从诺贝尔科学奖中生发出来的“生媒”
作者:张田勘时间:2018-06-21 09:51 来源:《中国科技人才》杂志

一、“生媒”起源和布局具有划时代节点

1869年,弗雷德里希•米歇尔(Friedrich Miescher),分离出细胞中的核酸(细胞核);1920年代,列文(P.A. Levene)发现核酸由磷酸、五碳糖和4种碱基组成;1950年代,查加夫(Erwin Chargaff)发现DNA上腺嘌呤(A)数量等于胸腺嘧啶(T)数量,鸟嘌呤(G)数量等于胞嘧啶(C)数量,由此总结出DNA碱基组成的规律,所有DNA中碱基组成必定是A=T、G=C,这一规律也暗示A与T、C与G总是相互匹配;1953年,沃森(J.D.Watson)和克里克(F.H.C.Crick)发现DNA双螺旋结构(两人共享1962年度诺贝尔生理学或医学奖;1977年,桑格发明第一代DNA测序法(双脱氧链终止法,由此获得1980年度诺贝尔化学奖),让人们可以对DNA或一段基因分子中的碱基排列顺序进行阅读。

所有这些发现,既有生命科学的重大意义也对诊治疾病和促进健康产生了巨大作用。不过更重要是,通过碱基排序,人们发现生命和遗传的核心,也是数字和数字定律,其中的原理和技术其实可以用作知识和信息的存贮和传播载体。

根据碱基A总是与T配对、G总是与C配对的稳定搭配,研究人员设想,可以把数字技术与生物技术结合起来,编撰成一种全新的出版物——DNA图书。也就是利用计算机的二进制数字“0”和“1”,与4种碱基进行转化编码、编程,把数字出版物所编码的所有文字、图像、符号等再编码进DNA中,制作成DNA出版物。在阅读时,再利用DNA测序技术,把DNA密码还原为数字编码,就可以解码和阅读。

乔治•丘奇(George Church,就是阿里巴巴达摩院请的10位科学大咖之一,达摩院是一家致力于探索科技未知,以人类愿景为驱动力的研究院)等人,在2012年9月28日的美国《科学》杂志上发表文章称,他们成功地编码出一本5.27兆比特的DNA图书,书名叫做《再生》。这本书不仅有文字还有图,图文并茂,有5.34万个单词,还有11张JPG格式的图片和一段Java Script程序。

此后,欧洲生物信息研究所(EBI)的尼克•戈尔德曼(Nick Goldman)等人,编撰了另一本DNA图书《莎士比亚诗集》。该书编入的内容有,莎士比亚所有的154首十四行诗、一篇沃森和克里克DNA双螺旋论文的副本、一张戈尔德曼等人所在研究机构EBI大楼的彩色照片,一段这次试验使用的软件算法(a Huffman code,描述数据如何被转换的文件),还有一段长达26秒来自马丁•路德•金著名演讲“我有一个梦想”的剪辑音频。信息总量约739千字节。

上述DNA《莎士比亚诗集》内容更丰富,而且包含了一个音频文件,也更符合数字图书的标准。与《再生》相比,DNA《莎士比亚诗集》的编撰更优化、更完善、操作性更强,也更实用。戈尔德曼等人编撰DNA《莎士比亚诗集》的原理与丘奇等人编撰DNA《再生》的原理和过程相似,但是,更进了一步。他们把数字内容的二进制码(0,1)改成三进制码(0,1,2);然后用这种三进制码来对应DNA的4个碱基(A、T、C、G),从而将三进制码编写成一个DNA序列,使整个序列的所有内容都获得4个副本。

