造物主终极三问|质疑生命:人类能否编辑生殖细胞基因改变下一代？
2021年2月1日《知识分子》，科学探索奖与腾讯新闻联合推出新年特别节目《2021创作者终极三问》。第一讲：生命的追问：从对物体的认识到对建筑的认识。
整理 | 汤佩兰
编辑 | 陈晓雪
新冠肺炎疫情已在全球造成1亿多人感染，220多万人死亡。SARS-CoV-2会消失，还是继续与人类共存？疫苗研发能赶上病毒突变的速度吗？未来的生命科学革命会是怎样的？
针对上述问题，《知识分子》、科学探索奖、腾讯新闻联合推出新年专题节目《2021创造者终极三问》系列直播，邀请北京大学前沿交叉学科研究所执行院长、中国科学院院士汤潮、北京大学物理学院教授、中国科学院院士欧阳奇、中国科学院生物物理研究所研究员、科学探索奖获得者董力分享思路。资深媒体人杨彦主持讨论。
有没有这种有趣又丰富的科学盛宴？看看《知识分子》做的笔记。
病毒要跟人类共存多久？
作为过去一年对世界影响最大的黑天鹅事件，新冠肺炎疫情自然成为讨论的焦点。为什么小病毒会给全世界带来恐慌，什么时候才能摆脱这种狡猾的病毒？
"病毒是自然界的土著."汤潮指出，病毒在自然界的存在比人类早得多。而且它们生命力顽强，能很好地适应各种自然环境和变化。所以人类自诞生以来，就与病毒和细菌共存，最常见的是流感和感冒。当一种新病毒传播到人体时，可能会产生更严重的免疫反应，但从科学的角度来看，这是正常现象。
对此，欧阳奇表示，人类并非无法应对病毒。在人类发展中，自然进化是人类对抗病毒的主要方式；另一种是依靠现代科学通过科学手段了解病毒，然后设计相应的药物和疫苗对抗病毒。例如，他说，与2003年的SARS病毒相比，虽然这次SARS-CoV-2发生了一些变化，但人类对病毒的认识和防治方法也在不断演变。
董力从生命本能的角度进行了分析。董力说，病毒作为生命体的最终目标是保持自身的存活。来到人类社会之后，它的进化目标是与人类社会共存。也许新病毒的到来会让人不舒服，导致死亡率更高。但是随着疫苗等技术手段的发展，人们终于可以应对突发的传染病了。同时，董力还强调，任何疫苗的保护都有一定的概率，这个概率根据人体免疫系统的反应而变化。接种疫苗并不意味着完全与病毒隔离。但在疫苗的保护下，人类有可能建立群体免疫的屏障。
三位学者都看好如何应对疫情，下一步疫情会如何发展。汤潮说，病毒变异是适应各种环境的一种手段。病毒变异了，人的免疫力不断调整。
在这次疫情中表现良好的RNA疫苗也得到了三位学者的充分肯定。“核糖核酸疫苗是一种非常强大的武器，”汤潮说。新冠肺炎疫情发展后，RNA疫苗会更加成熟，疫苗发展会更快。欧阳奇说，即使病毒发现了新的特征，基因疫苗也可以迅速改变以抵抗病毒变异。董力还表示，RNA疫苗的优势在于可以根据病毒的基因序列变异加快疫苗的迭代开发，为人类在未来更好地应对公共卫生事件开辟了新的技术路径。
设计生命还处于非常初期的阶段
近年来，随着科学技术的快速发展，我们对抗疾病和病毒的手段越来越多，包括在应对SARS-CoV-2等全球流行病时找到相应的策略。同时，科学界也时刻警惕着科学技术的“双刃剑”效应，希望科学技术造福人类，避免造成更多的麻烦。例如，附近
年来备受关注的合成生物学。合成生物学是随着分子生物学的发展而起来的一门新兴学科，其可以用来人工合成自然生命中原本不具有的某些复杂功能，甚至是人工设计生命。直播中，三位学者对设计生命的挑战以及如何规避科技发展带来的风险进行了讨论。
2016年3月，《科学》杂志发布了一项研究，美国生物学家克雷格·文特尔（Craig Venter）设计并制造出一个仅有473个基因的细菌，这在当时被认为是具有最小基因组却能够自我复制的人工生命体，引发巨大轰动。
对此，汤超解读认为，这一工作本质上用化学手段合成了一种细菌的DNA，并将这个DNA放到另一个细菌母体里培养，另一种细菌读取这段DNA之后就变成了第一种细菌，这在技术上是一种进步，但并不能认为是合成了一个新生命，而是“移植了一个新生命”。
