為什么說動物滅絕會影響到計算機科學

　　9月19日消息，據國外媒體報道，計算機科學家認為，大自然中豐富多彩的生物種群體內都蘊藏著解決問題色優雅算法。隨著物種滅絕率的增加，可以解決長期或未來科學問題的優雅算法隨之消失。人類所應考慮的不僅僅是由之而來的生態、經濟和情感后果，還有再也無法解開的算法秘密。

　　渡渡鳥。西非黑犀牛。塔斯馬尼亞虎。班尼特海藻。全世界滅絕動植物物種的名單還在繼續。我們被告知，這是一場愈演愈烈的悲劇，但說實話，我從來沒那么在意。

　　然而最近，我發現自己開始同情那些與物種滅絕作斗爭的人們。想知道其中的原因嗎?我是一個對算法感興趣的計算機科學家。

　　算法和物種滅絕的共同點遠比你想象的要多。就像秘方一樣，算法描述了解決問題的策略。同樣，所有的生物都必須解決問題才能生存。不管是確定正確的生長軌跡的植物,還是保護身體抵御病原體入侵的免疫系統，抑或是通過微弱氣味追蹤數英里之外獵物的獵犬，解決這些問題的能力直接關系到生物體的存活，并將其基因傳遞下去。如果一個生物體發現了一個更成功的策略——它學會了更快、更有效地解決問題，或者是使用更少的資源解決問題——那么這個生物體將更有可能把這些“技巧”傳給下一代。自然選擇就是這樣，一個物種會隨著時間的推移而不斷進行選擇，慢慢地優化生存策略。

　　經過數十億年的這個過程之后，世界還剩下什么?這是一個物種的集合，每個物種都裝載了一系列算法，以處理各種各樣的問題，比如建立自適應交通網絡，保護整個物種系統不受外部攻擊者的攻擊，同時去跟蹤對手。每個不同的環境都蔚一個物種提供了不同的挑戰，而每個生物體和整個物種必須克服才能生存下去。因此，這些物種使用的基本算法經過了微調，可以適應不同環境下的工作。

　　計算機科學家們現在正在認真研究這些“自然界中的算法”，以便為基本的工程問題提供新的解決方案。在過去的幾十年里，我們在探索、測量和操作生物系統方面取得了巨大的進步，這就讓我們對生物系統的工作原理產生了前所未有的理解。此外，隨著技術的進步，計算設備已經發展得更具移動性、高能效和適應性——這些都是生物系統的特征。計算機科學和生物學的結合有可能產生關于基本生物學問題的新觀點。

　　最近，我在索爾克研究所(Salk Institute)的實驗室里一直在研究果蠅的微型大腦是如何解決一個所謂“相似性搜索”的人類技術問題。例如，當我們說“那個樂隊聽起來像Nirvana樂隊”或“那個水果聞起來像橘子”時，我們的大腦正在進行相似搜索，從而找到以前所經歷過的、與接觸到的新事物所相仿的東西，比如說一首歌或一種氣味。這種搜索使我們能夠歸納概括從以往經驗中學習到的行為，從而引導我們的行為適應新的體驗。

　　如今，每家科技公司都面臨著類似的挑戰。像YouTube、Spotify和亞馬遜這樣的平臺會搜索數以十億計的視頻、歌曲和產品，根據你以前的習慣提供建議。通過研究果蠅大腦中負責處理氣味的嗅覺回路，我們發現果蠅使用一種通用計算機科學算法的變體來進行相似搜索。然而，這只蒼蠅展示了三種新的計算技巧，我們可以通過將其轉化成算法來提高相似搜索的整體效率。

　　我們也一直在將這一思路延伸到植物生物學中。植物結構可以被看作是運輸網絡，用于在不同器官之間運送諸如水、糖和碳水化合物等營養物質。就像地鐵系統一樣，植物需要建立一個網絡，在平衡建設和維護網絡成本的同時，讓營養物質能夠實現快速運輸。利用高分辨率三維掃描測量，我們發現植物進化出在這兩個相互競爭功能之間做出最佳權衡的機制。對植物內部運輸結構的理解可以揭示出如何打造更好基礎設施網絡的新策略，特別是那些需要適應破壞或用戶需求不斷改變的網絡。

　　當一個物種滅絕時——無論是太平洋的逆戟鯨還是亞馬遜流域的稀有青蛙——我們從根本上失去的是算法。隨著滅絕率的增加，有多少可以解決長期或未來科學問題得到優雅算法會隨之消失?

　　下一次，當一個物種因為有問題的人類行為而滅絕時，我們不應該只考慮生態、經濟和情感后果，我們也應該哀悼那些丟失的算法秘密。大自然母親是第一本關于算法設計的書籍作者。每當一個物種滅絕，我們就會失去了另一個章節。