“每棵树拥有10的14次方个神经突缘，而潘多拉星球上拥有10的21次方棵树木。这意味着什么？这棵星球所有植物形成的信息网络的复杂程度，超过了人类的大脑！”——《阿凡达》中格蕾丝博士的台词。
在影片中，人类最基本和最愚蠢的错误，就是认为潘多拉的主人是那帮蓝猴子——网友 解放兔
从影片中，我们稍有思考，就会发现，潘多拉星球并不是一般的星球。这个星球是活的，它本身，就是一个活生生的生命体，一台超大号的生物电脑！下面我就简单解释一下这个理论的基础和现实社会人类对此问题的研究。
整个潘多拉星球表面的植物是一个类似人类大脑的存在，大多数植物相当于我们的脑白质，用来传递信号，被人类毁坏一些问题也不大。而其中那些长着粉红色垂下须子的植物应该相当于地球上生物的神经元，是基本的信息处理单元。而那个粉红色、位于哈利路亚圣山群下方的神树应该是相当于脑中的胼骶体之类的存在，有着类似沟通大脑特定单元之类的特别用途。而被蓝猴子们称为爱娃的，其实就是这个大脑的意识。
《阿凡达》电影为潘多拉星球做的隐性设定来源于20世纪80年代中期开始流行，1995年前后最为兴盛“行星生物假说”——即星球本身就是一个生命体。（典型案例就是电影《变形金刚》。在变形金刚的设定中，变形者的家园赛博坦行星就是一个只能生命体。这个星球可以在苏醒之后变身为“元始天尊”，和同样身为行星生命体的“宇宙大帝”战斗不止。）在15年前，也颇有一些人在说地球其实就是一个大生物，人类如果破坏地球到一定的程度就会引起它的反击。所以在《阿凡达》剧本原型设定中，主角杰克·萨利这样说：“地球上已经没有绿色，人类杀死了自己的母亲，他们还要再杀死潘多拉！”（中文版翻译为：“人类毁掉了地球，现在还要毁掉潘多拉！”真是烂到家的翻译。）
星球本身即为生命体的一个前提假设是将星球形容为一台硅基生命体的超级计算机。我们都知道：今天我们常用的电脑芯片是由硅以纳米技术切割而成并最终制造出CPU的。在元素周期表中，硅和碳是最典型的非金属非气体物质。由于地球上依靠碳基结构发展出了DNA和蛋白质，那么从理论上来说，硅基生命体也就拥有了存在的可能。而一旦硅基生命体存在，地质层中普遍存在的二氧化硅（比如玻璃的成分）就可以构成一台超级生物电脑——其复杂程度和天然优势远胜于人脑。（看看我们现在用的CPU大都是硅基的，你就能理解硅切割在芯片制造中的优势了。
那么生物电脑又是什么呢？由于地球上目前没有发现硅基生命体的依据，所以我们以DNA制造的碳基生物计算机为例子做个简单的解释：
1994年，美国南加州大学教授雷纳德·阿德勒曼（L.Adleman）博士，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分子构建电脑的设想。作为一位理论数学家，阿德勒曼教授的研究课题十分广泛，他曾与别人合作发明了用于通信的RSA加密码，RSA中的“A”就是他姓名的首字母；此外，他的研究触角也涉及到了爱滋病和生物学领域。
DNA（脱氧核糖核酸）是生物基因的物质实体，携带着生命信息的密码。过去大多数科学家都认为，以DNA分子而非电荷形式来处理数据，不过是一种有趣的理论化概念，在几十年之内将不会得到实际的验证。然而，阿德勒曼偏偏做成了这种不可能的“芯片”。以目前的情况，叫它“芯片”或许有点牵强，因为它不再是固体，而是由装满有机液体的微型试管组成，承担计算任务的DNA分子就溶在液体之中。
更令电脑界惊讶的是，阿德勒曼竟然利用他发明的DNA生物电脑，解决了一个实际的数学难题。这个题目是这样的：“由14条单行道连接着7座城市，请找出走过上述全部城市的最近路途，而且不能走回头路。”学数学的人都知道，这是一个经典的数学问题，又叫“推销员问题”（它的正式的名称叫“汉密尔顿路径问题”），该问题的叙述是这样的：“如果一个推销员要在许多个城市推销，每个城市必须而且只能经过一次，如何找到最短的路程？”经典数学中并没有公式可以回答，惟一的解决办法是找到所有可能的路程加以比较，选出最短的一种。然而，即使仅有四个城市，推销员也已面临着12种选择，当然比较所有的路线仍有可能，但随着城市数目的增加，路径将呈现指数增长，穷尽所有的路径变得越来越不可能。
