问题

如何看待华大基因董事长汪建称「未来 5-10 年就可以化学合成任何生命,进展可能比人工智能还快」?

回答
华大基因董事长汪建先生关于“未来 510 年内可以化学合成任何生命,进展可能比人工智能还快”的论断,无疑是一颗投向科学界和公众视野的重磅炸弹,引发了广泛的讨论和思考。要理解这句话的深意及其潜在影响,我们需要从几个层面进行剖析。

首先,我们必须明确汪建先生所说的“化学合成任何生命”究竟指的是什么。这并不是指凭空捏造出全新的、从未存在过的生命形式,而更倾向于在分子层面,利用化学方法,从零开始“组装”具有生命功能的细胞或生物体。这其中涉及到基因的化学合成,也就是根据已知的基因序列,用化学方法构建出DNA或RNA分子,再将这些分子放入预先制备好的细胞或人造载体中,使其能够进行复制、生长和执行特定功能。

当前,基因合成技术已经取得了长足的进步。科学家们已经能够合成短的DNA片段,并且在不断挑战合成更长的基因序列,甚至完整的基因组。例如,2017年,J. Craig Venter研究所的团队就宣布成功合成了世界上第一个“人造细胞”,其基因组完全由化学合成,并在细胞中运行。这无疑是“化学合成生命”领域的一个里程碑,但也需要明确,这个“人造细胞”是基于已知的细菌生命蓝图进行复制和改造的,并非完全意义上的“无中生有”。

汪建先生的预言,是将这一技术向前推进到“任何生命”的层面,并且是在一个相对非常短的时间跨度内实现。这意味着,我们不仅可以合成现有的生命体(例如通过合成已知细菌或病毒的基因组来复活它们,或者进行改造),更重要的是,可能可以设计和合成全新的生命,这些生命可能拥有我们期望的特定功能。

那么,为何汪建先生会如此自信地做出这样的判断?这背后可能有多重因素的支撑。

1. 基因合成技术的指数级发展: 基因测序成本的急剧下降和合成效率的提升,是推动生命科学快速发展的两大基石。DNA合成的准确性、长度和速度都在不断提升,成本也在持续降低。随着技术瓶颈的不断突破,合成更复杂的基因组甚至整个生命体的可能性也在随之增加。
2. 合成生物学的蓬勃发展: 合成生物学是将工程学的原理应用于生物学,旨在设计和构建新的生物部件、设备和系统,以及重新设计现有的、自然的生物系统,以实现有用的功能。这其中就包括了设计和合成具有特定功能的DNA序列,以及将这些序列整合到活细胞中。华大基因本身在基因合成和相关技术领域拥有强大的实力和前瞻性的布局,这使得汪建先生的判断可能基于其对行业内部技术发展曲线的深刻理解。
3. 对生命本质的理解加深: 随着基因组学、分子生物学等学科的深入发展,我们对生命运作机制的理解也在不断加深。当对生命体的设计原理越来越清晰时,利用化学方法将其“描绘”出来并实现功能,也就变得更加可行。这就像是当我们掌握了建筑学的原理和材料科学后,就可以设计和建造各种结构的建筑。
4. “比人工智能还快”的类比: 汪建先生将这一进展与人工智能的飞速发展相提并论,强调了其革命性和颠覆性。人工智能在数据处理、模式识别、机器学习等方面的巨大进步,已经深刻地改变了许多行业。将生命合成与人工智能相类比,暗示了生命科学同样可能迎来一个指数级的突破期。

然而,对于“化学合成任何生命”这一宏大设想,我们也必须保持审慎的态度,并认识到其中存在的巨大挑战和伦理考量。

技术层面的挑战:

