在各国的神话传说里,都有一个创造世间万物的造物主。现代科学证明,世间的生物是一步步由低等向高等进化而来的,因此不存在神造万物的说法。那么,生命究竟可不可以制造呢?随着基因技术的发展,一些生物学家也试图成为造物主,开始在实验室里制造生命。近年来,人造细胞和人造细菌都获得成功,基因科学狂人文特尔甚至开始为自己的“造物术”申请专利。
人造生物非克隆生物
人类正在朝着成为造物主的目标前进,虽然“人造物种”对大部分人来说还是一个新鲜的话题,但在生物学界已经是一个炙手可热的研究领域。人造物种不同于克隆生物,它是将基因片断人为的重新组合,并培育成一个可以自我生存、繁殖的崭新生命体,可以说是一个完全人为创造的物种。
科学家认为,人造生命在本质上应该具备以下三方面的基本要素:第一,必须有一种薄膜型容器(细胞膜)来容纳细胞物质;第二,能进行新陈代谢,即细胞结构内营养物质的补充及更新能力;第三,具有自己的基因,基因是细胞构造必需的生物学规则,它必须能够遗传给下一代并随着周围环境的变化而自我调整,也就是说要具有一定的适应性。
到目前为止,科学界还没有公布一个可以称为人造物种的生物被成功发明,一切还都处于实验探索阶段,而首先进入科学家视线的目标则是那些生命构成最简单的细胞和微生物。
人造细胞显微图像
有望用人造细胞治病
近年来,日本和法国的一个生物研究小组成功地研制出人造细胞的雏形(具有基本生命系统的全部特点,其中包括蛋白质合成功能),其结构与人体的细胞膜相类似,移植有水母的DNA,带有水母的遗传密码、氨基酸和其他物质。这种人造细胞具有球形结构,能独自合成蛋白质。但是距研制成百分之百的人体细胞还很遥远,因为它们还不能独自摄取营养物和繁殖。
屏幕中显示的“水囊”生物
而美国洛克菲勒大学的科学家研制出的了一种小“水囊”生物,是一种在自然界中找不到的低级生物细胞,其成分来自各种生物的不同部分。该水囊的细胞壁是用蛋清中的脂肪分子制成的,细胞构成则是从大肠杆菌之类的生物中得到的。所有的提取物在用于合成水囊之前,其自身具有的遗传信息都已经被破坏掉了。他们似乎认为已成功地合成了人造细胞,但是合成水囊只能存活在配置好的化学药水中,而且寿命只有短短几天。尽管如此,该项研究距合成生物学这一领域只有一墙之隔,科学家合成生物的研究,其最终目的就是尝试制造出新的生命体。
最近,美国卡内基·梅隆大学机械和生物医学工程助理教授菲利普·勒杜克宣称,人们有望利用人造细胞开创新的疾病治疗方法。勒杜克建议使用人体中已经存在的分子,并将它们改造成纳米级的系统,以生产人体中缺少的生化物质。勒杜克表示:“我们建议利用自然存在的分子构建假细胞工厂,在那里,我们将生产超级人造细胞,它有能力寻找和应对任何给身体带来疾病的诱因。”因为细胞本身就是一个十分有效的系统,人体细胞的运行如同一个小的联合体:先用细胞中的组织如细胞膜构建一个封闭环境,然后通过采取诸如分子捆绑和传输等生物学方式,让经过改造的细胞能够寻找、修改和释放人体正常功能所需的化学物质,最终用细胞微小的组织结构来提高医治人体疾病的能力。
减缓气候变暖的人造细菌
当全球正在为气候变暖担忧时,美国科学家克雷格·文特尔称:他已造出一种可以大量消耗二氧化碳的细菌(他曾在破解人类基因组计划中成就显赫)。目前,文特尔已向100多个国家的专利机构为其“造物术”提出了专利申请。
继人类基因组计划后,文特尔领导的位于马里兰州的研究所长期致力于人造新型微生物的研究,他们所采用的合成生物学办法,就是将携带特定遗传密码的DNA片段合成为最小、最简单的基因组,并将该基因组植入去掉遗传密码的细菌体内以形成新的微生物。文特尔预计,这种新的微生物可以吸收二氧化碳,减轻温室效应,还能产生氢气和生物能源。
人造细菌显示图
文特尔将这项技术称为“支原体实验”,此次合成出的是一个类似于支原体的简单细菌,这种细菌仅包含500个左右的最基本基因。文特尔在专利申请书中声称,他们拥有这些基本基因和一种“可自行生长、繁殖的合成生物体”的所有权。当被问及世界第一种“合成物种”在实验室里是否已经成活时,他表示:“我们已经快成功了。”
对于这次的“造物术”申请专利事件,文特尔说:“我们申请的只是方法专利。”问题是,如果专利申请成功,其他人就不能随意使用这种方法了。这就像如果用钉子做家具的方法成为了专利,未经允许其他人在做家具的时候就不能使用钉子了。这是否会成为一种垄断行为,并阻碍或限制人造生物研究的发展呢?文特尔抢滩“造物市场”的举动引起了生物行业的担忧。从事生物技术开发的加拿大ETC公司已呼吁,世界各国的专利机构应拒绝文特尔的申请:“这种垄断行为施放出的一个信号,对合成工业的商业竞争和合成生命形式的私有化已经开始。文特尔的行为是不是企图成为合成生物学界的‘微软’呢?”
虽然存有种种争议,不可否认文特尔又一次冲在了基因组学研究的前沿阵地,他为“造物术”申请专利的计划能否成功,或这种行为是否会成为“人造物种”研究领域快速发展的催化剂,值得人们关注。
人造生物前景无限
人造生命研究已经形成了一个新的学科:合成生物学。ETC公司认为,合成生物学的进展将比10年前克隆羊“多莉”的问世意义更重大。因为“多莉”无论如何还是一只羊,和其他羊的基因并没有什么不同,而合成生物则是一种拥有新基因组成的新物种。
对于人类是否有资格成为造物主这个问题,一直存在很大争议。因为很多人担心,人类在实验室创造出的这种未经历自然选择的生物,如果控制不好将会进一步破坏已经很脆弱的生态系统,造成现有物种的灭绝。毕竟,在几亿年形成的生态平衡的天平中,如果随意在哪一边加上一个小小的砝码,有可能会造成整个生态系统的崩溃。
但是,人类发明人造生物的目的是为了处理一些迫切需要解决的现实问题,其中很大部分是针对环境污染的。比如,利用人造生物将泄漏在海洋中的原油变成无害物质;人造细菌可以处理一些特定的污染物;人造微生物能从废品中离析出有价值的物质;包括帮助病人恢复健康的只吞噬病毒或有害细胞的生物药物,等等。如果成功发明并可以有效控制人造生物,那么其潜在价值和作用是难以估量的。