劉海龍

(南京理工大學(xué) 馬克思主義學(xué)院，江蘇 南京 210094)

人工合成生命既是生命進(jìn)化史上的奇跡，也是人類造物史上的重大突破。美國科學(xué)家克雷格·文特爾(John Craig Venter)等人于2010年制造出世界上首例人工合成生命“辛西婭”(Cynthia)。[1]之后十余年里，在人工合成生命領(lǐng)域又取得了諸多突破性進(jìn)展?，F(xiàn)在人類不僅可以利用天然堿基合成DNA分子，還能夠利用人工堿基合成DNA分子；[2]不僅可以合成相對簡單的原核生物，還能夠合成較為復(fù)雜的真核生物。[3]生命本來是一種神圣的存在物，而現(xiàn)在卻成為了人工制造的對象。關(guān)于生命因何得以被制造出來的問題涉及本體論、認(rèn)識論、方法論等諸多方面，而其中的一個(gè)重要問題就是其知識屬性問題。生物學(xué)發(fā)展史上出現(xiàn)過多種知識類型，比如關(guān)于生命的形而上學(xué)知識、形態(tài)學(xué)知識、行為學(xué)知識、生態(tài)學(xué)知識等，而這些屬性的知識都不足以支持生命的制造?？傮w來看，人工合成生命建立在分子生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物學(xué)的知識基礎(chǔ)之上。這些學(xué)科為人工合成生命提供的是何種屬性的知識？其對于人工合成生命的實(shí)踐又意味著什么？

一、機(jī)械還原論：生命元件知識的來源與屬性

人工合成生命的首要環(huán)節(jié)是制作出DNA分子這種基本生命元件，而關(guān)于DNA分子結(jié)構(gòu)組成的知識是由分子生物學(xué)提供的。“有機(jī)生命的本質(zhì)不同的變體可以由人類設(shè)計(jì)和制造的概念，是在非自然分子生物學(xué)方法的推動下才出現(xiàn)的?！盵4]767

分子生物學(xué)來自于對生命進(jìn)行的機(jī)械還原論研究。對于生命的機(jī)械還原論來講，就是要將生命依據(jù)某種原則分成多個(gè)具體的組成部分(比如器官、組織)，再將這些具體的組成部分分解成更小的組成成分(比如DNA分子、蛋白質(zhì)分子)，直到能夠利用機(jī)械力學(xué)原理對這些更小的組成成分進(jìn)行嚴(yán)格透徹的分析為止。在機(jī)械還原論思路的指引下，生物學(xué)從整體、系統(tǒng)、器官、組織等宏觀層次一直深入到了細(xì)胞、分子層次。具體來講，“分子生物學(xué)是由20世紀(jì)初發(fā)展起來的兩個(gè)生物學(xué)分支——遺傳學(xué)和生物化學(xué)的結(jié)合產(chǎn)生的?！盵5]1在生物化學(xué)產(chǎn)生之初，其研究是建立在膠體理論之上的，認(rèn)為細(xì)胞中的物質(zhì)是由小分子結(jié)合形成的膠體，其中不可能有大分子的存在。然而，隨著物質(zhì)提取與分析技術(shù)的進(jìn)步，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，在細(xì)胞中存在由小分子形成的聚合體。德國化學(xué)家赫爾曼·斯托丁格(Hermann Staudinger)在1922年提出了生命大分子概念，人們開始從分子水平認(rèn)識生命的結(jié)構(gòu)和功能。同樣是在20世紀(jì)初，遺傳學(xué)開始轉(zhuǎn)向了對遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究。在孟德爾經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上，丹麥遺傳學(xué)家威爾赫姆·路德維希·約翰遜(Wilhelm Ludwig Johannsen)于1909年提出了基因(Gene)的概念，并對基因型和表現(xiàn)型進(jìn)行了區(qū)分，使得專門對遺傳的物質(zhì)結(jié)構(gòu)展開研究具有了可能性。而美國遺傳學(xué)家托馬斯·亨特·摩爾根(Thomas Hunt Morgan)將基因明確定位為染色體之上的DNA分子，其學(xué)生赫爾曼·約瑟夫·穆勒(Hermann Joseph Muller)更是指出基因是一種“控制性結(jié)構(gòu)”與“生命的基礎(chǔ)”。[5]18于是，生物化學(xué)的大分子研究方法得以進(jìn)入遺傳學(xué)的視野，兩者開始走上融合發(fā)展的道路。

而分子生物學(xué)形成的關(guān)鍵在于“密碼本”概念的提出。當(dāng)人們開始將大分子研究方法尤其是X射線衍射技術(shù)應(yīng)用于DNA分子研究時(shí)，主要關(guān)注的還是DNA分子的立體構(gòu)型,而并未從信息的視角對DNA分子展開分析。(1)早期對生物分子進(jìn)行的研究并不涉及信息的內(nèi)容，這從1950年威廉·阿斯特伯里(William Thomas Astbury)對“分子生物學(xué)”進(jìn)行的描述可以看出端倪。其將“分子生物學(xué)”描述為：“主要涉及分子的形態(tài)，以及這些形態(tài)向更高組織層次的進(jìn)化、擴(kuò)張和演變。分子生物學(xué)主要關(guān)注三維結(jié)構(gòu)，而這并不意味著分子生物學(xué)僅僅是一門精致的形態(tài)學(xué)。同時(shí)，分子生物學(xué)必須研究發(fā)生和功能問題?！逼渲薪z毫沒有關(guān)于信息的描述。參見加蘭·E·艾倫：《20世紀(jì)的生命科學(xué)史》，田洺譯，復(fù)旦大學(xué)出版社，2000年版，第215頁。而信息學(xué)說的介入對于揭開DNA分子的神秘面紗起到了至關(guān)重要的作用，它引導(dǎo)人們開始從信息視角思考DNA分子的本質(zhì)與功能?！坝眯畔W(xué)來研究遺傳問題的方法，產(chǎn)生于由量子力學(xué)理論造成的思想氛圍中?！盵6]量子力學(xué)的奠基人之一尼爾斯·波爾(Niels Bohr)首先指出生命具有一種有序流動性，需要提出特別的概念對其進(jìn)行分析。其學(xué)生馬克斯·德爾布呂克(Max Delbrück)進(jìn)一步指出，不能像化學(xué)家那樣僅僅將DNA分子看成是一種簡單大分子，因?yàn)檫@種大分子之中蘊(yùn)含著決定生命性狀生成的信息指令。波爾與德爾布呂克這些不同尋常的想法在埃爾溫·薛定諤(Erwin Schr?dinger)那里得到了明確的闡釋，其參照電報(bào)密碼本的運(yùn)行方式，將DNA分子指稱為生命的“密碼本”。(2)薛定諤最早是于1943年2月在劍橋大學(xué)三一學(xué)院的一次演講中提出“生命密碼本”概念的，后來整理成書出版。第一例人工合成生命“辛西婭”的制造者文特爾把薛定諤提出“生命密碼本”概念視為現(xiàn)代生物學(xué)誕生的標(biāo)志。“如果非要讓我對我心目中認(rèn)定的現(xiàn)代生物科學(xué)誕生的時(shí)間和地點(diǎn)作一個(gè)選擇，那么我會選擇1943年2月的都柏林?！眳⒁娍死赘瘛の奶貭枺骸渡奈磥恚簭碾p螺旋到合成生命》，賈擁民譯，浙江人民出版社，2016年版，第3頁?！皞€(gè)體的未來發(fā)育及其成年期機(jī)能的全部模式都包含在某種密碼本中?！盵7]23受薛定諤“生命密碼本”概念的啟發(fā)，詹姆斯·沃森(James Dewey Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Harry Compton Crick)從信息的視角對DNA分子進(jìn)行建模與分析，最終在1953年揭示了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，真正的分子生物學(xué)正式誕生。

