如何模擬生命，并進(jìn)化出思維？

模擬一個(gè)生命，首先要了解生命是如何運(yùn)作的，生命活動(dòng)包括很多方面，如果僅僅是在計(jì)算機(jī)上模擬，可以把生命簡(jiǎn)化為一系列用酶作為催化劑的化學(xué)反應(yīng)的綜合。一連串的化學(xué)反應(yīng)組成一個(gè)“代謝通路”，不同的代謝通路之間相互作用形成“代謝網(wǎng)絡(luò)”。理論上，只要能描述整個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)酶促反應(yīng)，就模擬出了一個(gè)完整的生命。
每個(gè)酶促反應(yīng)都可以用一個(gè)或者一組微分方程描述，要建立這個(gè)微分方程，則需要得到這個(gè)酶促反應(yīng)相關(guān)的各種參數(shù)。包括反應(yīng)速率、反應(yīng)條件、底物濃度、產(chǎn)物濃度、酶的穩(wěn)定性等。只要得到每個(gè)酶促反應(yīng)的參數(shù)，就可以用很多很多微分方程聯(lián)立模擬出整個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)，之后，再模擬出受這個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)影響的細(xì)胞各部件的行為，也就模擬出整個(gè)生命過(guò)程了。
由于生命的復(fù)雜程度差別很大，首先當(dāng)然是研究最簡(jiǎn)單的生命形式。人類已知最簡(jiǎn)單又相對(duì)易于研究的生命形式是一種叫做 Mycoplasma genitalium（生殖道支原體）的生物, 它的基因組大小大約 580kb，含有521個(gè)基因，編碼482個(gè)蛋白質(zhì)。雖然與之相比，病毒要簡(jiǎn)單得多，但病毒本身必須要寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)，無(wú)法獨(dú)立生活，所以不能算完整的生命。

生命活動(dòng)是個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)沒(méi)法單獨(dú)拿出來(lái)研究，因?yàn)閱为?dú)拿出來(lái)的情況和在網(wǎng)絡(luò)中的情況可能有很大差別。另一方面，如果不了解單個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀況，研究整個(gè)網(wǎng)絡(luò)又無(wú)從下手。
更為棘手的是，即使是定性的描繪這個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)的工作也沒(méi)做完，因?yàn)槊總€(gè)酶促反應(yīng)的酶可能都隱藏著不為人知的其他功能，有可能在催化這個(gè)反應(yīng)的同時(shí)，又以某種形式影響著另外一個(gè)酶促反應(yīng)，這種影響可能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的行為都發(fā)生變化。因?yàn)槊總€(gè)酶都是獨(dú)特的，這種變化雖然有規(guī)律可循，但以目前我們掌握的知識(shí)，還很難預(yù)測(cè)。換句話說(shuō)，自由度太高了。
這僅僅是最簡(jiǎn)單的生命，當(dāng)生命的復(fù)雜程度增加時(shí)，這種自由度也會(huì)呈幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)。有朝一日我們能夠模擬最簡(jiǎn)單的單細(xì)胞生命之后，還有很多巨大的障礙等著我們跨越，包括：比生殖道支原體復(fù)雜程度更高的真細(xì)菌；
最簡(jiǎn)單的真核生物：真核生物比原核生物體量大很多，有很多復(fù)雜的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和基因結(jié)構(gòu)；多細(xì)胞生物：涉及到細(xì)胞間的信號(hào)通訊和調(diào)控；有神經(jīng)系統(tǒng)的生物：思維到那時(shí)候，我們就可以思考思維的模擬了，每一步都是重要的里程碑，當(dāng)我們最終到達(dá)能夠模擬人類的程度，也就意味著人類對(duì)于生命的認(rèn)識(shí)達(dá)到了相當(dāng)高的程度。

        斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授和 Craig Venter 研究中心的學(xué)者合作，模擬了尿道支原體（mycoplasma genitalium）內(nèi)部的所有化學(xué)反應(yīng)，包括所有的RNA，DNA，蛋白質(zhì)，所有的大分子，代謝反應(yīng)，等等，建立了一個(gè)完整的“虛擬細(xì)胞”。

如何建立這樣的模型？

尿道支原體是最簡(jiǎn)單的生命之一，基因組小，基因少，幾乎所有的代謝產(chǎn)物都已知或者容易被測(cè)定。在使用了這個(gè)模型之后，需要做的是使用計(jì)算機(jī)模擬所有發(fā)生在這個(gè)細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。

這些化學(xué)反應(yīng)包括 A 中顯示的所有。B 顯示的是模型中模擬的對(duì)象類型，以及參數(shù)估計(jì)的過(guò)程。后面的圖表更為技術(shù)性，就不引用了。

科學(xué)家可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和這個(gè)模型，估計(jì)出大部分的化學(xué)反應(yīng)參數(shù)，并且模擬這個(gè)細(xì)胞的運(yùn)作，甚至預(yù)測(cè)出了一些尿道支原體以前未知的性質(zhì)。

這篇文章說(shuō)明了什么？說(shuō)明如果計(jì)算機(jī)能力足夠強(qiáng)，我們對(duì)生命的理解足夠深入（以及科研經(jīng)費(fèi)足夠 。。。）的情況下，我們是有可能模擬出一個(gè)“虛擬細(xì)胞”的。一切都在硅晶片上運(yùn)作，模擬出細(xì)胞的絕大多數(shù)行為。

模擬多細(xì)胞生命體的行為比單細(xì)胞難，但并非不可能。而這樣的模擬能否達(dá)到到模擬大腦，模擬人類思維的程度，至少很多人會(huì)為之終身努力的。不知道咱們這輩子能否看到，但是如果有一天真的做到了，不會(huì)覺(jué)得奇怪，因?yàn)榭茖W(xué)的進(jìn)步是日新月異的！！

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