去生活，去犯錯(cuò)，去跌倒，去勝利，去用生命再創(chuàng)生命。

—詹姆斯·喬伊斯《一個(gè)青年藝術(shù)家的畫像》

今年三月某個(gè)星期一的清晨，當(dāng)?shù)つ釥?middot;吉布森（Daniel Gibson）博士走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，他發(fā)現(xiàn)粉紅色半透明的瓊脂上靜悄悄地長出了淡藍(lán)色、”荷包蛋形狀”的菌落。兩個(gè)月后，領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的克雷格·文特爾（Craig Venter）博士不無驕傲地向媒體宣稱：“在這顆星球上所有能夠自我復(fù)制的生命體中，我們首次擁有了這樣的一員——它的父母，是一臺(tái)電腦。”

“這是生命科學(xué)和生物技術(shù)發(fā)展中具有決定性意義的一刻”，美國俄勒岡里德大學(xué)的哲學(xué)家馬克·貝鐸（MarkBedau）博士說——在千萬年來不斷干涉自然進(jìn)化、制造新物種的人類史中，我們第一次利用最基本的建筑材料，從一個(gè)個(gè)字母開始書寫生命的密碼。一時(shí)間，全球各大媒體競(jìng)相報(bào)道“首例人造生命終獲成功”，許多群眾憂心忡忡“如果這樣的技術(shù)落在恐怖主義者手中該如何是好”，而一些宗教人士則警告“人類不應(yīng)試圖扮演神的角色”�？墒�，包括文特爾在內(nèi)的許多科學(xué)家卻強(qiáng)調(diào)，這不過是“嬰兒的一步”，不少擔(dān)憂尚屬杞人憂天。加州理工的大衛(wèi)·巴爾的摩（DavidBaltimore）教授更是指出，這項(xiàng)研究不過是對(duì)原有技術(shù)擴(kuò)大規(guī)模，并不具備里程碑式的科學(xué)意義。而且，“他（文特爾）并未創(chuàng)造生命，僅僅是仿造生命而已。”

文特爾自己反復(fù)聲明：這項(xiàng)研究成就的真正意義，在于它給出了技術(shù)和理論上的可行性證明。邁過了這第一步，他和他的同事們終于可以開始著手解答那些令他們著迷的、有關(guān)生命本質(zhì)的問題。而他們當(dāng)年提出那些問題時(shí)，誰也不曾想到，這第一步竟然如此漫長艱難。那么，這究竟是一項(xiàng)什么樣的研究？生命究竟如何被科學(xué)家們書寫？它又有什么意義？要回答這些問題，讓我們將一切從頭說起。

十五年前的問題

一九九五年，由文特爾、克萊德·哈奇森（ClydeHutchison）漢米爾頓·史密斯（HamiltonSmith）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定了一種叫做生殖支原體（Mycoplasmagenitalium）的細(xì)菌的遺傳密碼序列。這是繼嗜血桿菌（Haemophilus influenzae）之后，人類第二次測(cè)定一種能夠自主生存的生命體的DNA編碼——那時(shí)，基因測(cè)序技術(shù)剛剛起步，要等到五年之后，文特爾才會(huì)現(xiàn)身白宮，由克林頓宣布人類基因組計(jì)劃順利完成。

生殖支原體是一種很小的細(xì)菌，生活在人類的生殖道或呼吸道中。直到2002年，在所有人類發(fā)現(xiàn)的能夠自主復(fù)制的物種中，它擁有最小的基因組：它的所有遺傳密碼都寫在一個(gè)圓圈狀的染色體內(nèi)，一共只有不到六十萬對(duì)堿基，517個(gè)基因（我們?nèi)祟�，每個(gè)細(xì)胞里都有二十三對(duì)染色體，三十多億對(duì)堿基，兩萬來個(gè)基因）。這樣短小精悍的遺傳密碼，引得文特爾和同事們思索這樣一個(gè)頗具哲學(xué)意味的問題：我們能否從基因的角度，來探索生命的底線，追問生命的本質(zhì)？換言之，我們能否找到一個(gè)自主生命所需要的最小遺傳信息？

