电子宠物与人工生命

叶平
1997-01-01

　　不久前，许多新闻媒体曾报道了电子宠物的狂热势头正席卷全球，现已登陆中国市场，饲养电子宠物的愉悦不仅令人终生难忘，还可以培养您的责任心和持之以恒的优良品质云云。
　　这种挂在钥匙链上类似彩蛋的小玩艺。早在去年１２月就已横行东瀛，引发过排队抢购的风潮，黑市售价竟整整翻了十倍。今年２月，随着所谓“新种发现蛋”上市，又新增了两个游戏角色、３０种以上的反应和叫声，加上可以一起养育３个“蛋”等更多的诱惑，以致出现了一家人“领养”数个宠物的现象。于是乎，手掌机版本、ＰＣ机版本和ＣＤ—ＲＯＭ版本的电子宠物争相出台，宠物狗、宠物鸡、宠物鸟、宠物鱼……稀奇古怪宠物们频频上市，“喂养”电子宠物成了都市里一种新的时尚。新闻媒体披露说，电子宠物的发明者叫真板亚纪，是日本一位年届３０岁的已婚妇女，由于受居住条件限制，不能养宠物而突发灵感所得，经著名电脑玩具厂商万代公司（ＢＡＮＤＡＩ）推出，到今年４月底，估计已经售出了３００万个以上。
　　真板亚纪女士的“原版”宠物蛋名曰“たまごつち”（ＴＡＭＡＧＯＴＣＨ），一头怪模怪样的小东西，倒也十分顽皮可爱。我那上小学的侄女曾自豪地给我看她的宝贝，不禁也勾起了我的好奇，一把抢过，七捣八鼓，不一会就使它“寿终正寝”，引来嚎啕大哭。据说，我“谋杀”的是个才有三星期年龄的幼小“生命”。
　　信息时代，电脑成了摩登的宠物姑且不论，从宠物电脑中竟然又异化出另一种有“生命”的宠物，使人牵肠挂肚，时不时得给它饮水喂食、陪它玩耍散步、病了要打针吃药、弄不好还会闹情绪“离家出走”，简直像一个真实的活物、一个人造的生命。
　　在电脑爱好者眼里，“仿生式”的电子宠物蛋，不过是好事的日本人开发的又一款袖珍电脑游戏机，仅仅是体积做得更小，由增加了智能因素的电脑软件加以控制而已。其实，在真板亚纪之前，日本就有人早已研制过一种“热带鱼”软件。它能在屏幕上显示一个鱼缸，其中漫游着五颜六色的热带鱼。若不经常进行“换水”和“喂饵”等操作，鱼就会因“水质”恶化或“饥饿”而死；若热带鱼能够得到人的精心养护，它们会慢慢长大，并且产卵繁殖出小鱼。或许，电子宠物就是把类似的生命模拟软件转化为商品的结果，从技术上讲并没有更新的创意。
　　从教育部门传来的消息可不那么乐观。学校和教师对电子宠物的泛滥大都倾向于抵制，因为孩子一旦迷上了饲养这种“蛋”，就必须经常照料，以致于严重干扰学业。目前，我国国家教委已经明令禁止把电脑宠物带进学校；泰国的教育部长则要求一旦在国立学校发现电子宠物，便立即将其充公；加拿大的一些教师做得更绝：他们让玩电子宠物的学生随身带一个真正的鸡蛋上学，一周内不得打破——以其人之道，还治其人之身，看你还敢不敢“玩物丧志”？
　　于是乎，社会心理学家也出来发表评论。有人分析说，由于电子宠物具有明显的自然化特性，让人感到可以与之交流，好像有模拟的生命体在接受人们的关怀和爱护，从而体现出人的自我价值等等；也有人讲，如果不把责任心和爱心放在对真实生命的关怀上，反而需要依靠一个液晶示片来培养，人类可就太可悲了。
　　你看，小小一个“蛋”，竟然引来轩然大波。它似乎在表明，这个“蛋”虽然没有克隆羊“多利”那般耀眼眩目，但也体现了人类社会最为关注的生命现象，的确有它不同凡响的影响。应该说，能够使电子宠物产生“生命”的是电脑软件，而这种软件本身就是某种学科理论方法在游戏商品中的应用实例。
