人工智能如何创造新的生命形式 | Eric Nguyen | TED

人工智能如何创造新的生命形式 | Eric Nguyen | TED

我们即将见证AI创世纪吗？一位科学家对生命未来的构想

在探索生命奥秘的道路上，人类长期扮演着解读员的角色。然而，随着人工智能技术的崛起，我们正站在一个前所未有的十字路口——从仅仅阅读生命密码，转向亲手编写甚至创造生命。

两种视角：从解读到创造

我总是对生物学家研究生命的方式感到好奇。 有一种说法是这样：“生物学家通过不断试探来理解汽车的原理——他们一次拆下一个零件，观察这会对汽车的其余部分产生什么影响。 而工程师则会把汽车完全拆解，然后再重新组装起来，以此来学习它的工作方式。”

上个世纪最伟大的科学突破之一——人类基因组计划，就是前一种思路的典型代表。 我们耗费了十余年时间，绘制出了人类基因组中全部三十亿个碱基对的图谱，也就是我们完整的DNA序列。

当时我们认为，一旦能够阅读DNA，并采用那种一次探究一个基因的生物学家方法，就有望根除所有人类疾病。 然而，现实让我们意识到，我们对于DNA的真实功能，其实知之甚少。

而我，作为一名接受工程师训练的人工智能研究者，我的学习和理解方式源于构建与创造。 今天，我想分享一个可能从根本上改变我们研究生物学乃至生命本身方式的构想。 这个构想的核心是：我们不应仅仅停留在阅读和解析DNA，我们更应该开始生成DNA。 我们可以通过将DNA视为一种语言来实现这一点：一种AI可以学会阅读、书写，并最终用于构建的语言。

Evo的诞生：一个为DNA而生的生成式AI

这个想法，引领我和斯坦福大学及Arc研究所的一组研究人员，开启了一项堪称“登月计划”的探索：我们能否利用AI，从零开始生成一个完整的基因组？ 换言之，我们能否自下而上地构建生命？

我深知，将生命代码输入生成式AI的想法，既令人激动，也可能让人感到不安。 但我逐渐认识到，如果这能成为现实，它将为科学和医学领域解锁一些最具颠覆性的突破。

起初，我们对AI是否真能生成DNA毫无头绪。 DNA在很多方面都酷似一种语言。 它有自己的语法和结构，如同词句和段落汇集成一个完整的故事。 这些生命故事通过进化，代代相传。 然而，由于其惊人的尺度，人类一直难以完全理解这些用DNA写成的故事。

DNA序列极为漫长，同时又对最微小的错误极其敏感。 想象一下，你要用一门外语写出篇幅相当于三万本书的内容，并且，在数十亿个字母中，只要有一个拼写错误，就可能决定一个人的健康与否，甚至生死之别。

为了应对这些挑战，我和我的同事Michael Poli共同开发了一款可以生成超长DNA序列的人工智能模型。 它生成序列的长度是此前AI模型的500倍，且细节精度极高。

我们组建了一支由顶尖科学家和AI专家构成的团队，并收集了迄今为止用于训练AI的最大规模DNA数据集——我们将8万个完整的基因组数据，投喂给我们命名为Evo的模型。

我们的目标，是创造一个「DNA领域的ChatGPT」。 你可以向Evo发出指令，描述你想要的DNA，它便会逐个碱基生成全新的序列。 但这里有一个关键区别：对于聊天机器人，你只需阅读它生成的内容，就能判断是否合乎逻辑。 而DNA却远非如此简单，它并非人类的直观语言。 你如何判断它生成的是否真实或优良？ 这些词在这里又意味着什么？

首次验证：AI能否写出功能性生命代码？

我们需要一个测试，一种能够验证Evo所写代码确实能发挥功能的方法。 我们从生物学中一个广为人知的工具——CRISPR入手。 CRISPR系统好比一把分子剪刀，能够精确编辑DNA，常用于基因治疗等领域。

我们交给Evo一个前所未有的任务：从零开始，生成它自己版本的CRISPR系统。 这是一个包含蛋白质和RNA的复杂系统。 我们的生物学家团队会接收AI生成的DNA序列，首先分析其外观的真实性，看它是否与自然界中的类似物相似；接着，我们会预测其蛋白质如何折叠，这能为我们提供其功能性的线索。 但最终，我们必须在实验室里将这些序列真正构建出来，以测试它们切割DNA的实际能力。