而分子生物學(xué)是如何對DNA分子展開研究的呢？其依然是采用機(jī)械還原論思維對DNA分子的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行分析的。先是參照電報(bào)密碼本的數(shù)碼構(gòu)成，分子生物學(xué)揭示了“生命密碼本”的結(jié)構(gòu)組成。在DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)被揭示出來之后不久，遺傳密碼很快就被破譯了出來。1954年，喬治·伽莫夫(George Gamow)依據(jù)DNA 之上堿基分子與蛋白質(zhì)分子中氨基酸分子的對應(yīng)情況，推導(dǎo)出1種氨基酸分子是由4個(gè)以下的堿基分子決定的。1962年，悉尼·布倫納(Sydney Brenner)和克里克通過實(shí)驗(yàn)明確證實(shí)了1種氨基酸分子是由相鄰3個(gè)堿基分子決定的，從而找準(zhǔn)了遺傳密碼的破譯方向。而僅僅到了1965年，生命體的所有遺傳密碼就被全部破譯了出來。之后，又有一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，DNA分子中不僅存在對應(yīng)氨基酸分子的編碼序列，還存在用于控制編碼序列表達(dá)的調(diào)控堿基分子序列以及決定DNA分子立體結(jié)構(gòu)的間隔堿基分子序列。至此，作為“生命密碼本”的DNA分子的堿基構(gòu)成就完整地呈現(xiàn)了出來。隨后，“生命密碼本”之中遺傳信息的轉(zhuǎn)錄與翻譯機(jī)制也逐漸被揭示了出來。分子生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，將遺傳密碼信息指令從細(xì)胞核帶入到細(xì)胞質(zhì)的是一種被稱之為信使RNA的核糖核酸分子。信使RNA分子在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄生成以后，可以穿過核膜上的小孔而進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中。而當(dāng)信使RNA分子來到細(xì)胞質(zhì)中后，會與細(xì)胞質(zhì)中的核糖體分子、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA分子相互結(jié)合并制造具有特定生命功能的蛋白質(zhì)分子，即遺傳信息的翻譯。這樣，DNA分子上的遺傳信息指令就得到了圓滿的傳遞和表達(dá)。

由其產(chǎn)出路徑可以看出，分子生物學(xué)知識實(shí)質(zhì)上是一種機(jī)械還原論知識。其參照電報(bào)密碼本將DNA分子還原為了其構(gòu)成堿基序列，為人工合成生命奠定了生命元件制作的知識基礎(chǔ)。在DNA分子被分解還原到堿基水平之后，生命生長發(fā)育的秘密被徹底揭示出來。在分子生物學(xué)家眼里，就像電報(bào)密碼本是發(fā)報(bào)系統(tǒng)這種機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本組成部分一樣，DNA分子是構(gòu)成生命的基本元件，生命生長發(fā)育的秘密就蘊(yùn)含在其堿基分子的序列構(gòu)成之中?！暗厍蛏系乃猩?，從霉菌等微生物到植物、動物、人類，……同樣都是緣于基因密碼而誕生的?！盵8]在人工合成生命的操作中，制作者可以按照遺傳密碼表設(shè)計(jì)出DNA分子的編碼序列，然后加入控制基因表達(dá)的調(diào)控堿基分子序列與決定DNA分子立體結(jié)構(gòu)的間隔堿基分子序列，在此基礎(chǔ)上就可以合成出對于合成生命來講最為關(guān)鍵的DNA分子元件?！癉NA被理解為信息，可以通過計(jì)算機(jī)對其基因組序列進(jìn)行安排，進(jìn)而將合成的基因組插入細(xì)胞，就可以形成生命。”[9]而在之后生命自動形成的過程中，人工設(shè)計(jì)的遺傳密碼就像電報(bào)中的數(shù)字密碼一樣，可以由DNA分子傳遞到生命體的各個(gè)部分，通過信息的傳遞控制蛋白質(zhì)分子的合成與各種生命活動的產(chǎn)生。

二、機(jī)械整體論：生命結(jié)構(gòu)知識的來源與屬性

分子生物學(xué)為人工合成生命提供了生命元件制作的知識，而關(guān)于生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)的知識則是由系統(tǒng)生物學(xué)提供的?！跋到y(tǒng)生物學(xué)為在全基因組尺度上進(jìn)行生命體的設(shè)計(jì)與合成奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”[10]

系統(tǒng)生物學(xué)是在生命的機(jī)械還原論研究遇到瓶頸以及海量生物學(xué)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的前提下產(chǎn)生的。隨著分子生物學(xué)研究的日益深入，從基因到生命表型的路線圖逐漸清晰地呈現(xiàn)出來。但人們卻發(fā)現(xiàn)，基因與表型之間不是一種簡單的線性關(guān)系，而是一種復(fù)雜的非線性關(guān)系。“某一個(gè)特別的DNA分子可以以各種不同的方式體現(xiàn)出來，至于以何種方式，則取決于細(xì)胞的環(huán)境以及當(dāng)時(shí)分子所處的環(huán)境?！盵11]分子生物學(xué)的還原論思維模式在面對復(fù)雜的生命現(xiàn)象時(shí)表現(xiàn)出極大的局限性，以單個(gè)基因?yàn)閷ο筮M(jìn)行的研究并不能得出關(guān)于生命整體現(xiàn)象的結(jié)論。“要想真正了解生物，還需要發(fā)明一種新的方法?！盵12]4于是，整體論的思維模式又重新進(jìn)入了人們的視野。(3)實(shí)際上，從整體水平對生命展開研究并不是一種新的理念或思路?？档略缭?8世紀(jì)就提出了其生命有機(jī)體理論，清晰闡釋了生命組成部分依賴于整體的思想。而路德維希·馮·貝塔朗菲(Ludwig Von Bertalanffy)則在其1952年出版的《生命問題——現(xiàn)代生物學(xué)思想評價(jià)》一書中,全面闡釋了生命的整體性存在規(guī)律，竭力提倡從整體層面來理解生命現(xiàn)象。但由于當(dāng)時(shí)對生命系統(tǒng)的分子構(gòu)成與運(yùn)行規(guī)律缺乏足夠的了解，這些努力在微觀生物學(xué)領(lǐng)域一直沒有取得多少實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。直到分子生物學(xué)揭示了生命的微觀構(gòu)成之后，整體論思維才真正貫徹到了系統(tǒng)生物學(xué)的研究之中。整體論實(shí)現(xiàn)了對還原論的超越，其可以對還原論不能解釋的生命整體層面的現(xiàn)象作出解釋?！坝袡C(jī)體各部分的特性與功能是不能脫離整體來理解的，而這也正是機(jī)械還原論無法有效解釋有機(jī)體各種現(xiàn)象的重要原因所在。”[13]在尋求研究思路改變的同時(shí)，生物學(xué)的測量技術(shù)也獲得了巨大進(jìn)步。1990年代，人們開發(fā)出了生物芯片、專用軟件等高通量分析技術(shù)，可以從整體層面上對DNA分子、RNA分子以及蛋白質(zhì)分子的運(yùn)行情況進(jìn)行深入分析?！叭藗儸F(xiàn)在可以同時(shí)研究數(shù)百種基因表達(dá)，而不是只關(guān)注一個(gè)基因。”[12]4-5技術(shù)的進(jìn)步催生了從整體層面分析生命運(yùn)行的“基因組學(xué)”“蛋白質(zhì)組學(xué)”“轉(zhuǎn)錄組學(xué)”“代謝組學(xué)”。“從序列級轉(zhuǎn)移到表達(dá)級，從低吞吐量的人類可讀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向自動化、高吞吐量、機(jī)器可分析的數(shù)據(jù)。”[12]5在短短若干年之間，各種“組學(xué)”研究就獲得了關(guān)于生物體的海量數(shù)據(jù)，為合成生物學(xué)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

