科學家們是否能人工合成生命,離創造生命有多遠?

2022年10月27日06:50:13 科學 1943

人造生命的概念其實很多樣,不同的領域會有自己的理解,真正將「人造生命」的概念科學化地闡述,並且嘗試付諸實踐的人,其實是計算機領域的「鼻祖」——馮·諾依曼(von Neumann)。

馮·諾依曼認為,生命系統最重要的特徵,是生命的自我複製,為此在20世紀50年代,他和斯坦尼斯瓦夫·烏拉姆合作,定義了元胞自動機的概念。隨後,在計算機領域不斷湧現出越來越多關於人造生命的詮釋:從簡單的函數來實現「自我複製」,到複雜的機械人,以及現在可以在圍棋上戰勝人類的人工智能AlphaGo。

提到生物上的「創造生命」,離不開合成生物學Synthetic biology)這個21世紀以來蓬勃發展的學科。顧名思義,合成生物學,就是利用合成的方法來創造新的生物信息,比如基因工程、合成蛋白質、合成生物藥物,當然,還有合成生命。2010年,克雷格·文特爾(Craig Venter)帶領的團隊宣布,他們創造了世界上首例人工合成的生命結構。

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文森特是一位名副其實的「科學狂人」,人造生命只是他的眾多成就之一| 圖源:TED他們利用化學合成的方法,合成出修改過的「絲狀支原體絲狀亞種」(Mycoplasma mycoides)的DNA,包含有901個基因、抵抗抗生素基因和一些沒有實際功能的人造DNA信息,再把它導入到受體細菌(山羊支原體)里。經過一段時間的生長、分裂,會出現正常細胞和只含有人造基因組的細胞。隨後藉助抗生素殺死正常細胞,他們便能篩選出「人造生命」。

自從世界上第一隻克隆動物誕生以來,人類在基因編輯方面取得了重大突破。隨着時間的推移,轉基因技術越來越成熟,我們可以在市場上看到很多的轉基因產品。當然,轉基因作物一直是公眾爭論的話題,因為在轉基因技術中仍然有很多問題沒有得到解決。如果我們不談論轉基因作物,轉基因技術已經在其他領域取得了良好的效果。讓我們來看看一些典型的案例。

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首先是地球上第一隻克隆羊——多利亞,它的誕生標誌着人類克隆的突破。雖然很多人都聽說過綿羊多莉這個名字,但他們不知道它是怎麼來的。這是1996年一位英國生物學家一項偉大實驗的結果。據了解,生物學家將成熟細胞的細胞核注射到卵細胞中,事實上,在多莉之前,科學家已經實現了對青蛙、牛等動物的克隆,但這些克隆動物的DNA來自胚胎,而多莉的DNA來自體細胞,這是一個前所未有的技術突破。

不幸的是,多莉沒活多久就死於肺病。現在,多利羊,讓我們談談另一種與羊結合的動物,那就是蜘蛛羊。蜘蛛羊並不是綿羊和蜘蛛的雜交產物,而是蜘蛛的特徵轉移到了山羊身上,這種現象自2012年就出現了。科學家們對山羊進行了基因工程改造,使其產的奶能產生一種蜘蛛絲特有的蛋白質

為了解決這個問題,科學家在老鼠體內添加了一種人類基因,這樣老鼠就能分泌乳鐵蛋白。這項技術仍處於實驗階段,尚未準備好投入實際應用。即便如此,也很難跟上全球需求的步伐。因此,科學家們正在尋找其他可以做這項工作的動物,山羊和奶牛是目前的候選者。這樣的例子不勝枚舉,有些令人愉快,有些令人擔憂,因為它們違反了人類的道德準則。

人造生命,難道是為了取代人類?看到這裡的你,不知道有沒有被生物學家們創造出來的人造生命震撼到?又或者你正在思考,這背後是不是存在着複雜的倫理問題?人造生命在未來可能會取代人類嗎?

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但是,我們不妨換一個角度來思考這個問題:相信研究者們開發這樣的人造生命,除了滿足對於生命的探索之外,其實還有其他因素的考慮。

比如我們提到合成生物學創造出來的最小細胞「辛西婭」,研究者們在這個相對簡單的細胞模型上建模、推導,對細胞內的生物代謝過程有了更深入的理解;對最小細胞的進一步解析又比如利用爪蟾胚胎和計算建模構建出來的「生物機械人」,科學家正在嘗試利用它生物學的特性和高效的自我修復能力,來給藥物運輸或者內外科手術提供幫助;而聽起來似乎已經開始產生智能的「皿中之腦」DishBrain系統,則是對計算機芯片的一次突破嘗試——上百億的神經元如果能有效連接運轉工作,其背後帶來的計算效率將遠遠超過現有的計算機系統。這樣再來看這些研究,人造生命是不是也沒那麼駭人了呢?

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