去生活，去犯錯，去跌倒，去勝利，去用生命再創(chuàng)生命。

—詹姆斯·喬伊斯《一個青年藝術家的畫像》

今年三月某個星期一的清晨，當?shù)つ釥?middot;吉布森（Daniel Gibson）博士走進實驗室的時候，他發(fā)現(xiàn)粉紅色半透明的瓊脂上靜悄悄地長出了淡藍色、”荷包蛋形狀”的菌落。兩個月后，領導這項研究的克雷格·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，是一臺電腦。”

“這是生命科學和生物技術發(fā)展中具有決定性意義的一刻”，美國俄勒岡里德大學的哲學家馬克·貝鐸（MarkBedau）博士說——在千萬年來不斷干涉自然進化、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，從一個個字母開始書寫生命的密碼。一時間，全球各大媒體競相報道“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“人類不應試圖扮演神的角色”。可是，包括文特爾在內(nèi)的許多科學家卻強調(diào)，這不過是“嬰兒的一步”，不少擔憂尚屬杞人憂天。加州理工的大衛(wèi)·巴爾的摩（DavidBaltimore）教授更是指出，這項研究不過是對原有技術擴大規(guī)模，并不具備里程碑式的科學意義。而且，“他（文特爾）并未創(chuàng)造生命，僅僅是仿造生命而已。”

文特爾自己反復聲明：這項研究成就的真正意義，在于它給出了技術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、有關生命本質(zhì)的問題。而他們當年提出那些問題時，誰也不曾想到，這第一步竟然如此漫長艱難。那么，這究竟是一項什么樣的研究？生命究竟如何被科學家們書寫？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）領導的研究團隊測定了一種叫做生殖支原體（Mycoplasmagenitalium）的細菌的遺傳密碼序列。這是繼嗜血桿菌（Haemophilus influenzae）之后，人類第二次測定一種能夠自主生存的生命體的DNA編碼——那時，基因測序技術剛剛起步，要等到五年之后，文特爾才會現(xiàn)身白宮，由克林頓宣布人類基因組計劃順利完成。

生殖支原體是一種很小的細菌，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圓圈狀的染色體內(nèi)，一共只有不到六十萬對堿基，517個基因（我們?nèi)祟�，每個細胞里都有二十三對染色體，三十多億對堿基，兩萬來個基因）。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頗具哲學意味的問題：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。如果丟失某個基因之后細菌仍然可以存活，就說明它并非生命體存在的必要條件。利用這種方法，文特爾的研究隊伍從生殖支原體中找到了一百多個“沒用”的基因�？墒�，這并不能為我們提供問題的最終答案，因為許多基因有著相似的功能——譬如，有三個基因都掌管糖代謝，當你一次只去掉其中一個的時候，很可能并不影響細菌的存活，但如果你就此推出這三個基因全都不重要就大錯特錯了。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基因，很可能并不能得到一個能夠存活的細菌。而要嘗試不同組合，一次敲除多個基因，相當費時費事，持續(xù)做減法的道路走不通。于是，文特爾有了一個前所未有地大膽想法：通過電腦設計，人工合成不同的基因組合，再把它們導入去掉染色體的細胞中，看看能否得到鮮活的細菌。

組裝密碼

要人造細菌，技術上存在兩大難題。第一是化學難題——如何組裝大型的DNA染色體？第二個則是生物難題——如何將組裝好的染色體移植到細菌之中，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伍，在兩個方向上平行工作。

最初的成果，來自于DNA組裝。

2003年，人類基因組計劃的競賽已經(jīng)塵埃落定，我們閱讀（測序）DNA的準確性和速度突飛猛進，可與此同時，書寫（合成）DNA的能力卻依然相當有限。常見的合成長度只不過是幾十到幾百個堿基，稍微長一些，錯誤率就很高。2002年，紐約州立大學石溪分校艾克德·威莫（EckardWimmer）教授所帶領的團隊首次合成了長達七千多堿基的脊髓灰質(zhì)炎病毒，可是，這一項目花費了他們整三年的時間。文特爾他們意識到，要快速、直接合成上千堿基的長鏈DNA，需要對當時的合成技術進行革新。

那一年，六十多歲的哈奇森博士和七十多歲的諾貝爾獎獲得者史密斯博士“像年輕博士后一樣”通宵達旦地工作，終于使用一種創(chuàng)新技術，僅僅用了14天，就合成出五千多個堿基的fX174病毒DNA序列。正確率？百分之百。“那時我們意識到，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，組裝出上百萬個堿基的大染色體。”文特爾說。這句話說得輕描淡寫，實際上，為了成功地完成這一過程，文特爾的團隊將會為此工作五年之久。

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，通過細菌的繁殖來大量生產(chǎn)DNA片段。可是，他們發(fā)現(xiàn)，當拼接進行到第三層，也就是所得長度達到1/8個染色體時，由于DNA分子過大，再也不能在大腸桿菌中穩(wěn)定存在。這時，他們把眼光轉(zhuǎn)向了更為高級的單細胞真核生物——酵母菌。經(jīng)過實驗，他們發(fā)現(xiàn)可以利用酵母菌體內(nèi)一種叫做“同源重組”的機制，自動完成鏈條拼接，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》上。

鳩占鵲巢

花開兩朵，各表一枝。在化學小組挑戰(zhàn)DNA合成新紀元的時候，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）博士帶領的研究組就已在《科學》上發(fā)表文章，描述如何使得來自一種細菌的染色體全面控制另一種細菌，將后者改頭換面，變成前者。這被文特爾譽為“哲學上來說，我們發(fā)表的文章中最重要的之一”，因為“它展示了生命具有怎樣的動態(tài)”。