　　这个新学科大名叫做“人工生命”（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｌｉｆｅ）。它是继人工智能之后，从计算机科学中衍生出来的又一门新的学科，至今已有十年的历史。细心的读者可能还记得，１９９５年１７期的《电脑报》就曾载文对人工生命科学作过简要的介绍，让我们趁电子宠物风靡的浪潮尚未完全消散之机，重新回顾一下人工生命的来龙去脉。
　　或许，真板亚纪的电子宠物不能算作真正意义上的人工生命，我们仅借此引出正题。
　　１９８７年９月２１日，一群被视为“疯狂”的科学家聚集在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，正式宣布世界首届人工生命大会开幕。在这个曾经诞生过原子弹，秘密制造大规模杀伤生命的武器的地方，来自世界各国的约１５０名学者——生物学家、物理学家、哲学家和更多的电脑专家——准备探讨的问题是如何去“创造”生命。
　　会议大厅的走廊摆满了各种类型的计算机，这些机器屏幕上都演示着不同的“生命”：群鸟受惊骤然飞起，兔子和狐狸相互追逐，野蜂在嗡嗡声中乱飞乱窜，栩栩如生的花卉植物周而复始地生长、发育、枯萎和死亡，还有说不清道不明的奇怪生物在进化和演变……这一切，难道是电子宠物的大汇集？或者是三维电脑动画的大展示？
　　大会主持者、洛斯阿拉莫斯非线性研究中心的克里斯．朗顿（Ｃｈｒｉｓ　Ｌａｎｇｔｏｎ）致词说：人工生命不同于常规生物学，它不是用解剖有生命的物种来理解生命。人工生命将用计算机等新兴科技来探索生物学领域的发展可能性，有点类似于人工智能，但不像人工智能那样用计算机来模拟思想，它模拟的是生命进化的过程和生命本身。也许有那么一天，当我们弄清了生命的本质后，也能够靠人工来制造生命。
　　３９岁的朗顿，瘦高的个头，棕色的头发，脸上极不协调地布满了皱纹。他就是人工生命科学的开创者，连这个名词也是他的发明。那年，他正在非线性研究中心作博士后研究，奇怪的是，他当时还没有通过博士资格答辩。
　　由于父亲是物理学家而母亲是侦探小说作家，朗顿从小就在科学与幻想交织熏陶下成长。因为参与了反战活动，大学二年级他不得不离开学校，来到麻省综合医院当了一名临时的程序员。除了在中学暑期培训班上学过一点电脑知识外，他高超的编程能力完全是自学而成。朗顿越来越迷恋电脑，经常在医院那台书桌般大小的ＰＤＰ－９型电脑上，独自工作或游戏到凌晨。
　　朗顿至今仍清楚地记得１９７１年冬季那天深夜的情景：他一边为某个程序在纸上修改代码，一边让ＰＤＰ－９运行一个名叫“生命”的游戏软件解闷。“生命”游戏是英国剑桥大学数学家康维（Ｊ．Ｃｏｎｗａｙ）的得意之作，当时在英国和美国的大学生中十分流行。这个游戏的屏幕上画着棋盘格，可以按游戏者的意愿，在棋格里放置代表“活的”黑方块和代表“死的”白方块。然而，一旦程序开始运行，它就根据几种简单的生物学规则，让有的黑块“死亡”而让新的白块“繁殖”，屏幕上不断活动和翻滚着不同的图案。奇妙的是，如果你耐心等待，它运行的结果可能是稳定，可能是振荡，也可能是灭绝，就像在显微镜下观察水滴里细菌的活动过程一样。