若想知道生殖支原體是否已經(jīng)包含有最簡化的基因組合，一個(gè)常見的策略是做減法：把基因從基因組里敲除掉。如果丟失某個(gè)基因之后細(xì)菌仍然可以存活，就說明它并非生命體存在的必要條件。利用這種方法，文特爾的研究隊(duì)伍從生殖支原體中找到了一百多個(gè)“沒用”的基因。可是，這并不能為我們提供問題的最終答案，因?yàn)樵S多基因有著相似的功能——譬如，有三個(gè)基因都掌管糖代謝，當(dāng)你一次只去掉其中一個(gè)的時(shí)候，很可能并不影響細(xì)菌的存活，但如果你就此推出這三個(gè)基因全都不重要就大錯(cuò)特錯(cuò)了。所以，如果簡單地從生殖支原體的基因組里減掉這一百多個(gè)基因，很可能并不能得到一個(gè)能夠存活的細(xì)菌。而要嘗試不同組合，一次敲除多個(gè)基因，相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)事，持續(xù)做減法的道路走不通。于是，文特爾有了一個(gè)前所未有地大膽想法：通過電腦設(shè)計(jì)，人工合成不同的基因組合，再把它們導(dǎo)入去掉染色體的細(xì)胞中，看看能否得到鮮活的細(xì)菌。

組裝密碼

要人造細(xì)菌，技術(shù)上存在兩大難題。第一是化學(xué)難題——如何組裝大型的DNA染色體？第二個(gè)則是生物難題——如何將組裝好的染色體移植到細(xì)菌之中，并保證它能夠正常工作？于是，文特爾在研究所里成立了兩支隊(duì)伍，在兩個(gè)方向上平行工作。

最初的成果，來自于DNA組裝。

2003年，人類基因組計(jì)劃的競(jìng)賽已經(jīng)塵埃落定，我們閱讀（測(cè)序）DNA的準(zhǔn)確性和速度突飛猛進(jìn)，可與此同時(shí)，書寫（合成）DNA的能力卻依然相當(dāng)有限。常見的合成長度只不過是幾十到幾百個(gè)堿基，稍微長一些，錯(cuò)誤率就很高。2002年，紐約州立大學(xué)石溪分校艾克德·威莫（EckardWimmer）教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)首次合成了長達(dá)七千多堿基的脊髓灰質(zhì)炎病毒，可是，這一項(xiàng)目花費(fèi)了他們整三年的時(shí)間。文特爾他們意識(shí)到，要快速、直接合成上千堿基的長鏈DNA，需要對(duì)當(dāng)時(shí)的合成技術(shù)進(jìn)行革新。

那一年，六十多歲的哈奇森博士和七十多歲的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者史密斯博士“像年輕博士后一樣”通宵達(dá)旦地工作，終于使用一種創(chuàng)新技術(shù)，僅僅用了14天，就合成出五千多個(gè)堿基的fX174病毒DNA序列。正確率？百分之百。“那時(shí)我們意識(shí)到，起碼我們有能力制造許多這樣病毒大小的DNA序列，然后把他們拼接起來，組裝出上百萬個(gè)堿基的大染色體。”文特爾說。這句話說得輕描淡寫，實(shí)際上，為了成功地完成這一過程，文特爾的團(tuán)隊(duì)將會(huì)為此工作五年之久。

他們首先按照生殖支原體的遺傳密碼序列，合成了長度在五千到七千堿基左右的DNA鏈條，然后分五步將短鏈條逐級(jí)拼成長鏈條。在初期，每一次拼接之后，研究者們都把所得的DNA轉(zhuǎn)入大腸桿菌中，通過細(xì)菌的繁殖來大量生產(chǎn)DNA片段�？墒�，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拼接進(jìn)行到第三層，也就是所得長度達(dá)到1/8個(gè)染色體時(shí)，由于DNA分子過大，再也不能在大腸桿菌中穩(wěn)定存在。這時(shí)，他們把眼光轉(zhuǎn)向了更為高級(jí)的單細(xì)胞真核生物——酵母菌。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)可以利用酵母菌體內(nèi)一種叫做“同源重組”的機(jī)制，自動(dòng)完成鏈條拼接，最終獲得上百萬堿基長度的DNA。2008年，以吉布森博士為首的小分隊(duì)終于成功地合成了含有五十多萬堿基的生殖支原體的染色體。這一結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》上。

