数据、信息与生命*——文特尔生命观研究

赵云波 邓 婧

克雷格·文特尔(John Craig Venter，1946年～)出生于美国犹他州盐湖城，获得加州大学圣地亚哥分校(the University of California at San Diego)生物化学学士学位(1972年)、生理学及药理学博士学位(1975年)。毕业后，文特尔曾任职于纽约州立大学布法罗分校(the State University of New York at Buffalo，1976年～1982年)、美国国立卫生研究院(National Institutes of Health，1983年～1991年)，创立了基因组研究所[The Institute for Genomic Research(TIGR)，1992年]、塞莱拉基因组公司(Celera Genomics，1998年)等。在此期间，文特尔致力于基因测序相关研究工作，例如，其改进基因组快速测序方法——表达序列标签技术(express sequence tag，EST)、解码流感嗜血杆菌的基因组(1995年)、采用“全基因组霰弹测序法”(whole genome shotgun sequencing)开展人类基因组测序工作(2000年)。进入21世纪，文尔特就“创造真正的人造细胞”展开实验研究，并完成了第一个“人造”细胞JCVIsyn-1.0(2010年)。文特尔获得了美国国家科学奖章(The President's National Medal of Science，2008年)、丹·大卫奖之未来奖(Dan David Prize，2012年)等。基于长期的科学实践和对生命是什么的深入思考，文特尔提出“生命是一个信息系统”的观点。那么，这样的观点是如何产生的？主要内容又是什么？本文以其系列科学实验为切入点以窥一斑。

1 历史上的争论：生命是什么？

“生命是什么？”大概是人类自古以来不断追问却依然聚讼纷纭的一个重大问题，历史地看，活力论(vitalism)与还原论(reductionism)的争论是一条重要脉络。还原论认为，生命与非生命之间别无畛域。例如，古希腊时期恩培多克勒(Empedocles,公元前493年或495年～公元前432年或435年)认为，包括生命在内的所有物质都可以还原为土、水、空气和火四种元素[1]15-16。而在活力论看来，生命与非生命物质之间横亘着一条无法跨越的天堑，“活力”(vital force)是生命独有的性质。例如，古印度草医学认为，“人体是由五种元素和七种基本成分构成的，五种元素包括——土、水、火、风和真空。五种独立的元素，加上生命灵魂和心底灵魂共同调节着生命机能”[1]5。这是一种典型的活力论。

实际上，从人类认识生命的发展史来看，两种观念并非时刻泾渭分明，而是时常交织在一起，这与人类对生命的认知还非常有限直接相关。早在古希腊时期，亚里士多德(Aristotle,公元前384年～约前322年)尽管将整个世界分为动物、植物和矿物三大类，并将当时已知的520多种动物分为6个等级，而就动物的生殖方式而言，有些为父子相承，有些为自发生成，在自发生成的动物中有些从腐土或腐殖质中繁育出来[2]；但另一方面他也讲，“灵魂是有生命物体(生物)之因与原(第一原理)”，其中植物具有一种“灵魂机制”，即“繁殖与进食”，动物则还须具备“感觉与运动”，人类除却上述两种“灵魂机制”外，还需具备“思想(推理)”[3]。而且，早期的活力论普遍带有不可知性。

18世纪、19世纪，新科学进展不断影响着人类对生命的认识。安托万·拉瓦锡(A.Lavoisier,1743年～1794年)通过实验推翻燃素说，提出氧化反应，认为万事万物是由元素构成的，他制定了第一份元素列表。约翰·道尔顿(J. Dalton，1766年～1844年)提出原子论，并随着发现越来越多的新元素，有人假设生命现象在本质上应该也是一种特殊的化学反应。1828年，德国化学家弗里德里希·维勒(F. Wohler,1800年～1882年)在他开展的一项合成氰酸铵的实验中意外得到了尿素：

这个实验对生命观的重要性在于：两种无机物通过化学反应得到了尿素，即一种从动物尿液中纯化出的物质，也就是当时的人们认为只有生命体才能合成的物质。这项实验打破了当时无机与有机之间不可逾越的界限，这两个概念自身也发生变化，但“活力论”并没有随之消声匿迹，不少实验科学家也并不完全摒弃这一观念。

