您的位置:首页 > 科技资讯 > 正文

生命到底是什么?是什么让我们活了过来?实验室中创造的生命是生命吗?

来源:网络 作者: 时间:2020-11-12

前瞻经济学人

艺术家一种对核糖核酸(RNA)分子的描绘。

-丽贝卡·威尔班克斯是伯曼生物伦理学研究所的Hecht-Levi博士后研究员,同时也是巴尔的摩约翰霍普金斯大学医学史系的博士后研究员。她正在写她的第一本书《生命的想象未来》。

生命是什么?在20世纪的大部分时间里,这个问题并没有引起生物学家的特别关注。合成生物学家安德鲁·艾灵顿(Andrew Ellington)的职业生涯始于研究生命是如何开始的,在2008年,他说,生命是诗人的专有名词,而不是科学家的。尽管艾灵顿有所保留,但生命起源研究和天体生物学的相关领域却重新关注起生命的意义。为了认识到40亿年前生命可能采取的不同形式,或者声明在其他行星上可能采取的形式,研究人员需要从本质上理解,究竟是什么使得某些东西活过来。

然而,正如哲学家们长期观察到的那样,生活是一个不断变化的概念。亚里士多德把“生命”与“活着的东西”区别开来。“活着的东西”指的是组成我们世界的现存生物的集合,例如邻居的狗、我的表弟和正在你水池里生长的细菌。要懂得生命,就要学习活着的东西;但活着的东西总是随着时间和空间的变化而变化。而要定义生命,我们必须考虑我们知道的和我们不知道的生命。正如罗马第三大学(Roma Tre University)研究生命起源的研究员皮埃尔·路易吉·路易西(Pier Luigi Luisi)所言,生命存在着现在的样子、可能的样子和曾经的样子,这些分类指向了中世纪神秘主义哲学家们所面临的两难困境。他们注意到,生命总是比活着的东西意味着更多,反而使活着的东西永远都无法接近生命。由于实际生命和潜在生命之间的差距,许多对生命的定义都更多地关注生命的变化和进化能力,而不是试图确定其固定的特征。

上世纪90年代初,生物学家杰拉德·乔伊斯(Gerald Joyce)在为NASA提供其他星球生命存在可能性的咨询时,帮助提出了一种应用最广泛的生命定义之一。乔伊斯目前就职于加州索尔克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)。他对生命的的定义被称为化学达尔文主义的定义:“生命是一个自我维持的化学系统,能够经受达尔文进化论的考验。”2009年,经过数十年的研究,乔伊斯的团队发表了一篇论文,在论文中他们描述了一种RNA分子,这种分子可以催化自身的合成反应,从而复制出更多的自己。这个化学系统符合乔伊斯对生命的定义,但没人想承认它是活的。问题在于它还没有做任何新的或令人兴奋的事情。《纽约时报》(New York Times)的一篇文章这样写道:“总有一天,他们的基因组可能会以几乎是生命游戏中的一个把戏或一个新动作来让他们的创造者大吃一惊。”“如果它真的发生了,如果它真的这样为我做了的话,我会很高兴,”乔伊斯博士说,“我不会大声说出来,但它确实是活的。”

乔伊斯试图通过在实验室中创造简单的生命系统来理解生命,在这样做的过程中,他和其他合成生物学家带来了新的生命形式。每一次合成新的生命形式的尝试都指向这样一个事实:生命的形式可能有更多,甚至无限种形式。合成生物学家可以改变生命进化的方式,或者它的进化能力。他们的工作提出了基于进化的关于生命定义的新问题,如何对这些重新设计的生命进行分类?它们是血统进化链断裂的产物吗

合成生物学的起源的故事是这样的:1997年,合成生物学的创始人之一,现在在加州斯坦福大学担任生物工程教授的德鲁·恩迪,曾经试图建立一个他所能找到的最简单的生命形式的计算模型,即噬菌体T7,感染大肠杆菌细菌的病毒。细长的腿上有一个水晶头,这种病毒看起来像一个着陆舱,它像降落在月球上一样抓住它的细菌宿主,它是如此简单,以至于根据某些定义,它甚至不是活的(就像所有病毒一样,它依靠宿主细胞的分子机制进行复制。)噬菌体T7只有56个基因,恩迪认为有可能创建一个模型来解释噬菌体的每个部分,以及这些部分是如何一起工作的,这是一个可以预测任何一个基因被移动或删除后噬菌体将如何改变的完美代表。

Endy构建了一系列噬菌体T7突变体,系统地删除基因或打乱基因在微小T7基因组中的位置。但是突变噬菌体只在某些时候符合模型预测。一种本该让它们变弱的变化,反而会让它们的后代以两倍于以前的速度在大肠杆菌细胞中扩散,这与意料之中不一样。最终,恩迪意识到:“如果我们想要模拟自然世界,我们必须重写(自然世界),使之成为可模拟的。”他说,与其试图做出更好的地图,还不如改变领土,于是合成生物学领域就诞生了。借用软件工程的技术,Endy开始“重构”噬菌体T7的基因组,他发明了噬菌体T7.1,这是一种旨在方便人类思维理解的生命形式。

噬菌体T7.1是一位合成生物学家所说的超达尔文生命的一个例子:这个生命的存在归功于人类的设计,而非自然选择。像恩迪这样的生物工程师用二元论的术语来研究生命:一方面是物理结构,另一方面是信息模式。从理论上讲,对生命的完美再现将使信息与物质、意图和现实之间实现无缝的过渡:改变电脑屏幕上的一些DNA字母,打印出一种外观和行为与你预期一致的有机体。但在这种方法中,自然进化可能会破坏工程师的蓝图,保存你的一个生物设计可能需要使你的工程生物体无法繁殖或进化。

与此相反,乔伊斯想让自己的分子产生让自己惊喜的结果,他的这种愿望暗示着开放式进化的能力——“创造性、多能性、开放性”——这是生命的关键标准。根据这一观点,乔伊斯现在将生命定义为“一个包含比启动生命所需的数量更多信息的遗传系统”。但根据这个定义,给定两个具有不同历史的相同系统——一个是设计的,另一个是自然进化的——只有后者才会被认为是活着的;合理设计的系统,无论多么复杂,都只是一个“技术人工制品”。

设计和进化也并不总是对立的,许多合成生物学项目混合使用了理性设计和定向进化:它们构建了一系列突变细胞——都是围绕一个主题的变异——并选择了最有效的突变细胞。尽管乔伊斯对生命的新理解仍然涉及到进化,但它唤起的是突然出现的暂时性,而不是达尔文理论所需的长时间。新兴生命符合颠覆性创新的文化,这种文化的终极理想类似于可以从3D打印机中取出肾脏的魔力:一种将熟悉的事物与新奇的、令人惊讶的结果结合在一起的魅力。当生物工程师将遗传多样性视为未来生命形式设计元素的宝库时,设计和进化也是兼容的。

对于一些合成生物学家来说,通往神秘主义者所谓的超越生命的生命——即超越我们所知的生命的生命——的道路要通过生物工程。恩迪描述他的职业是希望通过创造新的“可以继续繁荣和存在的不可能的模式”来为生命做出贡献,乔伊斯则想象把生命和技术联合起来对抗无序和衰变的基本热力学倾向。生命将会采取什么样的新形式,只有时间才能告诉我们。


上海房信 https://sh.c21.com.cn/

【责任编辑:admin】