合成生物学的本体论问题——合成生命是什么？

冀 朋 雷瑞鹏

自2010 年美国科学家克雷格·文特尔（John Craig Venter）团队人工合成世界首例合成生命“辛西娅（Synthia）”以来，合成生物学进展迅速，日益成为政府重视、资本追逐的新兴战略领域。如今，合成生物学在医药、卫生、能源、材料、食品、农业、环境治理、生物智造等诸多领域大放异彩。例如，利用合成技术对新冠病毒内在机制的解析加速了新冠疫苗的研发；人工合成青蒿素克服了自然提取效率低、成本高的缺点；利用合成技术改造的生物传感器可以监控和帮助治理环境污染；合成DNA 作为新型生物存储器打破了传统电子存储器的诸多壁垒；“人造肉”将会丰富人们的饮食选择和体验，等等。然而，无论是辛西娅这样的合成支原体（原核生命），还是近年来由中国科学家合成的世界首例单染色体酵母菌株（真核生命），抑或仅仅是一些合成的生物功能元件（代谢途径、逻辑门、振荡器等），它们都面临一个根本的哲学问题，即“合成生命是什么”的本体论问题。这个问题的由来取决于这样一种明显的事实区分：合成生命和自然生命的产生与目的均不相同。对这一根本问题的回答，牵动了关于合成生物学正当性问题的各种立场与观点。然而，关于“合成生命是什么”的本体论问题，在合成生物学有关文献中仍缺乏专门系统的分析和讨论。本文将对此问题进行梳理和廓清，并尝试对散见于不同文献中的几种观点进行分析评价，进而表明我们的立场。

一、合成生命是机器

合成生命一诞生就被称作“活机器（living machines）”①“生命机器（life machine）”“生存机器（survival machines）”②。不仅科学家们这样直呼，一些哲学家也欣然接受。这与将生命视为机器的近代哲学观点一致。哲学家笛卡尔（René Descartes）在解释身心关系问题时就曾指出动物和人体是一架机器。哲学家拉·美特里（Julien Offroy De La Mettrie）则在其《人是机器》一书中明确提出“人体是一架会自己发动自己的机器：一架永动机的活生生的模型”。③很显然，制造人工生命的科学家接纳了对生命的机械论解释，“生命机器”思想为他们进一步实现理解和操纵生命的目的提供了哲学基础，将生命类比为机器的隐喻也为设计和构建人工合成的生命体和生命系统提供了合理的本体论承诺。克雷格·文特尔就曾表明他创造生命的初步工作是全力攻克细胞，因为它是自然界和人类社会中最重要、最基础的生命机器。为此，他将测定、解读和编写基因组作为他创造细胞机器的第一步。他认为“一旦我们读取并翻译了它的密码，久而久之，我们就应该能够完全了解细胞是如何工作的，进而我们就能够通过编写新的生命软件来改变和改进它们”。④

哲学家约阿希姆·博尔特（Joachim Boldt）认为机器隐喻完全符合合成生物学的文学叙事和宏伟目标，因为“合成生物学构成了对宏观物体及其行为进行自下而上的科学解释的最新一步”，这一科学进步体现为“合成生物学家将能够重建自然发生的有机体（organism），并通过DNA 合成创造新的有机体”。他进一步指出，这种对科学进步的直接描述，以及合成生物学所起到的关键作用都与一种本体论假设密切相关：当一个人设计和组装一台机器时，他的想法是把可靠的部件和可预测的功能结合起来，从而得到一个复杂的结果；这个结果反过来又由于其部件的可靠性，以有效的和可预测的方式实现特定的功能和目的。因此，如果一个人在合成生物学中所做的事情恰好符合上面给出的解释，那么这个人的研究对象必须被认为与那些被称为“机器”的实体共享重要的本体论方面。⑤如果把机器范式的相关特征转移到合成生物学和单细胞有机体的领域，那么就可以得到以下结果清单：“首先，一个单细胞有机体的行为将通过其分子和遗传部件得到解释。因此，单细胞生物体可以被设计出来，并且可以部分地建造。其次，设计和建造一个生物体，在生物体中确立一个特定的功能，从设计者的角度来看，这个功能实现了一个特定的目的。第三，只要对其各部分有足够的了解，就可以可靠地预测所产生的生物体的行为。”⑥

