為什麼人類可以造出超級計算機，卻連最簡單的細胞都造不出來？

2020-10-03 魅力科學君

人類是地球上已知的唯一的一種擁有高級智慧的物種，憑藉著這一獨特的優勢，我們人類只花了短短的幾百萬年時間（相對於地球45.5億年的歷史）就完全擺脫了自然選擇的限制，並在地球上創造出了光輝燦爛的文明。隨著科技水平的日益進步，現代人類能上天也能下海，甚至在遙遠的火星上也有人類的探測器。


我們人類之所以有如今的成就，有一個很重要的原因就是人類能夠製造出各式各樣的人造物，它們可以讓人類的能力大幅度地提升，而在這之中，超級計算機可以算是人造物的巔峰之作了。人類頂尖的超級計算機每秒鐘可以進行20億億次的浮點運算，以前人類需要幾十年甚至上百年才能計算出的結果，它在1秒鐘之內就可以完成。


在一片小小的CPU上就集中了幾十億甚至幾百億的電晶體，每一個電晶體都是經過精心設計的具有明確功能的實體，而一臺超級計算機卻擁有數千片這樣的CPU，這也難怪超級計算機具備如此強大的算力了。

身為人類中的一員，我們都會為人類能夠製造出如此複雜且精密的工具而感到自豪，然而比較尷尬的是，在生命科學方面，我們人類的水平卻很低，事實上，人類連一個最簡單的細胞都造不出來。

為什麼人類可以造出超級計算機，卻連最簡單的細胞都造不出來？



對於這個問題，我們似乎可以給出一個簡單的答案，那就是細胞是生命的基本組成部分，而即使是最簡單的細胞，其微觀結構也相當的複雜，以人類現在的能力根本就無法知道其中的全部奧秘，但實際情況並不完全是這樣，因為想要製造出細胞，除了要充分了解其微觀結構以外，還存在著一個巨大的難題，下面我們拿人類細胞中的DNA來舉例說明。


DNA的本質就是由脫氧核糖、磷酸和大量鹼基組成的大分子聚合物，而這些鹼基卻只有4種類型，即：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）以及胞嘧啶（C），這4種鹼基不斷地變化，就記錄了生命和進化的奧秘。

由此可見，DNA其實就是一種特殊的代碼，它由A、G、T、C這4種符號組成，那麼這個代碼有多複雜呢？科學家告訴我們，人類的DNA裡大約有30億對這樣的符號，這看上去似乎很複雜，但如果從數據的角度來講，也不過區區幾個Gb的數據。


以超級計算機的實力，要理清楚這點數據可以說是「小菜一碟」，但問題的關鍵在於，即使是這些DNA代碼就清清楚楚地擺在我們面前，我們也需要很長很長的時間才能夠弄清楚這些代碼到底講的是什麼，關於這一點，我們可以反過來用計算機系統來舉例說明。

我們的計算機系統其實只認識0和1，運行在計算機系統中的所有高級程序，都需要翻譯成由0和1組成的機器語言，才能被計算機執行。同樣的，計算機執行程序的結果也是由0和1組成的，我們也需要對其進行編譯，才能得到我們能看懂的結果。


因為我們知道計算機的運行方式，知道計算機的編譯規則，知道計算機的每一步操作，甚至還知道程序中的每一個0和1代表的是什麼，所以我們就可以按照從簡單到複雜的步驟，一步一步地設計出強大的超級計算機系統，然後利用這種系統來操作海量的0和1，從而達到運行複雜程序的目的。

想像一下，假如擺在我們面前的只有一大堆0和1，而我們卻根本沒有相應的編譯知識，那麼我們還能知道這個程序到底是怎麼運行的嗎？答案是顯而易見的，那就是我們需要花很長很長的時間才能總結出隱藏在這一大堆0和1之中的規律。


事實就是這樣，現在擺在我們人類面前的就是一大堆由A、G、T、C這4種符號組成「生命代碼」，但我們對其的認知卻只能從零開始。所以對於生命的研究，我們人類目前還停留在一個初級的層面，我們觀察到了很多現象，也積累了大量的數據，但我們還沒有辦法總結出完美的規律，正是因為如此，人類才連最簡單的細胞都造不出來。

當然了，這應該只是暫時的情況，相信以人類的聰明才智，終有一天會洞悉生命的所有奧秘。

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見`

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