论文部分内容阅读
2010年有许多科学热点,最惊世骇俗的也许莫过于这个——美国著名生物学家克雷格·文特尔领导的研究小组报告说,他们成功制造出了有史以来的第一个“人造生命”!
一石激起千层浪。有人说:“地球上出现了第一个没有祖先的生命!”有人说:“文特尔直接扮演了上帝的角色!”有人说:“这是‘创世纪’的2.0版本!”有人说:“他无异于打开了潘多拉的魔盒。”……
到底咋回事儿?
生命可以被制造吗?
生命是一件挺不可思议的事儿,想想看,偌大一个宇宙,在我们这颗小小的蓝色行星之外,至今没有发现生命存在的任何迹象。到底是谁创造了它?
对于一些人来说,这个问题的答案很简单:上帝呀!但偏偏有很多人不信,他们相信生命是由大自然创造的。获得过诺贝尔奖的科学家尤雷在1950年推测,早期的地球大气中含有非常复杂的化学物质,在光、热和电的作用下,很有可能合成生命物质。
尤雷的学生米勒决定用实验来验证老师的想法。他把甲烷、氨气、氢气和水蒸气混合在一起,放进一个容器,相当于制造了“一瓶原始大气”,然后用火花放电模拟闪电。经过一周的反应,他在油状的沉淀物中发现了生命的构成物质——氨基酸。
米勒想用模拟大自然的方式,从非生命物质中制造出生命,这真是一个伟大的实验!但是,他这算是成功了吗?没有,因为尽管没有氨基酸就没有生命,但氨基酸本身并不是生命。不仅米勒,他之后的许多科学家想尽各种办法也没有真正“制造”出任何生命来。
什么是生命?
尽管科学家至今对生命定义的一些细节还存在争议,但他们都同意生命至少要具备三个特征:
第一,生命必须有一个“容器”,如细胞的细胞膜、人的身体等。
第二,生命能进行新陈代谢,能在酶的催化作用下与周围环境进行物质和能量的交换。通俗地说,它得能够“吃喝拉撒”。
第三,生命能够复制遗传。也就是说,它不能自己过完一辈子就算啦,还得能够“繁衍子孙”、“传宗接代”。
地球上有各种各样的生物,它们之所以千差万别,是因为它们各自拥有不同的遗传基因。但是你知道吗,无论是一个人、一条鱼还是一个细菌,构成其基因的“基本原料”都是一样的——一种叫做“碱基”的东西。确切地说,组成基因的碱基有4种,代号分别为A、G、C、T。
如果你看到这儿有点“犯晕”,不用着急,你现在不必搞懂它,只需要知道它是一类化学物质,本身不是生命,但A、G、C、T这四种碱基通过不同的拼接组合和排列顺序(可以想象一下“搭积木”游戏),就能“组装”成不同的基因组。
不同的基因组将决定它所在的那个生物体是长出头发还是长出羽毛,是用肺呼吸还是用叶子呼吸……变成各种或简单或复杂的微生物、植物和动物,当然也包括我们人类。
“人造生命”符合造
现在,我们可以来大致描述一下文特尔的“人造生命”是如何诞生的了。
首先,他需要四瓶化学物质。你现在已经知道了,它们就是A、G、C、T四种碱基。这个好办,有现成的可以买到。
有了“原材料”还远远不够,就像光有一堆零件并不能制造出一台机器一样。还需要什么?没错,“图纸”!考虑到实验效率,文特尔需要一张简单的“图纸”,所以他选择了一种细菌(姑且称为“细菌甲”),对它进行“碱基测序”,把它的基因组的“构造图”画了出来,并在计算机上作了少许修改。
然后要做的就是“搭积木”了。文特尔他们按照“图纸”,运用化学方法对四种“原料”进行组合与排列,一步一步打造了一条“全人工合成”的完整基因组。
接下来,文特尔他们将这个人造基因组植入另一种细菌(“细菌乙”)中。这样一来,“细菌乙”产生了两个细胞,一个带有它自己原有的基因组,另一个带有人造基因组。科学家在培养皿中放入一种特殊的抗生素,它能杀死“细菌乙”,却对“细菌甲”不管用。几个小时之后,那些带有“细菌乙”原有基因组的细胞全部“死翘翘”了,而“合成细胞”在人造基因组的控制下一代又一代不断地繁殖。瞧,人类真的可以用“死”的化学物质来制造活的生命了,尽管它只是个细菌!
我们用短短400多个字描述了这“人造生命”的诞生过程,但实际上,文特尔小组花了15年时间,耗资4000万美元,才成功获得了第一个能够自我复制的合成细胞。文特尔给它起名叫“辛西娅”,意思是“合成体”。
人类成为“造物主”了吗?
正确答案或许是:还远着呢!