实际上，自合成生物学发轫以来，逻辑门、振荡器、开关、生物元件、基因电路、生物底盘、装置、代谢通路等带有强烈物理机器配件色彩的词汇早已充斥于合成生物学的文献中。可见，从事合成生物学的主流科学家并不避讳将生命理解为机器的事实。他们就是要将生命有机体构建为各种各样的工程机器，从而实现人类的功能性用途。直到“扮演上帝（playing god）”⑦的指责出现，关于合成生物学的舆论开始令人担心科学家们会制造出类似“弗兰肯斯坦（Frankenstein）”⑧或者好莱坞电影《银翼杀手》（Blade Runner）中“复制人”那样的科学怪物。因为，过去科学家们只是没有生命的机器的制造者，合成生命却使科学家们一跃成为生命的创造者。这一从人工制造到生命创造的跨越，超出过去所有时代人类在自然领域所能做到的事情。德国哲学家甘瑟·安德斯（Günther Anders）说过：“制造者的终极愿望是从人类制造者（homo faber）成为人类创造者（homo creator）。”⑨当生物与工程相结合，当科学家也是工程师，这种愿望正在变成现实。但是，当反对合成生物学的声音日涨时，克雷格·文特尔、德鲁·恩迪（Drew Endy）等合成生物学先驱又站出来表明他们并没有从无到有地创造生命，他们只是用有限的能力修饰或操纵生命物质而已。⑩然而，这只是在笨拙地玩弄文字游戏，因为无论如何，他们操纵的化学物质最后确实产生了生命现象，他们制造的“生命机器”也不同于过去非生命的机器。那么，合成生命真的是机器吗？

二、合成生命不是机器

关于生命是否是机器的探讨最早可以追溯到亚里士多德（Aristotle）和盖伦（Claudius Galenus）的著作。例如，亚里士多德将动物胚胎看作一个自动机制⑪，而盖伦认为心脏具有的高级功能是由于心脏中存在一种生命精气（vital spirit）。⑫时至今日，生命含义纷繁复杂。例如，哲学家伊芙琳·凯勒（Evelyn Keller）认为生命的论题是人类认知建构起来的，不一定反映真实的自然过程。⑬翟晓梅和邱仁宗等指出生物学意义上的生命与社会和文化语境中的生命是不同的，前者一般“作为客体的身体（bodies-as-objects）”，后者则通常理解为“赋体的存在（embodied beings）”。⑭而在合成生物学视域中，生命是活的，一种复杂的有机体。当然，科学家为研究需要采取机器范式，推动对生命奥秘的揭示，或者为造福人类构建高效、节能、新型的合成产品，这些只要做到了伦理可接受性(ethical acceptability)和风险管理（risk management)，也无可厚非。然而在哲学上，在本体论层面，我们有必要廓清生命与机器的关系，以进一步回答合成生命是机器或不是机器的问题。

对于生命的机械论解释，康德曾经在他的有机体理论中做出过协调性的努力。他不排斥对生命的机械论解释，但是他将生命机体的活动所体现的机械力理解为实现生命内在目的的一种手段，通过使机械规律从属于生命的内在目的从而区分机械和有机的概念。⑮这一做法实际上从本体论层面否定了“生命是机器”的机械论立场，意味着生命的机械运动不过是实现自身目的的手段和工具。这也与康德在《实践理性批判》中的“人是生活在目的的王国中。人是自身目的,不是工具。人是自己立法自己遵守的自由人。人也是自然的立法者”⑯的观点一致。人作为自然界的高等生命，同样具有自身的内在目的，因而不应该被当成工具或机器。在这个意义上，那些将生命视为机器的科学家们可能也并不是在本体论意义上将生命机体视为一堆生物零件的拼装（Kludge），而是基于生命与机器有限的相似性，将生命类比为机器，从而采用机器研究范式作为研究生命的一种新路径。