　　朗顿后来回忆到，夜深人静，他修改完一段代码，偶然抬头看了屏幕一眼，有“生命”的黑块正沿着弯曲的路径慢慢消逝，他突然感到浑身的汗毛都竖了起来，似乎有人躲在他的身后。猛地回头看，房间里并无他人，他意识到是“生命”游戏在作怪，电脑屏幕里也许真有藏着什么“活生生”的东西。朗顿的心灵受到了极大的震撼，“人工生命”的灵感正是在那一刻降临，并改变了他以后２０余年的生活道路。
　　为了体验朗顿当时的感受，笔者曾把发表在１９７０年《科学美国人》杂志上的“生命”游戏移植到自己的电脑上一直运行到深夜，似乎也体会到了某种说不出的特殊感受。顺便提一句，１９９４年１２期的《电脑报》曾刊登过这个程序的简化版本，并且指出：这个“生命”游戏开创了八十年代细胞自动机研究热潮的先声。
　　当朗顿重回大学修完哲学和人类学两门专业后，始终不能忘情于幻想中的人工生命。为了继续攻读博士学位，他申请了一个把电脑科学、人类学和哲学融为一体的论文选题，想用自己独创的理论和计算机方法研究人造的生命。然而，生命的本质究竟是什么？据说，一位对生命科学颇有造诣的权威学者为《不列颠百科全书》撰写“生命”辞条时写到：“对于生命一词，至今尚无普遍都能接受的定义”。更不幸的是，朗顿在他就读的亚利桑那大学竟然找不到一位导师既通晓生物学和物理学，又精通计算机科学。各学科的教师大都采取嘲笑的态度，把这个学生的人工生命幻想视作异端邪说。
　　万般无奈，朗顿不得不走进图书馆，试图通过自学，找到进入“人工生命”大门的钥匙。他知道，自从１９７０年“生命”游戏被流传开来后，人们首先注意到的就是这个游戏具有的“繁衍”结构。于是，他以“自我繁衍”为关键词检索，捧回了一大堆学术专著。
　　一个名叫冯．诺依曼撰写的《自我繁衍的自动机理论》和一个名叫勃克斯编辑的《细胞自动机论文集》立即引起了朗顿的注意。
　　冯．诺依曼的大名如雷贯耳，他是人们公认的“电脑之父”，他首创的储存程序结构的“诺依曼机”，至今还统治着几乎所有的计算机体系结构。勃克斯则是举世闻名的“埃历阿克”（ＥＮＩＡＣ）小组核心成员，正是他与莫契利、埃克特一起，发明了世界上第一台电子计算机。
　　原来，早在本世纪４０年代，冯．诺依曼就对自我繁衍的生命问题产生过兴趣。他设计的电脑体系可以编程，这是“电脑之父”最杰出的贡献之一。然而，一个问题始终困扰着早期的电脑界：这种能编程的机器最终能够通过编程来复制自己吗？
　　自然界具有“自我繁衍”典型特征的物体当然是植物和动物，它们以细胞的形式自我“复制”了几十亿年。冯．诺依曼从生命进化过程里发现，他也许可以撇开生命具体的生物学结构，从中揭示“自我繁衍”的本质特征并把它用于人造的机器。他在专著里写到：任何具有自我繁殖的系统，都必须具有两个不同的基本功能，一是如何繁衍下一代的“算法”，就像是计算机程序；二是能够被用来复制的“描述”，类似于计算机数据。
　　１９５３年，当两位青年科学家沃森和克里克揭示出自然生命ＤＮＡ分子结构的本质时，似乎准确验证了冯．诺依曼的上述预言——生命基因ＤＮＡ分子结构正好满足同时具备“基困程序”和“基困数据”的要求。深受鼓舞的冯．诺依曼当时就想建立一种“细胞自动机”模型，把他的理论在计算机上进行模拟。可惜，这位天才巨星已身患癌症，第二年便匆匆告别人世，没有来得及完成他最后的夙愿。冯．诺依曼死后，勃克斯应邀负责整理和编辑细胞自动机成果，并且补充了冯．诺依曼尚未完成的若干细节。
