杜康　王默玲

人工智能（AI）怎么與生物聯(lián)系到一起？未來(lái)癌癥的攻克方向有哪些？人工光合作用能緩解全球氣候變暖問(wèn)題嗎？外星生命真的存在嗎？

前不久，在上海舉辦的第二屆世界頂尖科學(xué)家論壇上，“最強(qiáng)大腦”們——近70位諾貝爾獎(jiǎng)、圖靈獎(jiǎng)、沃爾夫獎(jiǎng)、拉斯克獎(jiǎng)、菲爾茲獎(jiǎng)得主匯聚一堂，討論了這些關(guān)乎人類命運(yùn)的話題。

AI與生命的連接之問(wèn)

“我一直很好奇，怎么讓計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)連接在一起？比如把一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行編程，或者把生物學(xué)的東西變得智能？”2018年菲爾茲獎(jiǎng)得主考切爾·比爾卡爾提出了一個(gè)很多人都想知道的問(wèn)題。

生物和人工智能有很多相似之處。無(wú)論是人工智能還是生物，都在學(xué)習(xí)中進(jìn)化。人工智能學(xué)習(xí)希望用更多的計(jì)算數(shù)據(jù)、更好的計(jì)算模型，通過(guò)反饋?zhàn)屽e(cuò)誤率快速下降，比如使圖像的識(shí)別率越來(lái)越高。

與此類似，2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主邁克爾·萊維特則提出，“生物的DNA通過(guò)蛋白質(zhì)感知真實(shí)世界，如果蛋白質(zhì)有用，就可以更多地復(fù)制;否則就可以去除?！?/p>

2010年圖靈獎(jiǎng)得主萊斯利·瓦利安特認(rèn)為，“某種意義上，人工智能的算法、函數(shù)，相當(dāng)于基因的表達(dá)?！边~克爾·萊維特則表示，“很多人工智能算法或者深度學(xué)習(xí)模型，其實(shí)是神經(jīng)元的一個(gè)簡(jiǎn)單模擬?！?/p>

除了結(jié)構(gòu)上某種程度的相似性，人工智能已被用于改進(jìn)實(shí)際的研究，如減緩耐藥性的出現(xiàn)。2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主亞利耶·瓦謝爾介紹，以艾滋病藥物為例，目前幾乎所有的藥物都面臨越來(lái)越快出現(xiàn)的耐藥性問(wèn)題。亞利耶·瓦謝爾利用機(jī)器學(xué)習(xí)，對(duì)藥物作用進(jìn)行分子動(dòng)力模擬，并對(duì)致病體的生命活性進(jìn)行預(yù)測(cè)和計(jì)算，“未來(lái)30年，計(jì)算機(jī)將有能力給我們的研究提出各種各樣的建議。”

“我不知道怎么樣能夠?qū)⑼评砗腿斯ぶ悄苤械纳疃葘W(xué)習(xí)連接在一起。我覺(jué)得重新設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)先要從推理開始?！?998年菲爾茲獎(jiǎng)得主蒂莫西·高爾斯說(shuō)。

“人工智能的判斷已經(jīng)出現(xiàn)了人類沒(méi)有辦法理解的情況，這會(huì)不斷發(fā)展下去嗎？這會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？”邁克爾·萊維特對(duì)人工智能中存在的“黑匣子”提出疑問(wèn)。

“怎么樣能夠讓機(jī)器學(xué)習(xí)變得多元化？通過(guò)隨機(jī)參數(shù)，還是其他從根本上完全不同的方式？”仿照生物進(jìn)化中的“多元性”，邁克爾·萊維特還提出了人工智能的“多元性”問(wèn)題。

未來(lái)攻克癌癥的方向

氧氣，這一至關(guān)重要卻又極易被人忽略的存在，也是“最強(qiáng)大腦”們眼里的焦點(diǎn)所在。2019年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者格雷戈·塞門薩和威廉·凱林發(fā)現(xiàn)的“細(xì)胞如何感知和適應(yīng)氧氣供應(yīng)的原理”，為癌癥、貧血、心血管疾病等開辟了新的臨床治療途徑。

格雷戈·塞門薩表示，就像人在缺氧時(shí)會(huì)拼命找到氧氣充足的地方透口氣一樣，癌細(xì)胞也是在人體組織內(nèi)不斷“游走”，尋找氧氣最為充足的地方“駐扎”，“像肺部、骨頭、肝臟等處的氧氣就相對(duì)比較充足，所以癌細(xì)胞也更容易擴(kuò)散到這些部位?！比T薩和凱林用一種全新的視角去觀察癌細(xì)胞擴(kuò)散的規(guī)律。

塞門薩和凱林發(fā)現(xiàn)，在癌癥晚期，癌細(xì)胞被暴露在極度低氧的環(huán)境之中，這就導(dǎo)致癌細(xì)胞產(chǎn)生了缺氧誘導(dǎo)因子（HIF），而也正是它加速了癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與入侵，甚至進(jìn)一步對(duì)化療產(chǎn)生耐藥性。

塞門薩介紹，目前他們團(tuán)隊(duì)的科研人員正在做動(dòng)物試驗(yàn)，希望研究出在低氧狀態(tài)就能殺死癌細(xì)胞的藥物，“我對(duì)于癌癥未來(lái)的治療充滿信心，這也是科學(xué)家們努力的方向，但前提是也需要因‘癌而異，我們希望每一位癌癥患者能得到個(gè)性化的有效治療。”