19世纪末，德国科学家汉斯·杜里舒(H. Driesch,1867年～1941年)做了一项实验，他将受精卵经过两次细胞分裂后形成四个细胞的海胆胚胎分裂开来单独培养。按道理四个细胞应该成长为海胆的四个部分，合起来是一个完整的海胆，然而实际上四个细胞分别长成了体形虽小但体态完整的海胆。据此，杜里舒认为，这个实验说明了“活力”的存在。

同样，另一项著名的实验是路易斯·巴斯德(L.Pasteur,1822年～1895年)实验，他发现食物发酵和变质是一回事，都需要单细胞生物酵母的参与。这项实验支持了种生论，否定了自生论，但在生命观上却支持了“活力论”，他认为既然只有酵母才能催化发酵过程，那么，发酵也就只能是生命才具备的化学反应。因此，他认为在实验室中制造生命是不可能的。

事实上，这个问题回到了一个更为根本的问题，1858年德国病理学家鲁道夫·维尔肖(R.L.C.Virchow，1821年～1902年)提出：“细胞来自于细胞，就好像动物来自于动物，植物来自于植物一样。”[4]那么，最初细胞的最终来源是什么？可以来源于非生命物质吗？实验室中可以制造出生命吗？

1952年，芝加哥大学的斯坦利·米勒(S.L.Miller，1930年～2007年)和哈罗德·尤里(H. C. Urey，1893年～1981年)通过将水、氨气和甲烷暴露于模拟的早期地球环境中，既满足封闭、无菌但含有电极产生的热量和火花等条件，发现这些无机物可以自发形成糖、氨基酸等复杂的有机分子。这项实验支持了还原论，认为生命现象可以还原为物理、化学反应。著名物理学家艾尔温·薛定谔(E. Schrödinger，1887年～1961年)同样对这一信条坚信不疑。

20世纪40年代，薛定谔在都柏林圣三一学院发表了系列演讲集中讨论何为生命，他演讲的题目《生命是什么？——活细胞的物理层面》(What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell)已经表明了他的生命观：“如何使用物理学和化学解释发生在一个生命有机体内的时空中的事件？”围绕这个问题，他也给出了一个初步的回答：“目前的物理学和化学显然还没有能力解释这些事件，但绝不能因此怀疑它们以后也不能对此做出解释。”[5]后来，薛定谔将演讲稿整理成书《生命是什么？——我的世界观》(Whatislife:Myviewoftheworld)出版发行，影响了包括弗朗西斯·克里克(F.H.C. Crick，1916年～2004年)、詹姆斯·沃森(J.D.Watson，1928年～)、文特尔垭理解生命在内的大批著名生物学家。

2012年，也就是合成第一个完全由人造DNA控制的细胞JCVIsyn-1.0两年后，文特尔走上70年前薛定谔曾走上的圣三一学院礼堂讲台，就同一个主题《生命是什么》发表演讲。在文特尔看来，“合成生命的终极目标是通过重造生命来理解生命”[6]66。他认为，长期以来还原主义在生物学发展中扮演着重要角色，他说：“过去几十年中，通过揭示细胞的成分、动力和周期变化的还原主义实验路线一直是帮助我们了解细胞的主力方法。”[6]131但是，“合成生物学的兴起表明我们对生命的认识路径很明显地不同于传统还原主义”[6]131。那么，合成生物学是如何“不同于”传统还原主义实验？是不是否定了“还原论”呢？文特尔通过合成生物学实验形成了什么样的“生命观”呢？

2 文特尔合成生物学实验三部曲(四个实验)

细胞的最终来源是什么？至今是一个谜，完全解开这个谜也许需要重新等待35亿年的进化过程。合成细胞的意义则在于人类无需数十亿年的漫长等待与观察，“我们改动了基因组，在此基础上创造出一个在自然界没有直接祖先的合成细胞，这可谓为生命的河流增加一条新支流”[6]129。正如有学者形象地指出，DNA双螺旋结构的发现是“看”基因，基因测序是“读”基因，那么，合成生物学就是“写”基因。

文尔特具有重大意义的合成生物学实验有四项：合成噬菌体phi X174基因组；合成生殖支原体基因组；一个物种改变另一物种：将丝状支原体染色体移植到山羊支原体细胞核中取代原有染色体并获得生命活性；创造一个仅由人工合成DNA控制的细胞。这四项工作可以归为实验三部曲。

