從“人類世”視角審視合成生物學的發展

來源：科學經濟社會

“人類世”（Anthropocene）是一個地質學概念，目前我們熟知和使用的“人類世”概念是保羅·克魯岑（Paul Crutzen）提出並推廣的。一般認爲，“人類世”凸顯人的力量，意味着人類的力量像風力、太陽能等諸多自然力量一樣，能夠改變地球狀態。人類擁有塑造行星的力量，在地質層面留下了不可磨滅的痕跡。我們對海洋、陸地和大氣層的影響已不可避免地成爲地球的一大特徵。“化石能夠記錄下我們曾經搬移許多物種，例如大量人類、牛、豬與雞的骨骸，裡面也能找到許多我們留下的塑料、新型人造礦物，還有那一層薄薄的輻射性元素。

無論將來發生什麼，甚至人類完全消失，這些記錄也不會消失。”這客觀說明了“人類世”本身所具有的歷史性影響。“人類世”在生命科學領域體現爲合成生物學（Synthetic Biology）的發展。合成生物學的發展與“人類世”的時代相呼應，不僅改變了生命原初的生成樣態，通過設計生命等技術路線影響了基因多樣性，也試圖打破自然與人工的二分界限。在“人類世”，人類對基因、生命以及生態系統不斷進行着前所未有的、大規模的以及深層次的干預，自然生命本身通過遺傳學家和工程師重新設計和改造來塑造。這不僅影響了生命的生成過程，也對自然生態系統和基因多樣性造成了巨大影響。

隨着合成生物學的發展，首當其衝也是備受關注的，便是其對於傳統生命構成的挑戰。生命問題由來已久，一直是不同領域學者關注的重要話題。近年來，人類基因組計劃的完成以及合成生物學的發展，促使我們在新的層面上認識生命。傳統生命科學是分析生命，力求“格物致知”；而合成生物學則是創造生命，主張“建物致知”，更新了生命科學的研究範式。合成生物學是一門新學科，橫跨工程學、信息學、生物學、遺傳學、計算機科學、物理學以及化學等領域，是多學科技術、多領域交叉發展的結果。傳統生物學與化學緊密關聯，重在對基因和細胞的觀察、分析，探索基因構成生命的有機方式。

相比之下，合成生物學是在設計和創造生命，通過諸多模塊的有機合成構建全新的生命，與系統工程緊密相關。合成生物學出現意味着人類在基因領域大展身手，不僅能夠利用技術改變基因的狀態，更是能夠設計生成生命，這打破了生命領域自然與人工的邊界問題，帶來對邊界問題的新思考和人類生命新理解。合成生物學創造的人工生命體融合了自然與人工，自然與人工在生命領域的一體交融關係恰恰是“人類世”的要害，合成生物學是“人類世”在生命領域的新發展。合成生物學體現了“人類世”所強調的一體關係以及人的主體責任。合成生物學在生命領域帶來的改變符合“人類世”的發展，有助於激發我們從本體論層面反思新時代生命的意義和人的責任，有助於我們理性認識“人類世”下的複雜關係，進而找到適合的定位，實現和諧發展。

一、合成生物學的基本內涵

合成生物學這一名詞最早出現在1911年發表的Science雜誌上。波蘭遺傳學家沃克勞·斯巴爾斯基（Waclaw Szybalski）等人闡釋了合成生物學思想。他們認爲合成生物學就是設計一個新的調控元素，並將這些新的模塊加入到已經存在的基因組內，最終將會出現合成的有機生命體。2000年之後，在科學家德魯·恩迪（Drew Endy）和傑·基斯林（Jay D.Keasling）的推動下，合成生物學逐漸成爲一門獨立學科並得到了快速的發展。

真正促使合成生物學廣爲人知的是2010年克雷格·文特爾（Craig Venter）在Science雜誌上撰文宣佈其所在團隊製造出了世界上第一個自我複製的合成基因組，他稱這個人造生命爲“辛西婭”（Cynthia）。這一發明迅速引起轟動，激發世界各地廣泛的關注和激烈討論。

隨後，CRISPR等基因編輯技術的發展推動了合成生物學中基因調控和基因組工程的研究。近幾十年來，合成生物學的發展備受矚目。這主要得益於合成生物學在環境保護、資源節能、醫藥製作等方面的巨大助益。“合成生物技術的應用，將創造新的產品，如新能源、新生物可降解塑料、新生產方式的藥品和武器。運用合成生物技術能夠製造出各種各樣的細菌，用來消除水污染、清除垃圾、處理核廢料等。”無論是在理論層面還是實際應用層面，合成生物學的發展都有巨大的潛力，能夠爲人類生活帶來諸多便利。因而，各個主要大國都加大力度發展合成生物學。

