罗伯特 · 贝治是一个献身事业的生物物理学家，现任锡拉丘兹大学分子电子学研究中心主任。他和他的研究人员正在研究一种叫作细菌视紫红质的材料。从材料粘湿的外观和微生物的名称看，它似乎是供生物学、药物学或农业上应用的。然而，作为锡拉丘兹研究室任务书中的高技术名称，它所谋求的应用领域却远离生命科学。贝治和其他研究者在用这种细菌蛋白质制作一种有机计算机——一种不是来自无生命的硅而是来自活细胞的人工脑。

计算机革命进入第三代，受人赞赏的微型芯片暴露出不少缺点。芯片快速地输送电子通过错综复杂的曲折路径，路径上实际是蚀刻在一小块硅板表面上的许多微小开关。开关使电子流动以模拟信息：比如，平稳的电子流代表1，断开电子流代表0；电子流在芯片上从开关到开关迅速流过，产生由1和0组成的表示数据的字串。要使开关工作快速，必须把它做得很小，互相又挨得很紧，使电子不必跑远路。但是大多数芯片在一吋见方的面积上已一次塞满200万个开关，如果再要加大密集程度，电子就会像野马那样蹦跳起来，因出现故障而停摆。这是一个量子力学问题，我们已非常接近自然规律的极限了。

设想能设计出一种新型芯片，充满芯片的不是蚀刻的电路而是比它小得多的东西，比如某种单个分子。这样的特殊分子能够做许多与硅开关相同的事：储存和释放电荷，导引和阻挡电流，而且它们是在几乎近于零的小尺寸上做这些事的。贝治指出，尤为重要的是，一旦用分子去代替微型芯片，就有许多资源提供原材料：高分子聚合物，无机金属，复合晶体。如果你富有创造精神，甚至可从活的有机体中取得。

贝治原在加州大学研究视觉生理物理学，他对视网膜上的视紫红质特别感兴趣。这是所有哺乳动物视网膜内的基本蛋白质。视紫红质中包含一种分子叫色基，是碳、氢、氮原子组成的链状结构。当适量的光能冲击色基时，分子的绞结部分就松解了，并相对于分子的主体移动它的位置。这导致能量的突然释放，释放的能量转变成神经系统的讯号。在触发后的瞬息间，色基被赶出蛋白质，接着酶又产生出新的色基，等待下次进入眼球的光波对蛋白质的振击。

还有一种相关的蛋白质叫细菌视紫红质，它进行光合作用，把光能转化为化学能。它与视紫红质有所不同：当细菌视紫红质中的色基被光脉冲击中时，就开始脱离松解状态，接通绞结。还有，当绞结完成时，它的色基不是从蛋白质中放出，而是很快地回到初始位置，准备着为下一次光脉冲所绞结。它还有一个更重要的优点：它比它的哺乳动物对应物——眼球的市场价要便宜得多。这些优点使应用选择上对细菌视紫红质情有独钟。

贝治发现，用不同的激光照射能控制蛋白质的绞结和松解：绿光的能量恰好能使细菌视紫红质绞结，要把它接通复原，则红光是理想的。如果温度降到-320度，他就能用绿色激光触发色基到它们的绞结位置并保持不变，直到他用红色激光触发，它们才返回原来位置。贝治当时并不知道这些发现有什么用处。

直到1980年，休格海斯航天器的R · 劳伦斯去找贝治了解他那取自自然的能量转换诀窍（劳伦斯多年来研究设计计算机的可取结构）。两人经几个星期的生物和工艺探索，劳伦斯认为贝治的色基可能作为处理数据的新方法，具有商业应用的前景。既然传统计算机能够用硅开关的一连串闭合和断开去处理数据，难道就不能用相似的触发色基和不触发色基的办法设计出快速得多的计算机吗？在劳伦斯的鼓励下，经过两年，他们设计制造出样机，开始运转和贮存数据。计算机的关键部件是一蛋白质层，厚10万分之几吋，敷设在一枚旋转镜上，大体是个精小圆盘。

要在色基中编码信息，研究人员就让圆盘在绿色激光下旋转，激光按编制程序，射向所选择的色基上的一点，用绿色瞬息光脉冲杀死标的分子，从而触发它们；非标的分子无激光作用，保持原状。圆盘按区间接连旋转进入位置时，色基不是被摧毁就是单独留存下来，从而产生受触发分子和非触发分子的复杂图样，恰与微型芯片上开关的闭合和断开所产生的图样相似。

要读出贮存在蛋白质中的信息，研究人员就同时用红、绿激光对整个旋转镜作回复扫描。原被绿色光射中的色基现在对绿光没有反应（可以说对绿光是透明的），只吸收红光；原来没有受到绿光处理的色基会吸收绿光而让红光透过。未被吸收的光透过分子投射到下面的镜子上再反射到装在上面的光检测器。这时，光电二极管对作为二进制编码的红绿光最终图样译码。