2.1 合成基因组实验

2.1.1 合成病毒phi X174基因组

在发展出基因测序技术之前，已经有科学家在不知道DNA序列的情况下合成出了病毒phi X174。阿瑟·科恩伯格(A.Kornberg，1918年～2007年)于1957年在大肠杆菌中发现聚合酶，并于1959年因确定了“DNA的生物合成机制”而获得诺贝尔奖。聚合酶在合成病毒phi X174中的作用主要是复制线性状态下的DNA，再通过1967年科学家发现的连接酶将线性的病毒DNA连接成环状，这是phi X174产生毒性的必要条件。科恩伯格的研究成果一经发表就引起了轰动，被称为“试管中的生命”[7]。

文尔特合成phi X174的方法则与科恩伯格不同，是在明确其DNA序列的基础上开展合成工作。20世纪70年代，弗雷德里克·桑格(F. Sanger,1918年～2013年)团队开展了对噬菌体phi X174的DNA测序工作，文特尔再次用当时最新方法重新测序以提高精准度，并将phi X174的DNA序列数字化,也就是将碳基转化为硅基，基因序列信息存入计算机中，然后从计算机文件中的DNA序列开始，将基因组分成一系列足够小的、前后之间有所重叠的片段，达到DNA合成机所能高准确率合成的长度从而制出这些片段,此时得到合成噬菌体基因组所需的元件，将这些元件按正确的顺序连接起来,再通过技术形成环状。最后将合成的phi X174 DNA植入大肠杆菌中验证是否有毒性，即在宿主细胞中具有自我复制能力和能够杀死宿主细胞。

实验结果显示合成的phi X174 DNA具有毒性，该成果于2003年12月23日发表在《美国国家科学院院刊》上。文特尔认为，他和他的团队“极大地缩短了从合成寡核苷酸中精确组装5kb～6kb片段DNA所需的时间”[7]。当时引起了政府和社会的深度关注，在考虑到这项研究成果伦理问题的同时，也给予了积极评价，时任美国能源部部长斯宾塞·亚伯拉罕(E.S.Abraham，1952年～)预测，合成生物学将会帮助定向制造出一些微生物，如专门用于处理污染、吸收过量二氧化碳，甚至满足未来燃料需求的微生物[6]77-78。

2.1.2 合成活细胞生殖支原体的基因组

当然，严格讲病毒并非生命体，在文特尔看来，需要从合成活细胞的基因组工作中增进对生命所必须的基因的认知，他们选择了生殖支原体的基因组作为下一步研究的目标。生殖支原体是目前所知的拥有最小基因组的生物，有582 970个碱基对，是phi X174碱基对的100倍。得益于从数字代码化学合成出高精度病毒基因组的基因片段的经验,类似地，将生殖支原体染色体分解成病毒基因组大小的基因片段并化学合成，然后找到合适方法将其拼接在一起,这是合成生殖支原体基因组的基本思路。但毕竟两者之间碱基对数量差距巨大，这给文特尔团队带来了不小的挑战，为此，他们改进了合成方法。

首先依然是高精度测序，读基因一般设定错误率为1/10 000，但以此标准写基因,则将失之毫厘、谬以千里。1995年文特尔团队曾做过生殖支原体的测序工作，将那个时期的测序仪的测序结果与新技术再次测序的结果相结合,把错误率由1/10 000降到了1/100 000。第二步，将这近60万个碱基对分成101段，每段5 000个～7 000个碱基对，也就是一个phi X174基因组的大小。第三步,也是最关键的一步,把这101个卡带连接起来组装成一个基因组。最后，检测合成目标基因组序列。

结果表明DNA序列与在计算机中设计的序列完全匹配，文特尔团队成功合成了一个拥有近60万个碱基对的生殖支原体基因组，这是当时“具有确定结构的最大化学合成分子”[8]。成果于2008年2月29日由《科学》正式发表。