如此一来,当任何一个拷贝(副本)出错时,另外3个副本可供参考认证,能避免错误和确定内容的准确性。此外,研究人员还为编码的每个DNA片段的首尾,加上了索引标识。

当数字内容编写进DNA后,再用专门设备合成为DNA《莎士比亚诗集》。在读取或阅读DNA《莎士比亚诗集》时,先把合成的DNA《莎士比亚诗集》放入标准化学试剂,然后用DNA测序仪根据索引标识,将各个DNA片段依顺序粘贴成原来的DNA序列,再转译到数字文件的二进制码,形成电子文件,在电脑上阅读和使用。

合成的DNA《莎士比亚诗集》,只有砂粒般大小,用DNA测序仪把DNA《莎士比亚诗集》中的信息还原为数字文件时,人们发现它与原始数字文件的内容100%重合。

DNA出版物的优势在于,它能长期存储信息,它的内容至少在1000年时间内也能够被读出。但是,计算机硬盘和光盘保存数据只不过50~100年。而且,由于DNA能储存更多信息,理论上计算,一克DNA即能储存上千亿个千兆字节,相当于1000亿张DVD光盘的内存。全世界一年的数码信息总量约为1.8ZB信息,可以被存储在约4克的DNA中(ZB是信息量单位,等于10的21次方,常见的GB是10的9次方)。

不过,DNA出版物不能修改,还不可能像数字出版物那样,通过网络简易而实时传播。不过,当人工智能的发展、生物技术与信息技术结合的奇点出现时,这些问题都不难解决。那时,“生媒”也极有可能挑战现在的纸媒和数媒,并形成知识和思想借助多种媒体传播的多元化时代,这种多元化,既是知识和思想的多元化,也是技术和知识载体形式的多元化,就像环境和生态的多元化一样,为人类提供更好、更便捷、更实用和更有益的选择。

 

二、瑞典议会以“数字”终结362年纸媒《瑞典邮报》

早在将近12年前的2006年底,瑞典议会做出了一个既苦涩又具有历史意义的辞旧迎新决定:从2007年1月1日起,停止出版世界上历史最悠久的连续印刷和出版的报纸——《瑞典邮报》,这个纸媒已发行了362年,它将被同样内容的数媒代替,公众可免费阅读数字版《瑞典邮报》。

即使纸媒衰退和关闭,人们仍然需要信息传播,而且需求量更大,提供信息和知识的媒体或载体将会永存。即使其他形式的媒体应运而生,也并非全面替代纸媒,而是进入多种形式媒体并存和竞争的时代!从知识和思想传播以及技术发展的作用中,就可以看到。

人类进入文明社会,是由于语言的发明和使用。语言这种虚拟工具,可以记载知识和信息,并且利用物质载具可以传播知识和信息。由于人类记载知识和信息的虚拟载体——语言千差万别和有不同形式即不同的语言,从而让人们无法充分获得知识和信息,或者使知识和信息的传播受阻,如使用汉语者无法获得法语记载的信息和知识,反之亦然。

此后,更由于物质载体的难以寻觅,而让知识和信息传播受限。屈指算来,人类记载知识和信息的物质载体有泥土、石头、墙壁、龟壳、木头、竹子、麻布和纸,在依赖这些物质载体之后,才诞生了今天最为普通和普遍的纸质出版物,包括报纸、杂志、图书。

然而,最早的出版物是图书。世界上最早的图书,是公元前3000年泥版的《苏鲁巴克箴言》,这个泥板文书记载了国王奉行的道德准则。公元前2400~2300年之间问世的《金字塔文本》,是世界上最古老的宗教文献出版物,刻写在金字塔内的墙壁两侧和石棺上。

中国最早的出版物则是竹简和木简。在中国的商代(约前1600~前1046年)人们把竹子和木头削成狭长的小片,用毛笔在上面记载信息和知识,这样的书籍也称为竹简书和木简书。现在,清华大学从境外抢救收藏的一批战国时(约前3、4世纪)的竹简,成为迄今为止发现的中国最早的出版物。其中最重要的书籍之一是《尚书》。

