自我复制
自我复制
自我复制(英语:Self-DNA复制)是动力系统的一种行为,这种行为可以产生出和自身相同的结构。在生物学中,这一过程涉及生物体内通过代谢作用,按照原有结构复制成为完全相同的结构的生物合成过程。细胞通过细胞分裂进行自我复制,脱氧核糖核酸在此过程中完成自我复制,并且可以通过繁殖传递给后代。自我复制不仅限于生物体,还包括生物病毒、朊病毒计算机病毒以及机器人学中的研究课题。自我复制机制常常不会完美地复制个体,而是通过遗传变异来产生各种差异,这些变异会成为自然选择的基础。
相关介绍
自我复制,也称为"自体复制"(self-复制),例如脱氧核糖核酸(DNA)在生物体内以原有的DNA分子为模板,合成两个完全相同的DNA分子的过程。除了生物体内的自我复制,生物病毒也可以自我复制,但它们必须在感染过程中使用宿主细胞内的复制机制。有害的朊病毒是一种蛋白质,能够通过将正常的蛋白质变为有害的朊病毒而自我复制。计算机病毒则利用计算机的软件和硬件资源来自我复制。
自我复制是科学幻想中的热门主题,同时也是机器人学中的研究课题。在机器人学中,自我复制的机器人(或者一群机器人)通常会具备获取构建自己的材料、制造新的自我的零件、保证能源的稳定供应、组装新的个体以及纠正后代中出现的错误等功能。在纳米技术的尺度上,分子装配器也可以被设计为能够凭借自己的能量进行自我复制,但这引起了灰蛊效应引发世界末日的可能性。
自我复制的理论与等级
约翰·冯·诺依曼的早期研究认为一个自我复制者应该包含以下部分:该个体的代码化表示、一个复制这段代码的机制、以及一种能够影响和塑造该个体所处环境的机制。近期的研究开始将自我复制者分类,通常基于它们所需要的支持数量。例如,科学家已经成功地构建了一段核糖核酸,它可以在RNA单体转录因子的溶液“环境”下复制自身。
自我复制计算机程序
计算机科学中的自我复制程序,是指一个执行之后可以输出自身代码的程序,也被叫做自产生程式(Quine)。例如,Python语言的一段自我复制程序:`a='a=%r;print a%%a';print a%a`。此外,一段空白的程序也是合法的程序,执行之后不会输出任何错误,也不会输出任何结果,因此在理论上也是自我复制的。
自我复制纹样
几何学中,自我复制纹样(self-replicating tiling)是由多块全等的瓦片构成的纹样,可以组合成更大的与自身相似的纹样。例如,“斯芬克斯”的六块多形组(hexiamond)是唯一已知的自我复制的五边形
应用
制造出可以自我复制的宏观物理装置,是工程科学的长期目标,通常的出发点是降低批量生产产品的成本。美国航空航天局最近的一项研究中组建了一个复杂度类似于英特尔奔腾4处理器的自我复制机器。自我复制在实际操作中的一个变体和编译器的构建有关,一个编译器可以被应用到编译器自己的源代码上面,结果得到编译器本身。
机器自我复制
自我复制机械是机器人学中的热门领域。在纳米技术的尺度上,分子装配器也可以被设计为能够凭借自己的能量进行自我复制。前瞻学会向研究者们发布过一个关于制造自我复制机械的指南,建议采用特别的技术,例如播存结构,来防止自复制机器失控。
太空探索与工业生产
太空中的自我复制系统的目标是使用较少的发射质量来探索大批量的物体。例如,一个自养的自我复制机器可以把太阳能电池铺满月球或者行星,然后通过微波把能量束传递给地球。关于太空中自我复制机器的经典研究是1980年美国航空航天局由罗伯特·弗莱塔斯编辑的,关于自养形铿锵复制者的研究。
分子机械
纳米技术专家相信,纳米尺度的自我复制组装器的设计是该学科成熟的标志。这些纳米系统会比自养系统简单得多,因为它们可以得到纯净的原料和能量供给。2011年,纽约大学的科学家开发出一个可以复制自身的人工结构,展示了除了脱氧核糖核酸核糖核酸之外还有别的分子复制方法。对于这些假想中的不同类型的自我复制系统的化学基础,可以参见假定型生物化学
相关领域
大部分和自我复制有关的研究都属于下列领域:生物学、迷因在人类文化中的扩散研究、纳米技术、太空资源开采、计算机安全以及并行计算。例如,美国航空航天局资助了一些利用自我复制机器来开采太空资源的设计研究,这些研究大多包括计算机控制的可以复制自己的机器。
参考资料
目录
概述
相关介绍
自我复制的理论与等级
自我复制计算机程序
自我复制纹样
应用
机器自我复制
太空探索与工业生产
分子机械
相关领域
参考资料