淺論人造生命

1、 淺論人造生命從古到今，各種主張百家爭鳴，雖然有許多觀點(diǎn)如曇花一現(xiàn)，雖然有很多觀點(diǎn)曾經(jīng)主宰過一個(gè)時(shí)代。比如圣經(jīng)中記載的上帝創(chuàng)造世界：第一日，地球上不再混沌黑暗而有了光，光和暗分開了；第二日，諸水之間要有空氣：第三日，水聚到一處，青草和結(jié)種子的菜蔬和樹木發(fā)生了；第四日，地球上可以觀察到星辰日頭，并且開始有季節(jié)；第五日，海洋生物、禽類開始滋生；第六日，陸地生物昆蟲、牲畜野獸各從其類形成。最后神照著他們的形象，造男造女；到第七日，神造物的工已經(jīng)完畢，就在第七日歇了他一切的工，神賜福給第七日，定為圣日。 這種神造論忽視了生物的演化過程，如果說神創(chuàng)造了人，那么是什么創(chuàng)造了神呢？這不能解釋人們發(fā)現(xiàn)的很多問

2、題，更與經(jīng)過大量的實(shí)踐和總結(jié)所得到的結(jié)論是相悖的，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展之下，這種封建的，迷信的，宗教思想已經(jīng)不再能深入人心，而科學(xué)家是絕對不會接受的。人類從封建走向民主，從愚昧走向理智，現(xiàn)今流行的說法大體可分為一下三個(gè)方面：化學(xué)起源學(xué)說，宇宙生命論和熱泉生命論?；瘜W(xué)起源學(xué)說主要是想論證生命的起源是從無機(jī)物到有機(jī)物，即生命是一個(gè)從無到有的過程，地球的最早是沒有生命的球體，再億萬年的演變中，無機(jī)物反應(yīng)生成有機(jī)物，小分子生成大分子，從而漸漸產(chǎn)生生命。宇宙生命論想論證的是地球上的原始生命來自宇宙空間，只是這種理論沒能解釋宇宙里德生命又是怎么發(fā)生的。熱泉理論認(rèn)為生命的最初是來自于熱泉及其附近闡述了熱

3、泉生態(tài)系統(tǒng)在生命的產(chǎn)生和演化中所扮演的重要作用。擺脫了以前的神造論，我們能從更科學(xué)的角度上去看待生命了，我們?nèi)祟悓ι难芯繌膩頉]有停止過。研究表明，生命體的最基本的結(jié)構(gòu)單元是細(xì)胞。細(xì)胞中的化學(xué)元素主要是C、H、O、S等等一系列的有機(jī)和無機(jī)元素，構(gòu)成細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)有蛋白質(zhì)，核酸，脂質(zhì)，糖類，維生素還有各種無機(jī)鹽離子等。這些在實(shí)驗(yàn)室是條件下都是不難得到的，而且我們?nèi)祟悗缀跏强梢宰约汉铣珊芏啻蠓肿游镔|(zhì)的，于是，用現(xiàn)有的物質(zhì)創(chuàng)造出新的生命成了一個(gè)誘人的課題。創(chuàng)造生命一直以來就不是一件簡單的事，自從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異，飛速發(fā)展以來，我們?nèi)祟惻α藥资踔辽习倌?，依然不能?chuàng)造一個(gè)真正意義上的“生命”。

4、生命有進(jìn)化，有遺傳和變異。而我們創(chuàng)造的生命顯然不可能是最原始的，因?yàn)樽钤嫉目隙ㄒ呀?jīng)不存在了。我們也絕不可能模擬出一個(gè)地球形成時(shí)的環(huán)境結(jié)構(gòu)，讓生命在其中自然發(fā)生（我們是否你呢個(gè)完全并真正模擬暫且不說，就算是能，那等一個(gè)生命的誕生需要多久的光陰?。?，那么是不是我們?nèi)祟惥蜎]有希望創(chuàng)造出一個(gè)真正的生命了呢？我覺得不是的，我們無法模擬生命的演化，但我們可以走另一條路，那就是創(chuàng)造一個(gè)適應(yīng)現(xiàn)在環(huán)境的生命，不需要經(jīng)過漫長的適應(yīng)和進(jìn)化，一步跳躍到現(xiàn)在的水平。從這一點(diǎn)上來說，我想，我們能創(chuàng)造出人造生命的可能性是很大的，而這一切只是時(shí)間問題，也許在不久的將來，也許要等到幾百年后，我們就可以擔(dān)當(dāng)造物主的角色來設(shè)計(jì)生