而隨著處理海量數(shù)據(jù)的“硅細(xì)胞”模型(Silica-cell models)的建立，系統(tǒng)生物學(xué)得以產(chǎn)生。各種“組學(xué)”研究積累了關(guān)于生物分子運(yùn)動的海量數(shù)據(jù)，而如何對這些生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析呢？這需要特定的計(jì)算機(jī)模型才能夠處理?！拔覀兛梢韵葎?chuàng)建出一個(gè)虛擬的細(xì)胞，用它來對我們的猜想進(jìn)行檢測?！盵14]188而處理海量生物學(xué)數(shù)據(jù)的“硅細(xì)胞”模型是如何建立起來的呢？其是參照物理化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成并依據(jù)機(jī)械動力學(xué)規(guī)律建構(gòu)起來的。實(shí)際上，在系統(tǒng)生物學(xué)出現(xiàn)之前乃至如今，并沒有建構(gòu)起一種完全遵循有機(jī)運(yùn)動規(guī)律的生命系統(tǒng)模型，所以生物學(xué)家只能依據(jù)機(jī)械動力學(xué)來建構(gòu)關(guān)于生命系統(tǒng)的“硅細(xì)胞”模型。(4)烏爾里?！た肆_斯(Ulrich Krohs)和沃納·卡勒博(Werner Callebaut)在分析“硅細(xì)胞”模型的性質(zhì)時(shí)，曾經(jīng)指出其有兩方面的來源：一是“無模型的數(shù)據(jù)”，二是“無數(shù)據(jù)的模型”。所謂“無模型的數(shù)據(jù)”就是指各種“組學(xué)”研究積累的海量生物學(xué)數(shù)據(jù)，而“無數(shù)據(jù)的模型”則是指參考物理化學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動變化規(guī)律在計(jì)算機(jī)中初步建立起來的模型。參見佛瑞德·C·布杰德等：《系統(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)基礎(chǔ)》，孫之榮等譯，科學(xué)出版社，2008年版，第139-162頁。而系統(tǒng)生物學(xué)家自身也承認(rèn)這種“無數(shù)據(jù)的模型”的機(jī)械論屬性，“為了構(gòu)建一個(gè)機(jī)械論模型，我們要從系統(tǒng)的組成部分和各個(gè)過程的角度來描述系統(tǒng)，以期在一定的精度內(nèi)充分解釋系統(tǒng)行為。”[15]99在“硅細(xì)胞”模型建立起來之后，就可以對各種“組學(xué)”研究獲得的海量生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，并能夠從中提取出生命整體運(yùn)行的規(guī)律與機(jī)制，系統(tǒng)生物學(xué)得以產(chǎn)生。

早期康復(fù)護(hù)理的具體內(nèi)容是在患者發(fā)病后的24小時(shí)內(nèi)便進(jìn)行護(hù)理干預(yù)，不僅加強(qiáng)患者的基礎(chǔ)護(hù)理，同時(shí)，在各個(gè)階段中，根據(jù)患者的具體情況指導(dǎo)其進(jìn)行針對性功能鍛煉，引導(dǎo)患者完成強(qiáng)度不同的功能鍛煉與康復(fù)指導(dǎo)，一方面能夠顯著改善患者大腦功能的重建效果，促進(jìn)非損傷區(qū)的神經(jīng)功能，改善機(jī)體的肢體功能，一方面也有利于預(yù)防患者發(fā)生肌肉萎縮[3]。

系統(tǒng)生物學(xué)是如何對生命整體展開研究的呢？其是從機(jī)械整體論思維出發(fā)將生命整體揭示為機(jī)械動力學(xué)結(jié)構(gòu)的。(5)需要說明的是，并非只有還原論才能對事物作出機(jī)械論解釋，整體論也可以對事物作出機(jī)械論解釋。因?yàn)闄C(jī)械論既可以從還原的視角分析事物，也可以采取整體的視角認(rèn)識事物。系統(tǒng)生物學(xué)對生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析是建立在機(jī)械動力學(xué)模型基礎(chǔ)之上的，意味著其對生命系統(tǒng)所作的解釋是依托機(jī)械動力學(xué)規(guī)律展開的?！跋到y(tǒng)生物學(xué)作為一個(gè)新興的交叉學(xué)科，提出了生物學(xué)的一種新解釋模式，仍稱之為機(jī)械論解釋。”[16]不同于生物解剖學(xué)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)生物學(xué)意義上的結(jié)構(gòu)則指的是生命系統(tǒng)中存在的各種代謝網(wǎng)絡(luò)及其相互作用關(guān)系，是一種機(jī)械動力學(xué)意義上的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)生物學(xué)研究指出，生命系統(tǒng)是由不同層次的橫向網(wǎng)絡(luò)與縱向網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，橫向網(wǎng)絡(luò)與縱向網(wǎng)絡(luò)之間相互交叉形成了復(fù)雜的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從空間視角看，這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有的是以橫向的形式存在的，比如基因網(wǎng)絡(luò)相互連接于承載它們的染色體之上；也有以縱向方式存在的網(wǎng)絡(luò)，比如轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其中既涉及基因，也涉及蛋白質(zhì)，還涉及代謝底物和產(chǎn)物。從時(shí)間視角看，生命系統(tǒng)的各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都是以動態(tài)平衡的形式存在的。生命系統(tǒng)中的橫向或縱向網(wǎng)絡(luò)是由各種不同的有機(jī)或無機(jī)分子構(gòu)成的，它們不是以一種固態(tài)的、穩(wěn)定的形態(tài)存在的，而是時(shí)時(shí)刻刻都處于一種變化更新的狀態(tài)之中?！皺C(jī)械論解釋把細(xì)胞(或生物有機(jī)體)當(dāng)作復(fù)雜的生化系統(tǒng)來對待，從本質(zhì)上來說，它是對系統(tǒng)行為更加細(xì)致的再描述和動態(tài)理解?！盵15]93

