谷歌人工智能“co-scientist”在 48 小時內(nèi)解決了困擾科學(xué)家長達(dá)十年的超級細(xì)菌之謎，相關(guān)科學(xué)家表示非常震驚，甚至開始懷疑自己電腦里的私人文件是不是被人工智能訪問過......
這要從英國帝國理工學(xué)院何塞·佩納德斯（José Penadés）教授團隊的一項研究成果說起。此前，他和團隊耗時十年左右研究為什么某些細(xì)菌會對抗生素產(chǎn)生耐藥性。
他和團隊不知疲倦地工作，就是為了揭示超級細(xì)菌是如何進(jìn)化和傳播的。但當(dāng)谷歌的人工智能“co-scientist”嘗試解決這一問題時，它僅用兩天就得出了同樣的結(jié)論。
佩納德斯驚呆了，因為他和團隊的相關(guān)論文尚未發(fā)表，這意味著人工智能并不能簡單地在現(xiàn)有研究中發(fā)現(xiàn)它們。他最初設(shè)想過是不是人工智能訪問了他的私人電腦文件。
后來，他給谷歌寫了一封電子郵件，詢問后者人工智能是不是能夠訪問他的電腦。谷歌向他保證沒有。
相反，是谷歌的“co-scientist”獨立地生成了正確的假設(shè)。更值得注意的是，它提出了四個額外的理論，所有這些理論在科學(xué)上都是合理的，其中還包括一個佩納德斯從未考慮過的理論。這讓佩納德斯和他的同事們相信，“co-scientist”可以徹底改變科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
那么，佩納德斯的這項研究成果到底講了什么？這得從超級細(xì)菌即耐藥菌說起，這種細(xì)菌已經(jīng)對全球健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。此前，學(xué)界一直在努力了解這些危險的微生物是如何獲得耐藥性并在物種間傳播的。
佩納德斯和團隊曾假設(shè)，一些細(xì)菌是通過從病毒中借用遺傳物質(zhì)進(jìn)化而來的。這些細(xì)菌會獲得病毒的“尾巴”，這種結(jié)構(gòu)使它們能在不同物種之間移動，就像打開多扇門的鑰匙一樣。
具體來說，在這項研究之中佩納德斯等人發(fā)現(xiàn)了一種名為“衣殼形成噬菌體誘導(dǎo)性染色體島”（cf-PICIs，capsid-forming phage-inducible chromosomal islands）的新型生物實體，這種顆粒能夠幫助細(xì)菌跨越物種邊界，實現(xiàn)基因的廣泛傳播。
佩納德斯等人發(fā)現(xiàn) cf-PICIs 是一種新型的移動遺傳元素，它們能夠產(chǎn)生自己的衣殼并包裝自身的 DNA。與傳統(tǒng)的衛(wèi)星病毒不同，cf-PICIs 不依賴輔助噬菌體提供完整的感染顆粒，而是通過一種稱為“尾劫持”的機制來實現(xiàn)跨物種傳播。
當(dāng) cf-PICIs 被誘導(dǎo)時，它們會產(chǎn)生無尾的小衣殼，這些衣殼中含有它們的 DNA。一旦釋放到環(huán)境中，這些無尾衣殼會與不同物種的噬菌體尾部結(jié)合從而形成 cf-PICIs。這些 cf-PICIs 能夠?qū)?DNA 注入不同的細(xì)菌物種中，從而實現(xiàn)跨物種的基因傳播。
研究中，佩納德斯團隊通過冷凍電子顯微鏡技術(shù)揭示了 cf-PICIs 衣殼的結(jié)構(gòu)。借此發(fā)現(xiàn)這些衣殼具有類似于 HK97 噬菌體的結(jié)構(gòu)特征，并顯示出高度的進(jìn)化保守性。
嵌合感染顆粒的衣殼能夠避免與輔助噬菌體的衣殼發(fā)生干擾，確保其獨特的基因傳播策略得以實現(xiàn)。總的來說，cf-PICIs 的發(fā)現(xiàn)揭示了一種全新的細(xì)菌基因傳播機制。這種機制不僅擴展了細(xì)菌的宿主范圍，還可能在細(xì)菌進(jìn)化和抗生素耐藥性的傳播中發(fā)揮重要作用。
而為了測試“co-scientist”的能力，佩納德斯團隊讓它嘗試探索關(guān)于上述研究中的課題。結(jié)果，“co-scientist”迅速返回了一組假設(shè)。它給出的首要答案便是：超級細(xì)菌通過獲取病毒尾部來進(jìn)化，而這正是佩納德斯在過去十年里苦苦嘗試證實的內(nèi)容。
佩納德斯說，如果一開始就能通過人工智能得到這個假設(shè)，那么就可以為他和團隊節(jié)省數(shù)年時間。因此這證明，人工智能可以在創(chuàng)紀(jì)錄的時間內(nèi)產(chǎn)生突破性的科學(xué)理論，從而能夠消除許多阻礙傳統(tǒng)研究的瓶頸。
蒂亞戈·迪亞斯·達(dá)科斯塔（Tiago Dias da Costa）博士，是本次研究的參與者之一。他告訴媒體，科學(xué)研究涉及到大量的試錯。在找到正確的方法之前，經(jīng)常會遇到許多的實驗“死胡同”。而“co-scientist”有望盡早地排除“死胡同”，從而加快科研速度。
“co-scientist”能夠通過分析大量數(shù)據(jù)來開展工作，這些數(shù)據(jù)包括已發(fā)表的研究論文、科學(xué)數(shù)據(jù)庫以及人工提交的私人文檔。然后，它會綜合所有可用證據(jù)，形成假設(shè)，甚至還會提出實驗設(shè)計。
為了進(jìn)一步地驗證“co-scientist”的能力，佩納德斯等人并沒有向其提出一個開放式的問題，而是給它一個他們已經(jīng)解決的問題，以確保能夠評估其回應(yīng)的準(zhǔn)確性。結(jié)果“co-scientist”的表現(xiàn)超出了預(yù)期，它不僅復(fù)制了佩納德斯團隊的此前研究成果，而且還提出了其他研究方向。