由於合成生物學涉及領域廣泛，爭議衆多，目前學界對其尚無統一的定義。“合成生物學以系統生物學爲基礎，跨越了化學、數學、信息學、計算機科學、工程科學等多個領域，涉及的研究問題、應用產品和參與者衆多，因此形成了不同的定義方式。”一般而言，廣義的合成生物學始於人工合成尿素，狹義的合成生物學是從零開始創造一個全新的生命。當下合成生物學還不能實現從零創造新的生命，文特爾做的是將一個合成基因組放在活細胞中。

維基百科提供了一個較爲精簡的定義：“合成生物學利用工程學原理對現有生物系統進行設計，或者建構設計新的生物零件、裝置和系統，以實現爲人類造福的目的。”中國科協學會學術部主編的《合成生物學的倫理問題與生物安全》則指出：“合成生物學是指設計和構造不存在於自然界的生物元件和系統，以及重新設計被賦予新的生物學功能的現有生物元件和系統。合成生物學的核心技術路線在於設計和發展標準生物部件、設計方法和工具，從而允許在複雜生命系統的創造過程中使用工程學方法，以滿足農業、工業、醫學和能源等發展的需求。”此外，《生物多樣性公約》（Convention on Biological Diver-sity）將合成生物學定義爲：科學、技術和工程學的有機結合，是現代生物技術的新發展與新層面，旨在推進人類對遺產物質、有機體以及生物系統的認知、設計、重新設計、建構與改造。

合成生物學雖無統一定義，但卻有幾個重要因素值得關注。第一是工程設計的理念。合成生物學與工程學緊密相關，是對生物學的工程化理解，並且將工程學嚴謹、標準化的思想引入生物學中，試圖用工程學方式理解並創造複雜的生命體。因而，合成生物學又被稱作工程生物學。合成生物學的工程設計將生物體看作可以編程的生產系統，生物工程師可以通過對遺傳學軟件進行微小改動而改變生物體的產出結果。工程設計理念通過將生物元件標準化、自動化和智能化的過程，對當前存在的生物系統進行優化，或者重新設計構建生命系統。

“所謂的工程化思維，就是採用標準化的生物元件，構建通用型的生物學模塊，在有目的設計的思想指導下，組裝具有特定新功能的人工生命系統”。工程設計採取的是自下而上的理念。這意味着對整個生命的理解是從“基本元件”開始的，生命是由“基本元件”按照序列組裝的生命系統。“像通過開發軟件和硬件等組裝一臺計算機那樣設計生命元件、構建生命裝置、組裝生命系統。同時，底盤、電路、開關、噪聲、魯棒性和冗餘性等工程概念已經成爲描述合成生物學研究對象時被得到公認的術語。”當然，工程化思維是以標準化的方式進行的。標準化是指按照一定的規範和標準構建起具有一定功能的、能夠與其他元件自由組合的生物元件。只有在標準化的設計生物元件的基礎上，生命系統才能夠按照自下而上的方式被組裝起來。

第二是人工設計思想。人工設計指的是生物學家能夠根據所需特徵和功能有計劃、有目的地設計生命體。合成生物學的人工設計基於理性思考，根據人工生命體內部組分作用方式對人工生命進行干預。生物學家根據一個預先存在的目的有意識地對基因進行操作，避免了基因進化的盲目性。因而，合成生物學能夠合成一個符合預期目的的人工生命體。人工生命體的目的和動力不是內在於其中，而是外在的，在設計它的人那裡。“合成生物學的核心是合理地設計一個完整的生物系統，以實現一個特定的目標，例如生物修復和合成有價值的藥物等”。

就人工設計方案以達到特定社會效果而言，合成生物學是人工建構新的生物系統，並非自然演化而來。“人工性介入到了生物細胞的重新設計與組裝之中，實現對天然系統的再設計。”這也是合成生物學不同於傳統生物學的顯著特點。合成生物學不再是觀察分析自然生命體，而是能夠根據需求理性設計新的人工生命體。

第三是複雜性思想。生命的樣態是複雜的。生命有生物分子的相互作用、複雜的網絡鏈接、蛋白質之間的相互作用，生物分子的全鏈接，化學修飾，編碼和非編碼的DNA等，這促使我們越來越認識到生命的複雜性。合成生物學出現之前，複雜科學已經從還原到綜合、從簡單到複雜，力圖從整體的層面對生命進行研究。合成生物學的出現，不僅能夠還原到分子層面，對具體的分子性狀進行研究，更能夠關注關係和鏈接，探究合成基因在網絡中的作用。