由其產(chǎn)出路徑可以看出，系統(tǒng)生物學(xué)知識實(shí)質(zhì)上是一種機(jī)械整體論知識。其立足于“硅細(xì)胞”模型將生命系統(tǒng)揭示為機(jī)械動力結(jié)構(gòu)，為人工合成生命奠定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識基礎(chǔ)。如果說分子生物學(xué)找到了人工合成生命的起點(diǎn)并提供了生命元件制作依據(jù)的話，那么系統(tǒng)生物學(xué)則為人工合成生命提供了生命系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平臺，使得對生命系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行“自上而下”的設(shè)計(jì)成為可能。人工合成生命不僅要制造出符合人類需要的目標(biāo)基因，還要設(shè)計(jì)出支持目標(biāo)基因表達(dá)的高效網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使目標(biāo)基因在其中可以高效地表達(dá)。正是系統(tǒng)生物學(xué)提供的關(guān)于生命系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)組成的知識，奠定了基因表達(dá)支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在人工合成生命的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)系統(tǒng)生物學(xué)提供的關(guān)于生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成的知識，設(shè)計(jì)者既可以為目標(biāo)基因的表達(dá)安排相互協(xié)同的輔助基因，也可以為其配備完善的輔助裝置(細(xì)胞器)，還可以為其挑選適合的細(xì)胞載體，最終使目標(biāo)基因可以在生命網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中高效地表達(dá)?！叭魏蜗到y(tǒng)的建立都取決于組件的存在，以及它們形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)給定適當(dāng)?shù)慕M件并將其串聯(lián)成特定的結(jié)構(gòu)，一個(gè)系統(tǒng)就出現(xiàn)了?！盵17]94-95

三、機(jī)械工程學(xué)：制造流程知識的來源與屬性

在分子生物學(xué)將DNA分子闡釋為“生命密碼本”、系統(tǒng)生物學(xué)將生命系統(tǒng)揭示為機(jī)械動力學(xué)結(jié)構(gòu)之后，合成生物學(xué)又給出了生命制造流程的知識?！吧飳W(xué)家通過分析生物的自然結(jié)構(gòu)、過程、機(jī)制、行為等來理解生命。合成生物學(xué)家則不是理解生命，而是從有用的視角研究如何制造生命。”[4]771

關(guān)于合成生物學(xué)的源頭可以追溯到有機(jī)物的合成。1828年，德國科學(xué)家弗里德里?！ぞS勒(Friedrich W?hler)采用對無機(jī)物水溶液加熱的方法，生成了一種有機(jī)物——尿素，在人類歷史上首次合成出與生命有關(guān)的物質(zhì)，“第一次打破了‘生’與‘死’的物質(zhì)壁壘。從此，人工合成生命成了生命科學(xué)工作者的一個(gè)夢想?！盵18]基于對有機(jī)物可以人工合成這種現(xiàn)象，史蒂芬·勒杜克(Stephane Leduc)在1910年第一次提出了合成生物學(xué)的概念，并在其次年出版的《生命的機(jī)理》一書中進(jìn)行了具體的闡釋。[19]但當(dāng)時(shí)其提出的合成生物學(xué)概念與現(xiàn)代的合成生物學(xué)概念內(nèi)涵完全不同，只不過是從物理化學(xué)理論出發(fā)對生命體的一些現(xiàn)象作出了新的闡釋。1960年代，沃納·阿爾伯(Wemer Arber)、丹尼爾·內(nèi)森斯(Danien Nathans)與漢彌爾頓·史密斯(Hamilton Smith)等人分離出了DNA限制性內(nèi)切酶，并因此獲得了1978年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)，波蘭遺傳學(xué)家瓦克勞·斯吉巴爾斯基(Waclaw Szybalski)就預(yù)見性地指出，DNA限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)使得生命科學(xué)進(jìn)入了合成生物學(xué)時(shí)代。[20]這里的合成生物學(xué)實(shí)際上指的是基因工程。1980年，名為《基因外科術(shù)：合成生物學(xué)的入門》的論文再次使用了“合成生物學(xué)”一詞，實(shí)際上指稱的也是基因工程。[21]

在系統(tǒng)生物學(xué)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代設(shè)計(jì)與制造意義上的合成生物學(xué)得以誕生。20世紀(jì)末，隨著分子生物學(xué)研究數(shù)據(jù)的積累以及系統(tǒng)生物學(xué)的出現(xiàn)，大大深化了人們對于生命整體運(yùn)行機(jī)制的認(rèn)識。至此，人類已經(jīng)具有了關(guān)于生命組成成分與運(yùn)行機(jī)制的較為全面的知識，對生命進(jìn)行“自上而下”的設(shè)計(jì)與制造成為可能，現(xiàn)代意義上的合成生物學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。21世紀(jì)初，埃里克·庫爾(Eric Kool)重新闡釋了合成生物學(xué)的概念和內(nèi)容，指出合成生物學(xué)是關(guān)于人工設(shè)計(jì)與制造生命的學(xué)科?！斑@一術(shù)語是生物化學(xué)概念的延伸。從狹義上理解，指的是生命功能分子的人工合成；從廣義上理解，則是指生命整體的重新設(shè)計(jì)。”[22]從庫爾所給出的合成生物學(xué)定義可以看出，合成生物學(xué)與基因工程之間具有一定的連續(xù)性，是基因工程實(shí)踐進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果。同時(shí)，合成生物學(xué)也與基因工程具有很大的區(qū)別，其中增加了 DNA分子的人工合成以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)等新的內(nèi)容，并且還系統(tǒng)地采用了現(xiàn)代工程學(xué)的原理與方法，真正具有了工程學(xué)科的內(nèi)涵。(6)雖然“基因工程”也使用了“工程”的說法，但其并非嚴(yán)格意義上的工程。因?yàn)槠洳痪邆湓O(shè)計(jì)和制造基因的能力，也沒有使用標(biāo)準(zhǔn)化、解耦、抽象等工程原理與方法。而合成生物學(xué)則實(shí)現(xiàn)了對生命體“自上而下”的設(shè)計(jì)與“自下而上”的制造，并采用了標(biāo)準(zhǔn)化、解耦、抽象等工程原理與方法，因此真正具有了“工程”的內(nèi)涵。參見趙國屏：《合成生物學(xué)：開啟生命科學(xué)“會聚”研究新時(shí)代》，《中國科學(xué)院院刊》，2018年第11期，第1135-1148頁。“就像物理學(xué)之中的‘電子工程’或者化學(xué)之中的‘化學(xué)工程’一樣。”[23]

