问题

人类有可能「制造」出一个生命吗?

回答
“制造”一个生命,这个想法听起来像是科幻小说里的情节,但随着科学的不断进步,它正一步步地从想象走向现实。这里面涉及到的问题非常复杂,从最基本的分子层面到更宏观的生命体结构,每一步都充满挑战。

首先,我们得弄清楚“制造”生命到底指什么。如果仅仅是创造出一些模仿生命现象的化学反应,那在实验室里已经有很多研究在进行,比如模拟早期地球条件下有机物的合成。但如果我们要创造出的是一个具有完整生命特征,能够生长、繁殖、对环境作出反应的独立个体,那事情就变得复杂多了。

最核心的问题在于,我们要如何重现生命的基石——DNA。DNA就像一本包含所有生命信息的“说明书”,它决定了一个生物的模样、功能,以及如何一代代延续下去。目前,科学家们已经掌握了人工合成DNA的能力,甚至可以设计和编写新的基因序列,赋予生物新的特性。这被称为合成生物学。想象一下,我们可以设计出能够分解塑料的细菌,或者能够生产特定药物的酵母菌。这在某种程度上,我们就是在“制造”具有特定功能的“生命形式”。

但要从零开始“制造”一个完整的、全新的生物,就不仅仅是合成DNA这么简单了。我们需要理解并复刻细胞这个最基本的生命单位。细胞内部包含了无数复杂的分子机器和反应网络,它们协同工作,维持着生命的运转。细胞膜如何形成?新陈代谢如何进行?如何从环境中获取能量和物质?这些都是巨大的挑战。

一个关键的步骤是体外细胞重构。科学家们尝试将人工合成的DNA放入一个现有的细胞中,并让它按照新的指令工作,甚至移除原有的DNA,只保留人工合成的基因组。这项技术已经有所突破,但离完全“从无到有”地制造一个细胞还有很长的路要走。

更进一步,如果要制造的是一个多细胞的复杂生物,比如一只细菌、一条鱼,甚至是更高级的生命,那么我们需要知道如何让这些细胞分化、组织,并形成特定的器官和系统。这涉及到发育生物学,我们如何指导成千上万个细胞按照精确的蓝图生长和协作,形成一个功能齐全的生命体。

目前,最接近“制造”生命的概念可能是在人工生命领域。科学家们在尝试构建简化的、能够模拟基本生命过程的“人造细胞”或“人造生命体”。这些通常是在实验室条件下,利用现有的生物组件或经过高度简化的模型,来探索生命的本质和起源。例如,有些研究会制造出能够自我复制的“生命机器”,虽然它们可能不完全具备我们传统意义上对生命的理解,但它们表现出了一些关键的生命特征。

另外,还有一个方向是基因编辑技术,比如CRISPRCas9。这项技术允许我们精确地修改生物的基因组,就像修改电脑的代码一样。理论上,我们可以通过修改现有生物的基因,让它们发生巨大的变化,甚至创造出“定制化”的生物。例如,已经有科学家尝试利用基因编辑技术来“复活”已灭绝的物种,或者创造出具有特定优势性状的农作物和动物。虽然这并非从零开始的“制造”,但它极大地扩展了我们“创造”生命的能力。

当然,当我们谈论“制造”生命时,绕不开的是伦理和哲学上的考量。我们有权利去“制造”生命吗?“制造”出来的生命应该享有哪些权利?这些问题比技术本身更具挑战性。

总的来说,人类在“制造”生命这件事上,可以说是在某些层面已经有所成就,比如合成特定的基因组、创造出具有特定功能的微生物。但要从完全的无机物出发,一步步“制造”出一个我们认知中的、拥有所有生命特征的独立生命体,这仍然是一个极其复杂且需要跨越众多科学领域才能实现的宏大目标。每一次科学的突破,都让我们离这个古老而又令人着迷的梦想更近一步。

网友意见

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上面已经有答案提到了伟大的Venter,不过我还是想深入的扯两句(学术界八卦)。

楼主这个想法很好,不过有人比你想得更多,那就是曾经单枪匹马挑战人类基因组计划还成功了的,一个人顶一个科学家加强师的大科学狂人 J. Craig Venter



Venter 早在四年多以前就已经造出来了人造生命,而且不是简单的病毒,是有完整细胞结构、能够独立存活繁殖的支原体细胞。

这是那篇惊世骇俗的论文

Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome

这是那个人造细胞的样子

sciencemag.org/content/

虽然严格来说只有基因组是人工的,其他的部分都属于借尸还魂,但是丝毫也不影响其划时代意义。(另外Venter研究组在更早的时候就已经用酵母细胞合成了支原体的全基因组,并成功转化无核的支原体细胞,那个时候已经可以算是第一个人工生命了,后来的化学合成,其实也只是Venter一系列研究中的一小步。)

