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颠覆生物技术:构建首个数字生命形式

众筹项目OpenWorm不仅可以大大缩短药物研发和上市的时间,还可以改变科学研究的方式。

自从人类能够思考以来,我们就一直在考虑寻找一种非人类的动物或建造一种能像我们一样思考的非人类机器。我们已经有了机器学习技术强大到足以在海量数据中识别出最微妙的模式,并智能地进行处理,利用以前的事件来理解新的事件,并以惊人的准确性对未来进行推测。尽管有了这些进步,我们从来没有成功地建立一个像我们一样工作的智能的功能模型——事实证明,人类的大脑是难以置信的困难。因此,一群科学家和开发人员决定以更简单的方式开始模拟生物也许是明智的——用一个很小的生物体,它的结构和总体功能可以被集体编写的计算机代码捕获,而不需要几十年的编写。

输入OpenWorm,这是一个由生物学家和程序员共同构想的众筹项目,旨在创造出第一个模拟生物体。它的使命是:“构建第一种数字生命形式。开源的。”OpenWorm是秀丽隐杆线虫的一种模型,这种线虫简单的身体结构使其在从医学到生态学的研究中具有极高的价值。秀丽隐杆线虫是唯一一种细胞图谱完整已知的动物;生物学家已经确定了它每一个细胞的位置和功能。这使得建立一个细胞模型成为可能(如果不是完全容易的话),然后开始设计算法,模仿这些细胞和它们的更大系统对刺激的反应。这就是所谓的自底向上的计算建模方法。从这里开始,OpenWorm的计划是继续改进它的模型,直到模拟蠕虫的行为与项目视频档案中仔细记录的相符:12,000个真实的线虫标本在各种环境条件下生活、移动和反应的视频。亚慱体育app

OpenWorm只是模拟生物和可执行生物学的冰山一角,在可执行生物学中,生命本身被理解为一个空间和时间信息处理系统。与所有形式的技术一样,OpenWorm原型几乎可以肯定地表明,有人已经想到了远远超出这一步的东西。更复杂生命系统的功能计算机模型——比如说,不是蠕虫或更复杂的动物模型,而是人的肝脏或心脏模型——可以随着时间的推移用于测试医疗方案。药物的疗效和副作用可以评估在大规模高速虚拟身体,只存在在一个电脑,减少人体试验和其中所涉及的风险和费用,以及减少一种实验性药物的时间可能会冲击市场,因此,一旦得到价格点。

OpenWorm也很重要,因为它所建议的科学研究的融资和资助方式发生了变化。材料科学的传统研究必须依靠雄厚的资金来源、富有的大学或大型企业来维持,以支付设备和人员的成本;人体测试也非常昂贵。像OpenWorm这样的项目,用一个物理实验室来交换编程环境和一套算法,有望变得更加优雅和划算。如果OpenWorm引导我们进入一个新时代的快速试验迭代在虚拟环境中,生产知识和创新的条件将继续从大厅的研究机构向外传播到世界的任何角落,开发人员可能会发现强大的wi - fi和一个舒适的地方坐下。

一项新技术对生物技术和制药行业的影响从未像现在这样大。减少在药物研发和测试方面的时间和资本投资,可能会破坏现有的大型跨国公司模式,这些公司拥有雄厚的资金和长远的眼光。小型制药初创企业——这在今天看来是一个矛盾的概念——可能会激增,因为生物学变成了一种信息技术,随着药物的发现和测试从代码行和药物的模拟模型以及它与其他活细胞和有机体的模拟模型的相互作用开始。

OpenWorm作为一个众筹项目的地位也是值得注意的,如果不令人惊讶的话,因为科学、技术、工程和数学社区已经接受了Kickstarter和类似的平台,而这些平台曾经是为未来的电影制作人和艺术家准备的。针对科学领域的众筹网站,比如由安德森•霍洛维茨基金(Andreessen Horowitz)和其他知名硅谷风险投资公司支持的Experiment,以及Petridish,它们为学术界和私营行业以外的项目提供融资,以应对大型科学领域的预算下滑。实验声称,67%的实验室主要研究人员现在担心寻找资金;传统的资助模式已经不再可靠,对于那些本应创新而非守信用的人来说,撰写拨款报告是一件非常耗费时间的事情。开源社区普遍存在的反体制民粹主义在Experiment和Petridish上随处可见,就像在Kickstarter上一样;每个人都坚持认为个人有机会在科学探索和进步中发挥重要作用。

这些都是值得追踪的转变。OpenWorm和项目很可能将继续繁荣和修改研究和实验实践在未来的五到十年,包括人工智能的研究和更大的项目如蓝色大脑,也试图模拟生命形式的代码。OpenWorm几周前结束了其成功的众筹活动。所有支持者的奖励是他们自己的蠕虫版本,或“蠕虫模拟游戏”。某些层级的资助者还可以向他们最喜欢的学生或教室赠送教育用具。现存的线虫标本为科学家提供了关于生物系统基础的宝贵知识;他们的数字后代——小OpenWorms,被想象成发光的滑溜溜的管子——可能会为一代又一代远离旧的、封闭的学习和研究中心的新科学思想家做同样的事情。

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