以上两项工作还未达到合成细胞的层次，但解决了合成生物大分子的精准测序、化学合成等基础理论认知与应用技术开发。

2.2 丝状支原体基因组移植到山羊支原体细胞

文特尔认为，要实现将合成的DNA移植入细菌中并代替原有的染色体这个目标，就需要先开发出基因组移植的方法，而且他认为对理解生命最有价值的一篇文章就是开展这项研究得到的成果，即于2007年发表于《科学》上的《细菌中的基因组移植：将一物种改变为另一物种》(Genome Transplantation in Bacteria: Changing One Species to Another)。这篇文章报道了他和他的团队如何将丝状支原体基因组完整移植入山羊支原体细胞内的思路、方法和结果。也正是这项研究，让文特尔加强了“生命是一种信息系统”[6]110的认识。

实验同样起步于基因组测序。丝状支原体、山羊支原体都是山羊的致病菌。经过严格测序，前者有1 083 241个碱基对，其中3/4与拥有1 010 023个碱基对的山羊支原体在序列上匹配。基于测序结果及相关特性，在基因组移植实验中，文特尔团队将丝状支原体作为供体，山羊支原体作为受体。第二步将从供体中完整提出的染色体移植入受体的细胞中(文特尔团队选择了不去除受体细胞染色体的方式)，并在供体细胞基因组中加入两个基因：抗生素选择和半乳糖苷酶基因，后者能使细胞在半乳糖苷环境中发出蓝色。

如果实验成功，应当出现蓝色的耐抗生素的菌落。正如预期，文特尔团队在培养液中看到了这样的结果。为了确保实验结论的严谨，他们对蓝色菌落DNA开展了测序，得到的序列只与供体细胞丝状支原体基因组相匹配，并开展了假定移植分析，“这些数据证明了将整个基因组从一个物种移植到另一个物种，从而产生的后代与供体基因组是相同的物种”[9]。

在文特尔看来，这项成果有诸多意义，最重要的是让大家相信，如果可以用四瓶化学品合成一个基因组，那么就有可能将这个合成基因组移植到受体细胞中，并让受体细胞按照它的指令运行。同时，也让他们明确了一个更大的目标：在电脑上创建一个数字代码，使用化学合成将数字代码转化为 DNA 染色体，然后将人造信息移植到细胞中。

2.3 合成细胞

围绕合成细胞的目标，在合成phi X174和生殖支原体基因组两项实验中，文特尔团队提升了合成生物学的理论认知和操作能力，在将丝状支原体染色体与山羊支原体细胞植入实验中，团队进一步积累了移植基因组的知识和经验。下一步，就是将上述两种能力合二为一，将完全化学合成一个物种的基因组移植入另一物种的细胞中并获得生命活性。文特尔团队具体开展的此类实验是在酵母细胞中合成丝状支原体基因组，然后移植入山羊支原体细胞内。

第一步依然是进一步提升丝状支原体基因组的测序精度。第二步,合成丝状支原体DNA，在这个环节，文特尔团队进一步改进了方法, 直接从有1 080个碱基对的片断开始连接成含有1万个碱基对的片段，再将这些含有1万个碱基对的片段以重叠的方式组装，形成含有10万个碱基对的片段，最后将11个这样的基因组片段在酵母细胞中组合成一个完整的包含110万个碱基对的丝状支原体基因组。第三步把完整的合成丝状支原体基因组从酵母细胞移植到山羊支原体细胞中。同样，成功的标志是出现蓝色菌落。

原理大致如此，但过程艰辛复杂,例如，移植基因组实验中的供体由野生型丝状支原体染色体换成来源于酵母的丝状支原体染色体移植入受体细胞中无法得到任何移植细胞，仅解决这个问题就花费了两年时间。即使在临近尾声的时候，因没有发现合成基因组110万个碱基对中的1个碱基对的错误就导致整个实验失败。

解决了以上各种问题，终于在2010年4月1日，文特尔团队确认他们得到一个完全由他们人工合成的基因组所控制的细胞。2010年5月20日，论文《创造了一个由化学合成基因组控制的细菌细胞》被《科学》在线发表，文章指出“新细胞具有预期的表型特性，并且能够进行持续的自我复制”[10]，同时，他们向世人宣布：“第一个功能性合成基因组诞生。”[6]126文特尔本人也被成为“人造生命之父”。