规模和复杂性: 合成一个简单的细菌基因组已经相当困难,合成一个更复杂的真核生物(如植物或动物)的基因组,甚至一个完整的具有复杂功能的生物体,其难度是呈几何级数增长的。这需要精确控制数百万甚至数十亿个碱基对的排列组合,并确保其在细胞环境中能够正确折叠、表达和相互作用。
细胞的“组装”与激活: 即使能够合成完整的基因组DNA,将其植入一个“空”的细胞载体中并使其成功启动和运行,本身就是一个极其复杂的过程。细胞内部的各种分子机器、代谢通路、信号传导等,都需要与新合成的基因组进行完美的协同。
功能的实现和预测: 设计出能够执行特定功能的生命体,需要我们对生命体的设计原理有极其深刻的理解,并能准确预测基因组序列与生物功能之间的关系。目前,我们对许多生物过程的理解仍不完全,设计全新生命体的功能可能面临许多未知和不可预测的障碍。
“生命”的定义: 何为“任何生命”?是微生物,还是更复杂的动植物?汪建先生的表述是模糊的,但可以推测其雄心不止于微生物。如果包含更复杂的生命形式,其技术挑战更是难以想象。

伦理和安全层面的考量:

生物安全问题: 一旦掌握了化学合成生命的能力,如何防止这种技术被滥用,例如制造危险的病原体?如何确保合成的生物不会对现有生态系统造成不可控的破坏?这些都是亟待解决的重大安全问题。
伦理道德争议: 创建“人造生命”触及了人类对生命本质的根本性思考,可能会引发深刻的伦理道德辩论。例如,如果能够合成具有意识或高度智能的生命体,我们将如何对待它们?我们是否有权创造和操控生命?
环境影响: 合成生物体在自然环境中可能带来的影响,需要进行严谨的评估。它们是否会与现有物种竞争?是否会改变生物多样性?
监管和治理: 如此颠覆性的技术,需要有相应的法律法规和国际合作来加以规范和管理,以确保其朝着有益于人类的方向发展。

从汪建先生的角度来看,这句话也可能带有一定的“战略宣言”意味。

作为华大基因的掌舵者,他可能希望通过这样极具前瞻性和震撼力的论断,来激励团队、吸引人才、吸引投资,并向外界展示华大基因在生命科学领域的领导地位和未来发展方向。在快速变化的科技领域,敢于提出大胆的愿景是吸引目光和资源的关键。

总而言之,汪建先生的这番话,既是对生命科学技术快速发展的一种自信预判,也可能是一种对未来科技趋势的引领和呐喊。它描绘了一个令人兴奋又略带不安的未来图景:生命不再是自然演化的唯一创造者,人类将拥有前所未有的能力去设计和创造生命。然而,在通往这一未来的道路上,技术上的巨大挑战和伦理、安全上的严峻考验,都需要我们以审慎、负责任的态度去面对和解决。这无疑是人类对自然界探索和改造的又一个高峰,其最终影响,将是深刻而长远的。我们正站在一个生命科学革命的十字路口,而这样的论断,正是这个伟大变革的缩影。

网友意见

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@芝士喵 邀,没有回答的邀请已经有100多个了,实在是对不住大家-_-

汪老板人家说的是预测,而且是一个挺宽的时间范围:未来5-10年。预测这种事是没法证伪的,只要等待时间去检验,所以本来没啥可说的,不过我看了视频感觉这个说法有非常大的问题,必须指出来,怒答。

解释起来也很简单,首先必须明确如何定义“合成生命”这个概念。合成生命应该区分为四个阶段。

比如 阶段I 是指一个生命系统的DNA(遗传物质)用化学的方法来合成,但是不改动其中的序列,而是简单的复制一遍,因为一旦改动可能就不Work了;同时细胞的其他部分还是用天然的,比如细胞膜、细胞质。