合成生物學(xué)是將生命作為高級自動機(jī)理解的，(7)將生命視為機(jī)器的觀念是從早期機(jī)械主義者笛卡爾等人那里開始出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)是將生命類比為簡單的力學(xué)裝置。后來隨著機(jī)器形態(tài)的變化，生命機(jī)器的觀念也在不斷演變。在經(jīng)歷了“熱能發(fā)動機(jī)”等階段后，最終演變?yōu)楹铣缮飳W(xué)中的“高級自動機(jī)”。參見路德維?！ゑT·貝塔朗菲：《一般系統(tǒng)論：基礎(chǔ)、發(fā)展和應(yīng)用》，林康義等譯，清華大學(xué)出版社，1987年版，第130頁。不同于分子生物學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)等揭示生命規(guī)律的學(xué)科，合成生物學(xué)是一門關(guān)于如何制造生命的學(xué)科。而生命之所以成為制造的對象，就在于合成生物學(xué)的生命機(jī)器預(yù)設(shè)?！昂铣缮飳W(xué)的生命觀念是機(jī)械論的，即把生物看作機(jī)械，可以由零件組裝而成?！盵24]第一例合成生物的制造者文特爾就將生命描述為一種軟件控制、硬件支持的高級自動機(jī)。文特爾認(rèn)為，基因之上的堿基分子排列順序就是生命的密碼，與電報(bào)機(jī)使用的電碼本類似。而生命的生理活動與生長發(fā)育是由這些生命密碼決定的，因而可以將基因看成是生命體的“軟件”部分?！八谢畹募?xì)胞都在運(yùn)行著DNA這個(gè)‘軟件’，它指揮著成千上萬個(gè)‘蛋白質(zhì)機(jī)器人’?！盵14]Ⅱ而生命的生理活動與生長發(fā)育是由蛋白質(zhì)分子執(zhí)行的，并且決定了生命的性狀，“蛋白質(zhì)和其它相互作用的分子可以看成是細(xì)胞的硬件?！盵14]68基因作為“軟件”發(fā)出信息指令，由蛋白質(zhì)“硬件”來執(zhí)行各種生理活動，“生命就是一種機(jī)器。”[25]正是這種高級自動機(jī)的觀念為合成生物學(xué)提供了本體論前提，意味著生命可以像機(jī)器一樣被制造出來。

合成生物學(xué)是參照機(jī)器的制造過程建構(gòu)生命制造流程的。如何制造一個(gè)生命體，對于人類來講，是全新的事物，其制造過程也沒有先例可循。于是，合成生物學(xué)就只能參照機(jī)械工程學(xué)原理來建構(gòu)生命制造的規(guī)則與流程。生命元件(Element)的制作對應(yīng)于機(jī)器零件的加工，生命模塊(Module)的搭建對應(yīng)于機(jī)器單元的集成，細(xì)胞載體(Chassis)的安裝對應(yīng)于機(jī)器機(jī)架的組裝。先是利用堿基分子合成DNA片段，再將這些短的DNA片段拼接為完整的DNA分子，就相當(dāng)于制作一臺機(jī)器的發(fā)動機(jī)。“合成生物就是先制造和表征一些生命‘元件’，將來再將其組合起來形成生命體?！盵23]36接著是集成生命模塊。在制作好了DNA分子這種基本生命元件之后，還要將其聚合在一起搭建為功能模塊。具體而言，就是將執(zhí)行某種特定生理活動的DNA分子連接到一起，并在其中安裝上啟動子、間隔序列等調(diào)控機(jī)關(guān)裝置，使其構(gòu)成一個(gè)行動的整體?！熬拖窦夹g(shù)人員現(xiàn)在用標(biāo)準(zhǔn)化的、現(xiàn)成的電子元件組裝成計(jì)算機(jī)一樣?！盵26]最后是安裝細(xì)胞載體。機(jī)器單元需要組裝到機(jī)架之上才能運(yùn)行，而生命模塊也需要植入到細(xì)胞載體之中才能產(chǎn)生生命現(xiàn)象。與將機(jī)器單元放置到機(jī)架上一樣，生命模塊也需要通過細(xì)胞膜上的孔洞或縫隙植入其中。當(dāng)利用基因槍或顯微注射等技術(shù)將生命模塊轉(zhuǎn)化進(jìn)入細(xì)胞載體之中后，生命制造的過程就完成了。

由上述產(chǎn)出路徑可以看出，合成生物學(xué)知識實(shí)質(zhì)上是一種機(jī)械工程學(xué)知識。其模仿機(jī)器制造過程給出了生命制造流程，為人工合成生命提供了具體的操作指南。在具體的人工合成生命制造過程中，制造者正是按照合成生物學(xué)提供的生命制造流程，對生命進(jìn)行分級制造的。“決定合成生物學(xué)成功的是控制、構(gòu)建和創(chuàng)造生命的技術(shù)范式?！盵27]制造者根據(jù)分子生物學(xué)揭示的“生命密碼本”構(gòu)成，設(shè)計(jì)出DNA分子的堿基序列，然后利用化學(xué)方法將堿基分子連接在一起形成生命元件，這個(gè)過程相當(dāng)于機(jī)器零件的制備；進(jìn)而，再借助DNA聚合酶將不同的DNA分子片段組合到一起形成生命模塊，這個(gè)步驟相當(dāng)于機(jī)器單元的組合；最后，利用基因組轉(zhuǎn)化技術(shù)，將生命模塊轉(zhuǎn)移到事先準(zhǔn)備好的細(xì)胞載體之中，這個(gè)過程相當(dāng)于將機(jī)器單元安裝到機(jī)架之上。在合成生命的操作實(shí)踐中，制造者正是按照合成生物學(xué)提供的生命制造流程來合成生命的。經(jīng)過一個(gè)個(gè)的制作環(huán)節(jié)，一個(gè)完整的生命體就像一臺機(jī)器一樣被制造了出來。“物理學(xué)家喜歡制造機(jī)器，而這也正是合成生物學(xué)家利用生物分子來做的事情?！盵23]36

四、機(jī)械論知識之于人工合成生命的必要性

首先，機(jī)械規(guī)律是生命規(guī)律的基礎(chǔ)。作為物質(zhì)的高級存在方式，生命具有不同于機(jī)械物的有機(jī)特征。伊曼努爾·康德(Immanuel Kant)的生命有機(jī)體理論認(rèn)為，生命的各個(gè)組成部分相互聯(lián)結(jié)在一起，它們之間可以展開主動的聯(lián)系與配合，從而形成一個(gè)自組織的有機(jī)整體。由于自組織作用的存在，生命表現(xiàn)出不同于機(jī)械物的存在規(guī)律，“它單憑運(yùn)動能力(機(jī)械作用)是不能解釋的?！盵28]然而，雖然生命具有不同于機(jī)械物的地方，但也并不能完全脫離機(jī)械運(yùn)動規(guī)律而存在。一切生命活動依然是建立在機(jī)械運(yùn)動規(guī)律基礎(chǔ)之上的，只不過因?yàn)槠渚哂凶越M織作用突破了機(jī)械規(guī)律，而具有了一些新的特性。雖然機(jī)械論知識不能對生命現(xiàn)象作出完全的解釋，但其仍然是生命知識的重要組成部分，對生命現(xiàn)象仍然具有一定程度的解釋力。DNA分子是由氫鍵將不同的堿基連接到一起構(gòu)成的，其復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯依然遵從分子運(yùn)動的物理化學(xué)規(guī)律；生命整體是由多種不同的物理化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成的，其存在與變化依然服從基本的力學(xué)原理與化學(xué)規(guī)律；生命的形成雖然有自創(chuàng)生機(jī)制的參與，而自創(chuàng)生也是建立在復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)之上的。也就是說，生命規(guī)律奠基于機(jī)械規(guī)律基礎(chǔ)之上，雖然實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械規(guī)律的超越，但仍未完全脫離機(jī)械規(guī)律。具體到人工合成生命的知識之中，無論是對DNA分子的結(jié)構(gòu)組成所作的機(jī)械還原論闡釋，還是對生命系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成所作的機(jī)械動力學(xué)闡釋，以及對生命制造過程進(jìn)行的機(jī)械工程學(xué)建構(gòu)，都在一定程度上解釋了其部分的本質(zhì)與規(guī)律。