至此，文特尔合成生物学三部曲也就清晰可见，见图1。

图1 文特尔合成生物学实验“三部曲”框架图

系列科学实验取得成功后，文特尔认为大部分生物学家持同样观点：“在计算机中通过字母序列所表示DNA和基因组就是生命的信息系统。”[6]125文特尔按照生命信息合成细胞的原理见图2。

图2 文特尔生命信息系统运行原理图

3 生命是一个信息系统

当然，文特尔细胞合成实验还只是“从头至尾”创造一个细胞的起始阶段，正如美国生物工程师、麻省理工学院教授詹姆斯·科林斯(J.Collins，1965年～)所言：“这不代表着一种人造生命形式的诞生，而只是一个带有人造基因组的生物体，而非人造生物体。”[11]文特尔本人也认为一些人正确评价了他的合成细胞工作：“由于合成基因组是化学合成了一个自然界原本存在的基因组，并将其移植入一个自然受体细胞中，因此，‘合成生命’不能算是‘从头到尾’的真正合成。”[6]128但是，不可否认文特尔科学实验取得的成就和历史意义，正如牛津大学实践伦理学教授朱利安·撒维勒斯库(J.Savulescu，1963年～)的评价：“文特尔正在打开人类历史上最为深刻的大门，并有可能窥探它的未来……他正在走向上帝的角色：创造自然界中从未存在的生命。”[12]《时代周刊》把这项成果列入到“2010年十大医学突破”当中[13]。而且，文特尔在合成生物学实验三部曲中形成和加深了对“生命是什么”的认识。在完成第一个“人造”细胞之后，文特尔具体化了“合成生命”和“合成细胞”的定义：“完全由人工合成的DNA染色体所控制的细胞。合成基因组是这种细胞的生命软件，它指定了细胞中的每一个蛋白质机器人以及它们在细胞中的功能。”[6]127概言之，生命是一个信息系统。

3.1 细胞由DNA中的信息所控制

文特尔喜欢用计算机科学的术语比喻细胞和生命，例如，在他看来，“细胞中的蛋白质和其他相互作用的分子可以被视为其硬件，而编码在DNA中的信息则可以被视为软件”[6]47。计算机科学告诉我们，硬件为计算机运行提供了物理条件，但计算机能够发挥出什么样的功能、完成什么样的任务取决于软件开发。同样，在生命学科领域，活细胞的运行都受到DNA软件的指挥，而合成生物学可以走向成功的基本信条也正是“制造活的、能够自我复制的细胞所需要的全部信息都已被‘锁定’在蜿蜒曲折的双螺旋结构当中”[6]47。文特尔认为合成生命，“从基因来看，就相当于弄清楚如何在计算机上运行个人软件”[6]112。相反，在前分子生物学时代，也有科学家开展了细胞移植工作并取得杰出成就，例如，1938年德国胚胎学家汉斯·施佩曼(H. Spemann,1869年～1941年) 用头发丝分隔细胞核与细胞膜内的其他物质,待细胞核4次分裂后,将其中一个细胞核放回原细胞被分隔开的那一部分,结果创造了一个原细胞的克隆体。但是，当时人们还不能从分子层面解释遗传现象，对此，文特尔评价施佩曼的工作：“有点类似在不了解软件的情况下，仅通过从网络下载代码的方式重新编程计算机。”[6]99文特尔认为，当他和他的团队在一个细胞内成功启动合成DNA软件时，对于薛定谔提出的那个至关重要的“小”问题——生命是什么，他们已经能够提供令人信服的答案了，即“DNA是软件，它是所有生命的基础”[6]130。而所有开展的合成生物学实验，在文特尔看来就是要理解“决定了生命的结构和功能的DNA软件对生命究竟意味着什么？”[6]52