鳩占鵲巢

花開兩朵，各表一枝。在化學(xué)小組挑戰(zhàn)DNA合成新紀(jì)元的時(shí)候，生物小組也有不凡業(yè)績。早在成功合成生殖支原體基因組的前一年，由卡羅拉·拉蒂格（CaroleLartigue）博士帶領(lǐng)的研究組就已在《科學(xué)》上發(fā)表文章，描述如何使得來自一種細(xì)菌的染色體全面控制另一種細(xì)菌，將后者改頭換面，變成前者。這被文特爾譽(yù)為“哲學(xué)上來說，我們發(fā)表的文章中最重要的之一”，因?yàn)?ldquo;它展示了生命具有怎樣的動(dòng)態(tài)”。

在這項(xiàng)研究里，科學(xué)家們從細(xì)菌“絲狀支原體”（Mycoplasma Mycoides）中提取遺傳物質(zhì)，放入近親“山羊支原體”（Mycoplasma Capricolum）體內(nèi)——兩者間的親緣關(guān)系“跟老鼠和人類差不多”，文特爾說。經(jīng)過移植，山羊支原體的細(xì)胞內(nèi)有了新舊兩個(gè)染色體，在它發(fā)生分裂時(shí)，所產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞將各自繼承一條染色體。由于只有來自絲狀支原體的新染色體上帶有抵抗四環(huán)素的基因，當(dāng)這些細(xì)菌被養(yǎng)在含有四環(huán)素的環(huán)境中時(shí)，唯有那些繼承了絲狀支原體遺傳物質(zhì)的細(xì)菌才能存活下來。就這樣，利用自然選擇，外來的DNA勝出。振奮人心的是，當(dāng)科學(xué)家們觀察這些本來的“山羊支原體”時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們完全忘記了自己的本性，開始一絲不茍地按照外來遺傳信息制造蛋白質(zhì)、在環(huán)境中生存，變成了徹頭徹尾的絲狀支原體——基因組移植成功了。

現(xiàn)在，兩個(gè)小組都達(dá)到了最初制定的目標(biāo)，人造生命豈非指日可待了？且慢鼓掌，還有意想不到的阻隔在前方。

失之毫厘

首先，別忘了，要合成大型基因組，需要這些人造染色體去酵母體內(nèi)走一遭。怎樣把真核細(xì)胞酵母體內(nèi)“長出”的染色體收割出來，移植到原核生物細(xì)菌里去，就讓科學(xué)家們大費(fèi)周章。更糟糕的是，當(dāng)他們最終成功地做到這一點(diǎn)時(shí)，卻失望的發(fā)現(xiàn)，來自酵母體內(nèi)的細(xì)菌染色體并不能被成功地移植到受體細(xì)菌中，無法將后者改頭換面。哪怕是曾經(jīng)被拉蒂格用來成功改造山羊支原體的那些染色體，只要去酵母之中打個(gè)滾，就失去了改造功能。那么，在酵母的肚子里，究竟發(fā)生了什么奇怪的事情，讓這些染色體“失效”了呢？

“這一個(gè)小問題，耗費(fèi)了我們整整兩年。”文特爾說。為了縮短實(shí)驗(yàn)周期，盡快找到突破點(diǎn)，他們完全拋棄了生長緩慢的生殖支原體，聚焦在后來所用的兩種細(xì)菌身上。經(jīng)過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，他們最終發(fā)現(xiàn)，其中的奧妙隱藏在一個(gè)小小的化學(xué)基團(tuán)之后：在細(xì)菌悠久的進(jìn)化歷史中，它們總是受到其他物種的侵略——譬如來自病毒的感染。為了生存，細(xì)菌進(jìn)化出自衛(wèi)隊(duì)，使用一種叫做限制性內(nèi)切酶的蛋白質(zhì)，把外來的DNA碎撕萬段�？墒�，如何保護(hù)自己的DNA不會(huì)反受其害呢？它們給自己的染色體上加上了特殊的化學(xué)修飾——把一個(gè)個(gè)小小的甲基，放在DNA的特定位置上，作為“自己人”的辨識(shí)標(biāo)記。