视觉研究专家威廉·米切尔（William Mitchell）2002 年问道：“当装配线上的范例对象不再是一种机械，而是一种工程有机体时，这是什么意思？”⑰显然，我们难以承认生命的本质就是类似机器的一堆生物零件的拼装。哲学家苏恩·霍姆（Sune Holm）认为使用机器隐喻以及工程化生产有机体的目标并不一定意味着对机械生物学的承诺，合成生物学致力于生命系统的工程方法遭遇的诸多挑战恰恰表明生命有机体和机器的差异以及人类对生命理解的局限。在合成生物学中，生命的机械解释和机器隐喻仅是一种策略，它不关注本体论问题，只强调启发性价值，因而合成生物学的目的不是为了将有机体识别为机器，而是为了“在构建类似机器的生命系统方面取得长足的进步”。⑱曼努埃尔·波卡（Manuel Porcar）和朱莉·佩雷托（Juli Pereto）也认为“细胞不是机器”，并强调“在大多数情况下，‘生物的机器本质’更多的是关于工程细胞理想情况下的意愿，而不是对自然生物体实际是什么的本体论描述”。⑲相反，如果我们坚持克雷格·文特尔等学者认为的合成生命的诞生意味着还原论与机械论的胜利的观点，而无视生命的层次性、复杂性，将生命视为不过是一堆包含了遗传指令的化学物质或像一堆拼装起来的生物积木、“生物砖”（BioBricks），这将会导致哲学家担心的“本体论灾难（ontological catastrophe）”——深层次技术（deep technologies）消弭了自然和人工、有机体与机器之间的界限。⑳随之而来的便是伦理灾难，因为将生命降格为机械化的人工制品，这无疑是消除了生命的特殊性，生命价值沦为一般的产品价值，进而导致人类不断削弱对于更高级的生命形态的尊重。㉑

三、合成生命是介于自然与人工之间的混合体

合成生命在相关文献中也称作“合成有机体（synthetic organisms）”。作为人工合成的有机体，从字面意义看，它与自然有机体的差别即在于它是“非自然的（non-natural）”、人造的。因此，合成有机体属于合成生命，例如“辛西娅”就是合成生命的具体范例。然而，也有学者反对从人工与自然的划分来理解合成生命。贝斯·普雷斯顿（Beth Preston）指出，如果我们坚持合成有机体因为是人工的，所以是非自然的，从而来界定合成生物学，这有悖于历史事实。他认为合成有机体与万年前被人类驯化的生物之间没有本质区别，“仅仅是它们的功能和结构有多少处于我们有意控制的数量上”，因为“人类控制植物和动物的繁殖，从而修改它们的某些特征以适应人类的目的。因此，驯化的植物和动物与野生的植物和动物越来越不同。因此，从本体论的角度来看，它们已经是‘生物制品’”。㉒我们也认为自然的概念实际上是一个多元化的容易产生歧义的概念，诉诸自然与非自然的划分来理解合成生物学是站不住脚的，因为作为人与自然相互作用的自然给予物（natural givens）至少从农业时代就开始了，我们恐怕很难将自然之物与人工之物截然分开。㉓

此外，我们还要区分合成生命（synthetic life）与人工生命（Artificial life）这两种不同的称法。人工生命与人工智能研究相关。与计算机或AI 相关的人工生命研究可以追溯到20 世纪中叶。克里斯·兰顿（Chris Langton）将人工生命定义为“研究具有自然生命系统行为特征的人造系统”，该人造系统基于计算机或AI 的开发，主要是指以程序代码操纵的虚拟生命或者以机器人形态存在的智能生命。㉔由此可知，所谓人工生命主要是“硅基生命（silicon-based life）”，而非“碳基生命（Carbonbased life）”。然而，在这些人工生命研究专家们看来，人工生命与自然生命都是真实存在的生命体，其理由是生命的本质是亚里士多德所说的“形式因”而非“质料因”，因为是形式让质料在转化过程中获得了规定性，从“一般的东西变成了个别的东西”。㉕如果我们接受这一观点，那么上文关于“人类制造者”与“人类创造者”的区分就失去了意义。我们关于“合成生命是什么”的追问也将变成“人工生命是什么”的一般性问题。实际上两个概念之间无法完全等同，因为合成有机体作为一种合成生命，与人工生命的区别不仅在于质料层面，也在于形式层面。首先，从辛西娅的产生过程来看，合成生命是一种“碳基—硅基”的混合体——基于四瓶化学物质和计算机编码的新的人造细胞。其次，合成有机体的发展目标是设计和构建出符合人类目的的生命体和生命系统，它可能更像自然生命，也可能更像机器或人工生命，或者作为一种新的实体形态，为我们奠定普遍生物学（universal biology）的基础——“合成生物学家更感兴趣的是探索生命系统可能做什么，而不是它们实际做什么”。㉖这意味着，未来的合成生命并不限于合成有机体这一种形态，而是充满各种可能性。