在竹简之后,印刷术的发明,催生了报纸(纸媒)的诞生。过去认为,世界上最早的第一批印刷报纸,是17世纪初出现的欧洲国家报纸,如荷兰的安特卫普的《新闻报》(Nieuwe Tijdinghen,1609年)、德国的《通告报》(Relationoder Zeitung,1609年)、英国的《每周新闻》(全名为《来自意大利、德意志、匈牙利、波希米亚、莱茵河西岸地区、法兰西与荷兰的每周新闻》1621年),以及法国的《报纸》(La Gazette,1631年)。

然而,最近世界上最著名的印刷博物馆——德国古腾堡印刷博物馆,发现了一份1605年印刷的请求书,这份馆藏的珍稀文物证实了世界上最早的报纸——德国《通告报》,在1605年以前就已经出现。最早的《通告报》,在法国斯特拉斯堡小镇被找到,这个地方现在法国境内,当时被称作德意志莱茵的一部分。

这也意味着,世界上最早纸媒的诞生,要提前到1605年。

但是,也有人认为,纸媒最早产生于中国。在距今2000年前,中国就出现过文书抄本,是当时的官府用以抄发皇帝谕旨和臣僚奏议等文件及有关政事的刊物,称为《邸报》,其具有报刊的某些特点,因而可视为最早形式的政府公报。

不过,中国公认已知的最早的一份手抄《邸报》系唐代(713年)创办,由“上都进奏官”负责编印,藏于敦煌莫高窟。此外,还有将皇帝谕旨、文臣武将奏章及政事动态“条布于外”的《开元杂报》。宋代以后有了《朝报》《邸报》和《小报》,出版方式也由手抄改为印刷发行,并有5日刊,旬刊和半月刊,到了南宋光宗绍熙(1190年)时又改为日刊。显然,这才是现代意义上通过印刷而生产的纸媒,似乎中国的纸媒比西方早了近800年。

 

三、通信技术推波助澜与2009年度诺贝尔物理学奖

真正的出版物,是要有人付费订阅并且连续印刷出版,因而诸如《瑞典邮报》,才是现代意义上的纸媒。

无论纸媒(包括图书和杂志等出版物),历史如何悠久和成就如何辉煌,在今天也会从巅峰开始下滑,甚至跌入低谷,因为在IT技术、互联网等为代表的新科技革命引领和技术支持下,产生了数媒。信息技术,不只是让数媒成为新的媒体并与纸媒竞争,而是全面改变人类的生活、工作及其方式。

今天,凡会写字的人,没准都会弄个公众号发表自己的文章、图片,哪怕是一点感想和意见,吐吐槽也总是可以的吧!这些众多的自媒体都属于数媒,加上更多的传统媒体(纸媒)建立的公众号和数媒(也称新媒体),构成了今天如燎原之势的数媒。它们抛开了传统的以排版印刷和物流发行为特征的纸媒运作和信息传播模式,把文字、图形、图像、声音、视频影像和动画等信息素材,转化为二进制数的形式,并加以记录、处理、传播、获取和贮存,最主要的是在网上迅速传播。

在数字世界,所有信息按比特存放在公共储库(计算机硬盘或光盘)中,受众可以根据自身需求选取所需要的信息,由此也决定了所有的数字媒体都包含互动和双向功能,传播者和受众可以实时双向交流,使得信息交流脱离了纸媒和电视无法双向交流和反馈的弊端,也使信息源和信息载体、发布者和受者的角色随时转换,同时让数字化传播呈现多元模式。

一方面是“10万+”频频出现,大众传播的覆盖面越来越大;另一方面是作者和发布者的交流实时同步,增加了信息反馈和传播效率,比如文章后面的评论和作者的回复,但同时,还可以使点对点的实时交流成为可能,做到个人化和个性化传播。