2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者約翰·格登的關(guān)注領(lǐng)域，則是如何讓細(xì)胞分化和基因表達(dá)維持穩(wěn)定，“如果這種穩(wěn)定狀態(tài)被打破，就會(huì)出現(xiàn)健康問(wèn)題，比如說(shuō)癌癥。未來(lái)我們覺(jué)得比較有希望的研究方向，就是希望可以找到能夠降低基因和細(xì)胞經(jīng)受不良影響的相應(yīng)分子?！?/p>

人工光合作用能否解決氣候問(wèn)題

“氣候變化已經(jīng)成為關(guān)乎人類生死存亡的關(guān)鍵問(wèn)題?！?011年沃爾夫農(nóng)業(yè)獎(jiǎng)獲得者哈里斯·李文說(shuō)。2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主安德烈·海姆則指出，“地球人口過(guò)多是氣候變暖的重要原因之一?！?/p>

“能不能把大氣中的二氧化碳收集起來(lái)，通過(guò)人工光合作用，轉(zhuǎn)化為化學(xué)能呢？”這一在普通人看來(lái)有點(diǎn)天方夜譚的想法，2015年麥克阿瑟天才獎(jiǎng)獲得者楊培東卻已為之奮斗了十多年。

據(jù)楊培東介紹，他的團(tuán)隊(duì)所構(gòu)建的是一套由納米線和細(xì)菌催化劑組成的獨(dú)特系統(tǒng)。他指出，人工光合作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，把能量?jī)?chǔ)存在化學(xué)鍵當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)“碳中和”，從而吸收二氧化碳。

對(duì)二氧化碳進(jìn)行轉(zhuǎn)化后，甚至可以產(chǎn)生制造出更高級(jí)別的材料。“它作為一種中間物，可以成為汽車的燃料，可以制成可分解材料，甚至是藥品?！睏钆鄸|指出，這幾乎是一種全新系列的化學(xué)領(lǐng)域——它完全依靠光能，并且創(chuàng)造出的各種材料產(chǎn)品也僅僅依靠二氧化碳和光能，這是和傳統(tǒng)材料理念完全不一樣的邏輯和出發(fā)點(diǎn)。

“6年前人工光合作用中太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率只有0.4%，現(xiàn)在能夠基本達(dá)到10%左右?？梢韵胂笠幌拢磥?lái)化學(xué)、能源、醫(yī)藥行業(yè)所需的能量都來(lái)自于可再生的陽(yáng)光，而非完全依賴于傳統(tǒng)的化學(xué)燃料，這樣就能很好解決二氧化碳排放問(wèn)題，應(yīng)對(duì)全球變暖和氣候變化?！睏钆鄸|表示，目前人工光合作用還停留在基礎(chǔ)科學(xué)的階段，“我希望看到新型能源能盡快實(shí)現(xiàn)從科學(xué)到技術(shù)的轉(zhuǎn)移，再?gòu)募夹g(shù)到產(chǎn)品的體現(xiàn)。”

到底有沒(méi)有外星生命

關(guān)注過(guò)人類、人工智能和我們所處的地球，我們?cè)賮?lái)關(guān)注一下，到底有沒(méi)有外星生命？

兩位2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主迪迪埃·奎洛茲和米歇爾·馬約爾都不否認(rèn)外星生命的存在。1995年，米歇爾·馬約爾和迪迪?！た迤澮黄鸢l(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類日恒星運(yùn)行的系外行星飛馬座51b，有人形容是他們“讓我們?cè)谔?yáng)系外看到地球的影子”。

迪迪?！た迤澱J(rèn)為，對(duì)宇宙其他行星的觀察，讓我們對(duì)地球的認(rèn)識(shí)有了參考系?！艾F(xiàn)在有一些人希望能夠倒推出生命出現(xiàn)之初地球的原始狀態(tài)，我覺(jué)得這種做法有局限性，很多東西很難回到真正原點(diǎn)。但是我們可以研究觀察上千個(gè)類似地球的行星?！?/p>

“系外行星發(fā)現(xiàn)后，關(guān)于生命的理論也在不斷發(fā)展。這時(shí)候就不僅僅是地球的生命，而是宇宙的生命。隨著地理、物理、生物、化學(xué)，甚至天文學(xué)的發(fā)展，到后來(lái)我們必定會(huì)得到一些關(guān)于生命的答案。”迪迪?！た迤澱f(shuō)。

但迪迪?！た迤澮脖硎荆庑巧厦婕词褂猩?，我們可能也觀測(cè)不到?！拔覀兡芊裾娴恼业絼e的星球上的生命，這是不確定的。除非某個(gè)星球跟地球一模一樣，否則上面的生命形式可能跟地球非常不一樣，也許就被我們錯(cuò)過(guò)了。因?yàn)槲覀兏静恢涝撚^察什么，該關(guān)注什么。”

米歇爾·馬約爾則提出了一個(gè)更復(fù)雜的問(wèn)題。“整個(gè)宇宙當(dāng)中，有數(shù)百億數(shù)千億顆星球，我們其實(shí)確定，很多星球都擁有讓生命出現(xiàn)的合適條件。但我覺(jué)得，歸根到底我們要思考，生命是宇宙演變中一定會(huì)出現(xiàn)的一部分嗎？還是非常獨(dú)特的情況？這聽上去是哲學(xué)的問(wèn)題，但是在我們看來(lái)是科學(xué)維度的問(wèn)題?！?/p>

（水云間摘自《環(huán)球》2019年第23期）