《電腦報》曾以《神奇的電子寵物“蛋”》為題，簡短報道說：電子寵物的狂熱勢頭正席卷東南亞及全球，現已登陸中國市場，飼養(yǎng)電子寵物的愉悅不僅令人終生難忘，還可以培養(yǎng)您的責任心和持之以恒的優(yōu)良品質云云。
這種掛在鑰匙鏈上類似彩蛋的小小玩藝，早在去年12月就已橫行東瀛，引發(fā)過排隊搶購的風潮，黑市售價竟整整翻了十倍。今年2月，隨著所謂“新種發(fā)現蛋”上市，又新增了兩個游戲角色、30種以上的反應和叫聲，加上可以一起養(yǎng)育3個“蛋”等更多的誘惑，以致出現了一家人“領養(yǎng)”數個寵物的現象。于是乎，手掌機版本、PC機版本和CD-ROM版本的電子寵物爭相出臺，寵物狗、寵物雞、寵物鳥、寵物魚……稀奇古怪的寵物們頻頻上市，“喂養(yǎng)”電子寵物成了都市里一種新的時尚。新聞媒體披露說，電子寵物的發(fā)明者叫真板亞紀，是日本一位年屆30歲的已婚婦女，由于受居住條件限制，不能養(yǎng)寵物而突發(fā)靈感所得，經著名電腦玩具廠商萬代公司（BANDAI）推出，到今年4月底，估計已經售出了300萬個以上。真板亞紀女士的“原版”寵物蛋名曰“たまごつち”（TAMAGOTCH），一頭怪模怪樣的小東西，倒也十分頑皮可愛。上小學的侄女曾自豪地給我看她的寶貝，不禁也勾起了我的好奇，一把搶過，七搗八鼓，不一會就使它“壽終正寢”，引來嚎啕大哭。據說，我“謀殺”的是個才有三星期年齡的幼小“生命”。
信息時代，電腦成了摩登的寵物姑且不論，從寵物電腦中竟然又異化出另一種有“生命”的寵物，使人牽腸掛肚，時不時得給它飲水喂食，陪它玩耍散步，病了要打針吃藥，弄不好還會鬧情緒“離家出走”，簡直就是一個真實的活物，一個人造的生命。在電腦愛好者眼里，“仿生式”的電子寵物蛋，不過是好事的日本人開發(fā)的又一款袖珍電腦游戲機，僅僅是體積做得更小，由增加了智能因素的電腦軟件加以控制而已。其實，在真板亞紀之前，日本科學家早已研制過一種“熱帶魚”軟件，它能在屏幕上顯示一個魚缸，其中漫游著五顏六色的熱帶魚。若不經常進行“換水”和“喂餌”等操作，魚就會因“水質”惡化或“饑餓”而死；若熱帶魚能夠得到人的精心呵護，它們會慢慢長大，并且產卵繁殖出小魚?；蛟S，電子寵物就是把類似的生命模擬軟件轉化為商品的結果，從技術上講并沒有更新的創(chuàng)意。
從教育部門傳來的消息可不那么樂觀。學校和教師對電子寵物的泛濫大都傾向于抵制，因為孩子一旦迷上了飼養(yǎng)這種“蛋”，就必須經常照料，以致于嚴重干擾學業(yè)。目前，我國國家教委已經明令禁止把電腦寵物帶進學校；泰國的教育部長則要求一旦在國立學校發(fā)現電子寵物，便立即將其充公；加拿大的一些教師做得更絕：他們讓玩電子寵物的學生隨身帶一個真正的雞蛋上學，一周內不得打破——以其人之道，還治其人之身，看你還敢不敢“玩物喪志”？于是乎，社會心理學家也出來發(fā)表評論。有人分析說，由于電子寵物具有明顯的自然化特性，讓人感到可以與之交流，好像有模擬的生命體在接受人們的關懷和愛護，從而體現出人的自我價值等等；也有人講，如果不把責任心和愛心放在對真實生命的關懷上，反而需要依靠一個液晶顯示片來培養(yǎng)，人類可就太可悲了。