　　朗顿读完这段历史，顿时信心大增，他的思路与冯．诺依曼和勃克斯完全一致，至少这些前辈也和他一样“疯狂”。他向别人借钱买了一台ＡｐｐｌｅⅡ型计算机，每天晚上在机器上熬到两三点钟，第二天却不得不外出打工，以便养家糊口。
　　朗顿设计的“人工生命”是世界上最简单的自我繁衍结构，即能够在计算机屏幕上不断进行“繁殖”的图形，看上去像一个大写的“Ｑ”。这个“Ｑ”具有一条尾巴，只要条件合适，尾巴处就可产生另一个新的“Ｑ”，新的“Ｑ”又能产生“Ｑ”，直到屏幕完全被自我繁殖的图形充满为止。
　　问题的关键在于选择正确的规则。朗顿总共设计了８００条规则才使程序投入运转，这些规则必须与生命基因的自我繁衍过程相似。他后来讲，他不断制定规则，又不断进行修改和完善，直到存满了１５张磁盘，然后又重新开始……大约花了两个多月的时间，终于在一天深夜，所有的“Ｑ”汇集在一起，一个回路接着一个回路，无限地继续下去，就好像大海中不断生长的珊瑚树。朗顿激动万分，“生命”图案并不是他程序画在屏幕上的某种图形，而是这个系统自行“进化”的结果。这个系统本身就是对生命繁衍进化的一种真实模拟，他终于实现了冯．诺依曼设想中的“细胞自动机”
　　兴高采烈的朗顿返回学校，给人们看他的“人工生命”，仍然坚持着要攻读跨学科的博士学位。生物系和计算机系的教师摇着头，有人嘲笑说，你真是个不折不扣的白痴！只有他的一位哲学导师同情他的遭遇，对他说：你为什么不直接去找勃克斯教授呢？
　　朗顿睁大眼睛：“勃克斯还活着吗？”他原本以为，这位与冯．诺依曼同时代的电脑泰斗早已作古。
　　朗顿后来的境遇变得很顺利：勃克斯全力支持了这位年轻人。朗顿不仅转到勃克斯任教的密西根大学继续攻读学位，而且被聘任为勃克斯的助教。４年之后，朗顿在博士生尚未毕业时，就被洛斯阿拉莫斯非线性中心邀请前往作博士后研究。于是，他大胆发起了首届人工生命学术会议，并以人工生命为题的杰出论文通过了博士答辩。
　　参加首届人工生命大会的代表中，有位来自英国牛津大学的知名学者理查德·道金斯（Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｄａｗｋｉｎｓ）。因为出版了一本名叫《自私的基因》的著作，道金斯一夜成名，成千上万的读者给他写信说：《自私的基因》彻底改变了他们的生活，使他们第一次懂得了基因是生命赖以发展进化的基础，懂得了什么是生命的本质。
　　这位长着一张娃娃脸，瘦高个，梳着学生发型的牛津生物学教授，是诺贝尔奖金获得者丁伯根教授的助手和高足。他玩电脑已有２０余年历史，称得上资深的电脑“发烧友”。很早以前，他买回一台苹果电脑，花费了大量时间，用机器码来编写文字处理软件，为的是能用它写作生物学论文。他自嘲地说道：我也是世界上唯一使用这个程序的人。
　　与朗顿的奇遇相似，尽管对科学现象见多识广，道金斯仍然对那天晚上出现在他电脑屏幕上的景象惊叹不已。为了探讨他称之为“生命形态”的对象，道金斯设计了一个叫“盲人制表匠”的模拟软件。这个软件提供了非常接近现实的生命进化模型，通过一代又一代的“繁殖”迭代，道金斯看到了那种类似昆虫的“生物”，不断进化而组成为一种分叉树状的奇妙结构。他回忆说：“我的昆虫展现了像超现实绘画作品一般的形态，我分明在心底听见了凯旋进行曲的开篇乐章。”道金斯的“盲人制表匠”相当诱人地表现了生命形成的过程：在自我复制开始之后，生命还必须一代一代的逐渐进化。道金斯把他的这些发现详细记录在另一本著作里，书名也叫《盲人制表匠》（Ｂｌｉｎｄ　Ｗａｔｃｈｍａｋｅｒ）。