苏恩·霍姆提议将已经或将来合成的有机体统称为“佩利有机体（Paley organisms）”，即由英国神学家威廉·佩利（William Paley）提出来的某种智能设计产生的有机体。㉗然而，该提议容易导致合成生物学遭到“扮演上帝”的质疑，原因在于“佩利有机体”的核心思想是为了论证上帝作为生命设计者和创造者的存在。尽管，合成有机体确实是由科学家在实验室里设计和构建而产生，但合成有机体不能等同于佩利有机体，如同科学家不能等同于上帝。一方面，科学家并没有像上帝那样从无到有地创造生命，合成有机体的产生是基于对自然有机体或机器的模仿，其构成的质料也是地球上已经存在的化学物质。另一方面，对于不信仰宗教而是接受进化论观点的多数人而言，他们宁可相信天然的有机体是经过漫长的进化史形成，而不是去相信存在一个设计和安排一切的上帝或神。接下来的问题是，既然合成生命不能等同于人工生命，又与机器存在明显差异，那么我们究竟如何理解它？合成生命为何如此难以界定？

迭戈·帕伦特（Diego Parente）和玛丽安·肖克（Marianne Schark）曾间接指出，合成生命陷入“本体论灾难”恰恰在于合成有机体兼具生物和机器的双重特性，其所包含的内在矛盾造成它难于在自然有机体与机器之间找到一个确定的位置。㉘这一矛盾构成“两极之间的张力”：一极是合成生命作为人类制造的机器，要保持作为机器的机械特性，以确保它的可控制性和可预测性；另一极是合成生命作为被生产出来的生物制品（bio-artifacts），它的行为类似有机体，而强调作为有机体的可塑性和开放性，又恰恰阻碍了对它的完全控制和降低了它的可预测性的程度。㉙这里提到合成生命被作为生物制品（bio-artifacts），实际也难以成立。2003年，英国伦理学家李齐克（Keekok Lee）界定了生物制品这一术语，并认为生物制品反映人类的意图或目的，如果没有人类干预和操纵，它们就不会存在或继续存在。他提出生物制品作为一种技术生物对象（technical biological objects），“（与自然生物）具有起源、结构或天然的生物的一致性，但由于它们的遗传、基因组、生理、目的或功能的自然属性被有意修改，因而具有不同程度的生物人工制品特征（bio-artefactuality）或它们的生物功能得到不同程度的技术控制和修改”。㉚

然而，根据李齐克的定义，至少合成生命在起源上与自然生命就存在不一致。因为经过漫长历史的进化，自然有机体的起源已经无法追溯到特定时刻和做到明确归因，合成有机体却在起源上与机器一样有明确时间和因果关系。㉛例如，安娜·德普拉兹（Anna Deplazes）和马库斯·胡彭鲍尔（Markus Huppenbauer）就认为合成生命与机器一样，“作为人类设计和制造的产品，每一个机器都有明确的起源，通常，当新的设计蓝图形成不久，就会有新的机器类型被制造出来”。㉜这意味着，要么重新修改生物制品的定义以适应合成有机体，要么必须放弃对这一概念的使用。更重要的是，生物制品的定义没有指出合成生命的独特性和新颖性，我们无法通过这个概念对合成生命与克隆生命、基因修饰或增强的生命以及转基因生物之间加以区别。为此，我们似乎不得不放弃通过定义方法来回答“合成生命是什么”。我们只能承认在合成生物学中人类无法完全控制通过技术改造的细菌、细胞、活物（living creatures）的设计和运行，因而它们有别于机器；同时这些生物制品的内在结构与未知生物之间的相互作用不同于自然有机体，因而它们又有别于自然生命——这一呈现出来的事实表明我们最好将这些生物制品置于自然与人工、可控与不可控的模糊地带。㉝基于此观点，我们不难推论，既然合成生命难以通过对生命与机器、自然与人工的区分界定清楚，不如接受合成生命兼具生命和机器的双重特性——这符合合成生物学当下发展的实际情况，而将合成生命视为一种介于自然与人工之间的新的混合体，能够使合成生命在将来获得应有的本体论地位。