这样，他们能够在圆盘上记录一些简单的计算机程序并把它准确地读回。但是这个新硬件遇到了各种难题。例如，没有什么激光能足够准确地瞄准各别色基；所以提供一个信息单位就需用一个高达10万的色基群。这就减少了圆盘的容量；加之他们还为圆盘须得保持足够低温所困扰，因而感到他们的蛋白质系统前景暗淡。

但是在1983年末事情出现转机：传出消息说，苏联的一个研究组已成功地发展了一种技术，能在细菌视紫红质薄膜上记录数字二维图像。尤其重要的是，他们宣称在细菌视紫红质混合物中拌入稳定化学添加剂，蛋白质膜就能在-4度这样比较高的温度下操作。然而苏联没有透露这些添加剂到底是什么。

这个消息激励着贝治去揭开苏联的秘密。他原打算花6年时间，结果在1989年前就在一种缓冲剂、带电化合物和氨基酸的混合物中发现了秘密。这种混合物使分子导电率改变，视紫红质行为减缓。从而排除了低温困扰。

贝治还用6年时间研究了色基的稳定方法和薄膜系统速率的提高，终于用一个装镜的半时见方的小方块去代替装镜的旋转圆盘。他让蛋白质保持稳定，而用折射透镜去让激光束干所有的运动活。结果明显地增加了速率，足以弥补容量之不足。

1988年，贝治参加在胡赖特空军基地举行的专题讨论会。在那里，陆、海、空军工程技术人员寻求国防应用上有前途的新技术。居于军事需求前列的是作战飞机上用的计算机；要求在飞机失事时计算机能以某种方法将存贮的信息自动抹去，以免高度机密的情报落入敌手。他们认为贝治系统能精妙地满足要求。因为制冷系统会停止，数据库会全部消除。国防部拨款12.5万美元鼓励他制造高空使用的液氮冷却系统。

就在1988年，军事拨款刚到手，锡拉丘兹大学又给予贝治以分子电子学这门新科学研究室的领导职务。由于贝治的尽职，加以年预算250万美元的经费，研究中心马上启动了。研究室有2万平方呎面积，价值数百万美元的现代化硬件，8个化学家，2个物理学家，2个电气工程师和1个生物化学家（还要增加23个受各种训练的研究生）组成的工作班子。贝治来到锡拉丘兹3年，这些非同寻常的研究室已在细菌视紫红质技术上取得显著进步。原先的薄膜圆盘样机经改进已成实际工作系统；在过去的2年里传说它已经是海军喷气式飞机上的标准装备（相对低速率但有高数据容量）了。尽管贝治不愿证实，他只是说：“如果有这回事，它会是保密的。”

在商业前沿，事情要公开得多。经贝治批准，加州生物元件公司目前正在寻找投资者来帮助生产不同凡响的有机存贮系统。细菌视紫红质基系统对可比的硅系统保持着全部的速率优势，但只卖硅系统六分之一的价钱。初期产品只是大的主机结构，主要适用于有高速计算要求的用户。

在产品连机之前，他现在正探索细菌技术的各种更富想象力的应用，其中一个主要计划叫做联系存贮器，它是一种让计算机去识别图像的系统。

我们看到一幅熟悉的图像，如埃费尔塔或朋友的面孔，一眼就能把它认出来。这是因为我们的头脑不需要像计算机那样去每次鉴定它的一个记忆单元。我们能同时询问与一个特殊图像的记忆相联系的各个神经原。不妨说，一瞥之下就翻检了我们全部的数据库_联系存贮器的原理与此相仿。人们试造这样的联系存贮器已有一些年头了。但是要连接数以千计的记忆单元就需要有数百万个接头展开在硅芯片上，这是超出目前技术限度的。

为了避免这个难题，贝治希望设计出一种以全息照相（用激光画出三维图像）的形式贮存信息的存贮器。贝治已制成一实验性的雏形全息照相系统，工作良好，可惜只能储存4幅参考图像。但他班子里一个电气工程研究生J · 伊茨基已把数据库容量提高到400幅图像。他想最后达到在单个细菌视紫红质薄膜上储存数万幅图画。贝治认为，如果这个系统被证明是实用的，那么全息照相存贮器就能在机器人视觉、人工智能和其它需要复杂图形处理能力的领域中扮演要角。“我们将有在单个薄膜上的2000万个存贮器字符的等当物，你根本无法制造一台有这么多接头的半导体联系存贮器，”贝治说。“这是一个把半导体一扫而光的领域。”

这个应用计划还有他的其它计划还处在实验阶段，其中许多计划的商业应用大概要在10年之后。然而有机硬件真正运转了，使得计算机研究者——如果不说计算机市场的话——着实繁忙起来。

[Discover 1991年11月]