3.2 DNA测序将生命信息数字化

从文特尔团队系列科学实验来看，一个显著的共同点就是都起步于对研究对象DNA序列的高精度测序，“数字化DNA序列是基因组设计和合成的基础，那么必然要求基因测序必须是非常精确的”[6]71。实际上，自从20世纪人类确定DNA是遗传物质，特别是1953年沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构，人类就开始为破解生命密码孜孜以求，同时也开启了生命数字化操作的进程。20世纪70年代，桑格用其团队发明的双脱氧测序法完成拥有5 386个碱基对的噬菌体phi X174的测序工作，并成为科学家普遍采用的标准测序方法，也因之被称为桑格测序法(Sanger sequencing)。90年代中期，文特尔团队发明了全基因组霰弹测序法，并完成了流感嗜血杆菌和生殖支原体基因组的测序工作，而生殖支原体被认为是目前所知的最小生物体，也是人类第一个测定的活细胞基因代码序列。2000年文特尔宣称自己的团队完成了人类基因组的测序工作。通过这些工作，文特尔评价自己将碳基信息转换成了硅基信息：“当我们能够通过基因组测序来读取它的遗传密码时，我们就可以把DNA的物理代码转换为数字代码，这样就可以实现光速传播的电磁波。”[6]163而且，他认为，如果能够完整读取DNA中蕴藏的密码并精准翻译，在理论上，就可以解码细胞工作的秘密，并通过编辑软件来改变细胞乃至合成新的生命。依此，文特尔认为人类进入了“数字化生物时代”。

3.3 将数字化的生命信息转化为实体

从17世纪开始，罗伯特·胡克(R. Hooke，1635年～1703年)发现细胞死后残留的细胞壁，到安东尼·列文虎克(A.P.van Leeuwenhoek，1632年～1723年)观察到活细胞，再到马蒂亚斯·施莱登(M.J.Schleiden，1804年～1881年)、泰奥多尔·施旺(T. Schwann，1810年～1882年)提出细胞与生物体的关系，最后由魏尔肖完成细胞学说的主要内容：所有生物都由单个或多个细胞构成，细胞是所有生物体结构和功能的基本单位，细胞分裂只能来自已有的细胞。分子生物学进展告诉我们，细胞自我复制所需的所有信息都被编码在DNA中，换言之，生命的结构和功能都被DNA碱基序列规定，随之而来的是可以通过编辑DNA来改造细胞。现在，通过文特尔实验，在生命信息数字化基础上，人类就有能力设计一种新的生命形式，它并非来源于已有细胞分裂，而是通过适当的化学环境合成其DNA软件，并指挥蛋白质等硬件按照设计路线“制造”出新的细胞，“正确的DNA代码，以正确的顺序呈现并放置在正确的化学环境中，那就可以从现有生命中产生新的生命”[6]129。

4 结语

文特尔合成生物学成就无疑具有极为深远的科学意义和社会价值。

第一，加深对生命本质的认识。正如前文所言，探索生命起源是当代科学进展中的一个重大问题，较之实际上不可能的重复几十亿年的演化史，合成生物学为人类认识生命、认识生命起源提供了一条有可能路径，通过合成生命认识生命，正如分子生物学家史蒂文·本纳(S.A.Benner，1954年～)所言：“布丁的证明也许在于制造它。”[14]而且，回到文章开篇讨论的问题，即还原论与活力论之争，我们已经可以从文特尔的实验和观点中得到一些答案。文特尔认为，他的系列科学实验进一步发展了他关于生命的思考，他的“生命是一个信息系统”的核心观点“DNA是生命软件”，如果改变了软件，那么就改变了物种，从而也就改变了细胞的硬件。他提到，合成生物学不同于占主导地位的还原主义，但是，这个“不同”不是否定“还原论”，更不是复活“活力论”，而是相较于自上而下的还原主义，合成生物学从相反的方向，自下而上“用一种全新的创新方法把所有这些数量庞大的细胞元件组装起来去创造出一个全新的细胞”，并且以生命可以从实验室中合成出来的更为基础的层面否定了“活力论”。他认为：“这恰恰是那些渴望看到活力论证据的人不愿看到的结果，典型的还原式科学研究。将生命及生命意义分解为基本功能和简单成分。我们的实验并没有留下太多空间来支持活力论者或者认为生命依赖于超越复杂化学反应的观点。”[6]109-110