在拉蒂格的實(shí)驗(yàn)中，由于移植的DNA直接從絲狀支原體取出，它們上面還帶著細(xì)菌體內(nèi)甲基的修飾印記，所以不會(huì)被山羊支原體體內(nèi)的內(nèi)切酶切碎�？墒�，來自酵母體內(nèi)的染色體則不會(huì)帶有這樣的化學(xué)記號(hào)，自然一進(jìn)入受體細(xì)菌就香消玉殞了。弄清楚了這一點(diǎn)，文特爾他們很快找到了兩種解決方法——要不給酵母體內(nèi)收割來的染色體加上甲基修飾，要不把受體細(xì)菌體內(nèi)的內(nèi)切酶事先消滅掉。這樣，他們終于掃清了最后一處障礙，可以從一個(gè)個(gè)堿基開始，用最基礎(chǔ)的遺傳密碼組建生命。

他們選擇絲狀支原體的遺傳序列作為合成藍(lán)本�？墒侨绾尾拍軈^(qū)別合成出來的DNA和天然的DNA呢？科學(xué)家們?cè)贒NA里加入了四段“加密水印”。我們知道，DNA由四種堿基——也就是四個(gè)字母組成，當(dāng)DNA被翻譯成蛋白質(zhì)時(shí)，每三個(gè)堿基被翻譯成一個(gè)氨基酸，而每個(gè)氨基酸則有一個(gè)英文字母作為名字�？墒�，英文字母有26個(gè)，氨基酸卻只有20種，顯然還不太夠用。于是科學(xué)家們?cè)诖嘶�礎(chǔ)上，又設(shè)計(jì)了更為復(fù)雜的密碼系統(tǒng)，包括所有的字母，還能加入標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。這樣，他們不但用DNA序列來書寫自己的名字和郵箱，還替這條人造染色體建立了自己的網(wǎng)頁，把網(wǎng)址也寫在遺傳序列之中。最后，他們甚至發(fā)揮了一點(diǎn)文青的浪漫氣息，在其中一段水印中寫下了三條頗具詩意的名言，本文的題記，就是其中之一。

經(jīng)過修訂，最后由電腦設(shè)計(jì)的染色體有1,077,947個(gè)堿基對(duì)。這一次，文特爾組里的科學(xué)家們無需再親自動(dòng)手合成病毒基因組大小的短鏈，因?yàn)樯锨�堿基的DNA合成已經(jīng)商業(yè)化，可以直接從公司購買。接下來，按照短鏈拼長鏈的已有技術(shù)，上百萬個(gè)堿基被人工粘貼在一起，組成完整的染色體。再通過甲基修飾，轉(zhuǎn)入山羊支原體的細(xì)胞。大功告成？不，實(shí)驗(yàn)又一次失敗了，轉(zhuǎn)入的基因組沉默地躺在受體細(xì)胞內(nèi)部，絲毫不能發(fā)揮作用。

于是科學(xué)家們開始了艱苦的糾錯(cuò)任務(wù)——面對(duì)含有一百多萬個(gè)堿基的染色體，談何容易。他們一段段地檢查，終于在三個(gè)月之后，找到了罪魁禍?zhǔn)住Ｔ谝粋�(gè)關(guān)鍵基因上，丟失了僅僅一個(gè)堿基。這真是讓人驚嘆：在這本上百萬個(gè)字母組成的天書中，有的地方異常關(guān)鍵，一個(gè)字母也錯(cuò)不得；而有的地方卻驚人的寬容，研究者們可以隨心所欲地放入大段詩章，也不影響染色體正常的功能。這再一次展示了生命的復(fù)雜奧秘。