你看，小小一個“蛋”，竟然引來軒然大波。它似乎在表明，這個“蛋”雖然沒有克隆羊“多利”那般耀眼眩目，但也體現了人類社會最為關注的生命現象，的確有它不同凡響的影響。應該說，能夠使電子寵物產生“生命”的是電腦軟件，而這種軟件本身就是某種學科理論方法在游戲商品中的應用實例。這個新學科大名叫做“人工生命”（Artificial Life）。它是繼人工智能之后，從計算機科學中衍生出來的又一門新的學科，至今已有十年的歷史。細心的讀者可能還記得，1995年17期的《電腦報》就曾載文對人工生命科學作過簡要的介紹，讓我們趁電子寵物的風靡浪潮尚未完全消散之機，把人工生命的來龍去脈重作一番演義。
或許，真板亞紀的電子寵物不能算作真正意義上的人工生命，我們僅借此引出正題。1987年9月21日，一群被視為“瘋狂”的科學家聚集在美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室，正式宣布世界首屆人工生命大會開幕。在這個曾經誕生過原子彈，秘密制造能大規(guī)模殺傷生命的武器的地方，來自世界各國的約150名學者——生物學家、物理學家、哲學家和更多的電腦專家——準備探討的問題卻是如何去“創(chuàng)造”生命。
環(huán)繞著會議大廳走廊擺滿了各種類型的計算機，這些機器屏幕上都演示著不同的“生命”：群鳥受驚驟然飛起，兔子和狐貍相互追逐，野蜂在嗡嗡聲中亂飛亂竄，栩栩如生的花卉植物周而復始地發(fā)育、生長、枯萎和死亡，還有說不清道不明的奇怪生物在進化和演變……。這一切，難道是電子寵物的大匯集？或者是三維電腦動畫的大展示？大會主持者、洛斯阿拉莫斯非線性研究中心的克里斯·朗頓（Chris Langton）致詞說：人工生命不同于常規(guī)生物學，它不是用解剖有生命的物種來理解生命。人工生命將用計算機等新型媒介來探索生物學領域的發(fā)展可能性，有點類似于人工智能，但不象人工智能那樣用計算機來模擬思想，它模擬的是生命進化的過程和生命本身。也許有那么一天，當我們弄清了生命的本質后，也能夠靠人工來制造生命。39歲的朗頓，瘦高的個頭，棕色的頭發(fā)，臉上極不協調地布滿了皺紋。他就是人工生命科學的始作俑者，連這個名詞也是他的發(fā)明。那年，他正在非線性研究中心作博士后研究，奇怪的是，他當時還沒有通過博士資格答辯。
由于父親是物理學而母親是偵探小說作家，朗頓從小就在科學與幻想交織熏陶下成長。因為參與了反戰(zhàn)活動，大學二年級他不得不離開學校，來到麻省綜合醫(yī)院當了一名臨時的程序員。除了在中學暑期培訓班上學過一點電腦知識外，他高超的編程能力完全是自學而成。朗頓越來越迷戀電腦，經常在醫(yī)院那臺書桌般大小的PDP-9型電腦上，獨自工作或游戲到凌晨。朗頓至今仍清楚地記得1971年冬季那天深夜的情景：他一邊為某個程序在紙上修改代碼，一邊讓PDP-9運行一個名叫“生命”的游戲軟件解悶。“生命”游戲是英國劍橋大學數學家康維（J.Conway）的得意之作，在英國和美國的大學生中十分流行。這個游戲的屏幕上畫著棋盤格，可以按游戲者的意愿，在棋格里放置代表“活的”黑方塊和代表“死的”白方塊。然而，一旦程序開始運行，它就根據幾種簡單的生物學規(guī)則，讓有的黑塊“死亡”而讓新的白塊“繁殖”，屏幕上不斷活動和翻滾著不同的圖案。奇妙的是，如果你耐心等待，它運行的結果可能是穩(wěn)定，可能是振蕩，也可能是滅絕，就像在顯微鏡下觀察水滴里細菌的活動過程一樣。朗頓后來回憶到，夜深人靜，他修改完一段代碼，偶然抬頭看了屏幕一眼，有“生命”的黑塊正沿著彎曲的路徑慢慢消逝，他突然感到渾身的汗毛都豎了起來，似乎有人躲在他的身后。猛地回頭看，房間里并無他人，他意識到是“生命”游戲在作怪，電腦屏幕里也許真有藏著什么“活生生”的東西。朗頓的心靈受到了極大的震撼，“人工生命”的靈感正是在那一刻降臨，并改變了他以后20余年的生活道路。