第二，为生命科学研究提供新型手段。DNA信息数字化不断积累并被储存在计算机数据库中，并可以以光速远距离传播，其意义是显而易见的，例如，在其他星球上采集到的生命信息(如果存在这样的生命，并同样基于DNA)，可以通过数字化操作后以很快的速度传输到地球科学家手中，在地球上以合理的方式合成出来；同样，一种久已消逝的物种，如果留有足够完整的DNA信息，那么在理论上，我们可以让其重见天日。将细胞DNA测序并数字化，再通过在一定的化学环境中培养出并非来源于已有细胞增殖的新细胞或组成细胞的大分子，这是合成生物学的重大进步。以这种方式产生的生命体，因其基因组完全是化学合成的，它在自然界没有直接的祖先，“为生命的河流添加了一条新的分支”[6]129。

第三，造福人类。当然，文特尔的工作及当代合成生物学进展与“从头到尾”合成一个细胞之间还有很远的距离，但依据合成生物学当前进展所获得的理论认知和具体应用已经在人类社会发挥出积极作用。例如，突发、新发疫情形成高峰之前，在全球共享病原体基因序列信息基础上，跨地域同时启动疫苗研制和药物研发成为可能。而这一点在人类应对当代疫情中已经显现出巨大力量。同样，对于其他有机物，在掌握其结构信息后同样可以发展出造福人类的技术。较之大家熟悉的工业革命，千百年来，农业生产从根本上来讲没有实质性的变革，人类获取粮食的途径依然是依靠植物的光合作用，但是，随着合成生物学进展，科学家已经开展了不依赖光合作用将二氧化碳转化成葡萄糖等工作。我国科学家在这领域做出了具有引领性的成就，中科院天津工业生物研究所的科研人员于2021年9月24日在《科学》上发表的文章《无细胞系统将二氧化碳合成淀粉》(Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide)报道了在实验室里首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成[15]。尽管这一成果从科学研究走向大规模生产还有很长的路要走，但这项工作打开了农业生产历史性变革的大门。可以说，人们对合成生物学成果应用于解决粮食、环境、能源等领域的危机寄予了厚望。

当然，任何科学进展都应当为着人类进步，而从科学史上看，并非所有突破性科学发现的技术开发和社会应用的效果和结果都完全朝着增进人类福祉的方向发展，原因很多，有出于良善的目的却产生了负面效应的事件发生，更有在目的上就存在主观恶意的情况。所以，当文特尔被称为“人造生命之父”时，就出现了“人类是否应当充当上帝角色”的追问，并且已形成不少深刻的见解，例如，加强合成生物实验室管理，预防合成构成生命的大分子乃至细胞技术的泄漏，防止污染基因池，制定和完善相应的道德和行为规范，增强科学家自律等。在这里，本文从“生命是一个信息系统”的角度谈几点合成生物学涉及的生物安全和生命伦理的问题，以抛砖引玉。

第一，目前合成细胞领域的进展，实际上主要是基于现有生命(包括历史上曾经出现但现已灭绝的生物)的基因信息上开展化学合成，创造一种地球上完全不存在的能够实现自我复制的基因类型尚不可能，因为，合成基因组需要移植入受体细胞中实现自我繁殖能力，而在创造通用受体细胞上还有非常漫长而崎岖的路要走。尽管如此，2005年，美国、加拿大、日本的科学家从阿拉斯加冻土中发现的1918年大流感中被感染的死者肺组织中提取出病毒的5个基因组，并依此基因信息合成出了这种流感病毒。这一案例无疑提示我们，在获取生物基因信息技术和合成技术已经取得很大进步的今天，要更加注重生物基因信息及其化学合成技术、基因组移植技术的管控，防止对生命的“见解”因被误用、滥用乃至恶意使用而变成对生命的“毁灭”。

第二，合成细胞通过基因信息在碳基-硅基-碳基之间的传递，创造出了并非来源于现有细胞分裂后产生而完全由人工化学合成的染色体控制的细胞。依此看来，一是似乎消解了“生命”与“非生命”之间的界限，对传统生命观形成挑战，需要哲学、伦理学、社会学等多学科跟进、介入，对何谓“生物”、何谓“生命”做出符合科学的新进展，形成对生命新认知的理解和解释。二是似乎告诉我们，生命就是由基因信息控制的物理化学反应而产生与运行。但是，人之所以称为人，除了自然属性，更重要的是还拥有社会属性，将生命的意义简单归结为基因所控制下的物理化学反应的观点值得讨论。此外，“数字化生物学时代”，生物学进展及其应用更要注重知情同意、个人基因信息保护、成果惠及大众等。