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人造生命的遥不可及

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  2002年,美国一个科学小组利用从网络上下载的基因序列编码 ,在实验室中成功合成出小儿麻痹病毒。这被当时的一些科学家认为是人工合成生命的开端。

  一些科学家更进一步,打算制造具有工业和医学价值的“人造细胞”——更高等的人造生命。2004年12月21日,美国洛克菲勒大学的生物学家埃尔伯特·里勃切特博士领导的研究小组宣布,他们尝试创造人造生命已经进入实验阶段——借助化学反应,他们制造出了像活细胞一样可以自己生长的生命形式。 根据里勃切特在接受英国BBC采访时的介绍,他们将能够生产蛋白质的生物分子混合物悬浮在油中,形成微小的颗粒。然后,他们用两层肥皂膜状的磷脂分子——如同细胞膜一样——将生物分子混合物颗粒包裹在其中。里勃切特等人把这种人工生物叫做“囊生物反应器”(vesicle bioreactors),组成部分来自不同的生物材料:“细胞膜”用蛋清中的脂肪分子制成,内部的细胞器则取自诸如大肠杆菌之类的生物体中。

  里勃切特说,他们经过观察发现,用分子膜包裹之后,生物分子持续生产蛋白质的时间比原来延长了一倍;并且,其反应速度也快了很多。为了进一步延长时间,科学家还在“细胞”中加入了一种细菌基因,这种基因可以控制生成一种名为α-溶血素的蛋白质。这种蛋白质形状类似于桶,能够插入细胞膜形成小孔,环境中的营养物质便通过这些小孔进入“人造细胞”,自动补充制造蛋白质的原材料,这样,“细胞”就可以连续数日生成蛋白质。

  研究人员称,这种“人造细胞”可以像一个微型工厂,生成具有工业和医学价值的蛋白质。 从实验结果看来,里勃切特的研究小组似乎成功制造出了一个人造细胞。有报道说,这项研究距离合成生命——即人工制成新的生物体——已只有一步之遥。

  但实际上,这些实验中的生物反应器并不能说是“活着”,因为这些“囊生物反应器”只能生活在配置好的化合物中,仅仅存活数天而已。

  “它还远不是一个生命体,”中国科学院微生物研究所研究员周培瑾告诉本刊记者,“一种生物必须有遗传物质的存在和遗传功能的表达,从这个意义上来说,现在他们制造出来的还远不是一个物种,只是一些有机高分子、生命物质的聚合物体,它还不能自我复制。”周培瑾说,即使是最原始的生命形态如元病毒,它也有严格、完整的自我复制功能。

  周培瑾强调,用化学方法合成生命的难度大到让一般人无法想像的地步。一个单独的细胞类似于一个完美的、各部分相互协调的社会,其微观结构异常复杂。“一个SARS病毒就如此复杂,以致于要科学家花那么多时间去研究其结构。而一个细胞比病毒要复杂不知道多少倍。”一个普通细胞中拥有数量众多的细胞器(组成细胞的构件),仅仅是一个细胞器,大多种类的都比一个病毒要复杂。即使是2002年那次人工合成小儿麻痹病毒,科学家依然还得部分借助于生物技术。

  在接受BBC采访之后,里勃切特也开始对有关他们成果的发言表示谨慎。在接受本刊采访时,他仅表示,BBC新闻对他们成果的描述是准确的,但对很多更详细具体的问题,他说还不能回答。 里勃切特并不是研制“人工生命”的第一人,他们的研究小组更不是惟一做这项研究的团队,有人甚至已经比他们走得更远。

  据周培瑾介绍,日本有一个科学小组多年前就在尝试做一种“人造”红细胞,他们把猪、羊、牛等生物的红细胞分离出来,去除里面的蛋白质和细胞器等物质,留下一个碳架结构,然后把人体血红细胞中的物质加入进去,而造出一个类似人类红细胞的东西,期望它能替代红细胞。

  这个课题已经做了好多年,还在努力,并且打算成功后申请诺贝尔奖,但还是有很多问题不能解决,比如其引起的免疫反应。

  “应该说,日本这个研究小组的工作比现在里勃切特他们的工作要走得远,以后继续努力下去还是有希望做成功的,但现在离成功还很遥远。”周培瑾说,他们制造的这种“类红血球”还只是一个固定化的活性物体,其中一些酶能够发生作用,还远不是一个个体生物,因为它还不能遗传,不能自我复制。

  其它国家的科学家,采用类似于上述的方法——把某一种细胞蛋白质去除,留下一个碳架结构的模型,然后加入其它种类细胞物质重新组装成一个某种活性物质的反应小体——进行的工作,有很多人都在做。但他们都没有扬言要做成新的生命。

  美国基因科学家、塞莱拉公司前总裁克雷格·文特尔等人正在开展一项研究,目标是利用人工合成的遗传物质,在实验室里制造一种在自然界中并不存在的新物种。文特尔等人首先将天然生殖支原体细胞内的遗传物质全部去除,然后在其中空构架中注入人工合成的染色体,再进一步研究这种人造细胞能否存活与繁殖。

  文特尔说,他们并不是彻底人工制造一个全新的生物,而是在更大程度上对一种生命体进行改造。他认为,这项研究可以从根本上加深对细胞生存最关键条件的理解。 按照科学家长远的设想,一旦人工合成生命成为现实,那么,这些地球上从来没有存在过的生命就可以被科学家赋予其它生命所不具备的功能。

  例如,人造有机体可以轻易地清理被原油污染的海水,因为它们可以吃掉所有原油并把它分解成无害的成分;它们还可以分解今天让环保工作者头痛的塑料和橡胶等垃圾、污染物,甚至还可以分解二氧化碳,或生产可用作燃料的氢,等等。

  人工合成生命一旦成功,它还有一个很大的意义,那就是它可能将帮我们解决生命的起源问题。里勃切特在接受英国BBC采访时说:“如果这一切(指的是人工合成生命)成为可能,我们就该重新思考一下生命究竟是什么……在我看来,生命就像一个机器,一个由电脑程序控制的机器,仅此而已。但目前更多的人却不这么认为。”

  但事实上,生命的起源、生命的本质并没有里勃切特说的那么简单,于海洋,等等,但这些都还是停留在猜测中。

  “如果我们真的完全用化学方法合成了生命,那么,我们在这个过程中就已经了解、甚至解决了生命起源的问题。”周培瑾说。 早在2002年人工合成病毒时,科学家就曾经表示担忧:人造全新的病毒将变得很容易,这也就意味着人类随时要面对新的病毒的攻击,我们没有任何针对它们的疫苗;一旦这种技术为所掌握,后果不堪设想。如果更高级的细胞生命被制造出来,我们还得担心人类最终可能失去对新物种的控制等问题——人造生命有可能演化成跟地球上现有的生命形式完全不同的生命,成为无法控制的生物。

  对此,美国加利福尼亚大学分子生物学教授戴维·迪默认为,人类制造的任何形式的生命都不可能与那些在自然界中进化了30亿年的生物相竞争,也就是说,它们可能造成的危害不可能超过已有物种造成的危害。

  “现在离成功制造生命还早,还不到担忧其后果的时候。科学的发展总是伴随着一定的风险,但总会又有相应的科学手段来对付已经出现或将要出现的问题。”周培瑾说。

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