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模仿上帝制造生命

时间:2022-03-04 08:32:17 浏览次数:

在自然界将非生命物质转化成生命物质35亿年后,科学家们说,他们终于为制造人造生命做好了准备。

如果科学家们获得成功,人类将进入一个全新的“生命科技”时代,现代工程学遇到的许多问题将迎刃而解。

影响深远

科学家们在热切谈论的是一个拥有微型生命机器的全新世界。在这个世界中,人们可以订购细胞,用来修复身体的创伤,或者利用它们清除污染物质,以及做许多目前闻所未闻的新奇事。

科研人员说,还可以让毛衣自行修复破损之处,让电脑自己排除故障。

然而,尽管一些专家从这种新技术中看到了无穷的好处,也有很多人对人造生命可能给人类伦理观念带来的冲击以及人类最终可能失去对新物种的控制等问题感到担忧。

洛斯阿拉莫斯国家实验所的人造生命科学家斯蒂恩·拉斯马森说:“我们所做的当然是一项影响极大的工作,但这项工作与发明半导体等并无本质区别。当然,你所研究的技术影响越大,你就越要小心从事。”

随着100多个实验室参与制造人造生命的研究工作以及科学家们首次表示他们已拥有创造人造生命的几乎所有条件,人们的这种担心越来越大。

与人类的其他发明创造不同,制造人造生命对人类关于自身概念所造成的冲击与在宇宙中的其他星球上发现生命所带来的冲击是一样的。它还势必使“什么是生命?”“我们来自哪里?”这些古老问题重新为人们所关注。

里德学院的哲学和人文学教授马克·贝多说:“从无到有地制造新的生命形式的能力将对社会产生深刻影响,这些影响有些是正面的,但也有一些具有潜在的负面效果。”

他说:“除了带来全新的科学视野外,它还会带来巨大的商业和经济利益,这些利益如此之大,以致人们现在还很难想象它们的具体细节。”

但人造生命的诞生势必动摇人类的宗教和文化信仰体系。

贝多说:“不同背景的人对什么是生命(关于生命的起源、生命的神圣性以及生命的尊严等等)的观点各不相同,而制造人造生命的能力将颠覆所有这一切。我们应该对此进行仔细思考,并想好应对措施。”

生物革命

人造生命似乎已近在咫尺,对该领域进行研究的美国实验室也从40年前的约10个增加到今天的100多个。

在这一领域中处于领先地位的,是新近投入约900万美元建立的欧盟“程控人工细胞进化”项目。该项目计划在威尼斯成立第一个专门研究人造生命的研究所一欧洲生命技术中心,科研人员分别来自欧洲和美国。

德国弗里德里希·席勒大学的理论生物化学教授约翰·麦卡斯基尔说:“这是一场由人类发起的生物革命。”

科学家们正在试图解开地球、也许还包括火星及宇宙中其他地方的生命起源之谜。比如说,碳原子、氧原子、氢原子以及氮原子们是怎样组合到一起成为一个胡萝卜的?而更多数量的原子以不同的方式组合便成为了一个人。

虽然人们一般认为生命不是机器,但作为所有生命形式的基本单位的细胞看上去却像是小型机器,在这些机器中,原本没有生命的原子不断地重新组合,充满生机。

细胞并不是组成它的物质的简单总和,这些物质组合到一起便获得了自我修复、复制以及随机应变的能力。

生命的一个重要特点是在自然选择下不断进化,优胜劣汰。科学家们想做的便是把这种进化过程转变成一种可供人们利用的随机应变的技术。

贝多说:“我们的科技遇到的危机是:一切都过于复杂。如果希望电话网络更强大、计算机功能更多、航天器的性能更好,就必须使它们变得越来越复杂,这几乎要超出我们的能力范围。”

他说:“如果获得了制造人造生命的能力,我们就会对如何制造更复杂的东西有更好的理解。我们可以把这些原理应用到其他领域。生命非常非常复杂,但它也可以进行自我修复,自我管理,而且能随机应变。如果一艘宇宙飞船有这些功能,或者一个电话网络可以像有机体那样成长和自我调节,那会是一件很了不起的事情。”

这是科学家们长期以来追求的一个梦想,现在他们相信在未来的五到十年中,人类将可以首次制造出人造生命。

加利福尼亚大学的分子生物工程学教授戴维·迪默说:“虽然在过去50年中我们一直在这样说,但现在情况的确有所不同,因为现在有一大批尖端科学家对这个领域产生了兴趣,而且最近还有一些突破性的发现。”

