为什么活细胞是数据处理的未来

并非所有计算机都是由硅制成的。根据定义，计算机是处理数据、执行计算或使用所谓的逻辑门将输入（例如二进制代码中的 1 和 0）转换为输出的任何东西。现在，一个小型国际科学家团体正在努力将计算机的范围扩大到包括细胞、动物和其他生物体。他们的一些实验是高度理论化的；其他一些实验代表了迈向可用生物计算机的第一步。所有这些都是让生命完成现在由芯片和电路板完成的工作的尝试。

例如，去年，西英格兰大学的计算机科学家 Andy Adamatzky 和一组日本研究人员建造了在士兵蟹上运行的逻辑门。他们首先建造了迷宫，复制了计算机逻辑门中电线的形状。

然后，他们把两群螃蟹（输入）从门的一端赶到另一端。当两群螃蟹相撞时，它们会合并形成一个新的螃蟹群（输出），而新的螃蟹群通常会朝着它们矢量之和的方向前进，这表明一个有生命的、有点随机的系统可以产生有用的秩序。

如果说螃蟹擅长聚集在一起，那么一种生活在腐烂树木中的单细胞生物——多头绒泡菌，又称黏菌——则出人意料地擅长绘制地图。亚当斯基和安大略省皇后大学的计算机科学家塞利姆·阿克尔过去几年一直在使用黏菌绘制网络地图。

黏菌“将引领生物电子学和计算机行业的革命”。

在一次实验中，他们拿出一张加拿大地图，将燕麦片（黏菌食物）撒在该国各大城市，并将黏菌放在多伦多。黏菌从地图上渗出，形成通往各城市的最高效路径，形成几乎完美模仿加拿大实际公路系统的“道路”网络。

去年 4 月，生物计算机的表现更加令人印象深刻。瑞士生物工程师宣布，他们已对人类细胞进行编程，使其能够进行二进制加法或减法，而这正是计算机进行算术运算的方式。他们通过基因工程改造了这些细胞，使其拥有一个复杂的基因回路，可以相互打开或关闭。这些细胞可以处理添加到培养皿中的两种输入物（红霉素和根皮素分子），并通过产生红色或绿色荧光蛋白来显示答案。

这一切的意义何在？阿达马茨基说，黏菌的绘图能力可以设计出比现在的计算机更好的道路、无线网络和信息处理电路。将黏菌与电子设备结合起来也可以带来好处。阿达马茨基已经在制作一种计算机芯片，将电子通信速度与黏菌的学习能力结合起来。

这种混合技术处理信息的方式与计算机不同，而更像大脑，通过经验和反复试验进行学习和成长，从而能够解决神经科学和计算机科学的问题。“我们设想，基于绒泡菌的计算研究将引发生物电子学和计算机行业的一场革命，”他说。

他的同事阿克尔说，生物计算机的一个优势可能是它们可以在传统电子设备无法使用的地方发挥作用。“想象一下在严酷的环境中进行计算，比如海底、人体或我们的计算机可能无法生存的另一个星球，”他说。生命形式可以在硅芯片可能熔化、冻结或解体的环境中茁壮成长。

但最大的好处可能是在医学领域，因为细胞善于与其他细胞互动。苏黎世联邦理工学院的生物工程师、细胞计算器项目首席研究员马丁·福塞内格 (Martin Fussenegger) 表示，细胞可以被编程为“智能细胞植入物”，可以感知人体的健康问题并实施量身定制的治疗。

例如，乳腺癌高风险患者可以接受植入物，该植入物可以识别癌症指示分子并产生蛋白质来杀死制造这些分子的细胞。“患病细胞是一个有缺陷的程序，”阿克尔说。“计算机科学家擅长发现并修复缺陷。剩下的就留给你们去想象吧。”