　　道金斯博士一直奔忙在生物世界与电脑世界之间。有一天，当他发现一片柳树叶儿飘飘荡荡地落下地，便沉思着说：“树上落下的是什么？它是程序，是关于柳树生长和柳絮飘飞的指令系统。我这样说并不是比喻，而是明白无误的事实。如果有人说树上飘落的是软磁盘，那也是完全正确的。”根据道金斯的观点，生命基因仅仅是信息的载体和程序的承担者。更为奇妙地是，基因结构是真正的数字式而非模拟式，遗传密码与计算机代码的区别仅仅在于，前者是四进制而后者是二进制。除了专业术语不同之处，分子生物学杂志的每一页都可以转换成计算机杂志的内容。
　　道金斯的这些言论，听上去很像一派胡言乱语。但是，另一位诺贝尔奖得主弗朗西斯·克里克（Ｆｒａｎｃｉｓ　Ｃｒｉｃｋ）这样高度评论他的作品：“为了拯救你的灵魂，请读一读道金斯的《盲人制表匠》吧。”
　　如果说，朗顿讲的是生命“繁衍”，道金斯演示了生命“进化”，克内格·雷诺兹（Ｃｒａｉｇ　Ｒｅｙｎｏｌｄｓ）展示的“类鸟”则反映了生命繁衍进化过程中的“突变”现象。
　　雷诺兹是美国洛杉矶一家电脑公司的制图专家，正在制作一部以生命为题的电影，有一个片段反映的是许多鸟儿在天空中飞来飞去。雷诺兹突发奇想：为什么不制造一些“计算机类鸟”，然后把它们“放飞”，也许会发生一些有趣的现象。
　　雷诺兹给他的“类鸟”取名“柏德”（Ｂｏｉｄ），为它们编制了如何飞翔的规则指令，例如尽量与障碍物保持距离、与其它的“柏德”保持相同的速率等等。他编完了这些程序后，就把一群“柏德”放进到处是墙壁和障碍物的屏幕里。雷诺兹下达了运行命令，紧张地盯着屏幕，他不知道会有什么结果。
　　屏幕上的鸟儿飞了起来，逐渐凑成了一群，时而又分成一些更小的群体，从障碍物两边绕过，又在另一端重新聚集。雷诺兹感到有些意外，他并没有在程序里写入任何“聚集成群”的规则，“合群”是这些“柏德”们自发的倾向。
　　不久，一只“鸟”渐渐离开了队列，单独朝反方向飞走。可是它很快就“意识”到自己犯了错误，迅速从空中折回，划了一个圈后重新回归队伍。
　　突然，另一只“鸟”不知为何违反了程序规则，狠狠地撞在柱子上。只见它挣扎着扑打翅膀，跌跌撞撞地又飞了起来，朝着鸟群的方向追赶而去。
　　雷诺兹不禁大惊失色：他从未给任何一只“柏德”下达过这类有“理智”的指令，但事情居然发生了，电脑程序化的“生命”出现了类似于生物群体的“突变”行为。
　　对于这种奇怪的现象，人工生命研究者解释说：在自然界，的确有一些并不聪明的昆虫也能很好地适应复杂环境，这些正是我们想要弄清楚的原理，使我们研制的下一代机器人，也能够用简单功能处理各种复杂的事务。
　　在大会即将结束的时候，一位代表在发言中指出：既然计算机程序能够繁衍、进化和变异，与周围环境相互影响并能模拟经验，为什么不能认为它们在某种意义上就是一种有“生命”的物体呢？