而 阶段II 是在 阶段I 的基础上开始在DNA上做修改,如果把DNA理解成软件,那么相当于把造物主写的1.0版本的程序进行一次大升级。

阶段III 和 阶段IV 就是分别要在 阶段I 和 阶段II 的基础上把细胞内除了DNA的其他部分都用化学合成的相同物质替代。这里面问题就太多了,远远没有解决。

迄今为止Phase I的技术实现路径是完全清楚的,Phase II虽然合成没有问题,但是设计还不能做太多,一旦做多了生命就活不了了,因为人们对于生命的运作机制还不清楚。Phase III和 Phase IV还没有成型的技术实现路径。


目前人类已经实现了 I-A 和 I-B。

I-C 就是汪老板在视频里说的:我们合成了一个酵母。这是个国际合作项目,叫做Yeast 2.0,今年4月我国科学家在Science上发表四篇文章内容也是这个。

不过Yeast 2.0还没有完成,原因是酵母有多条染色体,目前已经完成合成的只是其中一部分染色体。

另外 II-C 之所以也有一点绿是因为Yeast 2.0 的合成过程中并不是完全照搬原来的序列,还是加入了一些人为设计的序列,也删除了一些明确知道可以删除的序列,因此 II-C 还是完成了一小部分的。

有非常牛的合成生物学家致力于 II-B 的研究,也就是重写一个原核生物,在相当大的尺度上修改DNA序列。

————————

接下来是结论:

汪老板说的未来5-10年可以化学合成任何生命指的是把第一行打通,I-A 到 I-F ,如我上面讲的,整个 Phase I 从技术原理上来讲完全是可行的,事实上 I-F 人基因组的合成已经在筹备了,项目叫做 GP-Write,也是一个合作项目,华大也是参与方。

但是大家听完这个演讲会认为汪老板指的是第三行或者第四行最右边 (Phase IV-F 或者 Phase III-F),我这么解释完大家应该就清楚了,10年内完成真心不大可能。

我不知道汪老板是为了让大家更好理解而模糊了它们之间的区别,还是说他并不认为第一行和第四行之间有区别。

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合成生命有多难?

人类至今尚未彻底合成过任何生命,就包括辛西娅也是合成DNA。现在华大连酵母染色体都尚未完全搞定,就开始讲全合成生命这种科幻,这有点遥远!

当然你非要说DNA就是生命,无话可说,如果你是说给你一堆化学原料然后你合成出一个生命的话,距离很长。


—————如何合成一个生命—————

我们这里以复杂生命,打个比方,人为例,而不是单细胞生物这种的话。

1合成人,需要合成器官和组织

2合成组织和器官,需要合成细胞

3合成细胞,需要合成细胞膜,细胞质,细胞核

4合成细胞核,需要合成染色体

5合成染色体,需要合成基因组


而我们目前,对于人类,能做多少呢? 第2步?你想多了! 第3步?你太乐观了! 第4步?不好意思! 第5步?额,我们正在努力!

我们目前第5步都没法完成。

下面细细道来:


首先,请允许我我粗暴的把合成分为全新合成组合合成

前者是指纯粹的依靠生物化学或者物理的能力去合成,后者是指通过各种模式生物系统来完成


如果是前者的话,我估计100年都悬,因为我们目前的水平不够;后者的话,其实现在大家已经能完成了,比如克隆人,比如基因编辑,这些都是直接可以用的。

假如,我们就是要选择hard模式,就是选择前者呢?来看看我们的征程吧

1、纯粹合成基因DNA——10年解决可以期待

合成基因是目前比较成熟的技术,我们经常合成基因,基本上目前合成一个碱基可以降到1块钱左右。对于做生物的人,更明白,做实验用的引物就是用直接合成的。

困难:合成长度是有限制的。目前,我们常见的合成的基因双链长度为1-12kb,再长一点就是目前攻克的难度,比如华大基因目前正在试图合成酵母基因组,主导了2号染色体的从头设计与全合成(长770 Kb)。

但是人类基因组非常庞大。一共23对染色体,最短的21号染色体,长度是48,129,895。而最长的是1号染色体,长度是249,250,621(2亿个碱基)

所以这个难度还是不低。

替代方案
当然,可以通过分段合成再连在一起,这个也许可以解决。
但是,我不得不指出,目前的连接能力对于操作这么长的基因,效率和正确率,非常的低。

2、合成细胞核——还需等待

主要问题是,需要大量的蛋白质,而我们目前人工合成蛋白质的能力约等于0.