风险控制

在迪默看来,对人造生命失控的风险“极其微小”。

他说:“人类制造的任何东西都不可能与那些在自然界中进化了30亿年的生物竞争。细菌吞噬所有的东西,它们吃汽油,吃地底下的石油,吃绿色的碳氢化合物,吃所有的东西。它们还会把我们放在那里与它们竞争的所有东西吃掉。”

科学家们还在设计另一层保护措施:所有人造生命都将依赖在自然界中不存在的化学物质。这些关键性的化学物质一消除,人造生命就会死亡,而当人造生命进入自然环境之后,情形更是如此。

科学家们相信,制造人造生命之所以可能,是因为物质有一个自然特性:原子总是倾向于组合成分子,而分子则会组合成更复杂的结构。

所有生命的基本元素——组成蛋白质的氨基酸、组成DNA和RNA的核苷酸——都已经在实验室中制造出来。

虽然不同的科研人员对生命的定义有不同的解释,但他们一般都同意,生命至少应该具备三个特征:一个容器,像细胞的细胞膜;新陈代谢活动,把基本的营养物质转化成细胞成分的能力;基因,那些能够传给后代或随环境变化制造细胞的化学指令。

这三个关键特征现在在实验室中都能制造出来,虽然还只是以最简单的形式出现。科学家们说,他们已经准备好将这三个特征合成到一起。

马萨诸塞综合医院的微生物学家马丁·汉泽克说:“我们现在对这三个系统独立工作的情况有了一定的了解,现在我们可以开始在实验室里把它们放到一起来做实验。”

汉泽克说:“我们不知道是否一定能在不远的将来合成一个有生命的细胞,但现在至少可以开始用我们已有的一切来探索这种可能性。”汉泽克与哈佛大学的杰克·绍斯塔克一起制造出了一种能够生长和分裂的人造细胞膜。

他们利用黏土的特征开发出一种新的技术。黏土具有催化作用,比如说,它能使脂质膜的形成加快100倍,同时它也能加快被称为RNA的遗传物质的聚集。

这两位科研人员的发现表明,当一些重要的化学物质聚合到一起时,细胞膜和遗传物质便会同时产生。他们两人已成功地制造出包裹了实验室制造的RNA的细胞膜一样的物质。

终极目标

那么世界上的第一批遗传物质是怎样聚合到一起的呢?这仍是一个巨大的待解之谜。

怀特黑德生物医学研究所的戴维·巴尔特正在努力制造一种能够完全自我复制的RNA。目前他已制造出能进行部分自我复制的小段RNA片断。

巴尔特将这个过程称为试管进化。他随机地把1万亿数量的RNA注入试管让它们自行组合,获得了几百万种不同的RNA片断,而其中的一些RNA片断具备了自我复制的能力。这是朝着制造人造生命并使之进行自我复制和进化所迈出的第一步。

而洛斯阿拉莫斯国家实验所的拉斯马森和阿尔贡国家实验所的陈了海则相信,他们可以利用多肽核酸制造出人造细胞。

人们可以很容易地制造出各种多肽核酸。多肽核酸喜欢附着在细胞膜的表面,这样它们可以吸收营养物质,同时制造出各种奇特的化学物质,包括各种细胞膜脂质。

陈了海说:“我们已经获得了所有的东西,我们制造的新陈代谢系统能制造细胞膜分子。”他说,这些聚合在_起的原型细胞只有细菌的千万分之一大小。

科学家的最终目的是使这些人造细胞不仅能产生后代,而且还能制造出工程师们所无法制造的化学物质,如进行自我修复的物质。

拉斯马森说:“一旦我们制造出可以进行自我复制的实体,并能把它们程序化,那么我们将可以做很多有用的事情。你不必直接去制造那些可供利用的分子,你可以让它们自己生产自己,你可以培育它们。”

在物理学家诺曼·帕科德看来,人造细胞只是一些小型机器,它们可以被用来清扫血管、精确地向人体的某个部位运送药物,还可以做其他许多非常精确的事情。

他说:“我们的目标是制造出人造活细胞,并制造出其他形式的有生命的化学物质,然后利用它们做许多有用的事情。”

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