在這項研究里，科學家們從細菌“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，山羊支原體的細胞內(nèi)有了新舊兩個染色體，在它發(fā)生分裂時，所產(chǎn)生的兩個子細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，當這些細菌被養(yǎng)在含有四環(huán)素的環(huán)境中時，唯有那些繼承了絲狀支原體遺傳物質(zhì)的細菌才能存活下來。就這樣，利用自然選擇，外來的DNA勝出。振奮人心的是，當科學家們觀察這些本來的“山羊支原體”時，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，兩個小組都達到了最初制定的目標，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。怎樣把真核細胞酵母體內(nèi)“長出”的染色體收割出來，移植到原核生物細菌里去，就讓科學家們大費周章。更糟糕的是，當他們最終成功地做到這一點時，卻失望的發(fā)現(xiàn)，來自酵母體內(nèi)的細菌染色體并不能被成功地移植到受體細菌中，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？

“這一個小問題，耗費了我們整整兩年。”文特爾說。為了縮短實驗周期，盡快找到突破點，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菌身上。經(jīng)過多次重復實驗，他們最終發(fā)現(xiàn)，其中的奧妙隱藏在一個小小的化學基團之后：在細菌悠久的進化歷史中，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，細菌進化出自衛(wèi)隊，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�，如何保護自己的DNA不會反受其害呢？它們給自己的染色體上加上了特殊的化學修飾——把一個個小小的甲基，放在DNA的特定位置上，作為“自己人”的辨識標記。

在拉蒂格的實驗中，由于移植的DNA直接從絲狀支原體取出，它們上面還帶著細菌體內(nèi)甲基的修飾印記，所以不會被山羊支原體體內(nèi)的內(nèi)切酶切碎�？墒牵瑏碜越湍阁w內(nèi)的染色體則不會帶有這樣的化學記號，自然一進入受體細菌就香消玉殞了。弄清楚了這一點，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，可以從一個個堿基開始，用最基礎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本�？墒侨绾尾拍軈^(qū)別合成出來的DNA和天然的DNA呢？科學家們在DNA里加入了四段“加密水印”。我們知道，DNA由四種堿基——也就是四個字母組成，當DNA被翻譯成蛋白質(zhì)時，每三個堿基被翻譯成一個氨基酸，而每個氨基酸則有一個英文字母作為名字�？墒�，英文字母有26個，氨基酸卻只有20種，顯然還不太夠用。于是科學家們在此基礎上，又設計了更為復雜的密碼系統(tǒng)，包括所有的字母，還能加入標點符號。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，最后由電腦設計的染色體有1,077,947個堿基對。這一次，文特爾組里的科學家們無需再親自動手合成病毒基因組大小的短鏈，因為上千堿基的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，上百萬個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)入山羊支原體的細胞。大功告成？不，實驗又一次失敗了，轉(zhuǎn)入的基因組沉默地躺在受體細胞內(nèi)部，絲毫不能發(fā)揮作用。

于是科學家們開始了艱苦的糾錯任務——面對含有一百多萬個堿基的染色體，談何容易。他們一段段地檢查，終于在三個月之后，找到了罪魁禍首。在一個關鍵基因上，丟失了僅僅一個堿基。這真是讓人驚嘆：在這本上百萬個字母組成的天書中，有的地方異常關鍵，一個字母也錯不得；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雜奧秘。

終于，可以回到開頭的那一刻——由電腦設計、人工合成的染色體，成功地在另一個細胞里譜寫生命。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，合成基因組的技術很可能具有更為廣泛的運用前景，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”的細菌，一舉解決全球變暖和能源危機兩大問題。

喧囂與真相

在研究者做出一步步接近他們目標的過去數(shù)年中，隨著每一次突破的產(chǎn)生，“人工合成生命”一類吸引眼球的標題總是迅速如潮水般涌向人們的視野�？墒�，正如許多科學家指出，文特爾的團隊也反復強調(diào)的，他們所做的，遠非大眾所想象的那樣，“玩弄上帝之手”。首先，他們所合成的，并非整個細胞，而只是細胞的一部分——染色體。當染色體被移植到受體細菌內(nèi)時，它只不過利用了細胞質(zhì)中原有的生命材料和機制，制造自己的蛋白質(zhì)。這更像給電腦換了個操作系統(tǒng)，而并非購置一臺新電腦。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。

至于瘋狂的人是否會利用這種新方法，制造出各式恐怖的生物武器，這樣的可能性更加遙遠。正如《科學》報道指出：“這項技術的復雜性決定了它此刻對任何潛在的恐怖主義者毫無吸引力。”同時，我們對生物的認識，還遠遠沒有達到可以隨心所欲地、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]到為了走出這技術發(fā)展的第一步，這些優(yōu)秀的科學家們花上了十五年的光陰，我們大約有理由保持謹慎的欣慰，不必擔心世界在一周之后就興起幡然巨變。

然而，毫無疑問，如同科學史上許多進展一樣，這項研究的意義延展到科學以外。近年來，隨著“合成生物學”領域變得炙手可熱，它對人類的意義也成為專家學者與普通大眾的討論熱點。當分子生物學家們從技術的角度對吉布森的工作品頭論足時，社會學家則傾向于從哲學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，親手做出這些成就的科學家們，是否能清楚、準確、坦率、客觀地向領域之外的公眾講清自己研究的內(nèi)容與意義，則有著無比關鍵的作用。所幸的是，研究者們并未忽視這一點，在《科學》論文的最后一段，吉布森和其他作者寫道：

“從工作早期開始，我們就致力于推動有關合成生命的倫理學討論。眼下，合成基因組技術的應用性變得更加廣闊。我們預期，這項工作將會繼續(xù)引發(fā)具有深遠的社會與倫理學影響的哲學討論。我們鼓勵持續(xù)性的對話。”