从生物进化谈到人工智能

| 出自：战略研究室

中国科学院上海微系统与信息技术研究所

前言

人工智能最终会发展成为生命吗？这是一个引人瞩目的话题，从生命科学、信息科学、哲学等不同的角度，可以探讨出不同的结论。

与自然生命（动物、植物、细菌、病毒等）相比，人工智能的生命基础是全新的。我们要判断人工智能是否会发展成为生命，首先应该明确我们是如何定义生命的。本文试图通过浅显的描述，从自然生命的进化过渡到人工智能的发展，围绕“生命的属性”这一问题进行展开，并讨论人工智能在进化为生命的道路上可能面临的问题，希望提供给大家不一样的视角。

一、自然生命的诞生

从自然生命的化学组成来看，所有的地球生命都是碳基生命。所有的生命物质，如氨基酸、脂肪、糖类、核酸、酶等，都是由有机物构成的，而碳恰好是有机物的基础元素。

“上帝”之所以选择了碳来构造生命，是因为碳具有最强大的组合能力，它构成了这个世界上的数千万种有机物，而其他所有元素组成的无机物加起来也只有十余万种。在构成复杂的生命分子的过程中，碳元素天然地扮演了头号选手。在地球数十亿年的环境衍变中，经过雷电、太阳辐射、火山爆发，以及其它能量的激发诱导，以碳为核心的生命物质就逐渐形成了。

图1 碳元素具有较强的成键能力

1953年，芝加哥大学的史丹利.米勒和哈罗德.尤里模拟了在地球的原始环境下，生命物质的诞生过程。在仅有水、甲烷、氢气、一氧化碳、氨气的条件下，该模拟装置成功制备出了22种氨基酸、5种氨以及多种羟基化合物。美中不足的是，在后续的数千次重复实验中，他们以及他们的追随者们都没能获得蛋白质和DNA——这两种最重要的生物分子。

图2：米勒实验图解。右下烧瓶模拟海洋环境，左上烧瓶则模拟闪电。

这两位关键“演员”的缺席，为“生命诞生”这一重大历史进程留下了悬疑。如果把生命诞生的过程比作一部电视连续剧，那么没有人能说清楚：生命的远祖是在哪一集中出场的？我们只知道这位远祖的后代是真真切切存在的：草木鱼虫、飞禽走兽，包括我们自己，都是这个生命集体的一部分。

不论生命是地球孕育，还是外太空带来的，可以确定的是：生命并不是从宇宙初开就有的，而是通过非生命物质自然演化而来的，并且它的演化过程一定是符合自然规律的，而不是毫无征兆地突然出现的。对于人类来说，当我们开始意识到“生命”这回事时，已经是近几十万年前的事了。这对于人类是一种突然而来的概念，充满了传奇色彩，以至于让我们的祖先联想到了神祇和宗教。

图3 在环境能量的催化中，碳基生命物质出现了，最终形成了原始生命

自然界的能量总是从势能高的地方流动到势能低的地方，单单从“能量流动”的角度来考虑，生命的形态类似于一种促进能量流动的催化剂（就像我们熟知的化学催化剂一样），它们可以更灵活地打通自然能量的流通隧道，充当这个隧道上的阀门。作为一种补偿，生命在能量流动之中也获得了自我延续、自我复制的能力（与某些化学催化剂也是类似的）。

生命的特殊性在于，它是一种获得了自我进化能力的“催化剂”。它的结构是如此精巧，它改造自我的潜力是如此巨大。生命系统不断地自我构筑、更新，仿佛在沿着宇宙意志不断地结晶，并将无数的可能性变成了现实。

二、物种的发展与“智能”的出现

在生命刚开始萌芽的阶段，生物与非生物之间的差异非常微小：原始生命可能是由某个类似病毒、但又可独立存活的蛋白质母体发展而来的。伴随着细胞结构的出现，以及功能蛋白的种类变得越来越丰富，生命之树也越加繁茂，逐渐出现了可由界、门、纲、目、科、属、种分类的各个物种。