阿德勒曼教授设法驱使试管中的DNA分子来完成计算，他用DNA单链代表每座城市及城市之间的道路，并顺序编码。这样一来，每条道路“粘性的两端”就会根据DNA组合的化学规则，与两座正确的城市相连。然后，他在试管中把这些DNA链的几十亿个副本混合起来，让它们以无数种可能的组合连接在一起。其基本工作原理是：单条DNA以预定的方式和与之对应的DNA相配接。通过7天时间的系列生化反应，DNA电脑自动找出了解决问题的唯一答案，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。
阿德勒曼的成功实验表明，DNA生物电脑已经不是什么科学幻想，它不但打破了传统意义上的计算机概念，而且有助于揭示生命的本质。阿德勒曼发表的那篇报告，不仅使他成为“生物电脑之父”，而且促使了世界各地至少12个实验室开始这方面的研究工作。现在，许多科学家都把DNA计算技术看作是可以用来替代传统电子技术的主要候选者。
DNA生物电脑的最大优点，还在于它惊人的存贮容量和运算速度。纳米技术家认为，DNA具有在极小空间里存储海量信息的自然特性，遗传密码符号的间距仅有0.34纳米，1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿比特数据；1立方厘米DNA溶液将超过1万亿片CD光盘的存储容量。具有生命特征的这种电脑，运算次数甚至可以达到每秒10的20次方或更高，消耗的能量却微不足道，只有普通电脑的十亿分之一。据说，十几个小时的DNA计算，就相当于人类社会所有电脑问世以来的运算总量。我国国家智能计算机研究开发中心主任、主持研制“曙光”超级电脑的李国杰院士提出，生物计算机要成为一种通用计算机，必须先建立与图林机类似的计算模型。现在DNA电脑最大的问题是很难检测计算结果，一旦这个问题得到解决，DNA生物电脑（芯片）将很快进入实用阶段。
据报道，2001年11月，以色列科学家已经成功研制出世界上第一台可编程DNA电脑，这种电脑即使有一万亿“台”，其体积也不超过一滴水的大小。然而，如何真正替代硅芯片成为普遍使用的DNA微处理器，科学界仍然面临着许多挑战。DNA链的并行处理能力非常适合解决类似“推销员问题”，但随着问题复杂程度的增加，DNA数量也将呈几何级数上升。如果推销员要走遍200个城市，生物电脑所需要DNA分子的总量甚至会超过地球的重量。因而，有些专家更倾向于一种“杂交”电脑，让硅芯片和DNA芯片共同承担计算任务。
阿德勒曼教授曾经说道：“我并不期待构建一台像PC机那样的DNA电脑，但是，生物电脑可以做用其他技术所不能完成的工作。”他预言说，到2002年DNA电脑就可以解决有20个变量的数学问题。DNA电脑将采用其本身的“语言”，以四进制系统来编码，与“人工生命”的研究范畴将融合在一起。对此，阿德勒曼认为，今后的工程技术人员应该接受更加广泛的科学教育，使自己成为“通才”，全面掌握数学、物理、化学、生物学和计算机科学知识，才能做出更多的发明和创新。或许，这正是他本人的切身体会。
生物计算机一旦研制成功，可能会在计算机领域内引起一场划时代的革命。作为以生物界处理问题的方式为模型的计算机，目前主要有以下几类：
1. 生物分子或超分子芯片：立足于传统计算机模式，从寻找高效、体微的电子信息载体及信息传递体入手，目前已对生物体内的小分子、大分子、超分子生物芯片的结构与功能做了大量的研究与开发。“生物化学电路” 即属于此。
2. 自动机模型：以自动理论为基础，致力与寻找新的计算机模式，特别是特殊用途的非数值计算机模式。目前研究的热点集中在基本生物现象的类比，如神经网络、免疫网络、细胞自动机等。不同自动机的区别主要是网络内部连接的差异，其基本特征是集体计算，又称集体主义，在非数值计算、模拟、识别方面有极大的潜力。
3. 仿生算法：以生物智能为基础，用仿生的观念致力于寻找新的算法模式，虽然类似于自动机思想，但立足点在算法上，不追求硬件上的变化。
