dna生物学的建筑材料——生物学家埃里克·温弗里谈dna独特的化学特性

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1、DNA：生物学的“建筑材料”——生物学家埃里克·温弗里谈DNA独特的化学特性方陵生/编译电子计算机的威力人所尽知，但涉及到与物理世界有关的复杂任务——比如某种昆虫的构成——还得寄望于对DNA的深入研究。曾于2000年获得“麦克阿瑟天才奖”的埃里克·温弗里（ErikWinfree），一直在潜心研究存储遗传生命信息的DNA；而人类的细胞正是利用这类遗传分子的信息来构建蛋白质，形成了我们的身体结构并做着与生命存在相关的几乎所有工作。目前，温弗里正在利用DNA独特的化学特性，旨在使其像计算机那样来处理信息（被称为DNA分子计算或DNA分子编程的新颖学科），甚至以DNA分子为

2、“脚手架”构建起有用的结构。不久前，温弗里就其对生命起源的理解以及DNA的化学特性对未来可能产生的影响，接受了《发现》杂志资深编辑斯蒂芬·卡斯（StephenCass）的采访。埃里克·温弗里旨在对分子进行编程卡斯：您所从事的研究领域是生物分子计算，具体是些什么呢？温弗里：对于不同的研究者来说，具体研究对象也有所不同。对于我来说，意味着去弄明白这样的问题，即化学系统也可以进行信息处理，也可以通过设计去执行和完成多种任务。我的一个研究思路就是类推法：我们可以设计出执行各种信息处理任务的计算机，当这些计算机与电子机械控制系统连接在一起时，往往能够发挥出特殊的作用。例如，你

3、可以从一台摄像机获得输入信息，你也可以将信息输出到电动机上。生物分子计算的目标是要开发出用于化学系统和分子级别的类似控制方法，研究如何对一组分子进行编程以及执行一系列的指令。卡斯：您是如何开始对这一新颖而奇特的研究领域产生兴趣的？温弗里：我对生物学和计算机之间的联系开始感兴趣是在1980年代初期，那时我正在上高中。我当时在苹果II型电脑上学习编程，同一时期我还阅读了一些书籍，如理查德·道金斯（RichardDawkins）的《自私的基因》，这些东西在我的大脑里逐渐融合起来，并就如何对生物系统进行编程让我产生了浓厚的兴趣——去做进化所做的事情。我对与生物学有关的一切都

4、很感兴趣，特别是与神经科学有关的。譬如大脑是如何工作的？同时我对各种算法也产生了兴趣。在芝加哥大学我修习了数学和理论计算机科学，在加州理工学院读研究生时，对机器人技术的神经网络产生了兴趣。后来我对南加州大学计算机科学家伦纳德·阿德尔曼（LeonardAdleman）关于DNA计算的研究进行了陈述，这是对分子系统和计算机之间联系的一种全新思路。这不仅仅是理论科学家的事，在这个领域内，你完全可以将分子算法的理论付诸实施，并在实验室中加以测试。卡斯：在您的家族中，您不是第一个获得“麦克阿瑟奖”的人，您的父亲亚瑟·温弗里（ArthurWinfree）1984年以将应用数学应

5、用到生物学上的成就获得该奖项。他是如何影响您的？温弗里：在我成长的过程中，他不是一位获奖者，只是一位父亲，也许是一位有些古怪的父亲。他喜欢将各种东西展示给我们看，使我养成了一种从不轻信任何事情的习惯，因为父亲总是让我们要有自己的看法，培育我们独立思考的能力。我小时候遇到的许多父亲的朋友，最终他们也都成为了“麦克阿瑟奖”的获得者，所以在我成长的过程中，他们独创性的思维方式在我看来是很正常的。卡斯：这些“麦克阿瑟奖”获得者一直在影响着你，是吗？温弗里：我与他们的交往有些是出于偶然，有的则不是。我曾在数学家斯蒂芬·沃尔弗拉姆（StephenWolfram，开发了很有影响力

6、的数学软件包）手下工作了一年，在此之前，我是在和父亲一起参加的一次麦克阿瑟会议上与他相遇的，这算不上是偶遇。而我的博士生导师约翰·霍普菲尔德（JohnHopfield）则是我偶然遇到的“麦克阿瑟奖”获得者，我想这大概是因为我特别留意那些真正令我尊敬的人。我在普林斯顿大学也待过一段时间，在那里认识了迈克尔·埃洛维兹（MichaelElowitz），他教给了我一些关于显微镜的知识，埃洛维兹在2007年成为“麦克阿瑟奖”获得者。还有和我在一个实验室的博士后保罗·罗斯蒙德（PaulRothemund），后来也获得了这一奖项。编程语言的基本元素卡斯：这种不拘一格的社会交往理念

7、，在您领导下的加州理工学院实验室里是否也有所体现？温弗里：在我的实验室里，我一直鼓励非常独立的工作态度，部分原因是我的成功在很大程度上得益于我的导师给了我很多自由发挥的机会。回想起古希腊哲学家们在一起讨论问题时，他们每个人都畅所欲言自己的见解。所以，每当有学生来到我的实验室后，我总要说：“好吧，说说你的计划，告诉我下周你准备做些什么。”有时候对于他们来说，这是一个痛苦的过程。他们要花的往往不是一个星期，而是一个月，甚至是一年或者两年，才会真正搞清楚自己感兴趣的到底是什么。虽然这个过程可能会有痛苦，但我觉得这比分配他们去做某项具体研究而他们自己却不知道自己真正喜欢