作為納米前沿科技快速發(fā)展的產(chǎn)物,，加州理工大學(xué)“錢實(shí)驗(yàn)室”的DNA機(jī)器人步子又小又緩慢,。它走一步需要5分鐘,，步長6納米，差不多是人類一步的600萬分之一,。

　　它只有20納米長,，大約是一粒米的千分之一。它看起來像根線蟲,，身子細(xì)長,，沒有臉，蛇一般纏來纏去,。它的活動場地是一塊DNA合成物的平板,，隱藏在試管里——因?yàn)樘×耍枰蛔⑸溥M(jìn)去,。

　　板子上分布著兩種顏色的分子小球,。這條“線蟲”游來游去，撿起小球送到指定的位置,。兩種顏色分開擺放,。

　　它是世界上首例可以同時(shí)完成行走、抓起,、放下和分類工作的DNA機(jī)器人。今年9月,，《科學(xué)》雜志發(fā)表了有關(guān)它的論文,。

　　“這是DNA機(jī)器人的重要一步?！倍趴舜髮W(xué)工程學(xué)教授約翰·賴夫說,。他自21世紀(jì)初就開始關(guān)注DNA合成研究的發(fā)展。

　　對更多人來說,，這段跋涉還在肉眼無法看見的維度之中,。

　　建筑是DNA與生俱來的能力

　　DNA機(jī)器人和出現(xiàn)在大眾媒體上的機(jī)器人不太一樣。后者的代表是由施瓦辛格扮演的硬漢“終結(jié)者”或拖著履帶條的大眼睛瓦力,。而據(jù)錢實(shí)驗(yàn)室的管理者,、加州理工大學(xué)助理教授錢璐璐介紹，自己實(shí)驗(yàn)室的這個小家伙在不和其他同伴纏繞時(shí),，差不多就是“一條軟軟的彈力繩”,。

　　和那些金屬家伙不同，它的血肉由核苷酸構(gòu)成,。后者也是脫氧核糖核酸,，即DNA的組成物。這也是它名字的由來,。

　　20世紀(jì)80年代,，一名叫納德里安·西曼的紐約晶體學(xué)家逐漸意識到,，大名鼎鼎的DNA不僅僅是生命秘密的所在，還可以是一種絕佳的建筑材料,。

　　西曼那會兒留著大胡子,，是個喜歡在講座里開玩笑的年輕教授。他在實(shí)驗(yàn)室的工作進(jìn)行得不太愉快——通過改變條件不斷實(shí)驗(yàn)析出結(jié)晶,，以期獲得理想的分子成果,，卻總是不盡人意。

　　他突然開了腦洞：能不能讓核酸自己組合出結(jié)果呢?

　　畢竟,，這是大自然做了千萬年的事情,，建筑是DNA與生俱來的能力。

　　眾所周知,，DNA是兩條纏繞在一起的雙螺旋,。具有互補(bǔ)序列的核苷酸，即A和T,、C和G相遇,，一定會配上對，伸出小觸手緊緊握住對方,，搭出螺旋向上的階梯,。

　　從這個角度來看，納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)一下子變成了媽媽織毛衣,。只要將序列互補(bǔ)的DNA丟在一起,，它們自然會組合出成果。不需要粘合劑,，不需要楔子和釘槍,，化學(xué)承擔(dān)了所有工作。線頭互相纏繞,，毛線延伸的方向千變?nèi)f化,，可以彼此正著纏、反著纏,、夾花兒纏,。

　　編織毛衣的“毛線”從DNA上切割下來，刀子則是限制酶,。被切下的長長DNA縷(strand)并不像毛線那樣光滑,，而長著大大小小蜈蚣腳式的尖端。那些格外突出的尖端被稱作黏狀末端,，顧名思義,，可以在未來的編織中起到粘連的作用。它們是毛衣的線頭。

　　通過織毛衣式的人工合成,，1982年,，西曼獲得了一副DNA編就的井字花。實(shí)際上,，30年來,，這個領(lǐng)域的成果圖仿佛一本大型毛線手工書。

　　西曼和他的后繼者不斷使用新的編碼,，改變切割的長短,，變換纏繞的方式，制造出花樣繁多的DNA分子結(jié)構(gòu)成果,。有連續(xù)不斷如羅馬地磚式的2維圖案,，也有3維的繡球，甚至可以在分子平面上排列出一個笑臉,。DNA的“毛線”恪盡職守地排列組合,，仿佛運(yùn)動會開幕式上的團(tuán)體操表演。

