IT史话(4)：DNA计算机发展之路(上)
综合报道
1月29日，一条震动IT业界的消息传出：上海交通大学生命科学研究中心和中科院上海生命科学院营养科学研究所已经在试管中完成了中国DNA计算机的雏形研制工作，在实验中把自动机与表面DNA计算结合到了一起。据介绍，遗传物质DNA分子中蕴含计算能力，开发具有强大功能的DNA计算机，成为计算机科学家和生物学家的梦想。那么，今天就让我们来看看DNA计算机走过的风雨之路。
DNA的四进制计算
50年前，年轻的美国科学家詹姆斯·沃森和英国科学家弗朗西斯·克里克正式提出了DNA(脱氧核糖核酸)的双螺旋结构模型。DNA直接启发了区别于传统电子计算机计算模式的DNA计算机的出现。
在上个世纪六七十年代，很多科学家都提出了利用DNA进行计算的构思，比如1970年牛津大学就曾提出过DNA计算机的设计蓝图，利用DNA本身依靠A、T、G、C四个独立碱基构成的特点，形成一个四进制组合，但在当时整个计算机产业都还在初期发展阶段，这个设计蓝图只是摆在实验室里面，无法得到贯彻。
到了上世纪80年代，随着计算机产业的日渐成熟，越来越多利用DNA进行计算的观点出现了，但是当时普遍存在一个问题，就是无法解决如何控制DNA在计算过程中动作的问题，所以在1990年之前，DNA计算机的发展依然没取得突破性进展。
DNA计算之父艾德曼
一直到1994年的一个晚上，美国南加州大学计算机科学家艾德曼躺在床上，当时他正在看著名生物学家詹姆士·沃森的DNA教科书《基因分子生物学》。
“DNA真是一种不可思议的玩意儿。”他对妻子说，妻子半开玩笑说：“也许它能做成计算机。”听到这句话，一个念头突然在他脑海中闪过：人体细胞和计算机处理与储存信息的方式如此相似。计算机以0和1组成的字符串存储库，生物以A、T、C和G表示的分子存储信息。我们当然可以利用DNA来完成计算机高速运算的任务。”
当年10月，艾德曼在《科学》杂志上发表一篇题为《组合问题的生物电脑解决方案》的论文，首次提出分子计算机，即用DNA分子构建电脑的完整设计。不久，第一台利用DNA进行运算的计算机在南加州大学诞生了。
严格来说，艾德曼开发的这款DNA计算机有点名不副实，因为它仅仅是在一个试管中的有机溶液。但是不得不承认的是，承担计算任务的DNA分子就溶在这些液体之中，DNA计算机的雏形已经构成了。
让艾德曼苦恼的是，科学界对于这台DNA计算机并不看好，《新科学家》杂志甚至刊文表示对这种利用DNA进行计算的机器的实用性表示怀疑。为了证明DNA计算机的确是切实可行的，艾德曼决定利用它来进行一次实际应用。这次艾德曼选择的是解答著名的数学难题“推销员问题”。这个题目是这样的：“由14条道路连接着7座城市，请找出走过上述全部城市的最近路线，在行走过程中不能回头。”这是一个经典的数学问题，惟一的解决办法是找到所有可能的路程加以比较，选出最短的一条路线。在90年代即使用最快的半导体计算机来推算这道题的答案，也需要至少两年以上的时间。
在这次“艾德曼试验”中，教授在试管中把这些DNA链的几十亿个副本混合起来，通过7天时间的系列生化反应，DNA计算机自动找出了解决问题的惟一答案，即只经过每座城市一次且顺序最短的DNA分子链。这就是说，用生物学方法模拟的逻辑运算，用一个星期时间完成了当时普通电脑几年才能完成的工作，表明了用DNA技术处理高难度数学问题的巨大潜力。
影响日渐显露
“艾德曼试验”成功之后，科学界开始正视DNA计算机这个问题。在当年就有包括贝尔实验室在内的十多个实验室开始DNA计算机的研究工作。
在整个90年代，开发DNA计算机的队伍中最引人注目的就是贝尔实验室。这家著名的实验室在物理学家艾伦·米尔斯带领下，从90年代中期开始了一个庞大的DNA计算机开发计划。米尔斯说：“我们所做的不再是连线路，而是将大量的DNA装入罐子，加进盐和酶，然后加以培养，于是不同的DNA分子就开始互相寻找配对。”
当然在开发DNA计算机的过程中，也有很多开发人员采取了不同于“艾德曼试验”中那种试管计算机的做法。比如麦迪逊威斯康星大学的研究小组把DNA链固定到一块镀金的玻璃载片上，这样就能够开发出一块真正的DNA芯片。正是这些天才般的设计让DNA计算机的影响力日益扩大，DNA计算机的研究开始走上了正轨。