图4 生命树结构

生命的智能表现为：它具有一定的环境反馈能力（我们所讨论的智能，归根结底都来自于生物的反馈系统）。除了病毒以外，其它由细胞构成的生命体都具有一定的反馈功能。这种反馈可能是通过激素、生物电信号来完成的，也可能仅仅是通过细胞外壳上的感受器和鞭毛来实现的。

生物具有反馈能力的性状被统一编码在DNA信息链中。区别在于，有一些生物（如植物）的反馈系统是先天决定的，可塑性低；而另外一些生物（如动物）的反馈系统则可通过后天培养来不断完善。

植物的反馈系统主要由先天基因决定；动物则不然，它的反馈系统不仅决定于先天基因，还可以通过后天培养进行调整（少数低等动物除外）。动物没有自带的“太阳能电池”（叶绿体），只能通过进食其它有机物作为能量来源。相对于植物来说，动物的生存环境是充满变数的，唯有开发更强大的应激反馈能力，才能获得生存的权利。

动物的“可塑性”则很大程度上归功于神经系统。相比于激素系统，神经是一套更复杂、更强大的反馈系统，它可以帮助动物感受到丰富的环境变量，并帮助动物更灵活地自我调节，以趋利避害、自我持存。可以推测：神经系统的出现，并非动物自主意识的进化结果，而是不断与生存环境交互的产物，是在无数“革命先烈”的试错、牺牲和改变中诞生的。

有趣的是，在某些场合下，动物的神经系统也并非是必不可少的：海绵是一种没有嘴、没有消化腔、没有神经系统的动物。海绵可以附着在海底岩壁上，通过吸收洋流中的营养成分即可“维持生计”，神经系统对海绵来说反而是一种消耗能量的累赘。

图5 海绵不存在神经结构

从进化论的角度出发，“智慧”并不是生物进化的主观目的，而是在生存压力的驱使下发生的性状改变。作为这个星球上最聪明的动物，人类的“智能”也不是天然注定的，而更像是一种维持生命运转的“工具”。莎士比亚和笛卡尔都曾感叹过人的心智灵巧，但这一切的安排，恐怕并不是出于某个天神的旨意。

在所有的地球物种中，人的大脑是最为强大的，它可以帮助我们开发工具、总结历史规律、预测未来走向，帮助我们趋利避害，更好地繁衍生息。同时，我们又要认识到，人类并不是万能的。人的躯体会逐渐衰老，死亡无法避免；无论大脑如何灵巧，我们的脑力总是有限的：我们无法记住所有的细节，我们难以同时处理多个任务，我们并不擅长计算（相比于计算机），并且大脑会随着衰老发生功能性障碍。

面对现实中的困难，人类总是不满足于现状的。我们的先辈们发展出了农业文明，解决了温饱问题；继而发展出了工业文明，解放了人的四肢；今天的我们正在继续着这场接力，希望能改善人类的健康、扩展人类的脑力，由内而外地释放我们的潜能。从第一次工业革命开始，整个人类文明开始以越来越大的加速度向前发展，万事万物都呈现出多种可能性，无论我们是否想清楚了前因后果，是否做好了万全准备，我们都已经坐上了这趟高速列车。“未来”扑面而至，避无可避。

生命科学和人工智能是当前比较热门的两个研究领域。生命科学研究者们以既有的碳基生命为出发点，希望揭开“造物者”的秘密，盗取天火，惠及众生；人工智能的研究者们则以硅基逻辑器件为基础，希望仅凭借人类的智慧，创造出一种功能强大、善解人意、安全忠诚的人类帮手，甚至是创造出一种具有“自我持存”能力的生命形式。

三、人工智能会获得生命吗？

人类最终会获得“上帝”的能力吗？ ——即从机体上改造自己，以避免病患和衰老；或者从自然科学中发展出一套新的设计规则，创造出新的生命体？

毫无疑问，我们正在越来越接近“上帝”：纵观历史，我们的先辈们总是能找到合适的工具，来克服自身的局限性：我们掌握了火焰，学会了耕作畜牧，发明了文字，甚至学会了利用电磁能，发展出了当代信息文明。现在，我们在“人工智能”上寄托了同样的厚望。

