生物学家(中国生物学之父是谁)

来源@视觉中国

正文|观察未来技术

过去，人们一直在想象如何改善社会和环境。现在，在合成生物学的支持下，人们正在实现这些梦想。合成生物学是一种关于创造自然的神奇技术——人们需要先把拼接自然的“原始积木”拆开，然后用更适合人们需求的方式重新组装。制造生物燃料和帮助改善干细胞生物学是合成生物学。

现在人们可以用酸奶消灭霍乱，生产酵母给汽车提供动力，改变微生物基因来净化环境。未来，人们甚至可以利用现有的生物体来实现电子工程所做的事情——生物计算机将像普通计算机一样实现逻辑门运算，这无疑为生物学开辟了一条新的道路。

从基因模块到合成生物

合成生物学是一个新领域，主要是利用工程技术设计和构建新的生物成分、设备和系统，以实现自然界不存在的新颖功能或生命形式。合成生物学依赖于基因工程、生物工程、系统生物学等许多工程学科，需要使用这些学科提供的工具。

事实上，长期以来，人们一直试图改造“生物”以创新自然。早在12000年前，农业开始出现的时候，人们就已经驯化了，然后通过育种和人工选择来改良动植物。人类捕捉酵母和细菌来制造啤酒、葡萄酒和奶酪；驯服动物，让它们成为人类最好的朋友；人们还巧妙地把草原变成了食物来源。

随着人们对“生物学”改造的进一步深入，合成生物学技术诞生了。合成生物学的诞生离不开一个重要的背景，那就是人类对基因的认识。

我们可以把基因视为自然界的原始密码。几十年前，人类逐渐学会了快速准确地提取基因并描述其特征，并开始思考如何将基因种植回生物体内——有时植入同一物种，有时植入完全不同的物种。研究人员可能会保持基因完整，以观察其性能；或者修改它，甚至故意破坏它，观察这些部分受损的基因会发生什么，并以此为基础，测试不同基因的功能。这被称为基因工程。

基因工程技术之所以能够实现，是因为所有生物的基本构造单元都是一样的。地球上所有的生物都是由四个“字母”组成，它们组成有意义的DNA，写出基因，然后翻译成22个氨基酸；这些氨基酸相互连接形成蛋白质——蛋白质是生命的主要成分。

在基因工程的背景下，正在开发一种“即插即用”的方法，以便于在分子水平上操作，即合成生物技术。通过合成生物学，人类已经能够建立一个系统来拦截和重组这些进化了几千年的基因。

合成生物学有很多种。一些研究人员不仅为了特定的目的重写了遗传密码，还用这些自然界中没有的“字母”重写了DNA“语言”。其他科学家专注于使用DNA作为信息存储。毕竟DNA对生物的作用本质上是保存信息。在这方面，基因是信息，DNA是一种极其稳定的数据格式。

未来，经过良好测试的基因模块可以由专业人士甚至非专业人士组合，生产出不同的生物工程产品。人们可以从干细胞中培养出一种新的生物体，并可以在几周内破解任何现有生物体的基因组序列，包括表观遗传指令代码。有了合成生物技术，人们有可能再造这个星球上的任何有机体。

人们对濒危动物也有了更好更强的保护措施。2008年，人类完成了长毛象的基因测序。据说日本研究人员利用现有的相关大象作为代孕母亲来克隆它们。利用合成生物学使灭绝物种复活极有可能成功，因为任何丢失的基因信息都可以被“即插即用”的基因模块所替代。

一条并不普通的领带

令人惊讶的是，合成生物学的里程碑是一个不寻常的纽带。

蜘蛛丝领带是Bolt Threads生物科技公司的第一款产品，也是生物科技发展的里程碑。虽然还没有商业化，但已经给人们带来了足够的震撼。毕竟这条领带是蜘蛛丝做的，所以才这么贵。

要知道，蜘蛛丝是一种极好的材料，不同种类的蜘蛛在不同的情况下会分泌出不同结构的丝蛋白，可用于结网、包裹猎物或保护卵囊。每只蜘蛛的丝滑和延展性都不是人类可以简单复制的。就承重而言，蜘蛛丝线比钢还要坚固。