四、对以上观点的进一步探讨

合成生命是否“与自然实体和传统技术制品完全不同，足以保证它们自己的独特类别”？㉞正如前述，对这一问题的肯定回答虽然存在有利的论证，但支撑性论据并非正面获得，即相应的科学事实与哲学论证并不充分，而是通过反向论证合成生命既不是机器也不能归属于自然有机体，从而为合成生命作为一种介于自然与人工、可控与不可控、生命与机器之间的新的混合体提供了合理推论。不过一些学者可能过于乐观，没有注意到要论证“合成生命应该具有自己独特的本体论地位”其实还存在一些其他困难。

（一）合成生命的“完美机器”假设驱动生命的设计与构建愈发标准化、模块化和工程化

由于合成生物学家不怎么关注合成生命的本体论问题，只强调机器范式的启发性价值，从而使得合成生命尽管已经从过去的可能性变成如今现实性的存在物，却仍然未能获得属于它的本体论地位。这个工作留给了哲学家来解决。但显然由于合成生物学还是一门仍在发展中的新兴学科，合成生命的形态还不稳定，或者说还未达到科学家设定的目标，从而无法根据现有的科学事实和哲学论证给出一劳永逸的答案。

不过，我们需要对合成生物学的本质特征——工程学本质、生物技术本质有一个基本了解。合成生物学的终极目标是德鲁·恩迪强调的能够在技术赋能下使用工程学方法建造出实现人类特定目的的生命体和生物系统。工程学本质体现为生物元件的标准化、模块化、工程化制造与拼装。为此，德鲁·恩迪提出了标准化、解耦和抽象的方法：标准化要求生物部件的明确描述和表征；解耦是将复杂实体的构造分解为可管理或可控制的半独立任务的过程；抽象是关于功能单元（主要分为DNA、部件、设备和系统）的层次识别，主要是为了便于设计过程。㉟为了更好地控制这一过程和制造出满足人类需求的合成生命，科学家们还开发了“设计—构建—测试—学习循环流程（Design-Build-Test-Learn Cycle，DBTL）”㊱，该流程实际上强化了人类对合成生命的理性设计和操纵它们定向进化的能力。同时，从这一解构生命再到从头设计与构建生命的过程，我们不难看出，合成生命与过去的基因工程、克隆生命、转基因生物以及基因修饰或增强的生命是完全不同的。合成生物学致力于创造的生命是一种“完美机器（perfect machines）”，而不是对生命物质的简单修饰、增强或复制。因此，合成生物学与认为有机体是“完美机器”的传统观点相左，合成生物学家认为通过自然选择形成的有机体是不完美的，有机体的结构和功能还有很大的优化空间，他们的工作正是为了努力改进这一状况，从而制造出类似于有机体的又能够“自我进化（被人类设计和控制的进化）”的完美机器。㊲

可见，在合成生物学的未来蓝图中，不仅将有机体类比为机器，而且要制造出比有机体更加完美的机器。这意味着在数字革命和人工智能背景下，未来的合成生命将会越来越接近一种复杂机器，这种机器将不断被赋予自动化、智能化和“自我进化”的特征。这一新的发展趋势将导致合成生命距离自然生命越来越远，距离机器越来越近。或者说，合成生命与机器的差异将逐渐小于自然生命与机器的差异，特别是当它的稳定性和可控性越高，它的机器特征就越明显，有机特征就越淡化。因为，自然生命自有独具的内在目的和价值，不以人的意志为转移，而合成生命慢慢作为技术人工物，变得逐渐和机器一样，都是人工制造并体现人的设计目的和满足人的使用价值，这种目的和价值是人外在赋予的，所以人也可以通过不断优化对它的控制来改变其目的和用途。㊳这样的话，合成生命最终不过是一个更高级、更复杂的机器，因而难以享有独特的本体论地位。我们更没有必要为了强调合成生物学的新颖性、独特性，而诉诸一种新的本体。由此，一些学者指出的“本体论混乱（ontological messiness）”㊴也就自然消解了。

