人工生命

人工生命
人工生命:计算机与生物学相遇的前沿。

创造生命可以说是人类自古以来的梦想。

古代的神话几乎无例外地都把生命看作是由神从无生命的物质中创造出来的。

如果说神话最早反映了生命可以从无生命物质创造出来的人类理想的话, 那么, 从近代开始, 人们则试图实际地用机械的方式创造生命。

1735年,一位名叫雅克〃沃肯森的人曾经制造了一个人造鸭子, 这鸭子不仅看上去像鸭子,而且还能像鸭子一样在水面上拍打翅膀、叫、吃食、饮水、消化,甚至能排泄出一粒粒人造食物。

它是一件做工极其复杂的杰作, 仅一只翅膀就由400个机械零件组装而成。

虽然如此, 但是在生命的本质还没有得到充分了解以及人们的制造技术还很落后的情况下, 人们能创造的, 充其量只是类似迪斯尼公园里的一些古怪的生命模拟物而已。

然而,从20世纪中叶开始, 生命科学和计算机科学的发展, 为我们提供了全新的理论和工具。

人工生命不再是几个有强烈好奇心的人的业余爱好, 而是一些严肃的科学家基于计算机和生命的原理正试图实现的目标了。

一、人工生命思想的萌芽和主要思想
现代人工生命思想的萌芽可以追溯到 20世纪中叶计算机专家阿兰·图灵和约翰·冯诺伊曼的工作。

图灵证明生物的胚胎发育可以用计算的方法加以研究。

冯诺伊曼则试图用计算的方法描述生物自我繁殖的逻辑形式。

到了 70年代和 80年代, 随着电脑速度的大幅度提高以及个人电脑的普及, 在康韦、沃弗拉姆等人有关“生命游戏”研究的基础上,克里斯·兰顿发现,处于“混沌的边缘”的细胞自动机既有足够的稳定性存储信息, 又有足够的流动性来传递信息。

当他把这种规律与生命和智能联系起来时, 他认识到,生命或者智能很可能就起源于“混沌的边缘”。

于是兰顿的脑海中浮现出一个崭新的思想: 如果我们在计算机中建立起产生“混沌边缘”的一定规则,那么, 从这些规则中就有可能浮现出生命来。

由于这种生命不同于地球上以碳为基础的生命, 因此兰顿把它称为“人工生命”。

兰顿的说,“人工生命是研究展示自然生命系统特征的人工系统” , 它主要通过综合的方法, 即自下而上的方法研究生命。

人工生命并不特别关心我们已知道的地球上的特殊的以水和碳为基础的生命,这种生命是“如吾所识的生命”(life -as - we - know- it) ,是传统的生物学的研究主题。

人工生命研究的则是“如其所能的生命”(life - as -it - could - be) 。

生命最本质的东西是它存在的形式, 因此如果我们能够从具体的生命当中抽象出控制生命的逻辑, 并且能够在另外一种物质中获得相同的逻辑,我们就可以创造出基于不同材料的另外一种生命。

今天的生物学仅仅是关于“如吾所识的生命”的生物学,我们只有在“如其所能的生命”的广泛内容中去考察“如吾所识的生命”,才会真正理解生物的本质。

因此, 生物学必须成为任何可能出现的生命形式的生物学。

人工生命的最终目标就是创造出真正具有活性的生命----人工生命。

二、 Tierra :人扮演上帝
1990 年,美国热带雨林专家托马斯〃雷( Thomas Ray) 编写的Tierra (西班牙语意为地球) 模型轰动了整个人工生命界。

Tierra 的不平凡之处不仅在于它第一次是由一个生物学家设计的, 而且还在于雷第一个宣称,他的“地球”( Tierra) 上的“生物”事实上就是“活的”。

他说, “创造生命其实很容易”。

他把他的模型命名为“地球”, 其意就是表明, 人们已经在扮演上帝,开始了第二次创世纪!雷在编写他的模型时, 与大多数人工生命的模拟研究不同, 他的目标不是直接模拟自然的生命,而是制造出完全不同于在我们周围看得见的生命形式。

他打算让这些生命形式在它们的计算机硅环境中演化,产生自己独有的种系。

一般地说, 生命都具有新陈代谢、复制和进化的能力。

在自然界中, 生物是由有限的食物供给和有限的生存空间约束的; 有机体在获取食物和复制上的效率越低, 它的适应就越差, 它传递到下一代的机会就越少。

在Tierra 中, “生物”由一系列能够自我复制的机器代码或程序组成, 它在计算机中的复制分别受到计算机的存储空间和CPU时间约束。

能有效地占有内存空间和利用CPU时间的生物体,将具有更高的适应度,传递到下一代的机会就越大。

Tierra 的祖先有机体包含80个汇编程序指令,包括一个扩展的代码, 其中有产生子代有机体的方法。

由于这台计算机的CPU 和内存已规定了Tierra 的边界, 因此可能产生的演化生物的种类势必受到了一定程度的限制。

雷已经提出在国际互联网上建立Tierra , 这样就可以将网上计算机中闲置的空间,作为Tierra 资源的一部分加以利用。

雷期望在这种新的条件下, 他创建的祖先生物会演化出更多的物种并产生出更多的存活和繁殖策略。

三、走向未来
自从1987年兰顿提出人工生命的概念以来,人工生命学术界已举办了7 次里程碑式的国际学术会议, 这7次ALIFE会议构成了该领域发展轨迹在时间维上的重要坐标点。

人工生命被认为是走向21世纪的科学。

人工生命学科的积极倡导者法默曾这样说到:“随着人工生命的出现, 我们也许会成为第一个能够创造我们自己后代的生物”;“这种生物的知识和智慧将远远超过我们。

当未来具有意识的生命回顾这个时代时, 我们最瞩目的成就很可能不在于我们本身, 而在于我们创造的生命。

”虽然许多人可能不像法默这么乐观,但人工生命在21世纪肯定会有重大的突破则是毫无疑问的。

人工生命不仅仅是对科学和技术的一个挑战,而且要涉及到社会、道德、哲学和宗教信仰等很多问题。

假若21世纪中叶具有智慧的人工生命果然被创造出来, 那么, 人工生命就会像哥白尼当年的太阳系理论那样,“将迫使我们重新审视我们在宇宙中所处的地位和我们在大自然中扮演的角色。

”。