換言之，合成生物學會關注基本的構成單元，但更重要的是，會按照人工設計，像設計電路一樣，通過多個元件形成複雜迴路。例如，人工建構幾個蛋白質，將這幾個蛋白質按照工程學的方式組合在一起，形成一個迴路，具有一定的功能，這就是合成生物學。合成生物學是由簡單到複雜，依此技術路線建立迴路，這個迴路只有依靠人的介入才能實現。

無論合成生物學的定義如何，都離不開人工設計這個重要的因素，人工設計不僅體現了人的重要性，更是在生命領域融合了自然/人工。探討合成生物學的涵義對我們更好地理解生命是什麼以及人工設計理念如何在生命中發揮作用開闢了新視角。

二、合成生物學動搖了生命領域的

“自然/人工”二分模式

生命是一個古老神秘的話題，自古以來，人類一直試圖分析理解生命。隨着不同時代科學的不同進展，我們形成了多種多樣的生命觀，如機械論生命觀和有機體生命觀等，這些生命觀均試圖從不同視角對生命進行分析，沒有超出自然的界限。生命的形成和涌現被認爲是自然的現象，這種自然形成的生命是由上帝或者某些自然因素創造的。生命是自然形成的，非人力所爲。

因而，傳統的生命觀在於認識分析生命。合成生物學的出現，使設計和創造生命成爲可能。自然生命被認爲是自然基因組進化發展的結果，這個過程具有盲目性和隨機性。合成基因組也能夠實現自然基因組進化的方式，但這個進化過程不再是盲目偶然的，而是由理性思考進行控制。人創造的生命不再是傳統意義上的自然形成的生命，是人工的產物，這打破了傳統關於自然和人工的界限。

關於自然和人工的討論早在古希臘時期就出現了。在亞里士多德那裡，就明確區分了自然物與人工物。亞里士多德認爲，自然物指的是能夠根據內在於自身的目的存在，自然物內含自身形成的根源和法則，能夠自我涌現生成；而人工物自身不存在自我生成和存在的法則，它的目的和動力外在於自身，需要人來推動才能存在，人工物只能根據外在於自身的目的生成。因而，自然物優於人工物。“凡存在的事物有的是由於自然而存在，有的則是由於別的原因而存在。”這裡的自然指的是無人蔘與的，不受人制造和控制。人工物指的是被人設計和創造的。

自然生命能夠根據內在的動因自我生成和實現，不需要外在的動力推動，能夠自我涌現和生成。因而，生命是自然的。對人工與自然的這種劃分，蘊含着對神的敬畏。自然是神創造的，凡是自然的事物，出自神之手而非人之手，人不會參與其中。人所創造的只能是低級的機械物。這種劃分意味着自然蘊含了內在的合法性，有其規範的價值。在生物學領域，自然物優於人工物，我們總是下意識地認爲“凡是自然的就是最好的”，例如在百分百天然的食物和人造的食物之間，前者被選擇的概率遠大於後者。自然物纔是本然該有的樣子，所以人工物需要不停地模仿自然，社會不斷在模仿自然的過程中運行。這也賦予自然不可取代的“神聖”地位。

圖爲亞里士多德

合成生物學的出現，動搖了生命的自然本性，挑戰了傳統的自然生命觀，打破了生命領域自然/人工的固定劃分。合成生物學能夠理性設計創造生命，避免了人工生命體的盲目性。這意味着構建的人工生命體一方面是一個人工參與設計的存在，其生成根據外在於自身；另一方面這個人工生命體又能夠按照自身規律“自然地”生長，功能是自然涌現的。合成生物學對基因的處理是人工的，合成生物的基本元件、生命模塊和細胞載體都是人工製造或合成的，它的基因序列和整體建構也是人工設計。人工生命體按照設計，不同組成部分之間相互作用，形成一個有序的循環系統，這是自然生長的過程。

“從‘合成’的視角看，合成生物是經由人工製造產出的，因而是一種人工物；而從‘生物’的視角看，合成生物固有生命的自我生成特性，因而是一種自然物。”合成生物學創造的是一個人工的自我生成體，這不僅打破了傳統自然/人工的固定劃分方式，取消了二者的對立性或不相干性，更是在一定程度上將自然與人工進行融合，有效實現了二者的統一。“在改造乃至重新構造生命體方面，合成生物學強調構建自然界不存在的東西，賦予合成生命體新的功能，從而打破了生命與非生命、自然與非自然的界限。”