為了體驗朗頓當時的感受，筆者曾把發(fā)表在1970年《科學美國人》雜志上的“生命”游戲移植到自己的電腦上一直運行到深夜，似乎也體會到了某種說不出的特殊感受。順便提一句，1994年12期的《電腦報》曾刊登過這個程序的簡化版本，并且指出：這個“生命”游戲開了八十年代細胞自動機研究熱潮的先聲。當朗頓重回大學修完哲學和人類學兩門專業(yè)，始終不能忘情于幻想中的人工生命。為了繼續(xù)攻讀博士學位，他申請了一個把電腦科學、人類學和哲學融為一體的論文選題，想用自己獨創(chuàng)的理論和計算機方法研究人造的生命。然而，生命的本質究竟是什么？據說，一位對生命科學頗有造詣的權威學者為《不列顛百科全書》撰寫“生命”辭條時寫到：“對于生命一詞，至今尚無普遍都能接受的定義”。更不幸的是，朗頓在他就讀的亞利桑那大學竟然找不到一位導師既通曉生物學和物理學，又精通計算機科學。各學科的教師大都采取嘲笑的態(tài)度，把這個學生的人工生命幻想視作異端邪說。
萬般無奈，朗頓不得不走進圖書館，試圖通過自學，找到進入“人工生命”大門的鑰匙。他知道，自從1970年“生命”游戲被流傳開來后，人們首先注意到的就是這個游戲具有的“繁衍”結構。于是，他以“自我繁衍”為關鍵詞檢索，捧回了一大堆學術專著。一個名叫馮·諾依曼撰寫的《自我繁衍的自動機理論》和一個名叫勃克斯編輯的《細胞自動機論文集》立即引起了朗頓的注意。
馮·諾依曼的大名如雷貫耳，他是人們公認的“電腦之父”，他首創(chuàng)的儲存程序結構的“諾依曼機”，至今還統治著幾乎所有的計算機體系結構。勃克斯則是舉世聞名的“埃歷阿克”（ENIAC）小組核心成員，正是他與莫契利、?？颂匾黄?，發(fā)明了世界上第一臺電子計算機。原來，早在本世紀40年代，馮·諾依曼就對自我繁衍的生命問題產生過興趣。他設計的電腦體系可以編程，這是“電腦之父”最杰出的貢獻之一。然而，一個問題始終困擾著早期的電腦界：這種能編程的機器最終能夠通過編程來復制自己嗎？
自然界具有“自我繁衍”典型特征的物體當然是植物和動物，它們以細胞的形式自我“復制”了幾十億年。馮·諾依曼從生命進化過程里發(fā)現，他也許可以撇開生命具體的生物學結構，從中揭示“自我繁衍”的本質特征并把它用于人造的機器。他在專著里寫到：任何具有自我繁殖的系統，都必須具有兩個不同的基本功能，一是如何繁衍下一代的“算法”，就象是計算機程序；二是能夠被用來復制的“描述”，類似于計算機數據。1953年，當兩位青年科學家沃森和克里克揭示出自然生命DNA分子結構的本質時，似乎準確驗證了馮·諾依曼的上述預言——生命基因DNA分子結構正好滿足同時具備“基因程序”和“基因數據”的要求。深受鼓舞的馮·諾依曼當時就想建立一種“細胞自動機”模型，把他的理論在計算機上進行模擬?？上?，這位天才巨星已身患癌癥，第二年便匆匆告別人世，沒有來得及完成他最后的夙愿。馮·諾依曼死后，勃克斯應邀負責整理和編輯細胞自動機成果，并且補充了馮·諾依曼尚未完成的若干細節(jié)。
