展的AI替代的社会群体也将难以负担虚拟永生的商用价格。