（二）基于基础研究和应用研究“双重目的”的合成生命可能会导致截然不同的本体划分

另一个对合成生命诉诸应有的本体论造成困难的事实是：在合成生物学中，致力于揭示生命知识的基础研究与致力于创新应用的研究并行不悖。前者被科学家们称为“建物致知（Build life to understand it）”㊵，后者被科学家们称为“建物致用”㊶，二者构成了合成生物学研究和发展的双重目的。

合成生物学受到20 世纪著名物理学家费曼（Richard Feynman）“我不能创造，就还不理解”㊷的影响，一些学者赋予此观点“制造即了解（making is knowing）”或“建造即了解（building is understanding）”㊸的认识论特征，奠定了合成生物学致力于通过工程学方法实现生命合成的认识论基础。正如贝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy）所说：“对生物中个别的部分和过程进行分析是必要的，而且是更深入地认识生命的先决条件。然而，简单采用分析方法还是不充分的。”㊹贝塔朗菲认为通过分析方法探求生命的全部知识存在局限性，因为生命是一种过程现象，“生命现象，如新陈代谢，应激性，繁殖，发育等等，只能在处于空间与时间并表现为不同复杂程度的结构的自然物体中找到”。㊺其根本原因在于，分析方法是将“活”的物体分解为“死”的物体进行观察，然而有机体的整体性、组织性等遭到破坏——生命现象消失了。既然我们无法通过分析方法更多地了解生命的知识，那么通过制造出生命以理解生命（建物致知）不失为一条可取的途径。于是，一些学者认为“作为制造的知识可以说是合成生物学的第一个信条”。㊻克雷格·文特尔团队正是基于此信念一直坚持“最小基因组（minimal genome）”㊼的探究，追求彻底掌握活细胞的构成密码和形成原理。他们使用试错方法不断排除构成活细胞的非必要基因，再借助计算机和现代生物技术的帮助将化学物质重新合成构成活细胞的必要基因——最小基因组，最后发现成功嵌入最小基因组的新细胞产生了生命现象。由此可见，这类基于建物致知目的的合成生命不能归类于机器或介于有机体/机器之间的混合体，因为其本质仍然是碳基生命，是对天然基因进行复制后产生的新的活细胞（新细胞中构成最小基因组的合成基因只是数量上减少，其物质结构与天然基因毫无差别），从而应该被归类于有机体。

建物致用的合成生物学目的是“为了高效生产创新应用的产品，为医药、能源、化工、材料等行业创造更大的经济价值”㊽，因此应该视为一种新型的生物工程。致力于应用的合成生命往往与基因回路（gene circuit）的设计与构建、代谢工程学等相关，因此该类合成生命应该被作为催生新的药物、能源、材料、食品乃至可以容纳海量数据的生物存储器的生产工具，正如我们文章开头所列举的相应用途。或者说，与其将它们称作合成生命，不如称作“活机器”，制造这类“活机器”的科学家们不如称作工程师、建筑师。因为基于建物致用目的的合成生命明显不是为了探究生命的知识，而是为了将有机体改造成机器。科学家通过赋予有机体新的结构和功能，并通过精心设计、不断优化，使它们像机器那样稳定和可控，最终达到标准化、模块化、机械化和工程化的要求，从而促进社会各类生产，帮助解决人类面临的全球性难题（环境污染、能源和粮食危机、罕见病的治疗等）。因此，基于建物致用目的的合成生命可以视作机器，它们在结构和用途上与机器一样，都是人工制造并体现人的设计目的和满足人的使用价值，这种目的和价值是人外在赋予的，所以人也可以随时改变它的结构和用途。当然，这类合成生命与机器还是有一些差别，因为化学或生物合成的人工生命在质料层面还是碳基生命，这有别于计算机赋能下的完全意义上的硅基生命或数字生命。再有就是它们与一般的机器不同，它们还或多或少地保留了一些有机体的特征，尽管随着它们的机器化特征越明显，有机体特征越淡化，它们将更趋于我们无可置疑的生产机器。