終于，可以回到開頭的那一刻——由電腦設(shè)計(jì)、人工合成的染色體，成功地在另一個(gè)細(xì)胞里譜寫生命。除了回答“生命的最簡基因組合是什么”這樣純理論性的問題，合成基因組的技術(shù)很可能具有更為廣泛的運(yùn)用前景，文特爾希望用它快速高效地制造疫苗，甚至利用它改造生命，創(chuàng)造出“吃的是二氧化碳，擠的是新能源”的細(xì)菌，一舉解決全球變暖和能源危機(jī)兩大問題。

喧囂與真相

在研究者做出一步步接近他們目標(biāo)的過去數(shù)年中，隨著每一次突破的產(chǎn)生，“人工合成生命”一類吸引眼球的標(biāo)題總是迅速如潮水般涌向人們的視野。可是，正如許多科學(xué)家指出，文特爾的團(tuán)隊(duì)也反復(fù)強(qiáng)調(diào)的，他們所做的，遠(yuǎn)非大眾所想象的那樣，“玩弄上帝之手”。首先，他們所合成的，并非整個(gè)細(xì)胞，而只是細(xì)胞的一部分——染色體。當(dāng)染色體被移植到受體細(xì)菌內(nèi)時(shí)，它只不過利用了細(xì)胞質(zhì)中原有的生命材料和機(jī)制，制造自己的蛋白質(zhì)。這更像給電腦換了個(gè)操作系統(tǒng)，而并非購置一臺(tái)新電腦。而且，正如前文所述，這條人工合成的染色體，幾乎完全以自然界里已有的基因組為模板，科學(xué)家們除了加入一些無傷大雅、不能改變功能的花俏字符，并沒有任何大規(guī)模的創(chuàng)新生命的舉動(dòng)。

至于瘋狂的人是否會(huì)利用這種新方法，制造出各式恐怖的生物武器，這樣的可能性更加遙遠(yuǎn)。正如《科學(xué)》報(bào)道指出：“這項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性決定了它此刻對(duì)任何潛在的恐怖主義者毫無吸引力。”同時(shí)，我們對(duì)生物的認(rèn)識(shí)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到可以隨心所欲地、像拼積木一樣把一堆特定基因湊在一起就得到特定生命形式的目的�？紤]到為了走出這技術(shù)發(fā)展的第一步，這些優(yōu)秀的科學(xué)家們花上了十五年的光陰，我們大約有理由保持謹(jǐn)慎的欣慰，不必?fù)?dān)心世界在一周之后就興起幡然巨變。

然而，毫無疑問，如同科學(xué)史上許多進(jìn)展一樣，這項(xiàng)研究的意義延展到科學(xué)以外。近年來，隨著“合成生物學(xué)”領(lǐng)域變得炙手可熱，它對(duì)人類的意義也成為專家學(xué)者與普通大眾的討論熱點(diǎn)。當(dāng)分子生物學(xué)家們從技術(shù)的角度對(duì)吉布森的工作品頭論足時(shí)，社會(huì)學(xué)家則傾向于從哲學(xué)的高度來重新思考生命和生活的本質(zhì)，而政府工作人員卻思考著它將如何影響國家與人民安全。此時(shí)，親手做出這些成就的科學(xué)家們，是否能清楚、準(zhǔn)確、坦率、客觀地向領(lǐng)域之外的公眾講清自己研究的內(nèi)容與意義，則有著無比關(guān)鍵的作用。所幸的是，研究者們并未忽視這一點(diǎn)，在《科學(xué)》論文的最后一段，吉布森和其他作者寫道：

“從工作早期開始，我們就致力于推動(dòng)有關(guān)合成生命的倫理學(xué)討論。眼下，合成基因組技術(shù)的應(yīng)用性變得更加廣闊。我們預(yù)期，這項(xiàng)工作將會(huì)繼續(xù)引發(fā)具有深遠(yuǎn)的社會(huì)與倫理學(xué)影響的哲學(xué)討論。我們鼓勵(lì)持續(xù)性的對(duì)話。”