5、命了。目前來說，我們已經(jīng)能夠成功的復(fù)制生命了，克隆羊多莉的誕生正是標(biāo)志著人類具有了復(fù)制生命的本領(lǐng)，細(xì)胞工程，各種細(xì)胞技術(shù)在科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，也使人類對生命的本質(zhì)和創(chuàng)造的認(rèn)識有了很大程度的進(jìn)步。只是，創(chuàng)造生命畢竟不同于制造生命，創(chuàng)造生命絕不是簡簡單單的復(fù)制，而更應(yīng)該是大規(guī)模的，重新培養(yǎng)出一種與當(dāng)今世界上都不一樣的生命物種。這種生命物種應(yīng)該具有生命的基本特征，能夠被承認(rèn)為生命而不同于現(xiàn)在世界上的另一個(gè)發(fā)展方向人工智能?，F(xiàn)在我們能對物種進(jìn)行人工變異和定向選擇，這是不可爭議的事實(shí)，而且更難得的是，我們已經(jīng)能利用非生命的有機(jī)和無機(jī)物來重新改造一個(gè)現(xiàn)有的生命。比如早已有實(shí)驗(yàn)證明：來自非洲爪蟾的卵首先去膠

6、膜后，經(jīng)過活化、裂解，然后超速離心，去掉上層脂質(zhì)和下層卵黃、色素顆粒后剩下的提取物即是一種在以非細(xì)包結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的反應(yīng)體系。向該體系中加入外源DNA，溫育一段時(shí)間后就可以重構(gòu)出新的細(xì)胞核，這也就實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)造生命的基本條件之一。去年5月，美國遺傳生物學(xué)家克雷格·文特爾博士成功人造的“制作”出了一種人造的支原體細(xì)胞，這是一個(gè)具有生命的人造細(xì)菌細(xì)胞。他的制造過程大致可分為以下步驟：首先把蕈狀支原體細(xì)菌的DNA打碎，得到DNA片段。然后截取DNA片段，然后把它們插入酵母中，利用酵母中所含的酶所具有的超強(qiáng)的DNA修復(fù)功能，使得酵母能把短小的DNA片段組合起來。酵母首先會把短小的基因片段連接起來，

7、組成大約含10000個(gè)堿基對的長鏈，然后將之移走。就這樣重復(fù)，當(dāng)長鏈達(dá)到10組時(shí)，把原來合成好的長鏈一起重新放回酵母中作進(jìn)一步組合，連接成有10萬個(gè)堿基對的長鏈，這樣經(jīng)過三輪的操作之后，研究人員完成了全基因組的制造，堿基對達(dá)到100多萬個(gè)，這樣就合成了新的基因組。雖然是利用現(xiàn)有的遺傳物質(zhì)做原料，但是卻不是利用整個(gè)有生命的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，而僅僅是利用了其中很小一部分的遺傳物質(zhì)，得到與原基因組差別很大的新的基因組。最后，把這種合成好的基因組植入另一種細(xì)菌：山羊支原體之中，于是合成基因組開始在那里產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)，結(jié)果山羊的原基因組要么被支原體酶摧毀，要么在細(xì)胞復(fù)制過程中丟失。當(dāng)細(xì)胞增殖時(shí)，都僅從合成基因組

8、產(chǎn)生，也就是徹底改造了山羊支原體細(xì)胞，使之只攜帶和具有新合成的基因組所攜帶的遺傳信息，這種完全產(chǎn)自合成DNA的人造細(xì)胞與蕈狀支原體細(xì)菌和山羊支原體細(xì)胞都不一樣。但即使這樣，用文特爾自己的話說，“不過該細(xì)胞的問世純粹是一次我們對合成基因基本認(rèn)識的概念驗(yàn)證過程。” 可見這也是一個(gè)基因修改的過程，而非純粹上的創(chuàng)造。今年9月又有英國科學(xué)家嘗試用金屬制造生命體，并且已取得初步進(jìn)展。他們已經(jīng)成功的用巨大的含有金屬的分子制造出了細(xì)胞樣汽包，并具備了一些生命特征，但是還無法實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制。現(xiàn)在科學(xué)界較普遍的觀點(diǎn)是要?jiǎng)?chuàng)造生命，一定得面臨三大難關(guān)：第一是需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)合適的并且具備一些基本生命功能的細(xì)胞容器(即細(xì)胞膜