　　DNA人工合成物不僅能組成靜態(tài)的圖案,，還能造就可以自主動作的機(jī)器人,。人類能通過編碼來設(shè)計(jì)合成物的運(yùn)動方式。

　　這同樣少不了自然的幫忙,。DNA是編碼的天然材料,。它能儲存大量信息，因此可以被設(shè)計(jì)進(jìn)行活動,。編碼的基礎(chǔ)簡潔明了——序列,。此外，很多信號能夠被轉(zhuǎn)化成自然信號,。

　　錢璐璐團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人擁有兩只“腳”，一條“手臂”和一只“手”,。它活動在一個一個特殊的分子表面上,，這個平面由短促的DNA合成物組成，像一塊釘板,。釘子上散落安放著需要被分類的小球,。

　　機(jī)器人的腳和釘子上都被安放了DNA片段。序列互補(bǔ),，片段彼此吸引,，腳就在釘子上踩實(shí)了。長條狀的機(jī)器人從而穩(wěn)穩(wěn)地攀上釘子,，像一只蛇蜿蜒爬上短樁,。

　　通過編碼，兩只腳不能同時(shí)踩在一顆釘子上。當(dāng)機(jī)器人行動時(shí),，它只需用閑著的那只腳攀上想到達(dá)的那顆釘子,，踩在原來釘子上的腳就會自動松開。它悠游在釘板上,，像深草間躍動的一只彈簧,。

　　機(jī)器人對小球的分類同樣是依靠序列的幫忙實(shí)現(xiàn)的。小球上帶有兩截DNA片段,，一截吸引機(jī)器人自由晃動的手掌,，從而能被拾起。一截吸引目的地的釘子,，從而能被放下,。兩種不同顏色的貨物要被送到不同的目的地，因此配對的標(biāo)記不一樣,。

　　工作時(shí),，機(jī)器人被設(shè)計(jì)遵循最簡單的行為法則：亂逛、隨緣,。你家的掃地機(jī)器人滿屋亂轉(zhuǎn),，遇到灰塵就吃掉，DNA機(jī)器人也如此,。手里空空時(shí),，遇見貨物就撿起來。拿著貨物時(shí),，遇到目的釘子就放下,。

　　“這樣的漫游不會耗費(fèi)一點(diǎn)兒能量?！卞X璐璐說,。

　　“真是美麗的工作?！币晃换瘜W(xué)家在自己的視頻網(wǎng)站頻道對此評價(jià)道,，“說起機(jī)器人，總會想到機(jī)械控制和電腦,，而她們看到了其他的方向,、自然的一面?！?/p>

　　DNA機(jī)器人搬“珠子”,，準(zhǔn)確率接近百分百

　　“它們可以抵達(dá)人類到不了的地方。機(jī)電機(jī)器人被送去火星,，它們則可以被送到血液循環(huán)里,，精準(zhǔn)運(yùn)輸送達(dá)藥物,。”錢璐璐對媒體表示,。

　　錢璐璐團(tuán)隊(duì)的“彈力繩”并不缺少同類,。近10年間，科學(xué)家運(yùn)用人工合成DNA制造出了不同功能的分子機(jī)器人,。

　　一個長得像帶蓋小水桶的家伙可能是打擊癌癥的最新武器,。2012年9月，韋斯生物啟發(fā)工程研究所在《科學(xué)》上發(fā)表論文,，推出了一種新型DNA機(jī)器人,。

　　水桶內(nèi)盛放著藥物，水桶外壁裝著鎖——雙螺旋緊緊纏繞,，筒體的兩部分因而牢牢閉合,，保證藥物不灑出來。

　　打開鎖的鑰匙是一種特定的蛋白,。一旦鎖上的一小縷DNA識別到了這種蛋白,，會轉(zhuǎn)而附著在上面，從而松開鎖體的螺旋,，打開整個水桶,。

　　研究者希望，它可以在人體的海洋中游走,，安然繞過健康的組織,，穿過鮮紅的血液洪流，只有與黑壓壓的病變細(xì)胞正面交鋒時(shí),，才被激發(fā),，吐出深藏在胸中的炮火。

　　這種精準(zhǔn)而有效的攻擊,，使它更像一臺人體內(nèi)的殲擊機(jī),，區(qū)別于傳統(tǒng)癌癥化療的無差別攻擊。

　　目前,，這些DNA機(jī)器人還只能在試管中活動,，遠(yuǎn)談不上進(jìn)入人體治病。澳大利亞莫那什大學(xué)的納米生物學(xué)專家陳文龍?jiān)诮邮苊襟w采訪時(shí)對錢團(tuán)隊(duì)的工作大加贊賞,，但他同時(shí)也表示：如果機(jī)器人貿(mào)然進(jìn)入人體,，合成DNA攜帶的基因編碼很可能會擾亂人體本來的基因信息,。

