DNA计算机研究的新进展 刘爱芳 1997-01-01 　　随着科研手段的不断进步，人类思维研究进入当今世界前最沿的科学技术领域。科学家已经开始从分子水平上来揭示人类思维之谜，而且正在利用这些新发现研制“生物”计算机。 　　在过去４０多年中，分子生物学的兴起和发展已将生命现象分解成大量的基因和蛋白质的组合。目前科学家正在进一步研究这些生物大分子及其组合的功能。科学家从分子层次上发现，生物大分子之间遵循着化学和物理规律发生相互作用，在相互作用过程中一些生物大分子形成了“生物电路”。“生物电路”具有类似计算机的信息传输和处理，甚至逻辑运算的功能。 　　英国《自然》杂志不久前刊登了科学家发现“生物电路”的消息。这则消息说，英国剑桥大学的一个科研小组对活细胞中的“生物电路”、尤其是蛋白质在“生物电路”中的作用进行了研究。他们发现，一些蛋白质的主要功能不是构成生物体的某种结构而是用于传输和处理信息。“生物电路”进行的并不是抽象的数学运算，而是对细胞所处的具体环境作出反应。 　　剑桥大学的科学家还对一种细菌中的蛋白质进行了研究，结果发现细菌内部存在着蛋白质构成的信息处理网络。这种网络有可能根据分子密度和形状等性质的变化传递和处理信息，该网络能够根据接收到的信息驱使细菌游向营养物质所在的地方。 　　科学家认为，最能体现“生物电路”功能的是在生物胚胎阶段，不同的细胞产生的反应不同，不同的细胞之间需要进行信息传递，并在细胞内部处理传递的信息。细胞之间的反应十分协调，最终能生长成一个生物体，这表明细胞之间的信息传递和处理功能十分强大。 　　除了英国科学家的发现外，美国斯坦福大学的科学家也在细菌中发现了“生物电路”。他们在生物利用能量的糖酵解过程中发现了逻辑运算现象，并找到有关的“逻辑门　”（逻辑门电路是电子计算机的主要构件之一）。 　　人们一直对计算机能否象人一样思维存在争论，目前已经问世的各种人工智能计算机远未达到人类的智能。但这些最新的研究表明，能够与人类智能相媲美的计算机完全可能问世。根据这些新发现，一些科学家提出了“生物”计算机的设计思路。这些设想中的生物计算机运算速度和存储容量将大大超过现有的电子计算机。而在这些生物计算机中，科学家最看中的是ＤＮＡ计算机。 　　ＤＮＡ上含有大量的遗传密码，它通过生物化学反应完成遗传信息的传递，这一过程是生命现象的基本特征之一。科学家提出ＤＮＡ计算机的原理是，ＤＮＡ分子中的密码相当于存储的数据，ＤＮＡ分子之间可以在某种酶的作用下瞬间完成生物化学反应，从一种基因代码变为另一种基因代码，反应前的基因代码可以作为输入的数据，反应过后的基因代码可以作为运算结果。如果控制得当，那么就可利用这种过程制成一种新型计算机。 　　关于ＤＮＡ计算机的理论是１９９４年１１月美国《科学》杂志首先公布的。它的提出者美国南加利福尼亚大学的伦纳德·阿德拉曼博士利用ＤＮＡ溶液在试管中成功地试验了运算过程。他认为，这种计算机能利用生物化学过程解决非常复杂的数学难题。去年４月，世界各地的２００多名数学家、分子生物学家、化学家和计算机专家汇集美国普林斯顿大学讨论这一新思想，并提出了实验计划。 　　参加这次会议的科学家认为，ＤＮＡ计算机运算速度快，它几天的运算量就相当于目前世界上所有的计算机问世以来的总运算量。另外，它的存储容量非常大，１立方米的ＤＮＡ溶液可存储１万亿亿位的数据，超过目前所有计算机的存储容量。再有，ＤＮＡ计算机所耗的能量只有一台普通计算机的十亿分之一。 　　生物计算机是人们多年来的梦想，它可彻底实现现有计算机所无法真正实现的模糊推理功能和神经网络运算功能，是智能计算机的一个突破口之一。一些科学家认为这种新型计算机将于５年内取得实质性进展。但也有科学家认为，生物计算机并不能彻底代替电子计算机，也许未来的计算机是两者的结合体。 　　由于由成千上万个原子组成的生物大分子形状非常复杂，而且可以卷曲、移动甚至改变形状，因此“生物电路”中大分子之间进行的化学和物理过程远非实验室能够模拟。包括ＤＮＡ计算机在内的各种计算机的研制非常复杂，生物计算机的实现还需要一个漫长的过程。