9、)，這還是對創(chuàng)造生命的最低要求。這樣做的目的是使得細(xì)胞可以將對自身不利的分子阻擋在細(xì)胞外，將自己需要的分子吸納進(jìn)入細(xì)胞，另外一個(gè)關(guān)鍵是這樣的膜結(jié)構(gòu)應(yīng)該擁有繁殖再生的能力。第二是需要可以控制細(xì)胞各項(xiàng)功能的基因系統(tǒng)，使其可以繁殖并針對環(huán)境變化產(chǎn)生變異，即需要一個(gè)攜帶生命信息的遺傳物質(zhì)這樣的基因系統(tǒng)的主題顯然應(yīng)該是核酸DNA或RNA。，第三是需要讓我們?nèi)斯ず铣傻纳鼡碛袕沫h(huán)境中自主獲取原材料作為食物，然后將其轉(zhuǎn)換為能量和自身物質(zhì)構(gòu)成的新陳代謝功能。根據(jù)文特爾的研究和近年來許多致力于人造生命研究的科學(xué)家所得出來的成果，我想也許我們通過一定的手段有可能克服上述的三個(gè)困難，創(chuàng)造出一個(gè)類似于生命體結(jié)構(gòu)的東西

10、來。以下是我的設(shè)想。我們地球上的生物經(jīng)過億萬年的進(jìn)化演變，終于擁有了現(xiàn)在結(jié)構(gòu)。每一個(gè)生命體都是由細(xì)胞構(gòu)成的，所有生命體的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位都是細(xì)胞，所有生命活動(dòng)的基本單位也是細(xì)胞。細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu)是維持所有生命活動(dòng)進(jìn)行的生化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，任何的生命體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能都是相互相互影響、相互適應(yīng)的，我想即使是新創(chuàng)造出的生命也是一樣的，因此，能夠重構(gòu)一個(gè)細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu)，或利用某些特殊的方法和物質(zhì)，使得我們造出來生命具有自主制造這樣的精細(xì)結(jié)構(gòu)的功能，會是我設(shè)想和研究的關(guān)鍵。下面從三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)入手，我的設(shè)想是先構(gòu)造一個(gè)能基本與現(xiàn)有的細(xì)胞質(zhì)膜相媲美的膜外殼。細(xì)胞質(zhì)膜的構(gòu)成成分主要是磷脂。糖類分子和蛋白

11、質(zhì)分子，其中，糖類分子的主要作用是細(xì)胞識別，蛋白質(zhì)分子與細(xì)胞識別，信號傳導(dǎo)，物質(zhì)運(yùn)輸，能量轉(zhuǎn)化都有一定的關(guān)系，雖然三者缺一不可，但是基本的骨架只是雙層的磷脂分子?？刹豢梢哉J(rèn)為在生命發(fā)生的時(shí)候，其實(shí)只有簡單的質(zhì)膜和遺傳物質(zhì)以及必要的“有機(jī)分子發(fā)生器”（即能制造有機(jī)分子如糖類和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，類似于現(xiàn)在的核糖體等細(xì)胞結(jié)構(gòu)）。而膜上的其他結(jié)構(gòu)都是后來生命自主的附加上去的呢？根據(jù)生命的演化以及現(xiàn)在的原核細(xì)胞和真核細(xì)胞在質(zhì)膜上的差異，我覺得這完全是可能的。而我們知道，由于脂質(zhì)分子的疏水性，脂質(zhì)分子在水溶液里將更傾向于聚合在一起，成為球形。由此，我們只需要找到合適的分子，使之也具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，再添加

