我們現(xiàn)在討論人工智能(AI)能對生命科學產(chǎn)生革命性影響,是因為當今世界無論是國家,民族,社會意識形態(tài)以及文明與文化全都是以科學技術為基礎,科技巨量投資,競爭非常激烈?;A學科難度高,分科細化。但是在生物醫(yī)學領域里,AI則完全不同,不同主要在什么地方?
比如在生物醫(yī)學領域的AI能指導當代科技迅速投入應用科學領域,像基因測序,對于生物與植物的遺傳學研究和診斷就具有革命性的影響,由此進一步細化出基因分子診斷學,基因分子治療,肽鏈包括基因與堿基片段的嵌入與干擾,(轉基因植物,基因工程的生物醫(yī)療的藥物以及用于軍事目的的各類生物醫(yī)學實驗)。
再比如谷歌AI能夠準確的預測蛋白質折迭,蛋白質折疊是蛋白質獲得其功能性結構和構象的過程。 通過觀察與建構這一物理過程,蛋白質從無規(guī)則扭曲狀態(tài)折疊成特定的功能性三維結構。 當我們從mRNA序列翻譯成線性的肽鏈時,蛋白質都是以去折疊多肽或無規(guī)則卷曲的形式存在。 結構決定功能,僅僅了解蛋白質的基因組成序列并不能讓我們真正理解蛋白質的功能。 如何知道它的工作及運轉程序以及蛋白質如何作用在細胞環(huán)境下(特定的 酸堿度 、溫度等)自我組裝建構,這種過程被稱為蛋白質折疊。
蛋白質折疊問題是“21世紀的 生物物理學 ”這是重要課題,它是 分子生物學 中心法則 尚未解決的一個重大生物學問題》,一旦解決了,在基因診斷,治療,基因對人類的關聯(lián)影響和疾病的傳播,生物制藥植物的基因研究上都立刻會有顛覆性的影響。這就是我說的,通過一個基礎科研項目的應用模塊,這個應用模塊還可以被獨立的審視。
簡單說,在生物醫(yī)學領域的AI技術,它完全符熱力學第二定律的過程,表述熱力學過程的單向不可逆性–孤立系統(tǒng)自發(fā)地朝著熱力學平衡方向 最大熵狀態(tài) 演化,因此能量越低就越穩(wěn)定。以上蛋白質折迭過程,從能量景圖和自由能都可以很好地說明。但要說原因目前還很難解釋,只能說是一種自然的選擇。
不知道大家是否還記得,我在《精神現(xiàn)象的起源與東西方文明之間的差異》一文中說過;
簡單說就是;我們說的“精神”就是指“感知”的一種高級狀態(tài),我們把自體感知的總和”叫做“精神”,它源于生物的基礎物理現(xiàn)象中的“感應”屬性。即生物原始基礎理化物質的“感應”以及人類抽象意識的自體衍生態(tài)叫精神。這個過程是線性的漸進式演化。比如氫原子核與外圍的電子,這就是感應現(xiàn)象。感應現(xiàn)象表達著感知現(xiàn)象和后來一切精神現(xiàn)象的淵源。生物的本質是物質,而物質的屬性分化和屬性代償?shù)脑硎怯捎谟钪嫖镔|的存在效價逐步遞弱,從而要求相應的屬性代償予以彌補。(請參考熱力學第二定律)人類的“精神現(xiàn)象”和“感知能力”歸根結底就是“自然物質表達出的感應屬性及其代償增益”的產(chǎn)物。
蛋白質的折疊也可以看成是能量與熵的競爭。它也最好地反應能量跟熵的競爭關系,這是抽象地討論蛋白質折疊問題的一個普遍的方式。蛋白質折疊的能量屬于物質的內在能量,而不是自由能量。觀察,結構蛋白質天然態(tài)的結構模型也是先要考慮能量,能量是蛋白質內部結構的穩(wěn)定屬性。
蛋白質的折疊趨向于能量最低的構象」這個解釋應該是對的,僅從自由能的角度考慮穩(wěn)定性,也只能看到一個表象,蛋白質折疊問題遠不止是這樣,這個問題不是完全用物理化學就能解釋清楚的。要從多個視角理解為什么是折疊的時候蛋白質總是「趨向于能量最低的構象」,這就必然看到其中有進化的影子。在漫長的進化過程中,蛋白質分子究竟會怎樣進化呢?我們從生物學的角度來說明這個問題?蛋白質要實現(xiàn)具體的生物功能往往需要有比較固定的構象。,因此在進化中,其序列是經(jīng)過演化出來的設計。這就是蛋白質折疊可能的生物學原因。物理學角度是能量與熵的競爭,從生物學的角度就是進化的過程。
不知道我是否講明白了,人類這個物種從出現(xiàn)生物學意義的演化開始就有兩套系統(tǒng)體系,各自有序的漸進式演化,同時還相互影響,相互作用,那就是①以自然狀態(tài)出現(xiàn)的各種無機類物質,②以大分子與蛋白質為主的有機物質,這兩套系統(tǒng)與體系就如同生物基因的雙螺旋結構,相互匹配又相互影響,無論人類的精神層面,意識層面,還是行為學層面都是它們交織演化的外部顯現(xiàn),