值得一提的是，在合成生物學出現之前，諸多社會學家以及倫理學家等就已經從不同領域和角度動搖自然/人工的劃分。法國哲學家布魯諾·拉圖爾（Bruno Latour）認爲，根本不存在一個純粹不受人影響的自然，也不存在完全自然的事物。自然與人工的對立本就不存在，這不過是現代人爲了剝削自然而編出的故事。在所有與自然打交道的地方，我們都碰到了人工物。跟着人類腳步，不管到哪裡，我們都會發現事物中錯綜複雜的關係，而這些事物在這之前被認爲是自然的。

霍爾姆斯·羅爾斯頓（Holmes Rolston）則認爲環保主義者常說的“野生”的自然、“不受人類束縛的”自然以及“自發的”自然從來都是神話。如果說這些思考雖然動搖了自然/人工的這種傳統區分，而徹底擊碎自然/人工之間傳統界限的就是合成生物學的出現。自然與人工本就不是對立的概念，二者本就有複雜多樣的關係。合成生物學的發展讓我們進一步認識到，自然/人工不僅有關係，甚至還能完美合作，共生共成。傳統的生命觀認爲，生命作爲自然的存在是神聖的上帝創造的，上帝能夠決定生死，創造生命的權力只有上帝擁有。合成生物學的發展，則使得人也擁有創造生命的權力，打破了人與神的邊界，同時也撼動了幾千年來的自然/人工的劃分，在一定意義上將二者融合。

人類的力量在合成生命這裡佔據重要地位，合成生命實現了人工與自然的完美結合，這體現了人工與自然在“最硬核”領域的一體關係。合成生物學在“人類世”背景下顯現，與“人類世”的到來一道呈現。這是“人類世”在生命領域的表現形式。

三、合成生物學是“人類世”在生命領域的呈現

合成生物學的出現和發展有力地證明了“人類世”的到來。首先，“人類世”打破界限，強調一體關係。“人類世”強調的多元和融合在生命科學領域的體現正是合成生物學的發展。正是合成生物學的出現，打破了自然/人工在生命領域的分立，開啓了生命歷史的新紀元。其次，合成生物學的發展能夠改變生物多樣性和基因多樣性，合成生物學創造出自然系統中不存在的生物，這不僅意味着人力量的強大和地位的提升，更意味着人必須肩負更大的責任和使命。

首先，“人類世”的到來打破了傳統的社會/自然、人類/非人類的界限，“人類世”呈現了社會與自然、人與非人類的一體關係。“人類世的到來，爲研究人與自然關係提供了新視角，闡明人類—自然耦合系統。”“人類世”蘊含了多元的關係，承認多方力量的交織和互動。人與自然也並非固定的對立關係，二者的對立關係一直遭到批判，“人類世”的出現，在地質層面徹底動搖自然與人工的分立。這意味着人類所創造的人工物正在與自然物在全球範圍的結合，這種緊密關係正在地層留下痕跡。我們時代在地質層面留下的證據不再是人工與自然涇渭分明的存在，而是融合在一起而存在的。

“地質學家對岩石層的研究是留下痕跡的生態系統整體，而非某一個單一的因素。”伴隨着人類力量的強大，人類能夠在全球範圍內擴展自身的能量。“人類世”中人的強大也只有在和周圍環境互動進化的過程中才得以日益體現。在這一基礎上出現的“人類世”強調聯繫，強調人與周圍環境的互動和關係。“人類世”是人與世界、自然環境史無前例的緊密相關的體現。“人類世代表着人類和地球歷史上的一個新階段，自然力量和人類力量相互交織，一方決定另一方的命運。”“人類世”強調的廣泛聯繫，人與自然的交織在生命科學領域的體現就是合成生物學的出現。合成生物學的到來打破了生命中的自然和人工的界限，其所創造的人工生命體融合了自然與人工。

“人類世”強調的一體關係意味着在大規模範圍內牽動不同領域的行動者，是謂牽一髮而動全身，這在一定程度上呈現多元行動者的交織關係和引起廣泛的參與。

其次，合成生物學能夠利用最新的技術發展設計和創造生命，人可以利用技術決定生物多樣性和基因多樣性，人可以“扮演上帝的角色”。這個過程體現了人的力量的強大，是“人類世”的深刻體現。合成生物學能夠創造生態系統中不存在的物種或者恢復生態系統中滅絕的生物，直接參與塑造生態系統，挑戰了當下生態的穩定關係。在整個生態系統中，合成生命在“人類世”的定位，是否要對生態系統做出新的調整、構建新的穩態成爲我們關心的問題。