也许会有人说,直接让基因表达不就行了吗?
对,说是这么说的,可是你要知道基因从转录到翻译需要的那些因子呢?需要的那些细胞器呢?需要的那些能量呢?

其实,我们并非从0开始,在人还是一个受精卵的时候,你已经从你的母体里获取了大量的初始内容,这就是我们的第一桶金,而没有这个第一桶金的话,就是你和王思聪的区别。

看看人家2011年就上了新闻联播了


好吧,中间穿插的这段戏,就是告诉你,没有这个初始积累,那个难度简直就是登天啊


虽然目前,我们可以合成多肽,但是多肽距离蛋白质的距离,大概就像我们知道加减乘除然后去计算原子弹。
蛋白的精妙体系,目前我们都尚未解读,近几年,随着结构生物学的进步,我们可以多少对一些蛋白质的结构进行解析,所以造就了一大堆解析结构的“诺奖级”成果。
但是,直接合成高分子蛋白并完成精确修饰,我们还要做的很多。
像ATP泵这种精妙到了极致的结构(不少高级反进化论都是以此为出发点的)以及生物的翻译系统和酶系统

ATP系统,这里的每个部件都是非常精妙的。


替代方案:
用各种生物系统合成,比如大肠杆菌系统、酵母菌系统和人的细胞培养技术。

虽然我们可以通过在其他物种,比如菌类里面合成。但是由于不同菌的修饰不一样,导致蛋白质最终和人体内的蛋白质还是存在差异,哪怕用酵母来合成。
当然,我们可以用人类细胞去培养蛋白。

3、合成细胞——我看不到头

虽然目前我们膜法高深,但是对于合成细胞这种规模的工作量,简直无法想象。

无论是流动镶嵌模型的膜系统,还是各种细胞器。


替代方案:

直接用一个成熟的细胞,然后把细胞里面的基因组去掉,再装进合成的基因。

这个方案是目前最成熟的方案,包括v神他们合成人造生命也是这么干的。人造活细胞_百度百科

合成步骤如下

1. 科学家选取一种名为丝状支原体的细菌,将它的染色体解码。然后利用化学方法一点一点地重新排列DNA。
2. 将重组的DNA碎片放入酵母液中,令其慢慢地重新聚合。
3. 将人造DNA放入另外一个受体细菌中。通过生长和分离,受体细菌产生两个细胞,一个带有人造DNA,另外一个带有天然DNA。
4. 培养皿中的抗生素将带有天然DNA的细胞杀死,只留下人造细胞不断增生。
5. 几个小时之内,受体细菌内原有DNA的所有痕迹全部消失,人造细胞不断繁殖。新的生命诞生了。



4、合成人类——更看不到头


这个需要人造子宫,人造子宫是比上述合成基因和蛋白更难的一项技术,当然,应该和合成细胞的技术不相上下。
如何精确地模拟哺乳动物子宫和卵生动物卵的条件,使受精卵在人造环境下发育,从而摆脱对母体的需求,难度巨大。
我们要知道,人类在孕期,各种经历,饮食啊,活动之类的,都会对子宫产生影响,因为子宫是肉做的,不是一个不动的铁盒子。
所以,如何模拟,还是个未来。

替代方案:借宫生子。
这个就不用说了,试管婴儿之类的就是这么干的。克隆人也是这么干。

好了,说完上述的内容,相信大家应该对合成一个人的难度有所了解了。但是,这期间的每一个进步,都可以是一个史诗级的进化。


利申:

华大基因,做生物的都不陌生;

王思聪,请给我打钱。

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