朗頓讀完這段歷史，頓時信心大增，他的思路與馮·諾依曼和勃克斯完全一致，至少這些前輩也和他一樣“瘋狂”。他向別人借錢買了一臺AppleⅡ型計算機，每天晚上在機器上熬到兩三點鐘，第二天卻不得不外出打工，以便養(yǎng)家糊口。朗頓設計的“人工生命”是世界上最簡單的自我繁衍結構，即能夠在計算機屏幕上不斷進行“繁殖”的圖形，看上去很像一個大寫的“Q”。這個“Q”具有一條尾巴，只要條件合適，尾巴處就可產生另一個新的“Q”，新的“Q”又能產生“Q”，直到屏幕完全被自我繁殖的圖形充滿為止。問題的關鍵在于選擇正確的規(guī)則。朗頓總共設計了800條規(guī)則才使程序投入運轉，這些規(guī)則必須與生命基因的自我繁衍過程相似。他后來講，他不斷制定規(guī)則，又不斷進行修改和完善，直到存滿了15張磁盤，然后又重新開始……。大約花了兩個多月時間，終于在一天深夜，所有的“Q”匯集在一起，一個回路接著一個回路，無限地繼續(xù)下去，就好像大海中不斷生長的珊瑚樹。朗頓激動萬分，“生命”圖案并不是他用程序畫在屏幕上的某種圖形，而是這個系統自行“進化”的結果。這個系統本身就是對生命繁衍進化的一種真實模擬，他終于實現了馮·諾依曼設想中的“細胞自動機”。
興高采烈的朗頓返回學校，給人們看他的“人工生命”，仍然堅持著要攻讀跨學科的博士學位。生物系和計算機系的教師搖著頭，有人嘲笑說，你真是個不折不扣的白癡！只有他的一位哲學導師同情他的遭遇，對他說：你為什么不直接去找勃克斯教授呢？朗頓睜大眼睛：“勃克斯還活著嗎？”他原本以為，這位與馮·諾依曼同時代的電腦泰斗早已作古。
朗頓后來的境遇變得十分順利：勃克斯全力支持了這位年輕人。朗頓不僅轉到勃克斯任教的密西根大學繼續(xù)攻讀學位，而且被聘任為勃克斯的助教。4年之后，朗頓在博士生尚未畢業(yè)時，就被洛斯阿拉莫斯非線性中心邀請前往作博士后研究，于是，他大膽發(fā)起了首屆人工生命學術會議，并以人工生命為題的杰出論文通過了博士答辯。參加首屆人工生命大會的代表中，有位來自英國牛津大學的知名學者理查德·道金斯（Richard Dawkins）。因為出版了一本名叫《自私的基因》的著作，道金斯一夜成名，成千上萬的讀者給他寫信說：《自私的基因》徹底改變了他們的生活，使他們第一次懂得了基因是生命賴以發(fā)展進化的基礎，懂得了什么是生命的本質。
這位長著一張娃娃臉，瘦高個，梳著學生式發(fā)型的牛津生物學教授，是諾貝爾獎金獲得者丁伯根教授的助手和高足。他玩電腦已有20余年歷史，稱得上資深的電腦“發(fā)燒友”。很早以前，他買回一臺蘋果電腦，花費了大量時間，用機器碼自己來編寫文字處理軟件，為的是能用它寫作生物學論文。他自嘲地說道：我也許是世界上唯一使用這個程序的人。與朗頓的奇遇相似，盡管對科學現象見多識廣，道金斯仍然對那天晚上出現在他電腦屏幕上的景象驚嘆不已。為了探討他稱之為“生命形態(tài)”的對象，道金斯設計一個叫“盲人制表匠”的模擬軟件。這個軟件提供了非常接近現實的生命進化模型，通過一代又一代的“繁殖”迭代，道金斯看到了他那種類似昆蟲的“生物”，不斷進化而組成為一種分叉樹狀的奇妙結構。他回憶說：“我的昆蟲展現了像超現實繪畫作品一般的形態(tài)，我分明在心底聽見了凱旋進行曲的開篇樂章。”道金斯的“盲人制表匠”相當誘人地表現了生命形成的過程：在自我復制開始之后，生命還必須一代一代的逐漸進化。道金斯把他的這些發(fā)現詳細記錄在另一本著作里，書名也叫《盲人制表匠》（Blind Watchmaker）。
道金斯博士一直游蕩在生物世界與電腦世界之間。有一天，當他發(fā)現一片柳樹葉兒飄飄蕩蕩地落下地，便沉思著說：“樹上落下的是什么？它是程序，是關于柳樹生長和柳絮飄飛的指令系統。我這樣說并不是比喻，而是明白無誤的事實。如果有人說樹上飄落的是軟磁盤，那也是完全正確的。”根據道金斯的觀點，生命基因僅僅是信息的載體和程序的承擔者。更為奇妙地是，基因結構是真正的數字式而非模擬式，遺傳密碼與計算機代碼的區(qū)別僅僅在于，前者是四進制而后者是二進制。“除了專業(yè)術語不同之外，分子生物學雜志的每一頁都可以轉換成計算機雜志的內容。”道金斯的這些言論，聽上去似乎一派胡言亂語。但是，另一位諾貝爾獎得主弗朗西斯·克里克（Francls Crick）這樣高度評論他的作品：“為了拯救你的靈魂，請讀一讀道金斯的《盲人制表匠》吧。”