當然，這種技術所導致的後果將以何種方式存在仍引發諸多爭議。學界不僅認爲我們利用技術復活生態系統中滅絕的物種有利於增加生物多樣性，也認爲將合成生物放在生態系統中可能會對當前穩定的生態系統造成破壞。“合成微生物釋放到環境可啓動基因的水平轉移，影響生態平衡，或演變出異常功能，對環境和其他有機體產生副作用。”合成生物學讓我們掌握了基因的密碼，擁有合成新物種的能力，這在一定程度上能夠決定物種多樣性、基因多樣性或者物種的演化方向。藉助合成生物學的發展，我們試圖將已經消亡的物種帶回我們世界中的努力可以實現。人類能夠掌握地球上物種的基因，並能夠根據計劃創造新物種。

“CRISPER使得我們有能力迅速並且不可逆地改變地球的生物圈，按人類的意志改寫任何生物的基因”。通過合成生物學，我們可以改變動物的基因，更好地保護我們想要保護的生物，從而保護自然。在生態系統中，人類只是生態系統維持穩定的一員，與其他動物、植物等一起維持生態系統的穩定狀態。但隨着科技的發展，人類力量得到增強，人不僅能夠打破生態系統的穩定態，更能建立生態系統的新穩態。

從“人類世”背景下探究合成生物學有利於我們更深刻地理解其發展，同樣也對合成生物學的發展提出了啓發和建議。作爲一門新的學科，合成生物學是人類力量滲透到生命領域的體現。合成生物學的出現不僅引起生命領域的巨大變革，更體現了人類的巨大力量和作用。這對我們提出的新要求就是在擁有力量的同時，需要承擔更大的責任。人類擁有更大的責任和義務去推動發展的每一步，維持生態的穩定，實現有序發展。

正如詹姆斯·拉伍洛克（James Lovelock）所認爲的，“人類世”是一個人類有能力做出全球重大決策的時期。在這個時期，人類更需要擔負起自身的責任，維持生態的穩定。我們要時刻關注發展的每一小步可能帶來的影響，這需要我們綜合考慮自身行爲可能產生的後果，更加謹慎小心。因而，我們有責任儘早考慮合成生物學對基因、生物以及環境造成的潛在後果，以便更早地採取行動，維持生態系統的穩定狀態。

此外，“人類世”背景下任何新技術的出現都不是孤立存在的，而是與社會緊密相關的。在“人類世”階段，人與技術、人與自然、技術與自然都處於複雜的關係中，我們必須謹慎思考，全面考量變化。只有我們對可能產生的問題進行充分且合理的思考論證，我們才能準備充分地面對變化和挑戰，實現更好的發展。這恰恰體現了倫理規範與哲學反思的作用，其理論意義在於能夠預先發現問題，爲科技發展發出警報。

正如雷瑞鵬所言：“對於像合成生物學那樣的新興技術的創新、研發和應用，必須‘倫理先行’。在科學家採取行動，啓動研發時，必須先制訂暫時性的倫理規範。這種規範是暫時性的，因爲制訂這些規範時我們缺乏充分的信息，而且新興技術具有不確定性，我們可以隨着科研的發展，及時進行評估，修訂我們的規範”。科學技術的高速發展，使得傳統的倫理和哲學後思成爲不可能，我們必然要面向當下和未來，隨着科技的發展狀態進行思考，力圖更好地促進技術的發展。“倫理規範不會阻礙科學發展，倫理規範力圖減少風險，使得收益最大化，保證公平分配，保護環境。遵循倫理規範，將會減少科學研究和應用中發生的不良事件，規避風險。長遠來看，遵循倫理規範會促進科學健康發展。”

面對新技術的出現，我們要激發個體的反思能力和參與度，時刻關注行爲所產生的後果，保持全面謹慎的發展態度。“人類應該始終堅持把尊重生命、敬畏自然作爲基本的倫理原則。在這一前提下，謹慎地開展合成生物學的研究，加強對合成生物學發展中的目的、手段和過程以及後果的全程監管，尤其是加強對合成生物學實驗室的生物安全管理，做好充分、有效的安全防範措施，以防任何形式的合成生命被濫用。這不僅是科學家也是全社會的責任。”

總之，合成生物學給我們帶來的最大的警醒就是順應“人類世”契機，打破生命研究的既定框架，重新定位歸類。但在這個過程中，理應遵循倫理規範，綜合考慮各方面因素，謹慎開展研究。

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