回到题主的那两个问题,第一个显然是在可以预见的未来会有不小的进展,这也是Venter研究组的重要目标,第二个恐怕就比较困难了,如果把一个人类细胞拆分成分子级别,其信息量会比一个基因组大不知多少个数量级,不仅涉及到了人类对基因组的解读能力,还涉及:

1. 有机合成能力:需要有机合成细胞中必须的所有种类的小分子和蛋白质,相关专业的同学感受一下这个难度;

2. 对小分子世界的理解能力:学纳米的同学知道,在不同尺度下,同一个物质的理化性质有很大差异,而合成一个细胞,则是从分子水平到纳米水平再到显微水平各个层面的整合,需要的不仅仅是生物学知识;

3. 3D打印能力:需要把原料分子按需要的顺序组装成完整细胞;

综上所述,我认为人工合成细胞并对其进行有用改造是未来一个非常热门的研究方向,而且目前已经取得了非常惊人的进展,但从分子水平直接合成细胞,则是现有技术条件下短期甚至中期内都不太可能完成的任务。


——————分割线——开始八卦——不负责任的言论部分开始——————————————



话说Venter 这人,天生脑后反骨,自从一只脚踏入学术界以来,围绕他的争议就没消停过。

他做的第一件大事就是单枪匹马测了个人类基因组(这么说也不严格,其实是他带领了一家叫Celera Genomics 的公司),关键是还赶在了整个人类基因组计划(HGP)的前面,让世界各国的基因组学家颜面扫地。。。

据说本来Venter 也加入了HGP,彼时按各个克隆来分段测序是主流(即文库法),Venter觉得这样太墨迹,不如整个基因组打碎,测出各个小片段,然后整个拼起来,即所谓的鸟枪法(Shotgun sequencing),可是大家都觉得他这个想法不靠谱,Venter就离开了,然后自己拉了个草台班子单干,没想到直接把之前的大组织干趴下了。。。

这个什么仇什么怨啊,到了什么程度呢,据说当时Venter的论文发在了Science上,搞得那堆基因组学家一段时间集体抵制Science杂志社 o(╯□╰)o

因为主流学术界话语权不在Venter先生手里,所以即使他先测出了人类基因组,社会上提起来人类基因组测序的完成一般只知道第二名的HGP(其实两者发表论文时间几乎是同时,但其中有官方协调的因素,毕竟HGP是有关部门和单位的脸面,打脸不能太响 o(╯□╰)o),Venter的功勋被极大程度的打压了,借用wiki上的评价——他的竞争加速了人类基因组计划的完成。。。呵呵。。。。呵呵。。。明明Venter先完成的好吧,居然第一名的主要贡献是鞭策了第二名取得了亚军这样优秀的成绩,无力吐槽。。。

Venter老爷子虽然自此被视为洪水猛兽,但是随着第二代测序的发展,鸟枪法已经成了主流,老爷子想着名是捞不到了,那劳点实惠也好,于是就拿着自己测的序列去申请专利,结果又搞得整个业界鸡飞狗跳,最终在一系列的斗争后,Venter为基因申请专利的计划最终失败,然后之前顶他的Celera Genomics 董事会就把他炒鱿鱼咯,唉,董事们毕竟是商人 o(╯□╰)o

Venter老爷子当然不可能就此消停,毕竟屠龙刀在手,想攀附的人和资本当然也不会少,老爷子一看,哟,不错,干脆自己建个研究所,还直接用了自己的大名,就叫 J. Craig Venter 研究所,简直吊爆了。

老爷子的立足问题解决了,就开始再次思考人生、思考生命的本源、人类的前途。

最后老爷子决定开展两项工作:

1. 自己设计一个基因组,人工合成一个细胞;

2. 开个考察船太平洋大西洋乱逛悠,舀瓢水测测序,看看有没有什么奇奇怪怪的DNA,顺便发发Nature和Science什么的;

看起来是不是一点关联都没有?

老爷子可不这么想,老爷子是想解决两个问题,生命的本源,人类的未来。生命的本源就不用说了,人工合成生命的另一个意义是,可控的生物反应器,Venter希望能够制作一个可以成规模控制,进行各类生化反应的人工细胞群,而从自然界中寻找各类序列的原始灵感,更是能够让这样的生物反应器完成指定功能,最终如楼主所说的,解决人类的能源问题。


当然目前的人工生命依然停留在原核生物的阶段,离V神的期望还有很远,鉴于保守的美国政府又一次第一时间对V神的合成细胞表示了关切,毕竟之前跟这些政客啥的打交道教训不少,估计V神也不敢轻举妄动了,最近也没搞出什么大新闻,未来如何,V神的前方是星辰大海~


Venter研究所的主页和简介

JCVI: About / Overview

老爷子最近的研究成果

JCVI: Publications / Listing

不想看英文的同学看这里,找了篇老爷子的中文专访

克雷格•文特尔:没有商业价值的科学有何用

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