4. 生物化学反应算法：立足于可控的生物化学反应或反应系统，利用小容积内同类分子高拷贝数的优势，追求运算的高度并行化，从而提供运算的效率。DNA计算机属于此类。
据美国国家地理杂志报道，最新研制的新型生物计算机可让科学家对分子进行“编程”，并由活细胞执行“命令”。
美国加州理工学院的克里斯蒂娜·斯默尔克是该研究的合著作者之一，他指出，像这样的生物计算机有朝一日可使人类直接控制生物学计算系统。该研究将发表在2008年10月17日出版的《科学》杂志上。
生物计算机最终将具有智能，从细胞中生成生物燃料，比如：可以实现在某种特殊状况下有效控制“智能药物”。斯默尔克说，“如果探测到某种疾病，一种智能药物能够从一个细胞环境中采样，并形成自防御序列结构。”
这种新型生物计算机包括着装配在酵母细胞中的工程RNA片断，RNA是类似于DNA的一种生物分子，它可以编码遗传基因信息，比如：如何制造多样化的蛋白质。从计算工程角度来讲，生物计算机的“输入”是分子漂浮在细胞内；“输出”是蛋白质产物的变化。举个例子，RNA计算机很可能捆绑着两种不同的分子，如果两种不同分子附着在一起，将导致出现生物计算机的外形变化。改变形状后的生物计算机对DNA进行捆绑时，将直接影响基因表达，并减缓蛋白质制造。
斯默尔克说，“依据我们不同的组合方式，将实现不同的效应。”自然界倾向于形成复杂的分子结构，而这些复杂的分子却能够实现非凡的独立性功能。建立一些可互换性组件执行多样化计算功能存在着困难，但是这种生物计算机却具有较高的效率，在日后的研究中将逐渐成熟。
从整个潘多拉生物圈内动物的统一数据接口这一事实来看，人类的生物科技水平超过“艾娃”的可能性不大，创造一整个生物圈并能按照自己的需要改变生物的DNA。相比之下，人类还需要使用复杂和笨重的一整套设备，“艾娃”用生物自组织的方式就解决了……
不过正是因为如此，“艾娃”看来并没有开发机械的能力，除非它强大到能长出核反应堆来，那就真的成了宇宙中最强大的生命体。不过那可就真的达到了经典游戏战锤40K虫子的水平了。别说是2154年的人类了，40000年的人类都没招了。
生物计算机最新成果
由约翰霍普金斯大学领衔的国际研究团队在《科学前沿》杂志上发表了“类器官智能”详细路线图。
这个生物计算机的硬件是由上千万个脑细胞三维培养物组成的“类脑细胞阵列”，这些类脑细胞与传感器和输出设备相连接，并通过机器学习、大数据分析等技术进行训练。
该项目的终极目的是开发出超越硅基计算机的系统，同时促进神经科学和其他医学领域的研究。
研究团队的领导者、约翰·霍普金斯大学的Thomas Hartung教授对媒体表示：
“我希望能做出一个基于合成生物学的智能动态系统，而且这个系统不必像人脑一样受到生理限制。”
类器官智能也面临着巨大的科学挑战，Hartung认为将类器官智能商业化落地可能还需要几十年的时间。
剑桥大学分子生物学实验室的类脑细胞研究员Madeline Lancaster并未参与这个项目，她对这个项目的雄心表示怀疑：
“这真的很像科幻小说，虽然很有趣，但其中科学的部分目前还不存在，要实现作者提出的目标，需要克服巨大的障碍。”
要实现类器官智能的愿景，必须培育大约1000万个类脑细胞，但目前，由于营养液无法充分渗入类脑细胞，科学家只能培育出大约5万个类脑细胞。
该团队也在开发技术，让类脑细胞之间相互链接，并向它们发送信息，解码它们的“思想”。
科学家们已经开始从神经系统疾病患者的干细胞中制造类脑细胞，与健康个体进行比较，并评估他们对药物的反应。类器官智能将推动对大脑疾病引起的认知障碍及其预防的研究。
虽然要想真看到类脑细胞驱动的生物计算机可能还需要几十年，但类器官智能的潜能巨大。这是因为大脑处理和存储信息的效率远超硅基计算器。世界上最强大的超级计算机——位于美国橡树岭实验室的超级计算机Frontier，能实现每秒一百万万亿次运算——相当于一个人脑，但消耗的能量比人脑多一百万倍。
不过，这个雄心勃勃的项目背后，存在着不容忽视的伦理问题——组成生物计算机的“缸中之脑”可以学习、记忆并与环境互动，甚至可以发展出初级形式的意识。
By 金亮