其次，機(jī)械論知識使得人工合成生命成為可能。在古代有靈論生命觀的語境中，生命絕不會成為人類制造的對象。康德的生命有機(jī)體理論揭示了生命所特有的自組織特性，卻無法為生命的制造提供方法論支持。揭示生命有機(jī)特性的行為學(xué)、生態(tài)學(xué)以及自創(chuàng)生理論等，雖然為認(rèn)識生命特性提供了寬廣的視角，但也無法給出生命制造的具體方法。生命的制造只能建立在對生命進(jìn)行的機(jī)械論研究基礎(chǔ)之上?！霸谌狈ι^程的機(jī)械理論時(shí)，人工制造生物，如果能得以實(shí)現(xiàn)的話，可能只是一個(gè)僥幸但不大可能的意外事故的結(jié)果。”[29]500勒內(nèi)·笛卡爾(Rene Descartes)提出身體與靈魂兩分的生命二元論，將生命體看作是可以獨(dú)立于靈魂之外類似于機(jī)器的實(shí)體，形成了生命機(jī)器論的先聲。托馬斯·霍布斯(Thomas Hobbes)更是直接否定了靈魂的存在，將生命看作是一種純粹的“自動機(jī)械結(jié)構(gòu)”，啟發(fā)人們將生命作為一種機(jī)械物進(jìn)行研究?！白缘芽栆詠?，生物是一種復(fù)雜機(jī)器的觀點(diǎn)一直吸引著哲學(xué)家，并激發(fā)了許多生理學(xué)和分子生物學(xué)方面的研究?！盵30]660-661最終，在分子生物學(xué)利用機(jī)械還原論闡明了生命元件的組成、系統(tǒng)生物學(xué)利用機(jī)械整體論揭示了生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及合成生物學(xué)借鑒機(jī)械工程學(xué)原理建構(gòu)出生命制造的流程之后，人工合成生命的愿望成為了現(xiàn)實(shí)。

最后，合成生命的“從頭開始”制造必然依賴機(jī)械論知識。不同于以前的各種生物技術(shù)，合成生命技術(shù)的一個(gè)重要特征是對生命“從頭開始”制造。無論是以前的馴化技術(shù)、雜交技術(shù)，還是轉(zhuǎn)基因技術(shù)，實(shí)際上都是對生命有機(jī)體本身進(jìn)行的操作。而合成生命技術(shù)則不同，它不是操作生命，而是創(chuàng)造生命。即從堿基這種物質(zhì)開始制造生命，實(shí)際上是對一系列非生命的物理化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行的操作。在自然條件下，堿基既不是以純化的形態(tài)存在，也不能夠自動生成為基因，其天性是在生物體內(nèi)在酶的作用下依照天然模板聚合為基因的。而合成生命技術(shù)則對其提出了“蠻橫的要求”，逆堿基存在和演變的天性而行，通過化學(xué)手段的強(qiáng)制力量，將其在生物體外“開發(fā)”為人工預(yù)先設(shè)計(jì)的基因。由此開始，堿基按照合成生命技術(shù)的要求，被動地開啟了走向生命的歷程。先被連接為基因，接著被拼接為基因組，再被轉(zhuǎn)化到細(xì)胞載體之中，直至形成生命。從合成生命技術(shù)操作構(gòu)成可以看出，在生命產(chǎn)生之前，合成生命技術(shù)操作的對象是堿基、基因、基因組等一系列的非生命物，主要利用的是物理化學(xué)手段，而這必須依賴具有機(jī)械屬性的物理化學(xué)知識才能進(jìn)行?！俺私柚跈C(jī)械論的生命過程理論外，要在實(shí)驗(yàn)室中合成生命有機(jī)體也許是不可能的?！盵29]500

五、機(jī)械論知識對于人工合成生命的局限性

機(jī)械論知識使得人工合成生命成為事實(shí)，這既是生命進(jìn)化史上的奇跡，也是人類制造史上的突破。但需要特別注意的是，機(jī)械論知識對于人工合成生命是必須的，但卻是不完善的。因?yàn)闄C(jī)械論知識畢竟只是生命知識的一部分，并不能完全揭示出生命存在和運(yùn)行的全部秘密。雖然以機(jī)械論知識指導(dǎo)有機(jī)生命的制造在實(shí)踐之中取得了成功，但機(jī)械論知識對于有機(jī)生命的制造卻存在先天的局限。

首先，參照電報(bào)密碼本對DNA分子所作的機(jī)械還原論闡釋忽視了其運(yùn)行的復(fù)雜性。分子生物學(xué)按照機(jī)械還原論思維參照電報(bào)密碼的運(yùn)行規(guī)律解析DNA分子的編碼規(guī)則，最終將其闡釋為“生命密碼本”。但實(shí)際上，DNA分子的編碼規(guī)則遠(yuǎn)比電報(bào)密碼本的編碼規(guī)則復(fù)雜得多。在對DNA分子序列與功能展開研究的學(xué)術(shù)史中，DNA分子存在和運(yùn)行的復(fù)雜性早就彰顯出來。20世紀(jì)初，在美國遺傳學(xué)家摩爾根提出的基因假說之中，DNA分子的編碼堿基序列是具有固定位置的，編碼堿基序列以連續(xù)排列的形式存在于染色體之上。到了1970年代，一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，編碼堿基序列在染色體上的位置并不固定，而是可以在染色體上進(jìn)行“行走”。1980年代，人們又發(fā)現(xiàn)，甚至編碼序列的堿基也不是完全連續(xù)排列在一起的。編碼一種蛋白質(zhì)的全部堿基可能在空間位置上相隔很遠(yuǎn)，被一些不編碼蛋白質(zhì)的堿基序列分離開來，它們是通過染色體的構(gòu)型變化進(jìn)行結(jié)合而編碼完整蛋白質(zhì)的氨基酸分子的。而由于編碼堿基序列具有可移動性與非連續(xù)性，直接決定了DNA分子的編碼方式存在多樣性與可變性。而這也意味著，DNA分子的編碼規(guī)則比電報(bào)密碼本的編碼規(guī)則復(fù)雜得多，將其作為“生命密碼本”進(jìn)行闡釋，實(shí)際上降低了其運(yùn)行的復(fù)雜性?！盎虻膹?fù)雜性以及基因在與環(huán)境相互作用中表現(xiàn)出來的可變性都是合成‘工程’產(chǎn)生出預(yù)訂目標(biāo)生命的嚴(yán)重障礙。”[30]665