虽然文特尔的研究成果被各国媒体大幅报道,但许多科学家谨慎地表示,它还不能称为真正的“人造生命”。为什么呢?因为“辛西娅”只有基因组这部分是人工合成的,细胞的其他部分都是从天然的“细菌乙”那儿借来的,根本不是人造。像细胞膜、细胞质这些东西又该如何合成?人类目前对此还一无所知。
另外,虽然“辛西娅”的基因组确为人造,但所用的“图纸”几乎是照搬照抄“细菌甲”的(两者只有极其微小的差别),所以“辛西娅”的生物实质就是“细菌甲”,并不是自然界原先没有的新物种。
文特尔也说,他们的研究纯粹是基础性的,并不是“彻底地人工制造一个新生物”。但他同时相信,“辛西娅”的成功至少从理论上证明,人类可以改变一个生物体的整个基因组。
会是人类的福音吗?
有科学家认为,人造生命如果真能实现,将是一件美妙的好事。因为一旦技术成熟,就可以根据自己的需要创造出各种功能和用途的新生物来为人类造福。
比如可以创造出一种可以吸收大气中的二氧化碳并将其转化成能源的藻类,这样一来,困扰人类的全球变暖问题和能源危机都将被一举解决。
人类还可以制造出充当环境卫士的微生物,再遇上墨西哥湾原油泄漏这样的事故,就可以把专用的微生物投放到被污染的海水中,让它们把油污吃掉并将其分解成无害的成分。当然,人们更期望能制造出可以分解塑料的微生物,这无疑将大大改善已经变得越来越糟糕的地球环境。
利用这一技术,人类还可以发明更多更有效的疫苗和药物,健健康康地活上一百年将不再是奢望。
会是噩梦的开始吗?
但我们也不得不看到事情的另一面:人造生命是人造物,但它们却是活的,它们可以进行自我复制并不断进化,谁能保证人类不会对它们失去控制?
文特尔也承认,研究中涉及的技术,理论上可以用于制造新的致病细菌,甚至用于研制生物武器。因此,他将慎重考虑该公布哪些研究细节,而且在实验中也会采取措施,确保新造出的细菌只能在实验室“温暖的培养液”中生存,不会成为“魔鬼细菌”。
掌握了人工合成基因组技术,表明人类已经从阅读基因密码转向有能力编写它。如果有人以优化人种为名,为将来的婴儿“定制”智商、性格和相貌等,我们该如何面对?
人类永远无法停下探索自然奥秘的脚步,但人类更应该发展自己的智慧,把握好手中这把叫做科学的双刃剑。
一石激起千层浪。有人说:“地球上出现了第一个没有祖先的生命!”有人说:“文特尔直接扮演了上帝的角色!”有人说:“这是‘创世纪’的2.0版本!”有人说:“他无异于打开了潘多拉的魔盒。”……
到底咋回事儿?
生命可以被制造吗?
生命是一件挺不可思议的事儿,想想看,偌大一个宇宙,在我们这颗小小的蓝色行星之外,至今没有发现生命存在的任何迹象。到底是谁创造了它?
对于一些人来说,这个问题的答案很简单:上帝呀!但偏偏有很多人不信,他们相信生命是由大自然创造的。获得过诺贝尔奖的科学家尤雷在1950年推测,早期的地球大气中含有非常复杂的化学物质,在光、热和电的作用下,很有可能合成生命物质。
尤雷的学生米勒决定用实验来验证老师的想法。他把甲烷、氨气、氢气和水蒸气混合在一起,放进一个容器,相当于制造了“一瓶原始大气”,然后用火花放电模拟闪电。经过一周的反应,他在油状的沉淀物中发现了生命的构成物质——氨基酸。
米勒想用模拟大自然的方式,从非生命物质中制造出生命,这真是一个伟大的实验!但是,他这算是成功了吗?没有,因为尽管没有氨基酸就没有生命,但氨基酸本身并不是生命。不仅米勒,他之后的许多科学家想尽各种办法也没有真正“制造”出任何生命来。
什么是生命?
