【科学向未来】
作者：姜韶东（中国科学院生物物理研究所博士）
日前，国际学术期刊《自然》发表了两篇生命科学方面的论文，主要作者分别是纽约大学医学院的杰夫·博克教授和中国科学院植物生理研究所覃重军研究员。两位科学家分别带领科研团队独立地“创造”了生命：将原本有16条染色体的酿酒酵母细胞，融合成两条和一条染色体的细胞。有人认为这打开了人造生命的大门，也有人提出了伦理担忧。生命究竟是什么？人类能不能“合成”或“创造”生命？
覃重军讲述人造单条染色体真核细胞的研究内容 新华社
物性的神奇，生命的可爱
在浩渺的太空，地球是一颗蔚蓝的美丽星球。动物、植物、真菌、原生生物、原核生物以及病毒在此生息繁衍，演绎出绚烂多姿的生命华章，孕育了繁荣的地球文明。
那么，生命是什么？它如何产生，从哪里起源，如何演化，本质特征又是什么呢？
从古至今，每当仰望星空或俯首沉思，具有高度智慧的人类一直在拷问内心，孜孜求索。神话故事中，创世女神女娲化生万物，抟黄土造人，寄予了古人对生命起源的美好想象。科幻大片里，灾难降临，世间生命危在旦夕，抒发了现代人对生命何去何从的忧虑。今天，生命科学的进展让我们对谜题步步逼近，却又带来更多疑问，关于生命的起源，至今尚无定论。
单条染色体真核酵母。新华社
地球大约形成于46亿年前，早期地球遭受着大量小行星和陨石的频繁撞击，并不适宜生命存续。已知最古老的生物化石距今约35亿年，是发现于澳大利亚西部的一种蓝藻。在距今46亿到35亿年的这段时间，无生命的物质逆热力学第二定律组织起有序的生命，这种熵减过程的发生的确堪称“物性的神奇”。荒凉的世界从此注入生机，负熵而来的有机体逐渐幻化出万千形态，生动体现着“生命的可爱”。
可爱的生命激励着一代代科学家认真观察 深入探究，形成了许许多多的真知灼见，人们对生命的认识逐渐丰满——
1859年11月，达尔文积二十余年潜心研究的科学巨著《物种起源》发表，旗帜鲜明地提出进化论的观点，物种演化的路径变得不再虚无缥缈：一个物种与另一个物种、现存物种与已经消亡的物种之间有了逻辑衔接。
1865年，现代遗传学之父孟德尔在奥地利发表分离与自由组合两大遗传学定律，找到了生命性状在父母代与子代之间传递的重要规律。
1944年，诺贝尔奖得主薛定谔运用物理学和化学原则审视生命，发表演讲集《生命是什么》，这一石破天惊的著作推动众多物理学家和化学家投身生命科学研究，生命现象的物质基础开始被逐步破译。
1952年，在前人研究基础上，赫尔希通过噬菌体侵染细菌实验证明了DNA是遗传物质。
1962年，物理学家威尔金斯、物理学家克里克以及生物学家沃森提出DNA双螺旋分子结构。他们一同登上诺贝尔生理或医学奖的领奖台，拉开了现代分子生物学的大幕……
历史的车轮不断向前，科学的进展永无停歇。
今天，分子生物学实验技术的逐步完善，科学家对生命和生命现象的研究如虎添翼，基因的表达调控与生命性状之间建立起密如织网的联系，物质基础与生命表型实现统一。然而，这些经典的生命科学实验手段仍然处于描述、发现、归纳已存在的生命和生命现象的阶段：生命虽然有其物质基础，但是一个生命必须来自另一个生命，即使是克隆技术，克隆出新生命的体细胞依然来源于已存在的生命。
于是，为了更深入的理解物质与生命，一个相当大胆的想法产生了：我们能否不借助已有的生命（包括不借助已存在的生物大分子和细胞），人为地设计、合成、组装出生命呢？这种方法论上的革新催生了合成生物学的诞生。
从尿素到“16合1”
生命是一种有机体。要合成生命，首先要打破无机与有机之间的樊篱。