其次，依托物理化學(xué)系統(tǒng)模型對生命系統(tǒng)所作的機(jī)械整體論解釋遮蔽了其規(guī)律的有機(jī)性。系統(tǒng)生物學(xué)對生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行的研究是依托“硅細(xì)胞”模型展開的，而“硅細(xì)胞”模型則是在物理化學(xué)系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上建立起來的。這就意味著，系統(tǒng)生物學(xué)是依托物理化學(xué)系統(tǒng)規(guī)律來解析生命系統(tǒng)規(guī)律的。但是，生命系統(tǒng)與物理化學(xué)系統(tǒng)是兩種本質(zhì)不同的系統(tǒng)，前者是有機(jī)系統(tǒng)，而后者是無機(jī)系統(tǒng)。雖然生命系統(tǒng)也遵循物理化學(xué)規(guī)律運(yùn)行，但同時(shí)也具有超越于物理化學(xué)規(guī)律之上的有機(jī)存在規(guī)律。依托“硅細(xì)胞”模型雖然可以揭示生命系統(tǒng)遵循的物理化學(xué)規(guī)律，卻難以展現(xiàn)生命系統(tǒng)所特有的有機(jī)運(yùn)行規(guī)律。就連從事系統(tǒng)生物學(xué)研究的學(xué)者也承認(rèn)，他們的研究并不能完全揭示生命系統(tǒng)的全部意義?！跋到y(tǒng)生物學(xué)缺少的是一個(gè)清晰的系統(tǒng)存在論：我們并不清楚系統(tǒng)如何被分離出來，還有這種分離對整個(gè)系統(tǒng)，而非對不完整系統(tǒng)的意義。”[15]155在基于“硅細(xì)胞”模型得出的研究結(jié)論中，所有的生命系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律都被解釋為物理化學(xué)規(guī)律。實(shí)際上，生命系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律并不能全部還原為物理化學(xué)規(guī)律，而強(qiáng)行將其還原為物理化學(xué)規(guī)律，就必然會對生命系統(tǒng)的真實(shí)面目造成遮蔽。“生物模型經(jīng)過‘奧卡姆剃刀’去除好像不必要的理論預(yù)設(shè)，這雖然實(shí)現(xiàn)了簡單建模的意圖，卻不能完整顯現(xiàn)生命的運(yùn)行規(guī)律?！盵31]可見，立足“硅細(xì)胞”模型對生命系統(tǒng)進(jìn)行的闡釋實(shí)際上并不能真正闡明生命系統(tǒng)特有的運(yùn)行規(guī)律，而只能參照物理化學(xué)規(guī)律對其作出類比性說明。

最后，參照機(jī)械工程原理建構(gòu)的生命制造流程忽略了生命形成過程中的自創(chuàng)生過程。人工合成生命的操作流程是合成生物學(xué)參照機(jī)械工程原理建構(gòu)出來的。利用機(jī)械制造原理建構(gòu)生命制造流程具有合理性與必要性，因?yàn)槿斯ず铣缮鼘?shí)際上就是操作非生命物質(zhì)使其形成生命，需要采用物理化學(xué)手段進(jìn)行。而問題在于，生命生成過程遠(yuǎn)比機(jī)械產(chǎn)出過程更為復(fù)雜，其不僅包括人工操作的過程，還包括生命自創(chuàng)生的過程。在仔細(xì)分析合成生命的生成過程之后就會發(fā)現(xiàn)，其并不單純是人工制造的產(chǎn)物，也是生命自創(chuàng)生的結(jié)果。其物質(zhì)結(jié)構(gòu)是人工制造的，而生理功能卻是通過自創(chuàng)生而出現(xiàn)的?！吧獰o論是原始的單細(xì)胞生命，還是像人類一樣復(fù)雜的生命——的本質(zhì)在于，它必須遵循一種內(nèi)在的自創(chuàng)生機(jī)制，這是一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)生成為生命系統(tǒng)的充分必要條件?！盵17]42當(dāng)人將各種生命組成部分組合到一起之后，所謂的人工制造過程就結(jié)束了。而此時(shí)生命的生理功能還沒有出現(xiàn)，生理功能的出現(xiàn)依賴于之后的生命自創(chuàng)生。“與將機(jī)械零件組裝起來之后不同，合成生物的各個(gè)部件結(jié)合到一起之后必然發(fā)生有機(jī)的相互作用?！盵32]在生命自創(chuàng)生的過程中，被人工組合到一起的各種生命組成部分形成一個(gè)自我生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)，通過各種生化反應(yīng)復(fù)制與生產(chǎn)自身。在網(wǎng)絡(luò)以自我生產(chǎn)方式而存在的過程中，生理功能從中涌現(xiàn)出來，合成生命得以出現(xiàn)?？梢?，合成生命的生成過程包括人工制造與自創(chuàng)生兩個(gè)緊密銜接的環(huán)節(jié)，而參照機(jī)械工程原理建構(gòu)的生命制造流程卻不包含生命的自創(chuàng)生環(huán)節(jié)。

六、以機(jī)械論知識指導(dǎo)有機(jī)生命制造的風(fēng)險(xiǎn)性

以機(jī)械論知識為指導(dǎo)的人工合成生命實(shí)踐實(shí)際上就是有機(jī)生命的機(jī)械制造，但機(jī)械論知識并不能涵蓋“生命密碼本”的復(fù)雜性、生命系統(tǒng)的有機(jī)性以及生命形成過程中的自創(chuàng)生機(jī)制，這就決定了將生命作為機(jī)械進(jìn)行的制造活動具有一定的黑箱操作特征，導(dǎo)致了在人工合成生命的實(shí)踐中存在諸多的不確定性風(fēng)險(xiǎn)?！芭c有一個(gè)明確的開端和可預(yù)見的結(jié)果的傳統(tǒng)的制造不同，基于技術(shù)化科學(xué)的生命制造同時(shí)也是一種發(fā)動一系列未知過程的行動。”[33]概括來講，以機(jī)械論知識為指導(dǎo)的人工合成生命實(shí)踐存在出現(xiàn)安全事故、破壞生態(tài)平衡以及改變進(jìn)化方向等風(fēng)險(xiǎn)。