12、以適當(dāng)?shù)幕钚苑肿邮拐业降暮线m的脂質(zhì)分子能有序的聚合在一起并用催化劑催化這樣的反應(yīng)，使制膜的步驟能在水溶液環(huán)境中自主的進(jìn)行。所以，我設(shè)想的第一步是構(gòu)建一個(gè)由脂肪分子組成的膜，使其基本具備生物膜的某些特性，但糖類和蛋白質(zhì)顯然是沒有的，因?yàn)橐獙⑵渌肿诱系叫枰喈?dāng)?shù)募夹g(shù)，這其中的難度不是很容易克服的，而且我們知道，生物膜上的分子都是具有其一定的功能的，而這功能的信息有遺傳物質(zhì)所構(gòu)建，我的目的基因還沒有確定下來，從這方面上來說，單純的制造一個(gè)完整的似乎是具備一切現(xiàn)代細(xì)胞擁有的功能的質(zhì)膜，顯然是無意義的。如果這一步能得到預(yù)想中的結(jié)果，得到所需要的產(chǎn)品，那下一步就是要籌劃如何構(gòu)建一個(gè)具有生命意義的遺傳基

13、因組，顯然雜亂的堿基序列不會擁有正常的遺傳特性，也無法真正編碼出一個(gè)能夠存在的生命體來，人類不能完全隨心所欲創(chuàng)造生命的原因就在于我們，至少目前為止不可能人為的用自己設(shè)計(jì)的堿基序列控制蛋白質(zhì)的表達(dá)和生理機(jī)能的發(fā)揮，我們自己創(chuàng)造的堿基序列是經(jīng)不起實(shí)踐的驗(yàn)證的。但對于創(chuàng)造生命的起步，我想可以利用現(xiàn)有的不具有生命結(jié)構(gòu)的遺傳核酸，就如文特爾博士所做的進(jìn)行大規(guī)模的改造，然后用人工的方法篩選出能夠生存下來并穩(wěn)定遺傳的細(xì)菌體內(nèi)所含有的核酸DNA，利用這些DNA作為我們實(shí)驗(yàn)的材料，則其必然是有意義的且能與已知生物體內(nèi)的DNA相媲美的。我們考慮到PCR的技術(shù)和原理，體外DNA在適宜的酶，原料和引物，當(dāng)溫度變化時(shí)就

14、能快速的復(fù)制，而遺傳信息的復(fù)制是創(chuàng)造生命體的前提和條件，由此，我設(shè)計(jì)了第二步，用以克服人造生命的第二個(gè)難關(guān)。我們把得到的遺傳物質(zhì)注入到預(yù)先合成的膜中，加之以原料，適當(dāng)?shù)拿?，引物，把合成的膜?dāng)作一個(gè)DNA復(fù)制的容器，通過適當(dāng)?shù)臏囟茸兓恼{(diào)整，讓DNA能在膜內(nèi)復(fù)制，這樣，以后再通過加入另外的生命活動(dòng)所需要的有機(jī)物分子和輔助細(xì)胞器如核糖體和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA等，暫時(shí)的為遺傳物質(zhì)提供一個(gè)類似于細(xì)胞的內(nèi)在環(huán)境，由于我們合成的膜式能夠分裂和再生以及自主聚合，所以復(fù)制的DNA也可以分別進(jìn)入復(fù)制的膜中，利用環(huán)境條件進(jìn)行表達(dá)。一旦表達(dá)成功，則由其所攜帶的遺傳信息將在我們所合成的膜中重建，由這些遺傳信息所控制的結(jié)構(gòu)必然將

15、陸續(xù)合成，一旦結(jié)構(gòu)合成完畢，那么就可以在我們設(shè)計(jì)的膜內(nèi)誕生一種生命，這是因?yàn)镈NA 的合理性決定了我們制造出來的生命也具有合理性，而且能夠完成一定的生命反應(yīng)，使之生存和遺傳下來。由于在篩選遺傳物質(zhì)（DNA）的時(shí)候所做的工作，在這里，我想我們只要能克服第二個(gè)難關(guān)，就自然能解決第三個(gè)難關(guān)，即人工合成的生命擁有從環(huán)境中自主獲取原材料作為食物，然后將其轉(zhuǎn)換為能量和自身物質(zhì)構(gòu)成的新陳代謝功能已經(jīng)不攻自破。自此，應(yīng)該能完成一個(gè)簡單的生命，有了這個(gè)開端，我相信未來的生命制造會發(fā)展的更快更好。我覺得我這個(gè)方案的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于生物膜的合成以及遺傳物質(zhì)的表達(dá)。要合成這樣的膜需要特殊的分子，特別的反應(yīng)，不一樣的條件，這可能需要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)才能得出結(jié)果，絕不是在紙上說得那么簡單。另外，DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄是很不一樣的