活细胞或成未来数据处理“大军”生物体成计算机

　　前言：生物计算机可以绘制地图、让集成电路上的基本组件―逻辑门运行、执行二级制计算操作，甚至还不止于此。

　　据美国《大众科学》网站近日报道，并非所有计算机都要以硅为生。顾名思义，计算机是一种能处理数据、进行运算或使用所谓的逻辑门来将输入(二级制代码0和 1)变成输出的机器。但现在，一个小型的国际科研团队正尝试着为计算机开辟新的疆域：将活细胞、动物以及其他活体有机物囊括进来。这些科学家正在进行各种实验，有些实验的理论性非常强，而有些实验则朝着生物计算机迈出了第一步。不管如何，所有种种尝试和努力都是为了让生物体来执行现在由芯片和电路板执行的工作。

　　寄居蟹进行逻辑运算

　　去年，英国布里斯托尔市西英格兰大学的非传统计算机学专家安迪・阿达马特兹基和日本科学家制造出了由寄居蟹运行的逻辑门。首先，他们搭建出了一些迷宫，这些迷宫复制了计算机逻辑门内线路的形状。

　　随后，他们让两群寄居蟹(输入)从一个逻辑门的终端“行进”到另一个逻辑门的终端，并对其行踪进行了追踪。当这两群寄居蟹相撞时，它们结合在一起，形成了一群新的寄居蟹(输出)，这群新寄居蟹的行进方向常常是两群“输入”寄居蟹行进方向的矢量和的方向，这一实验表明，一个活体生物或者一套随即系统能够产生有用的顺序。

　　黏液菌造出“路网”

　　如果说寄居蟹在聚簇方面的表现可以用“良好”来形容的话，那么，寄居在腐烂的树上、名为“黏液菌”的单细胞微生物在制造地图方面的表现就更令人叹为观止了。2010年，阿达马特兹基和另外一名科学家发现，黏液菌的生长可基于地形模型，并因此很好地模拟出美国真实的网状道路系统，而且，他们还发现，由于黏液菌的培育生长具有很强的“弹性”，它还可以用于创建移动通讯和交通运输网络的模型。

　　有鉴于此，在过去几年里，阿达马特兹基和加拿大皇后大学的计算机科学家赛利姆・阿卡尔一直在尝试使用黏液菌构建地图网络。

　　在一个实验中，他们在一副加拿大地图的主要城市上放置了燕麦片(黏液菌的食物)，随后，他们把这种黏液菌放在地图上的多伦多上。然后，这种黏液菌慢慢向前流动，其行进道路也是到达其他城市最有效的道路，他们这样制造出的“路网”同加拿大实际的高速公路路线几乎完全一致。

　　细胞进行二进制计算

　　去年4月，瑞士生物工程师宣布，他们已经通过编程，让人体细胞进行计算机所进行的二进制的加减运算。他们对细胞进行了改造，让细胞内的基因能够形成一个精细的电路，其能相互打开或者关闭。这些细胞能够处理添加到其内(分子红霉素和根皮素)的两个输入，并且通过产生红色或者绿色的荧光显示出答案。

　　捷报不断传来，据今年6月3日的《自然》杂志报道，细胞计算设备领域的领军人物、瑞士苏黎世联邦理工学院生物技术和生物工程教授马丁・富塞内格尔领导的科研团队表示，他们研制出了首个哺乳动物单细胞计算器。研究人员使用哺乳动物的细胞，构建了一个能够执行逻辑运算的基因网络。基因网络启动形成了一种荧光蛋白，使细胞发光。在实验中，他们将根皮素和红霉素作为两个输入信号。科学家们表示：“通过组合几个逻辑门，我们在细胞合成基因网络中获得了前所未有的复杂水平。”值得注意的是，这种生物计算器可以平行处理两个不同的输入和输出信号。

　　不过，科学家们也表示：“尽管这种计算器的性能远逊于电脑。但是，从本质上讲，一个哺乳动物细胞能够像这样运算就已经是一件令人惊叹的事情。”此前，已有其他科学家利用酵母和细菌实现了不同的电路元件。然而，新的基于哺乳动物细胞的电路的复杂性轻易就超越了酵母和细菌。在上述诸多试验的辉映下，生物计算机变得更加引人注目。

　　在极端领域大展拳脚

　　诸多试验和结论究竟说明了什么呢?阿达马特兹基表示，黏液菌绘制地图的能力可以被科学家们借用，用来设计道路，无线网络以及性能比目前流行的计算机还略胜一筹的信息处理电路。黏液菌和电子设备的“联姻”也能为人类提供很大的帮助。阿达马特兹基正在制造的计算机芯片就融电子通讯的速度和黏液菌的学习能力于一炉。

　　阿达马特兹基称，这种“混杂”技术处理信息的方式不像计算机而更像大脑，它能够通过经验和不断试错进行学习并获得成长，这就使它既能解决神经科学的问题，也能解决计算机科学的问题。阿达马特兹基说：“我们认为，以黏液菌为基础的计算研究将给生物电子设备和计算机产业带来一场革命。”

　　阿达马特兹基的同事阿卡尔表示，生物计算机的一个好处可能是，在传统电子设备无能为力的领域，它们能够大展拳脚。阿达马特兹基说：“比如，要想在一些极端领域，诸如深海底、人体内或者其他星球进行计算，我们目前所依赖的计算机或许只能望洋兴叹，但这种生物计算机就能够起作用，因为，可能导致硅芯片熔化、结冰甚至分解的环境也有可能是生命繁茂生长的沃土。”

　　生物计算机：医学领域的福音

　　不过，科学家们认为，这种生物计算机最大运用领域可能是医学领域，因为细胞非常擅长相互沟通。富塞内格尔表示，可以通过编程，让细胞变成“智能细胞植入”，将其放入人体内，让其监控患者的新陈代谢;传递健康问题并实施治疗等。例如，一名乳腺癌高危患者或许可以考虑接受这种移植，这种移植能识别出可以指示癌症的分子并且产生蛋白质杀死制造这些分子的细胞。

　　也可以通过开发一个电路来识别与疾病相关的代谢产物，调控具有治疗效应物质的释放，例如胰岛素等。富塞内格尔表示：“有病的细胞就像有漏洞的程序一样，很容易识别出来，计算机科学家非常擅长寻找计算机程序的漏洞并且解决这些问题，当然也可以研制出生物计算机找出‘有病’的细胞。只不过，我们目前离这样的应用还相距甚远。”