首先是出現(xiàn)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械論知識只關(guān)涉生命的人工操作環(huán)節(jié)，而不能涵蓋生命的自創(chuàng)生過程。在合成生命的生成過程中，當(dāng)制造者將生命各種組成部分組合到一起之后，實(shí)際上就失去了對生命自創(chuàng)生過程的精準(zhǔn)控制。“有機(jī)體不是靜止的，它們存在于基因和蛋白質(zhì)的運(yùn)動過程之中?！盵34]雖然制造者在合成生命“自上而下”的設(shè)計(jì)過程中,分別利用機(jī)械還原論知識以及機(jī)械整體論知識對生命的組成部分與整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)先的規(guī)劃，但這些組成部分在自創(chuàng)生過程中究竟會生成怎樣的生命結(jié)構(gòu)卻具有不確定性。原因在于，機(jī)械論知識并不能真正準(zhǔn)確揭示生命元件與生命系統(tǒng)的有機(jī)運(yùn)行規(guī)律。分子生物學(xué)參照電報(bào)密碼本闡釋“生命密碼本”，在一定程度上掩蓋了DNA分子不同于電報(bào)密碼本的“主動”特性。與電報(bào)密碼本只是按照固定規(guī)則被動運(yùn)行不同，DNA這種“生命密碼本”還具有指導(dǎo)生命系統(tǒng)形成的能力，以及根據(jù)環(huán)境條件變化自我調(diào)整的能力?！八欠ǖ渑c行政權(quán)力的統(tǒng)一，或者用另一個(gè)比喻來說，是建筑師的設(shè)計(jì)與建筑工人的技藝的統(tǒng)一?！盵7]24而系統(tǒng)生物學(xué)立足物理化學(xué)系統(tǒng)模型將生命系統(tǒng)揭示為機(jī)械動力學(xué)結(jié)構(gòu)，在一定程度上遮蔽了生命系統(tǒng)所特有的有機(jī)生成規(guī)律。與機(jī)械系統(tǒng)單純按照物理化學(xué)規(guī)律形成不同，生命系統(tǒng)的形成過程中還存在整體對于部分的“下向因果”作用，即根據(jù)生命整體的要求調(diào)整生命組成部分的存在形態(tài)。由于機(jī)械論知識并不能準(zhǔn)確預(yù)知生命元件的“主動”作為以及生命系統(tǒng)的“下向因果”作用，因而就不能保證生命的自創(chuàng)生過程必然會產(chǎn)生出預(yù)訂的目標(biāo)生命，而是可能會產(chǎn)生出對人類有害的生命，造成實(shí)驗(yàn)室意外事故的發(fā)生。

其次是破壞生態(tài)平衡的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械論知識只涉及生命的制造過程，而不能涵蓋生命的生存過程。而合成生命不僅是人類制造的產(chǎn)物和使用的“工具”，其作為生命，還是地球生態(tài)圈層的重要組成部分。“人工合成的生命也是一種實(shí)體性存在物，其可以在脫離人類干預(yù)的情況下，按照自身內(nèi)在規(guī)律生長、發(fā)育和繁殖?！盵35]合成生命是在實(shí)驗(yàn)室中制造出來的，一般情況下，在特定的環(huán)境中存在。但其卻可能從實(shí)驗(yàn)室或特定環(huán)境中逃脫出來，通過自身的繁衍而在自然界中生存下來。而當(dāng)合成生命從實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)散到自然生態(tài)系統(tǒng)之中后，會與生態(tài)系統(tǒng)中的自然生命發(fā)生各種相互聯(lián)系和作用，有可能產(chǎn)生難以預(yù)料的多種生態(tài)后果。有些合成生命可能直接成為某種自然生命的“天敵”而威脅到該類生命的生存，也可能和某種自然生命形成食物鏈上的競爭關(guān)系而威脅到該類自然生命的存在，還可能因?yàn)槠渥陨碓谧匀唤缰袥]有抑制因素的存在而無限繁衍造成生態(tài)災(zāi)難。合成生命對生態(tài)系統(tǒng)的作用與影響類似于外來自然物種的入侵，但在影響程度上則可能更甚于外來自然物種的入侵。外來自然物種入侵對生態(tài)系統(tǒng)造成破壞的例子比比皆是，很多情況下對生態(tài)系統(tǒng)的平衡造成了毀滅性的影響。而合成生物進(jìn)入自然生態(tài)系統(tǒng)后造成的后果會更為嚴(yán)重。

最后是改變進(jìn)化方向的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械論知識只負(fù)責(zé)生命的產(chǎn)出過程，而不能涵蓋生命的進(jìn)化過程。而與機(jī)械論人工物不同的是，合成生命具有自我繁衍和進(jìn)化的能力，可能直接或間接地改變生物圈自然進(jìn)化的方向。首先，合成基因可能直接淘汰自然基因。由于合成生命并不存在于自然的生態(tài)歷史中，其與自然生命之間究竟會發(fā)生什么樣的基因交流和互換，很難預(yù)先作出準(zhǔn)確的判斷。當(dāng)合成生命進(jìn)入自然界或者自然生命進(jìn)入人工環(huán)境，都可能出現(xiàn)兩者之間的基因交流，造成合成基因向自然生命的漂移。生物圈可能被含有合成基因的生命體所主宰，隨之原有的自然生命被淘汰，其攜帶的天然基因逐漸消失。其次，人工進(jìn)化可能間接排擠自然進(jìn)化。與基因漂移對生物進(jìn)化的影響機(jī)理不同，人工進(jìn)化排擠自然進(jìn)化是通過進(jìn)化壓力的改變而實(shí)現(xiàn)的。在自然進(jìn)化的過程中，自然環(huán)境是選擇的主體，生命種類在與自然環(huán)境的相互作用中，通過變異和選擇而得以進(jìn)化。人類基于自身目的合成特定的生命并將其應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，其結(jié)果可能造成生態(tài)環(huán)境的變化。生態(tài)環(huán)境的變化引發(fā)自然選擇壓力的變化，進(jìn)而體現(xiàn)到自然界物種的繁衍和進(jìn)化之中，導(dǎo)致自然界生命種類和數(shù)量的變化。“用技術(shù)條件替代了創(chuàng)造生命的條件，用人類制造生命的形式替代了自然進(jìn)化的過程及生命進(jìn)化形式?！盵36]

以機(jī)械論知識為指導(dǎo)的人工合成生命實(shí)踐雖然取得了巨大成功，但由于利用機(jī)械論知識指導(dǎo)有機(jī)生命的制造具有先天的局限性，導(dǎo)致人工合成生命的這種成功實(shí)踐之中蘊(yùn)含著諸多的不確定性風(fēng)險(xiǎn)。因而，在機(jī)械論知識的基礎(chǔ)上，人工合成生命的實(shí)踐還需要引入有機(jī)體理論、生態(tài)理論與進(jìn)化理論等知識作為補(bǔ)充，才能在盡量規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的前提下制造出對人類有益的生命類型。要充分認(rèn)識生命自身的復(fù)雜性，對合成生命產(chǎn)出過程中自創(chuàng)生環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的意外情況進(jìn)行全面預(yù)測并作出預(yù)先防范，以避免實(shí)驗(yàn)室事故的發(fā)生；要考慮目標(biāo)生命的生存特征，深入評估合成生命對食物鏈、生物多樣性以及自然環(huán)境可能產(chǎn)生的影響，采取必要的技術(shù)手段，阻止生態(tài)災(zāi)難的發(fā)生；要關(guān)注合成生命的進(jìn)化特性，評判其與自然生命交流基因的能力，采取有效措施，減少或阻止進(jìn)化風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。只有在機(jī)械論知識與有機(jī)體知識、生態(tài)知識、進(jìn)化知識相結(jié)合的條件下，人工合成生命的實(shí)踐才能走上合理發(fā)展的道路。