尽管科学家至今对生命定义的一些细节还存在争议,但他们都同意生命至少要具备三个特征:
第一,生命必须有一个“容器”,如细胞的细胞膜、人的身体等。
第二,生命能进行新陈代谢,能在酶的催化作用下与周围环境进行物质和能量的交换。通俗地说,它得能够“吃喝拉撒”。
第三,生命能够复制遗传。也就是说,它不能自己过完一辈子就算啦,还得能够“繁衍子孙”、“传宗接代”。
地球上有各种各样的生物,它们之所以千差万别,是因为它们各自拥有不同的遗传基因。但是你知道吗,无论是一个人、一条鱼还是一个细菌,构成其基因的“基本原料”都是一样的——一种叫做“碱基”的东西。确切地说,组成基因的碱基有4种,代号分别为A、G、C、T。
如果你看到这儿有点“犯晕”,不用着急,你现在不必搞懂它,只需要知道它是一类化学物质,本身不是生命,但A、G、C、T这四种碱基通过不同的拼接组合和排列顺序(可以想象一下“搭积木”游戏),就能“组装”成不同的基因组。
不同的基因组将决定它所在的那个生物体是长出头发还是长出羽毛,是用肺呼吸还是用叶子呼吸……变成各种或简单或复杂的微生物、植物和动物,当然也包括我们人类。
“人造生命”符合造
现在,我们可以来大致描述一下文特尔的“人造生命”是如何诞生的了。
首先,他需要四瓶化学物质。你现在已经知道了,它们就是A、G、C、T四种碱基。这个好办,有现成的可以买到。
有了“原材料”还远远不够,就像光有一堆零件并不能制造出一台机器一样。还需要什么?没错,“图纸”!考虑到实验效率,文特尔需要一张简单的“图纸”,所以他选择了一种细菌(姑且称为“细菌甲”),对它进行“碱基测序”,把它的基因组的“构造图”画了出来,并在计算机上作了少许修改。
然后要做的就是“搭积木”了。文特尔他们按照“图纸”,运用化学方法对四种“原料”进行组合与排列,一步一步打造了一条“全人工合成”的完整基因组。
接下来,文特尔他们将这个人造基因组植入另一种细菌(“细菌乙”)中。这样一来,“细菌乙”产生了两个细胞,一个带有它自己原有的基因组,另一个带有人造基因组。科学家在培养皿中放入一种特殊的抗生素,它能杀死“细菌乙”,却对“细菌甲”不管用。几个小时之后,那些带有“细菌乙”原有基因组的细胞全部“死翘翘”了,而“合成细胞”在人造基因组的控制下一代又一代不断地繁殖。瞧,人类真的可以用“死”的化学物质来制造活的生命了,尽管它只是个细菌!
我们用短短400多个字描述了这“人造生命”的诞生过程,但实际上,文特尔小组花了15年时间,耗资4000万美元,才成功获得了第一个能够自我复制的合成细胞。文特尔给它起名叫“辛西娅”,意思是“合成体”。
人类成为“造物主”了吗?
正确答案或许是:还远着呢!
虽然文特尔的研究成果被各国媒体大幅报道,但许多科学家谨慎地表示,它还不能称为真正的“人造生命”。为什么呢?因为“辛西娅”只有基因组这部分是人工合成的,细胞的其他部分都是从天然的“细菌乙”那儿借来的,根本不是人造。像细胞膜、细胞质这些东西又该如何合成?人类目前对此还一无所知。
另外,虽然“辛西娅”的基因组确为人造,但所用的“图纸”几乎是照搬照抄“细菌甲”的(两者只有极其微小的差别),所以“辛西娅”的生物实质就是“细菌甲”,并不是自然界原先没有的新物种。
文特尔也说,他们的研究纯粹是基础性的,并不是“彻底地人工制造一个新生物”。但他同时相信,“辛西娅”的成功至少从理论上证明,人类可以改变一个生物体的整个基因组。
会是人类的福音吗?
有科学家认为,人造生命如果真能实现,将是一件美妙的好事。因为一旦技术成熟,就可以根据自己的需要创造出各种功能和用途的新生物来为人类造福。
比如可以创造出一种可以吸收大气中的二氧化碳并将其转化成能源的藻类,这样一来,困扰人类的全球变暖问题和能源危机都将被一举解决。
人类还可以制造出充当环境卫士的微生物,再遇上墨西哥湾原油泄漏这样的事故,就可以把专用的微生物投放到被污染的海水中,让它们把油污吃掉并将其分解成无害的成分。当然,人们更期望能制造出可以分解塑料的微生物,这无疑将大大改善已经变得越来越糟糕的地球环境。
利用这一技术,人类还可以发明更多更有效的疫苗和药物,健健康康地活上一百年将不再是奢望。
会是噩梦的开始吗?
但我们也不得不看到事情的另一面:人造生命是人造物,但它们却是活的,它们可以进行自我复制并不断进化,谁能保证人类不会对它们失去控制?
文特尔也承认,研究中涉及的技术,理论上可以用于制造新的致病细菌,甚至用于研制生物武器。因此,他将慎重考虑该公布哪些研究细节,而且在实验中也会采取措施,确保新造出的细菌只能在实验室“温暖的培养液”中生存,不会成为“魔鬼细菌”。
掌握了人工合成基因组技术,表明人类已经从阅读基因密码转向有能力编写它。如果有人以优化人种为名,为将来的婴儿“定制”智商、性格和相貌等,我们该如何面对?
人类永远无法停下探索自然奥秘的脚步,但人类更应该发展自己的智慧,把握好手中这把叫做科学的双刃剑。