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被颠覆的达尔文

时间:2020-03-25 分类:视野

沈玥

有三个问题困扰了人类几千年——我是谁?我从哪里来?我要去哪里?

究竟我们的生命的本质是什么,我们从怎么样的一个形式,演化而来,我们未来可能会变成什么样子?

从上帝到基因

在文明初期,关于这个问题,西方主要是以上帝创世纪的故事呈现,而东方则是盘古开天辟地、女娲造人的传说。

我们的生命的本质是什么,我们从怎么样的一个形式,演化而来,我们未来可能会变成什么样子?

冥冥之中,大家都觉得有一个超越生命之上的存在,在掌控着生命,这好像已经成为一个共识,但是科学的发展使得我们摒弃了这样陈旧的观念。

从孟德尔用三万多株豌豆发现遗传的规律,到后来格里菲斯和艾弗里证明了DNA才是遗传物质的基础,再到富兰克林通过晶体衍射给DNA拍了照片,在这个基础之上,沃森和克里克又通过解析DNA,发现它原来是双螺旋结构……这样一步一步,我们慢慢对生命的本质有了一个清晰的概念。

那么下一步就是研究这些信息是怎么样构成生命的,这样简单的四个碱基,A、T、C、G,它是以怎么样的一个形式,使得我们人成为人,动物成为动物?

在20世纪的最后十年,“人类基因组计划”使这个问题有了决定性进展。

参与“人类基因组计划”的六个国家,用了13年的时间,花了30亿美金,完成了第一个个人的基因组的测定和描绘,这之后,我们才大概知道了原来生命是这个样子。

在这之后有成千上万的基因组得到解析,我们慢慢地知道了我们头发的颜色,五官的样子,我们的高矮胖瘦,为什么会这么不同。

除了人类之外,我们对其它的物种也有了遍地开花的研究,我们越来越了解到生命是怎么样演化过来的,我们也知道物种之间的相似处和差别是什么。

所有的这些秘密都藏在基因和基因组里面。

基因一直在变化

比如说我们和植物只有17%的相似性,我们和小白鼠却有80%的相似性,我们和猴子、大猩猩的相似性已经超过90%。我们人和人之间这么不同,但是在我们的基因组上,也只有0.5%的差异。

基因这个生命密码,就像是一个启动生命的程序,但它并不是一成不变的,相反,它一直在变化。

大家看到西兰花、卷心菜、花菜,这几种我们餐桌上非常常见的食物,它们长相不同,味道不同,但它们却是甘蓝这个2500年以前出现的植物,因为基因随机突变,长期自然选择之后演化出来的一些新的生物。

颠覆达尔文

随着技术的发展,我们已经进入可以人为加速生命密码改变的阶段。

比如说线粒体缺陷的问题。线粒体是细胞里面的一个细胞器,当这个很小的细胞器产生缺陷之后,会导致非常严重的结果,比如说先天性心脏病、失明或者是肝衰竭,并且线粒体缺陷是随着母亲向下遗传的,这也就意味着如果一个母亲是线粒体缺陷疾病的患者,那她的孩子无一例外一定都是患者。

而人为的干预可以改变这个情况。

我们把患病母亲的DNA通过核移植的方式,转运到另外一个健康女性的卵子里面,然后用这个卵子来做受孕的载体,这样一来就可以使得她的孩子不再成为线粒体缺陷类疾病的患者。

他的基因,即他的生命密码,也由此发生了改变,这个改变逆转了他一定会得病的命运。

所以,40亿年前,生命主要是依靠随机突变和自然选择的方式生存的,而我们现在正在通过一种并行式的思路,把进化的过程加速,使它成为一种可以是非自然选择的定向变异的过程。

在某种程度上,我们已经在逐渐地颠覆达尔文的进化论。

紧接着下一个问题是,我们有没有可能扮演上帝,创造生命?

