DNA计算机能够玩游戏 新的计算革命到来

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一件听起来匪夷所思的事情成为现实。科学家用DNA作为基本材料制作出了新一代的电脑。在近期的《自然生物技术》杂志上，哥伦比亚大学的研究人员发表论文表示，他们研究出的DNA计算机在与人的较量中能够赢得“井字游戏”。 　　如果这真的引起一场革命，其根源很可能要追溯到十年前的一个夜晚。那天晚上南加州大学的计算机科学家莱昂纳多-阿道曼躺在床上读詹姆斯-沃特森 （James Watson）的《基因分子生物学》。他告诉妻子，“这是一个神奇的东西。”睡梦中，他产生了一个朦胧的想法：人的细胞与计算机处理和存储信息有许多类似 的地方。

　　计算机以二进制的0和1进行数据存储，而生物的DNA以A、T、C和G四个字母代表的四种碱基作为基本结构。还有许多其它的类似地方，阿道曼开 始构思其DNA计算的基础架构。这一午夜的胡思乱想已经成为地地道道的科学构想，并得到美国公家航空航天局和五角大楼以及其他联邦部门的资助。现在，全世 界有为数不多的研究人员正在致力于开发微型生物基础的计算机。

　　试管中的计算机

　　研究人员将他们的创造称之为“机器”或者“设备”。而事实上，这些东西仅仅是存在于试管中的充满DNA的水。而这些液体被人们号称执行运算法则，能够运算出数据。

　　目前，DNA计算机所能解决的问题都是些很基本的简单计算。小孩用纸和笔就能很轻易的计算出结果。但研究人员期望某一天能够将微型计算机注入人 体，然后开展杀死病毒、修复正常细胞等工作，从而维持人体健康。他们还相信，遗传物质可以自我复制，并成长为可以处理复杂数据的处理器，其处理能力甚至能 够超过硅芯片计算机。科学家们希望最终能够创造出可自我维持的计算机，比如可以用于宇航员身体健康状况的自动监测和调整。

　　如何阅读DNA数据

　　阿道曼当晚所惊奇的是，他发现酶“阅读”DNA的方式与计算机先驱阿兰-图灵（Alan Turing）1936年对计算机读取数据的最初构想出奇的相似。阿道曼意识到细胞内部充满了各种各样奇异的工具，“细胞是百宝箱”。

　　阿道曼1994年制作了第一个基于DNA的计算机，并用它解决了经典的“推销员问题”（traveling salesman problem，TSP ）。这个问题要求一个推销员在不同城市间穿行，但不能重复经过某个城市两次。

　　阿道曼将7个不同的城市用长为20个碱基的DNA链代表，然后将他们注入无数其他DNA中。它们自然结合在一起，形成成千上万条随机路线，这与 计算机用随机数字所创造的环境极其类似。从这些DNA链的大杂烩中，阿道曼最终找到一个满意的解决方案：一条直接从第一个城市联结到最后一个城市的DNA 链，它不需要重复任何一步。DNA计算诞生了。

　　真正的了解生命

　　这些研究人员真正需要做的是控制、预测和理解生命本身。所以没有人怀疑他们的机器要等到许多年后才可能走出实验室。

　　生物学家现在紧掌握了DNA开链的基本原因和方式以及如何发送和接收信息。DNA非常脆弱并很容易传递错误信息，这正如当今世界的癌症发病率所 反映的一样。这些现实以及其它因素让人不得不对DNA能够最终取代硅芯片产生疑虑。即使如此，这一领域的研究人员依然相信他们处在计算革命的先锋位置。

　　毕竟，一克干燥DNA所能携带的信息就相当于1万亿片压缩磁盘的容量。阿道曼相信总有一天能够以某种方式利用这种优势。“我仅仅是不知道以何种 方式。”其中的一个问题是，安置一台DNA计算机并使用它计算出结果可能需要数天甚至数周的时间。更大的障碍是DNA不能进行精准的计算。

　　研究中的应用

　　哥伦比亚大学的研究人员Milan Strojanovic在NASA的资助下正在开发一种基于生物特性的机器，这种设备可以不用人的帮助进行自主计算。这一价值1500万美元的项目旨在开 发为太空旅行使用的宇航员健康状况生物传感器。他们希望将这种技术应用于宇航员的保健。

　　以色列魏兹曼科学研究院的 Ehud Shapiro则正在设计携带治疗信息的微小分子，并希望将其注入人体开展诊断治疗。他在2001年获得了美国的“计算机”专利。该专利仅仅是一滴水，其 中包含有DNA和酶，这些就是该计算机的输入、输出、软件和硬件。今年，他的研究小组开始利用其“设备”中DNA分离所释放的能量作为其能源。这一小组的 发明被某些企业称为“最小的生物计算设备”。

　　Shapiro本人对遗传物质取代硅也表示怀疑，但他对DNA计算依然表示乐观。他认为，两种计算方式将共存，分别用于不同领域。