如果說，朗頓講的是生命“繁衍”，道金斯演示了生命“進化”，克內格·雷諾茲（Craig Reynolds）展示的“類鳥”則反映了生命繁衍進化過程中的“突變”現象。雷諾茲是美國洛杉磯一家電腦公司的制圖專家，正在制作一部以生命為題的電影，有一個片段反映的是許多鳥兒在天空飛來飛去。雷諾茲突發(fā)奇想：為什么不制造一些“計算機類鳥”，然后把它們“放飛”，也許會發(fā)生一些有趣的現象。
雷諾茲給他的“類鳥”取名“柏德”（Boid），為它們編制了如何飛翔的規(guī)則指令，例如盡量與障礙物保持距離、與其它的“柏德”保持相同的速率等等。他編完了這些程序后，就把一群“柏德”放進到處是墻壁和障礙物的屏幕環(huán)境里。雷諾茲下達了運行命令，緊張地盯著屏幕，他不知道會有什么結果。屏幕上的鳥兒們飛了起來，逐漸湊成了一群，時而又分成一些更小的群體，從障礙物兩邊繞過，又在另一端重新聚集。雷諾茲感到有些意外，他并沒有在程序里寫入任何“聚集成群”的規(guī)則，“合群”是這些“柏德”們自發(fā)的傾向。
不久，一只“鳥”漸漸離開了隊列，單獨朝反方向飛走?？墒撬芸炀?#8220;意識”到自己犯了錯誤，迅速從空中折回，劃了一個圈后重新回歸隊伍。突然，另一只“鳥”不知為何違反了程序規(guī)則，狠狠地撞在柱子上。只見它掙扎著撲打翅膀，跌跌撞撞地又飛了起來，朝著鳥群的方向追趕而去。
雷諾茲不禁大驚失色：他從未給任何一只“柏德”下達過這類有“理智”的指令，但事情居然發(fā)生了，電腦程序化的“生命”出現了類似于生物群體的“突變”行為。對于這種奇怪的現象，人工生命研究者解釋說：在自然界，的確有一些并不聰明的昆蟲能很好地適應復雜環(huán)境，這些正是我們想要弄清楚的原理，使我們研制的下一代機器人，也能夠用簡單功能處理各種復雜的事務。
在大會即將結束的時候，一位代表在發(fā)言中指出：既然計算機程序能夠繁衍、進化和變異，與周圍環(huán)境相互影響并能模擬經驗，為什么不能認為它們在某種意義上就是一種有“生命”的物體呢？讀到此時，如果你對人工生命的研究對象仍然感到迷惑不解，請想想一類人們十分熟悉的程序——它不僅能夠自我復制和繁衍，而且可以擴散，甚至也能“進化”和“變異”。它具有自然界某些生物的“寄生性”特點，十分聰明地隱藏在宿主生物的軀體內，使人難以察覺。它的特征幾乎涉及到了所有衡量生命的尺度。它帶來的惡劣影響，早已讓電腦界人士“談虎色變”。這種人工生命的名稱就叫電腦病毒。
事實上，為召開本次人工生命大會，朗頓差一點就成為電腦病毒的制造者。作為電腦編程高手，他知道在UNIX操作系統寄發(fā)電子郵件的公用程序中有一個缺陷，可以利用它把電子郵件自我復制后發(fā)送多份。朗頓原想把自己起草的人工生命大會邀請函，在電腦網絡上自我復制后發(fā)向世界各地，起碼能夠節(jié)省大量的時間。轉而一想，用這種方式聯絡同仁恐怕不太光明正大，才打消了這個念頭，改用信件方式發(fā)函。大約一年后，1988年11月2日，美國康乃爾大學學生羅伯特·莫里斯（Robert Morris）正是利用了這個缺陷，把他手創(chuàng)的人工生命“蠕蟲”病毒放進Internet網絡，闖下了靡天大禍。一夜之間，這條“蠕蟲”閃電般地自我復制，并向著整個Internet網絡迅速蔓延，使美國6000余臺基于UNIX的小型電腦和工作站受到感染和攻擊，網絡上幾乎所有的機器都被迫停機，直接經濟損失在9000萬美元以上，莫里斯本人也因此受到了法律的制裁?？磥?，人工生命研究同樣是一把鋒利的兩刃劍，弄不好將給人類帶來無窮的災禍。