位于蜘蛛腹部的旋转器就像一个内置的水龙头，结构复杂，根据所需的蜘蛛网类型重新排列丝蛋白分子，溢出的丝会从液体变成固体。虽然人类渴望收集蜘蛛丝，但蜘蛛是出了名的难养。大多数蜘蛛没有群居的习惯，它们吃同一种食物。各种习惯都不利于工业化养殖。因此，要收集到足够的蜘蛛丝纤维来制作产品是极其困难的。然而，外螺纹生物技术公司已经用酵母合成了和蜘蛛丝几乎一样的“蜘蛛丝”。背后，是合成生物技术。

事实上，人类一直在设计如何让动植物生产出原料供自己使用。但是，育种技术必须限制在漫长而繁琐的有性繁殖过程中。而这样的繁衍只能存在于同一物种之间。现在，利用合成生物技术，有可能打破这些限制，将位于进化树不同分支的物种结合起来，甚至相隔几亿年，如蜘蛛和酵母。生物学的工作就是提取生物的原始代码，重新设计成更高效的生物工厂。

合成生物不仅可以成功跨界到服装行业，医学、农业、医药、能源，甚至探索宇宙的途径都在等待合成生物技术的发展。

对于医学来说，合成生物技术也是一种新的推动力。快速可靠地合成多组分体系，使其走出实验室，成为可用于交易的标准化产品，是现代技术能力的标志。这门科学背后的愿景是，这些生物组件可以连接在一起，以创建能够以可预测的方式可靠地执行特定任务的细胞、组织或生物系统。合成生物学家最终希望能够对细胞、细胞系统或组织进行编程，以执行特定的任务和功能。

而如果能设计生产出人造细胞，就意味着新的医学时代不远了。人造细胞、器官和骨骼、合成DNA将被用来再生人类，从而战胜衰老，催生长寿市场，这对人类具有重大价值。

在医学的新未来，一个完整的医疗供应链被创建，致力于人类物种的长寿、再生、人类健康和医学增强。正如我所预言的那样，这将导致一个新文明的出现，它不仅会消除大多数疾病，还会从医学上彻底改变人类的进化，使人类能够活得更久、更健康、更聪明。

迷人的危险

当然，合成生物学的未来不仅限于地球。比如NASA投入了大量的人力物力开发合成生物技术。

毕竟，当宇航员到达其他星球时，他们将需要氧气、食物和安全的住所。通过合成生物技术，宇航员可以使用标准化的生物组件使细胞产生氧气，甚至砖块。这些细胞会分泌粘性分子，植入模仿火星风化层的沙子后会凝固成砖块。这项技术需要一整管细胞，一点火星水和沙子，只需要从地球上带一种原料。

当然，从长远来看，真正能实现的合成生物还是太少了。毕竟，理想的合成生物成为现实，其性能可能达不到预期。就像研发中的电子产品，设计上理应出现清晰的数据输出，但往往会受到系统噪声的干扰。不管是生物传感器，还是药物，还是燃料，目前来看，还是有很多输出受阻。人们仍然需要更冷静和务实的计划来发展合成生物技术。

另一个需要担心的问题是，虽然合成生物学目前受到严格的监管，使用类似于转基因生物监管的策略，但是当合成生物制品大量涌入大自然时，人们如何控制它们？人们可以在分子层面很好地控制它，但并不意味着在个体和生态层面可以做到万无一失。

比如，人类确实可以打乱基因或基因组的序列，创造出大自然还没来得及创造的东西，但生物单位不会孤立存在。由基因、蛋白质复合体和细胞模块组成的单位复合体，它总是在个体内部进化，以应对不断变化的环境。

模块可以循环交换，从而使系统具有可扩展性。当然，这种可塑性必须遵守一定的规则，合成生物学就是建立在这些规则之上的。人类真的对分子原理了如指掌，还敢把合成生物还给自然生态系统吗？当然，事实上，即使在实验室条件下，对控制典型生物细胞分化的表观遗传过程也知之甚少。

合成生物技术将不可避免地推动生态系统改变其形式、功能和关系。我们可以创造一个在实验室里看起来完美无瑕、表现无可挑剔的生物单元，但人类无法控制生态学和进化论将如何将合成生物单元重新连接到生态系统，我们也无法预测合成生物单元将如何重新连接生态系统及其居民。

“创造自然”当然很迷人，但也很危险。人类真的可以在创造的生物体上安装“停止设置”开关吗？如何确定合成生物的可控性？当工程模块被破坏，或者被转移到其他生物身上，会有什么结果？这些是当下无法想象的，但却是人们必须面对的未来。(本文为第一钛媒体APP)