近几十年来，随着IT行业爆发式地发展，人工智能的巨大潜力也越来越凸显，正在成为未来经济的增长点，成为人类文明的“新石油”。但机会与危机并存：在发展人工智能的道路上，一旦控制不当，我们有可能葬送掉整个人类文明。我们面临着一个终极问题：人工智能会成为真正的生命吗？

参考自然生命的发展轨迹，我认为，“AI生命”至少还面临着以下几个难题：

1、人工智能缺少生命延续的根基条件

碳基生命具有自我存续的能力，可以自我更新、不断进化，他是由自然系统演化而来的，天然满足“存在”的边界条件，无须人类来验证。如果把自然系统比作一颗大树，树上有许多叶子，那么山川河流是叶子，星球星系是叶子，生命系统也是其中的一片叶子，他们都是有母源可循的。

而人工智能则是一块残破不全的生命拼图，它只实现了生命系统可以做到的某些事情（如模式识别），但还不能独自适应自然环境，也无法自我繁衍进化。

当前所有的“人工智能”都离不开人的推动，即便有天人工智能表现出了相当的灵活性和自由度，它也很难脱离人类系统而独立存在。这样的人工智能更像是寄生在人类智能上的一种伪生命（归根到底还是一种工具）。

2、人工智能缺乏自我持存的原动力

自然生命天然具有“自我持存”的愿望和能力。虽然很多人搞不清楚“我为什么活着”，但在没有搞清楚这个问题的时候，他就可以很好地按照一个自然人的特征和规律活下去。

但人工智能不行，它是凭空而来的，如果它也要像“自然生命”一样获得不断繁衍、进化（改变）的能力，必须从底层设计好它的生命机制，使它获得存续的愿望。即：要么使其明白生命的意义，知道生命为什么存在；要么将自然生命的模式复制到人工智能身上，使人工智能可以像人一样获得求生欲、获得一套激素调节系统、一套神经反馈系统。但这是非常困难的——我们如何通过算法和逻辑来实现这些反馈系统？

激素是人类专有的，激素意味着感性、不理智、非线性。而人工智能的基础是数学和物理，这中间有一条巨大的鸿沟。如果没有人类的激素系统，那么对于机器来说，它达成一个目标、失去一个目标，建立一个系统和摧毁一个系统，对它来说不过是一条指令的实现，无所谓高兴和悲伤。对它来说，得到和失去是等价的，或者说都是无意义的。如果没有了“矫情”的人类，它何必耗费能源去想“死生之大事”呢？

3、在获得真正的人工智能之前，人类是否已经毁于“自我折腾”了?

前段时间，媒体报道了埃隆·马斯克的“脑机接口”计划。脑机接口如果成功，意味着碳基生命和硅基智能可以实现互通互联，人类可以通过各种外接功能给自己加“外挂”，并最终使自己成为“超人”。

我们不免担忧：人工智能会使人类平权，还是使一小部分人获得特权？将来的“超人”还能被定义为人类吗？人类之间是否会进化出一个新的物种？

假如少数“超人精英”与大多数普通人产生了激烈竞争，人类所处的自然环境能够承载这样的压力吗？在人工智能获得生命之前，我们人类是否已经在“自我折腾”中彻底灭绝了呢？

图6 添加了脑机接口和辅助肢体的人（概念图）

结语

人工智能会获得生命吗？我们难以猜测。也许我们会变成上帝，创造出新的硅基生命；或许我们会改造自己，变成半人类、半人工智能的新物种；或许我们打开的是潘多拉魔盒……

就当前来看：人工智能只是一个较好的辅助工具，它还难以喧宾夺主、威胁到人类，这一局面很可能会维持很长时间。

未来的答案是丰富的，它值得我们每个人去思考。

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