為此，1990年2月間舉行的第二屆人工生命大會特分設了電腦病毒小組委員會，認真研討這個無法回避的問題。電腦病毒具有極大的破壞性，但從人工生命的角度來看，它是否應該有“生存”的權利呢？人們都感到這是十分棘手的問題。第二屆人工生命大會比首屆大會增加了將近100人，這個新興的學科方興未艾，正在蓬勃發(fā)展。美國加州大學的研究人員還展示了他們最新的實驗成果。由于該大學擁有一臺巨大的并行超級電腦，可以模擬出一種非常龐大的迷宮。研究人員成功地在迷宮里運行了他們設計的“電腦螞蟻”程序。這種“螞蟻”從1比特開始，不斷繁殖出大批后代，最后形成了13萬余只“螞蟻”組成的大軍，浩浩蕩蕩地在迷宮行進。有的“螞蟻”被卡在某個角落里不能動彈，有的“螞蟻”則成功地鉆了出來。人工“螞蟻”鉆迷宮的投影片，讓全體與會者大飽眼福。
目前，在人工生命研究成果中，無論是朗頓的“自我繁衍機”，還是道金斯的“盲人制表匠”，以及“類鳥”和電腦“螞蟻”，或許也應該包括電腦病毒，顯然都不是真正的“活物”，它們仍然是離開電腦就不能“存活”的生命模型。然而，人工生命的研究者們確信，人造的真實生命總有一天會走進我們的家園。人工制造的這種生命活體，將誕生于他們對生命本質的完全了解，誕生于機器人學、生物化學和電腦科學的不斷發(fā)展之中。在首屆人工生命會議論文集的序言里，朗頓博士這樣寫到：“本世紀中葉，由于掌握了原子武器，人類已經具有毀滅地球所有生命的能力；到下一世紀中葉以前，人類將會具有創(chuàng)造生命的能力。”
眾所周知，今年春天那頭克隆綿羊“多利”已經在全球引起了巨大的社會震撼，它還只是用一種用自然生命復制的自然生命。人們不禁會問：如果到了朗頓預言實現的那一天，當人類也能夠扮演“上帝”的角色，用電腦憑空創(chuàng)造出另外一頭什么羊的時候，又將會呈現什么樣的情景呢？朗頓和其他人工生命研究者，用電腦程序成功地模擬出生命繁衍、進化和突變過程。勃克斯的另一位高徒、密西根大學的約翰·荷蘭德（J.H.Holland），卻不滿足于僅在表觀行為上模擬，他更想深入到生命的本質層次，即從生命遺傳基因的角度，進一步探索生物進化的規(guī)律。
荷蘭德是位老資格的電腦專家，年愈花甲，已經在這個領域默默耕耘了25年。早年就讀于麻省理工學院，畢業(yè)設計就是為當時“旋風”計算機編寫程序。他參與過IBM公司第一臺大型商用電腦IBM701的研制，負責機器的邏輯設計，并與首創(chuàng)第一個跳棋程序的塞繆爾等人交往密切，受到他們很大的影響。1952年，他轉到密西根大學攻讀數學博士學位，師從勃克斯學習神經網絡。在勃克斯的鼓勵和支持下，從那時候開始，荷蘭德博士就把電腦程序和生命進化的概念聯系在一起。世間萬物，千姿百態(tài)。根據達爾文的進化論觀點，這些不同的生命形式，都是通過“物競天擇、適者生存”的法則，不斷地淘汰劣者，保存優(yōu)良品種。而現代生物分子學理論更明確地指出，生物在遺傳變異中實現自然選擇的根本原因，卻在于遺傳基因DNA分子，在于DNA分子中蘊涵的遺傳密碼。生物性狀五彩繽紛，從簡單的病毒到萬物之靈的人類，遺傳密碼完全相同，都是由構成DNA分子的四種核苷酸，以共同的密碼信息，統一控制著生物界的進化過程和生生不息。然而，基因和進化之間究竟有何聯系呢？或者說，某個生物物種的進化，是否就是單個基因分別進化的結果呢？