　　科學(xué)家的工作重心正集中在怎樣讓這些小家伙步子邁得更快一點(diǎn),。

　　今年春天，中科院上海應(yīng)用物理研究所與華東師范大學(xué)的團(tuán)隊(duì)合作,，在《應(yīng)用化學(xué)》發(fā)表論文,，介紹了他們構(gòu)建的一種新機(jī)器人,，能夠通過核酸外切酶驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)更高效的行走,。

　　錢璐璐團(tuán)隊(duì)則采取了集團(tuán)作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù),。單個機(jī)器人做完兩種顏色12顆“珠子”的分類需要一整天。他們繼而往這片“工地”增加更多的機(jī)器人幫手,。DNA機(jī)器人各走各道,，效率大大提高，一天的工作被縮短到了幾個小時(shí),，準(zhǔn)確率保持在接近百分之百,。

　　這也是DNA機(jī)器人研究一直以來的一個思路：個體力量再小，團(tuán)結(jié)起來也威力無窮,。

　　未來,，錢璐璐希望能模仿集體出動完成任務(wù)的螞蟻，讓機(jī)器人留下能被同伴辨識的信號,，從而提高漫游不準(zhǔn)確的效率,。

　　“很多(DNA機(jī)器人)在未來可能的應(yīng)用目前還屬于科幻小說的范疇?！卞X璐璐說,。

　　生命也是一個程序，自然是寫就它的程序員

　　“盡管它們目前仍然又緩慢又簡單,，DNA機(jī)器人已經(jīng)顯現(xiàn)出超越微電子機(jī)器人的種種優(yōu)勢了,。”杜克大學(xué)的約翰·賴夫表示,。

　　他經(jīng)歷了DNA研究的分岔口,。上世紀(jì)末，DNA與數(shù)據(jù)天然緊密的關(guān)系,，讓不少科學(xué)家堅(jiān)信能制造出一臺DNA計(jì)算機(jī),。但經(jīng)過不斷實(shí)驗(yàn)，他們中的一些感到越來越深重的懊惱：自己的成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上已經(jīng)存在并仍在飛速發(fā)展的微電子計(jì)算機(jī),。

　　他們提出：應(yīng)該讓DNA做自己最擅長的工作,，在有機(jī)組織或其他類似的環(huán)境里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。微電子電腦可去不了那里,。

　　錢璐璐實(shí)驗(yàn)室的年輕團(tuán)隊(duì)是這波潮流的最新繼任者,。他們中有醉心于 “不存在于自然中卻和自然造物一樣復(fù)雜”合成物的化學(xué)家，也有獲得了醫(yī)學(xué)博士學(xué)位的程序員,。這個實(shí)驗(yàn)室共同的興趣是：編碼,。

　　在制造機(jī)器人的過程中，他們總在提醒自己：簡單,、更簡單一點(diǎn),。機(jī)器人的算法盡量簡單,，工作的邏輯遵循“是”或“否”的簡短流程。連形態(tài)都是一個簡單的線條,，沒有千絲萬縷的編織造型,。

　　這是因?yàn)椋骸霸胶唵危娇赡鼙蛔鳛榛A(chǔ),，添加上各種新的功能,。”他們的目標(biāo)不是把某項(xiàng)具體任務(wù)做到盡善盡美,，而是開發(fā)盡可能多的綜合用途,。

　　“我和我實(shí)驗(yàn)室的興趣，是建造這些原子機(jī)器人的工程原則,?！卞X璐璐說。

　　利用工程原則,，程序員和工程師打造了一整個微電子世界,，從小小的轉(zhuǎn)化器到我們所熟悉的各種機(jī)器人。同樣,，分子生物世界也可以從簡單到千變?nèi)f化,。

　　在錢璐璐眼中，生命也是一個程序,。自然是寫就它的程序員,，分子是搭載它的平臺。不同的程序序列,，能制造出昆蟲,、細(xì)菌或者小貓咪。

　　然而,，我們對生命這個程序的應(yīng)用仍然十分有限,。“每天有超過1000種iPhone應(yīng)用誕生,，分子的‘應(yīng)用’數(shù)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及,。”

　　“人類能有機(jī)會利用整個分子生物系統(tǒng)的編程空間嗎?”錢璐璐在2016年的一次演講中自問,。

　　她在加州理工大學(xué)的個人頁面上寫道：“自然蘊(yùn)藏著我們所尋覓的所有美麗和真理,，但尋求的旅程還需要被心中的火焰所照亮?！?/p>