　　读到此时，如果你对人工生命的研究对象仍然感到迷惑不解，请想想人们十分熟悉的一类程序——它不仅能够自我复制和繁衍，而且可以扩散，甚至也能“进化”和“变异”。它具有自然界某些生物的“寄生性”特点，十分聪明地隐藏在宿主生物的躯体内，使人难以察觉。它的特征几乎涉及到了所有衡量生命的尺度。它带来的恶劣影响，早已让电脑界人士“谈虎色变”。这种人工生命的名称就叫电脑病毒。
　　事实上，为召开本次人工生命大会，朗顿差一点就成为电脑病毒的制造者。作为电脑编程高手，他知道在ＵＮＩＸ操作系统寄发电子邮件的公用程序中有一个缺陷，可以利用它把电子邮件自我复制后发送多份。朗顿原想把自己起草的人工生命大会邀请函，在电脑网络上自我复制后发向世界各地，起码能够节省大量的时间。转而一想，用这种方式联络同仁恐怕不太光明正大，才打消了这个念头，改用信件方式发函。
　　大约一年后，１９８８年１１月２日，美国康乃尔大学学生罗伯特·莫里斯（Ｒｏｂｅｒｔ　Ｍｏｒｒｉｓ）正是利用了这个缺陷，把他首创的人工生命“蠕虫”病毒放进Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络，闯下了弥天大祸。一夜之间，这条“蠕虫”闪电般地自我复制，并向着整个Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络迅速蔓延，使美国６０００余台基于ＵＮＩＸ的小型电脑和工作站受到感染和攻击，网络上几乎所有的机器都被迫停机，直接经济损失在９０００万美元以上，莫里斯本人也因此受到了法律的制裁。看来，人工生命研究同样是一把锋利的双刃剑，弄不好将给人类带来无穷的灾祸。
　　为此，１９９０年２月间举行的第二届人工生命大会特分设了电脑病毒小组委员会，认真研讨这个无法回避的问题。电脑病毒具有极大的破坏性，但从人工生命的角度来看，它是否应该有“生存”的权利呢？人们都感到这是十分棘手的问题。
　　第二届人工生命大会比首届大会增加了将近１００人，这个新兴的学科方兴未艾，正在蓬勃发展。美国加州大学的研究人员还展示了他们最新的实验成果。由于该大学拥有一台巨大的并行超级电脑，可以模拟出一种非常庞大的迷宫。研究人员成功地在迷宫里运行了他们设计的“电脑蚂蚁”程序。这种“蚂蚁”从１比特开始，不断繁殖出大批后代，最后形成了１３万余只“蚂蚁”组成的大军，浩浩荡荡地在迷宫里行进。有的“蚂蚁”被卡在某个角落里不能动弹，有的“蚂蚁”则成功地钻了出来。人工“蚂蚁”钻迷宫的投影片，让全体与会者大饱眼福。
　　目前，在人工生命研究成果中，无论是朗顿的“自我繁衍机”，还是道金斯的“盲人制表匠”，以及“类鸟”和电脑“蚂蚁”，或许也应该包括电脑病毒，显然都不是真正的“活物”，它们仍然是离开电脑就不能“存活”的生命模型。然而，人工生命的研究者们确信，人造的真实生命总有一天会走进我们的家园。人工制造的这种生命活体，将诞生于他们对生命本质的完全了解，诞生于机器人学、生物化学和电脑科学的不断发展之中。
　　在首届人工生命会议论文集的序言里，朗顿博士这样写到：“本世纪中叶，由于掌握了原子武器，人类已经具有毁灭地球所有生命的能力；到下一世纪中叶以前，人类将会具有创造生命的能力。”
　　众所周知，今年春天那头克隆羊“多利”已经在全球引起了巨大的社会震撼，它还只是一种用自然生命复制的自然生命。人们不禁会问：如果到了朗顿预言实现的那一天，当人类也能够扮演“上帝”的角色，用电脑凭空创造出另外一头什么羊的时候，又将会呈现什么样的情景呢？