一开始，人们认为有机物只能在“生命力”的作用下，由生命产生。一个偶然的机会，想要合成无机物氰酸胺的德国化学家维勒利用氰酸和氨合成了有机物尿素。1845年，德国化学家柯尔柏利用木炭、硫黄、氨和水合成了有机物醋酸。随后，脂肪、糖类等也实现了人工合成。由此，“生命力论”逐渐退出历史舞台。
在合成生物学发展史上，美国科学家伍德沃德是不能绕过的一位大家。他领导的研究组先后合成了肾上腺皮质激素、利血平、叶绿素、维生素B12等。但是，这些有机物只是生命活动的调节成分。
我们都知道，生命功能的执行者是蛋白质。在实现众多有机物的人工合成后，合成具有功能活性的蛋白质成为摆在所有生命科学研究者案头的首要任务。
在合成蛋白质的科学道路上，非常值得一提的是我国科学家在新中国一穷二白的二十世纪五六十年代，在世界上率先合成有活性的牛胰岛素，刷新了人们对物质与生命关系的理解。1981年，中国科学家合成酵母丙氨酸转运RNA——生命的遗传信息从DNA流向mRNA，再由mRNA流向蛋白质，而转运RNA是这个过程中关键的一环。
随着生物大分子人工合成能力的加强，科学家逼近人工合成甚至创造生命目标的征程越来越激动人心。
在花费了4000万美元，经历了15年漫长等待后,美国科学家克雷格·文特尔带领的研究团队在2010年人工创造了一个新的细菌物种——山羊生殖道支原体。人工创造物种的可能性和实践性被证实。
然而，支原体在进化上是比较低等的原核生物，遗传物质不像真核生物一样可装配成高级复杂的空间动态染色体结构。
2017年，一项创新成果再次在中国诞生。天津大学元英进教授牵头完成了真核生物酵母长染色体的精准定制合成，合成生物学的边界进一步拓展。接下来最令人兴奋的就是这次，我国科学家覃重军团队与美国科学家杰夫·博克团队实现人工改造真核生命，分别把酿酒酵母的16条染色体整合成1条或2条。创造生命的自然之门“吱呀”一声，在科学家的面前打开！
机遇与挑战并存
人们对于生命本质的终极探索还在路上。合成生物学的迅猛发展必将对未来产生重大影响，掀起新的科学浪潮。
20年来，大规模测序和生物组学提供了大量遗传密码数据，生物信息学为数据分析归纳提供了有力工具，系统生物学揭示了细胞内有序运行的精细图景。
现在，合成生物学通过人工改造生命体，达成预期功能，把生物领域的基础研究转化成实际生产力，解决能源、材料、健康等重大问题。2016年，北京大学药学院周德敏教授依靠合成生物学手段，巧妙地利用人工密码子翻译系统，创造性地发明了一种新的疫苗研制策略，使得简单改造病原基因组序列后，就能生产高效减毒活疫苗和药物，可广泛用于几乎所有病毒疫苗的生产。
但是，技术是把双刃剑，合成生物学的颠覆性进展也像一柄达摩克利斯之剑，高高悬在人们头上——改造甚至创造新生命所带来的巨大风险实实在在地存在于未来的科学研究中。
创造出适应力强的物种是否会破坏生态平衡？新生命不是由已存在的生命带来的，如果这种生命是有认知能力的高等生物，这样做是否可行？世界各国均对克隆人秉持保守的态度，不允许进行人类的克隆，那么合成人呢？伦理的宽容度是否要调整等等问题，不一而足。
在诘问生命的终极探索中，我们还有很长的路要走。而我们所迈出的每一步，都将伴随着对已有社会伦理的冲击和挑战。不少科学家呼吁，希望社会学家、伦理学家和科学家能够共同谋划，对未来技术做出预期，提前制定出规范技术发展的伦理要求。
在这个过程中，我们或许可以这样自省：如果说创新是科学进步的发动机，那么心怀敬畏就是不可或缺的刹车片。
《光明日报》（ 2018年08月23日 13版）
中国·西安 2024年4月16日