荷蘭德第一次接觸基因和進化方面的書籍，是數學大師費舍爾（R.A.Fisher）所著的里程碑式的巨著《自然選擇之基因理論》，他幾乎著了迷。然而，費舍爾對自然選擇的分析建立在一次一個基因的進化，仿佛每一單個基因對生物的進化作用完全脫離其他基因獨立存在。荷蘭德知道這肯定是錯誤的。假定某個物種有1000個基因（如海藻一類的植物），再假定每個基因只含2種信息。為了進化達到最強壯狀態(tài)，自然選擇要檢驗每一種可能的基因組合，那么，“上帝”需要選擇進化的次數將達到10的300次方。就算把宇宙中所有基本粒子都變成超級電腦，從宇宙創(chuàng)始就開始進行“優(yōu)勝劣汰”，也不可能完成自然選擇的歷程。更不用說人類含有的基因數大約是海藻的100倍，大多數基因都不止2條信息。荷蘭德想要弄清楚的是，生物進化是怎樣從無窮無盡的可能性中找到有用的基因組合，而不必搜索整個領域，就好比塞繆爾跳棋程序的啟發(fā)式搜索。他認為“物競天擇”應該是建立在基因適應性的基礎上，但他必須給出證據。于是，他想到了計算機模擬。
1961年，荷蘭德為他的想法寫下一份報告，題目叫《適應性系統邏輯理論之非正式描述》，但他的同事大都持懷疑態(tài)度。荷蘭德回憶說：“我將要從事的研究不屬于為人熟知的學科范疇，它既不算硬件，也不能算軟件，當時也不屬于人工智能，你無法用任何常規(guī)標準對它做出判斷。”
勃克斯堅定地支持了荷蘭德的研究，他說：“一些邏輯學家認為荷蘭德的研究不屬于計算機邏輯范疇，他們的思想更為傳統，但我告訴他們，這正是我們需要做的，為這個項目爭取經費的重要性與其他項目等同。”有了勃克斯的鼎力相助，荷蘭德著手在計算機上設計和運行他的模擬程序，探索和建立“基因算法”。他最終推導出的基因算法程序是個稀奇古怪的東西，就其內部機制而言，它更象一個生態(tài)系統，其中所有的子程序都可以相互競爭、相互交配，一代一代繁殖。荷蘭德解釋說，如果想了解這種程序怎樣發(fā)生作用，必須深入到電腦內核里面去，以二進制代碼10101001110111100……表示的程序，就象一大片染色體，每一比特都是一個單獨的基因。一旦你用生物學眼光看待二進制碼，你就可以用生物學方法使之進化。
60年代中期，荷蘭德已經用電腦模擬證明了基因算法的基本定理，但是，確立這種理論的著作《自然和人工系統中的適應性》，直到1975年才正式出版。荷蘭德終于發(fā)現，自然選擇的進化過程并不只是為形成一個優(yōu)良的物種，而是在于發(fā)現優(yōu)良的“建筑磚塊”，并將它們結合在一起，快速產生大批優(yōu)良物種；這些“建筑磚塊”具有等級分明的多層次構造，能有效地改進生物系統的學習、進化和適應能力；一代代物種能夠通過交叉和突變，改變遺傳基因的密碼；它們并不采用逐步搜索方法來獲取最優(yōu)，而是采取齊頭并進的搜索尋找準最優(yōu)解……。也就是說，生物進化是一種復雜的適應性系統，在不斷吸取經驗中，改善和重新安排自己的組織結構。
荷蘭德的基因算法有什么實際意義呢？在幫助人們認識生物進化規(guī)律方面姑且不論，它在其他領域也有重要的借鑒意義。著名科普作家、經常在《電腦報》發(fā)表署名文章的陳幼松教授，也曾在一篇介紹人工生命的文章里寫到：“據此，如把遺傳算法用于圖象識別，就能把不清晰的圖象變成更容易識別的程序。如將遺傳算法的程序用來控制邏輯電路，就能使電路適應環(huán)境，且擁有最佳的功能。”