等待实验结果的过程，总是令人心焦。 老实说，那感觉就像等待验孕棒的结果一样——兴奋、焦虑，并期盼一个积极的信号。 突然间……那两条线出现了。

非常明确地说，这两条线是天大的好消息。 它意味着，我们由AI设计的CRISPR系统，像自然界的CRISPR一样，在精确的位置上，成功将一条DNA单链切成了两段。 就在那一刻，我们知道……我们成功了。

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大家现在看到的，是世界上第一个完全由人工智能设计的CRISPR系统。 Evo生成的DNA不仅看起来真实，而且它确实具备了预期的生物学功能。

未来的蓝图：当生物学从发现走向设计

初战告捷后，我们决定向那个“登月计划”发起冲击——尝试生成一个完整的基因组。 Evo成功生成了数百种合成蛋白质，这些蛋白质构成了一个与自然基因组相似的框架。 但它还缺失一些关键部分，尚未完全成型，更像是一幅基因组的草图。

然而，这仅仅是第一个版本。 假以时日，这幅草图必将变得愈发精细。 事实上，我们预计在未来数年内，AI将有能力生成功能完整的基因组。 换言之，AI将能够创造新的生命。 随着这项技术的成熟，生物学将经历一场范式革命——从一门发现的科学，转变为一门设计的艺术。

这样的世界会是怎样一番景象？

• 真正的个性化医疗：想象一下，你将自己的基因组信息输入Evo这样的AI，它能帮你找到疾病的根源，预测你对不同药物的反应，并基于你独一无二的DNA，为你量身定制治疗方案。

• 永久性的治愈方案：与其终身服药，何不寻求一劳永逸的解决方案？ 我们或许可以选择直接改造自身的DNA，而这已初见端倪。 最近，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了首个针对镰状细胞病的基因疗法。 这是一种痛苦的终身性血液疾病，而新的疗法只需改变患者DNA中的一个基因，就能实现永久性治愈。 目前，还有超过500种类似的DNA改造疗法正在等待批准。

• 全新的生命章节：假如你对改变自己原有的DNA感到不安，那么添加新的DNA呢？ 我们所有的DNA被组织在23对染色体中，它们就像我们基因组这本生命之书的23个章节。 倘若Evo能学会谱写第24章——一条全新的染色体，它装备了按需对抗数百种疾病所需的全套生物机械，那会怎样？

• 创造新物种：DNA生成技术的潜力极限在哪里？ 我们都看过电影《侏罗纪公园》，并认为那是科幻。 某种程度上是的……但又不完全是。 如今，已有研究人员在重建灭绝物种的基因组，甚至有公司计划最早在2028年复活猛犸象。 那么，除了复活逝去的物种，我们是否还能创造全新的物种？ 目前，科学家们正在改造微生物，以期让它们适应火星的生存环境。 如果人类希望成为一个跨行星物种，我们就必须解决在火星上种植作物、改造环境乃至最终地球化的问题。 而这并非天方夜谭，地球上就存在着能在各种极端条件下生存的嗜极微生物。

拥抱未来：在创新与审慎之间

我理解，上述某些设想可能会令人感到畏惧。 其中最大的担忧之一是生物安全，即创造生物武器的潜在风险。 人工智能会被用来制造更具传染性的病毒吗？答案是肯定的。 但与此同时，AI也能被用于防御和监测这些威胁。

或许您也和我一样，感觉自己必须在倡导创新和呼吁安全之间做出非此即彼的选择。 但我鼓励您拥抱两者。 因为完全停止技术进步，我认为是不切实际的。 我们需要与技术共同进化，密切监控其能力的发展，并持续自问：“我们正在开启哪些可能的未来？”

作为人类，我们天生就渴望理解周围的世界。 但仅仅理解，是远远不够的。 数个世纪以来，我们通过观察和解剖来研究生命。 而现在，我们不再仅仅是生命密码的阅读者，我们已拥有了生成它的力量。 借助AI，我们正开启一个全新的时代，去解锁新的药物、新的科学，乃至全新的生命形式。

我们是进行微小的编辑？ 是谱写全新的篇章？ 还是终将有一天，由我们亲手设计生命本身？

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因为，要真正理解生物学，我们必须亲手创造它。而生命的未来，正等待我们去构建。