这里的人造生命不是指AI,不是指Alpha Go,而是指我们在DNA、RNA,以及一系列必需的物质基础上,创造出来的一个活生生的生命。

这个问题在2010年的时候就已经有了一个非常肯定的答案。

第一个人造生命

这是一个叫做支原体的基因组的一个序列,科学家通过计算机以及四种不同化学试剂的配合,可以从无到有地创造一个完整的基因组,然后把基因组转移到一个受体的细胞里面,这个生命的密码得以启动,使得这个细胞摇身一变,变成另外一个物种,我们把这个物种叫做“辛西娅”。

辛西娅是第一个以计算机为母体的一个生命,它的出现意味着什么呢?意味着我们可以以计算机为起点,创造一个生命。

大多数的细菌都是原核生物,相比较而言是比较低等的生物,而生命的高级形式是真核生物,比如说我们人就是真核生物。

能否创造一个人造的真核生物,这是造物的一个新的高度。

这个微生物叫做酿酒酵母,我们平时用它来做面包、馒头,用来酿酒。最近,我们的团队做了一个酵母2.0版本,这个2.0版本就是世界上第一个真核的人造生物。

跟辛西娅和酵母1.0相比较,它的区别是什么?

简单来说,我们不仅是重现了一个真核生命,我们同时使得它变成了一种工具。

举个例子,大家都知道胡萝卜素,它主要是从胡萝卜里面提取出来的。这个胡萝卜素在你摄取之后,可以转化成维生素A,它能够改善你的眼睛和皮肤的问题,那么这个酵母2.0作為工具,只要简单地通过外源基因的导入,就能生产胡萝卜素,甚至我们可以控制它的产量。所以这意味着未来我们不需要有胡萝卜,就可以获得大量的胡萝卜素。

再举另外一个例子,屠呦呦因为成功地从这种叫做黄蒿的植物中提取出青蒿素,获得了去年的诺贝尔医学或生理学奖。

青蒿素是目前用来治疗疟疾的唯一有效的药物,但是在黄蒿里面提取率非常低,只有1%~5%左右,而如刚才所说,通过酵母外源基因的导入,就可以使得我们的酵母变成青蒿素的一个细胞工厂,利用这样的技术,一个简单的生产线,青蒿素年产量即可超过全球需求量的三分之一,这是一个非常可观的数字。

在回顾我们创造2.0版本的酵母人造生命的历程里面,我们发现它在基因组的解读上,也是有同样的趋势,就是从小到大,从简单到复杂。

合成生物学的作用

大家可能会问,为什么我们要做这样的事情?

我们现在整个世界的人口是60亿,但是在不到40年的时间,这个60亿马上会变成90亿。

我们现在所有的食物、清洁能源以及我们的医药,都是围绕这60亿来准备,满足60亿人口就已经非常困难,更不用提90亿人口会是怎么样的一个挑战。

而合成生物学的知识和技术有可能改变这种现状。

“人造生命”、“新物种”这样的概念,已经不再是离我们很远的事情,好像科幻片里面才有的,它现在就在发生,这一刻就在发生。

在不久的将来,我们也许可以通过生物合成新物种的方式让更高效、更清洁的能源,全面取代传统能源;青蒿素的产量不再由种植面积和天气来决定,可以完全在实验室通过生物发酵的形式,通过合成生物学的方式,大量地产生,惠及大众;甚至说有器官移植需求的患者,他也不需要再经过漫长的等待,而是通过生物合成,让人工器官立等可取;甚至未来我们的海量的数据,都不需要通过硬盘的方式来存储,一管DNA就可以代表整个文明史。

当那一天到来的时候,合成生物学就已经完全地改变了我们的世界。

朝露

/黄灿然

人生不是梦,正相反,

它是我们宇宙般无边的长梦中的

一次醒,然后我们又回到梦里。

这就是为什么,我们合着眼睛

来到这世界上,为了适应光明;

又渐渐失去视力,为了再适应黑暗。

你现在醒着的形式,只是一种偶然,

下一次你醒来可能是小草,

或草叶上的露珠。