如此多优点的数媒,早就超越了纸媒,敲响其钟声也是早晚的事。但是,数媒同样是建立在几种科技基础之上的,包括计算机技术、通信技术和信息处理技术等,其中涉及数字媒体的关键技术及内容,主要包括数字信息的获取与输出技术、数字信息存储技术、数字信息处理技术、数字传播技术、数字信息管理与安全等。

从数媒(数字出版物)的特点已经看到,数媒与纸媒(纸质出版物)激烈竞争以传播知识和思想的宏大布局,在纸媒诞生之时或之前就开始了。计算机的发明当然也有中国人的贡献,即算盘的发明和使用。算盘何时以及是何人发明的已难以考证,基本可以推断最早起源于汉代,北宋名画《清明上河图》中赵太丞家药铺柜上的算盘表明,约700多年前,计算机的雏形——算盘,就为中国人普遍使用了,而且算盘也被视为最早的数字计算机。

1642年,法国人帕斯卡发明加法机,这是人类历史上第一台机械式计算机;1888年,美国人赫尔曼•霍勒斯发明制表机,采用电气控制技术取代纯机械装置,以穿孔卡片记录数据标志着现代软件的萌芽;1946年,世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功,人类进入电子计算机时代;1950年,第一台并行计算机EDVAC问世,首次实现了冯•诺依曼体系的两个重要设想——存储程序和采用二进制。

从1970年代到今天,采用大规模和超大规模集成电路的第四代计算机问世,随着微处理器技术的进步,计算机进入寻常百姓家。之后,以比尔•盖茨和史蒂芬•乔布斯等为代表的弄潮儿研发的种种在计算机上操作的软件,为数媒的崛起奠定了基础。

然后是通信技术推波助澜。信息的传播首先要求快速,其次要求容量巨大和多元,包括点对面、点对点和面对面的海量信息传播。有两个节点已体现了数媒的出现已是必然。

1966年,高锟在《电气工程师学会会报》(PIEE)上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》,从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性,并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。这个设想是,以一条比头发丝还要细的光纤代替体积庞大的千百万条铜线,可用以传送容量几近无限的信息,为此高锟和另外两人获得2009年度诺贝尔物理学奖。

尽管这一设想在当时被人笑称为“痴人说梦”,但今天光纤传播信息不仅让人们用上了微信、微博、QQ、twitter、Instagram、facebook等即时通信工具,也让更多的人用上了数媒,世界变得焕然一新,就连特朗普都要靠twitter管理国家,远远甩掉半部《论语》!

光纤打下的基础当然不足以造就数媒,还需要信息技术的支撑。1989年,在CERN(欧洲核子研究中心)任职期间,麻省理工学院研究人员蒂姆•伯纳斯•李(Tim Berners-Lee)提出了万维网的初步构想。1990年,他设计制作出世界上第一个网页浏览器。1990年12月25日,他又成功利用互联网实现了HTTP客户端与服务器的第一次通信。

万维网也即后来的互联网,成为人类历史上最深远、最广泛的传播媒介,让全世界的人得以通过互联网进行史无前例的沟通和交流,也让互联网+和后来的物联网+成为可能,数媒的产生不过是互联网成果中无比璀璨的一颗宝石。

当然,伴随互联网和通信技术而出现的众多信息处理技术,把数媒推上了历史舞台。PC和MAC平台的结合,多种Adobe软件的出现和应用,包括综合的排版设计工具Adobe Indesign;常用的排版编辑的工具之一Adobe Pagemaker;专业声音编辑软件Adobe Audition等。然后是摄影、摄像、动画、电影、电视、书籍、报刊和互联网融合,数媒全面成长壮大,蚕食纸媒的天下!

2017年末,中国至少有16家纸媒再也看不到2018年1月1日的阳光,包括《渤海早报》《假日100》《采风报》《球迷》《北京娱乐信报》《台州商报》《大别山晨报》《皖南晨刊》《无锡商报》《西凉晚刊》《白银晚报》《西部开发报》《北部湾晨报》《上海译报》等。