撰文 | Frank Wilczek
翻译 | 胡风、梁丁当
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或许很快 ， 我们就能模仿生命体的功能 ， 制造出能自我复制的机器 。
纵观历史长河 ， 富有创造力的人类工程师不断从生物世界中汲取灵感 。 莱昂纳多·达芬奇（Leonardo da Vinci）受到鸟类、鱼类和乌龟的启发 ， 分别设计了飞行器、潜艇和坦克 。 如今 ， 受动物神经系统启发而研发的计算机构架——人工神经网络 ， 已成为机器学习的前沿技术 。 但这些应用都未触及生物学的深层结构 。 而这 ， 或将成为未来创造的灯塔 。
诺 贝 尔 生 理 学 或 医 学 奖 获 得 者 保 罗 · 纳 斯（Paul Nurse）在他的新书《生命是什么？》（What is Life?）中指出 ， 生命的深层结构指的是细胞或有机体这样的基本单元 ， 它们能够自我繁殖 ， 并允许微小的变异 。 繁殖与变异共同通过自然选择推动物种的演化 ， 从而形成多样化的生物种群 。 它们不仅能够在变化的环境中存活 ， 还能够利用新的机会 。 而那些成功适应环境的单元就能继续繁殖后代 。
类似的机制在不同的尺度上都发挥着作用 ， 构成了众多关键生物过程的基础 。 胚胎从单细胞发育为成熟有机体的过程中 ， 会经历好几个生长阶段（人类有几十个） ， 每个都与前一个略有不同 。 最终 ， 受精卵繁衍出各种不同的细胞 ， 包括心脏、肝脏和脑部的细胞 。 在一个微型的演化过程中 ， 局部物理、化学环境中的信号会诱导“正确”的细胞形成 。 当干细胞在应对损伤 ， 或者是皮肤、肠道和血液细胞由于磨损而死亡时 ， 这样的微型演化机制也会被激活 。
约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）和达芬奇一样 ， 也是一位有远见的工程师 ， 只不过他表达的方式不是通过艺术 ， 而是方程式与图表 。 他创建了博弈论 ， 以及以程序和随机存储器为基本特征的“冯诺依曼体系”——这几乎是所有现代计算机的基础 。 他早期将量子力学与信息理论联系起来的一些观点直到“第二次量子革命”时才被广泛认可 。
冯·诺依曼于1957年去世 。 去世前 ， 他正在研究一个新项目 ， 其未完成的手稿后来被收入了自我复制自动机理 论 》（Theory of Self-Reproducing Automata）一书 。 其中 ， 他精确地设计了一个被称为“通用复制器”的数学模型 。 它包括三个基本组成部分：机器A是一台可以根据指令整合资源并进行组装的机器 ；程序B能够指挥机器A；主程序C可以指挥A来制造A+B+C 。
对于这种能在简单化的现实世界中运行的复制系统 ， 冯·诺依曼做了严格、详细的设计 。 从技术上讲 ， 它是一台元胞自动机 ， 可以从周围随机散落的碎片中获取零件 。 原则上 ， 根据他的设计 ， 你可以用现代技术造出一个3D打印与计算机的混合系统 ， 它能够收集材料来制作你想要的东西或复制其自身 。 通过精心设计故意犯错的程序或宽松的质量控制 ， 我们也能解锁生命的另一个秘密——变异 。
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