佩納德斯說，他和團隊也曾嘗試市面上其他的人工智能系統(tǒng)，但沒有一個能得出正確答案。甚至有些人工智能系統(tǒng)即使在輸入描述答案的論文后也無法得出答案，而“co-scientist”會給出從未想過的角度。佩納德斯表示，他從未接受過谷歌任何資助。那么，“co-scientist”到底有何厲害之處？
“co-scientist”：使用 Gemini 2.0 構(gòu)建的多智能體人工智能系統(tǒng)
據(jù)谷歌公開介紹，“co-scientist”是一個使用 Gemini 2.0 構(gòu)建的多智能體人工智能系統(tǒng)。與之前的同類人工智能模型不同的是，“co-scientist”可以與科學(xué)家進(jìn)行對話，根據(jù)科學(xué)家的反饋完善其想法，并能提出新的研究方向。
除了標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)綜述、摘要和“deep research”工具之外，“co-scientist”旨在發(fā)現(xiàn)新的原創(chuàng)性知識，并根據(jù)先前的證據(jù)和特定研究目標(biāo)，制定新穎的研究假設(shè)和建議。
為此，“co-scientist”運用了一個由多個智能體組成的聯(lián)盟——生成（Generation）、反思（Reflection）、排序（Ranking）、進(jìn)化（Evolution）、鄰近性（Proximity）和元審查（Meta-review）智能體，它們的設(shè)計靈感源于科學(xué)方法本身。
這些智能體利用自動化反饋來反復(fù)生成、評估和完善假設(shè)，從而形成一個自我改進(jìn)的循環(huán)，不斷產(chǎn)出質(zhì)量越來越高且新穎的成果。
一般情況下，完成一項科研工作往往需要不同想法的碰撞。而“co-scientist”專門為協(xié)作而構(gòu)建，人類科學(xué)家可以通過多種方式與它進(jìn)行交互，包括直接提供自己的種子想法以供探索，或者用自然語言對生成的成果提供反饋?！癱o-scientist”還能利用網(wǎng)絡(luò)搜索和專門的大模型等工具，來增強生成假設(shè)的依據(jù)性和質(zhì)量。
在使用時，“co-scientist”將指定的目標(biāo)解析為一個研究計劃配置，由主管智能體進(jìn)行管理。主管智能體將專門智能體分配到工作任務(wù)隊列，并分配資源。這種設(shè)計讓其能夠靈活地擴展計算能力，并朝著特定的研究目標(biāo)迭代地改進(jìn)科學(xué)推理能力。
與此同時，“co-scientist”利用擴展測試時間計算（test-time）來迭代推理、發(fā)展和改進(jìn)輸出。其中的關(guān)鍵推理步驟包括：基于自我博弈的科學(xué)辯論（用于產(chǎn)生新假設(shè)）、排名比賽（用于比較假設(shè)）以及“進(jìn)化”過程（用于改進(jìn)質(zhì)量）?！癱o-scientist”的代理性質(zhì)促進(jìn)了遞歸自我批評，包括使用工具進(jìn)行反饋以改進(jìn)假設(shè)和提案。
據(jù)谷歌公開表示，“co-scientist”的自我改進(jìn)依賴于從其競賽中衍生出的 Elo 自動評估指標(biāo)。為此，谷歌評估了更高的 Elo 評級是否與更高的輸出質(zhì)量相關(guān)。
具體來說，谷歌分析了 Elo 自動評級與 GPQA 基準(zhǔn)在其難題集上的準(zhǔn)確性之間的一致性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)更高的 Elo 評級與正確答案概率更高呈正相關(guān)。
“co-scientist”：并未要取代人類科學(xué)家，而是成為科研小助手
不過，“co-scientist”并不是為了取代人類科學(xué)家。相反，它希望通過與人類科學(xué)家合作，提供快速分析和創(chuàng)新見解。關(guān)于此，或許從“co-scientist”這一命名中的“co”就能看出它的使命旨在幫助人類科學(xué)家。
總之，“co-scientist”有著不錯的潛在應(yīng)用前景。在對抗抗菌素耐藥性的斗爭中，它可以幫助科學(xué)家快速識別有前景的候選藥物；在做課題前期調(diào)研時，它可以簡化文獻(xiàn)綜述，使研究人員能夠在幾分鐘內(nèi)綜合大量現(xiàn)有知識（而不需要耗時幾個月）；它甚至可能降低年輕科學(xué)家進(jìn)入科研領(lǐng)域的門檻，讓他們在不需要幾十年經(jīng)驗的情況下獲得最前沿的見解。
毫無疑問，人工智能正在迅速重塑科學(xué)發(fā)現(xiàn)。支持者認(rèn)為，人工智能可以加速研究，使其更快、更高效。批評者擔(dān)心，這可能會消除就業(yè)機會，削弱人類科學(xué)家的作用。
然而，前面提到的佩納德斯認(rèn)為人工智能是一種強大的工具，而不是威脅。未來，谷歌還將通過可靠測試人員計劃為科研組織提供訪問“co-scientist”系統(tǒng)的權(quán)限。
參考資料：
https://www.newser.com/story/364628/google-ai-tool-catches-up-to-years-of-research-in-48-hours.html
https://research.google/blog/accelerating-scientific-breakthroughs-with-an-ai-co-scientist/
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.02.11.637232v1
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