在北京大学物理学院做生物学研究的欧阳颀评论说，或者可以认为，文特尔团队是 “复制” 了生命。他们将一个细菌的序列测完以后，用合成技术将其DNA合成，并放入另外一个细菌里，另外一个细菌就按照第一个细菌的遗传密码成长起来了。“实际上在这个过程中，并不理解知道里面的机制…… 这里面有个问题，你复制以后能不能改造它？你能不能有目的地改造它？实际上这才是合成生物学的（关键）。”
欧阳颀还指出，合成生物学有两大任务，从基础研究层面说，尽可能了解合成生命的定量规律是什么；从应用的层面看，根据已有的知识，现在无法解决预测的问题，也就是能够设计出什么样的东西，“还有很多基础问题需要解决”。
李栋对欧阳颀的观点表示赞同。他表示，从头开始设计生命，这肯定是人类努力的目标，但确实我们距离此目标还很远。
他解释说，目前的合成生物学，引入了分子生物学、基因组学的概念以及工程化的概念，使得生命体具有可编程性，以及有大型的知识储备和数据作为驱动。但囿于我们目前对于生命体的理解有限，哪怕是单细胞或者一个细菌这样的生物，没有对其运行逻辑的彻底了解，就无法从头开始设计出一个完整的生命体。
“现在来说的话，我们要设计一个全新的细胞，我觉得是不可能的。哪怕现在是只设计一条染色体，把它放到现有的细胞里面，让它经过有丝分裂期，这都还非常非常困难。” 李栋说。
李栋说，要真正实现从头设计生命，还有很多基础研究工作要做，比如发展新的观测手段或解析技术，可以使得我们全景式地揭示整个生命过程，“这个应该说是合成生物学道路上必须要迈过的坎”。
“生命科学（的发展）可能不仅仅是（基于）原来自己的一个领域，可能要集成像人工智能、工程学，以及其他物理学的手段等，真正做到解构生命。解构之后，我觉得再做真正的合成和建物致知，这个才有可能。” 李栋说。
虽然三位学者都赞同合成生物学还在解决一些基本的问题，距离真正设计生命还很远，但他们不约而同地谈到科学技术在发展过程中，相关伦理问题需要前置考虑，以防止技术对人类的破坏。
“人类在运用新的技术来改变人类社会的时候，人类社会进化到今天，乃至于大自然进化到今天，可能要心存一点敬畏之心。有的事情不要太操之过急，否则可能带来的后果的话，不一定是我们能够应对的。”李栋表示，推进技术的应用，需要做两手准备，不仅要看到其有利的一面，更要看到弊的地方。比如，“当你没有完全了解脑的时候，你一旦把脑机接口做到真的可以遥控什么东西，等等，我觉得可能在实验室阶段能够做一些尝试，但推广的话一定要慎之又慎。这样我们才能够跟现有的人类社会或者自然界，达到一个更加平衡发展的过程。”
汤超介绍，在基因编辑领域，严禁编辑人类生殖细胞就是科学共同体划定的一条红线，这是因为人为改变生殖细胞的基因，被改变的基因也会遗传到下一代，而影响到人类的整个基因库。
李栋还提到，现在的很多担忧很可能是技术进步的还不够好，科学界对技术了解的还不够透彻，因此需要更多对生命体本身的基础研究。不过，技术的进步也是不停迭代的，等到“迭代出更安全或者更高效的版本”，或许能够克服现有的担忧。
第三次生命科学革命意味着什么？
熟悉当代科技史的汤超认为，人类将迎来第三次生命科学革命。第一次生命科学革命开始于20世纪50年代。这次革命在方法上将大量物理学、化学工具和观念带入生命科学，如X射线、核磁共振、电子显微镜等，其标志性成果是用X射线发现了DNA双螺旋结构。第二次生命科学革命兴起始于20世纪90年代开始的基因组学，基因组学是数学和计算机科学与生命科学的交叉。而第三次生命科学革命正在开始，是基于技术进步和全面的学科交叉融合，“这次生命科学革命不仅给生命科学本身，还会给其他定量学科的发展带来机遇和挑战。” [1]
对于第三次生命科学革命，汤超给出了三个关键词：“技术进步”、“学科交叉融合”、“生命科学的定量化”。
他对此解释说，技术进步，就是指现在的新技术发展非常快，比如成像技术、基因编辑技术、干细胞技术、脑机接口技术等等。
关于“学科交叉融合”，汤超说，学科本来就是人为定义的，而不是大自然定义的。在研究大自然的过程中，随着研究的细化，分成了学科，但这样的分类有很大限制。对于生命科学领域的复杂现象，一个学科远远不够，很多新技术需要融合物理学、化学包括信息科学等。“不同的学科带来新的东西进入生命科学，这件事非常关键，这也是第三次生命科学很大的一个标志。” 他还强调，学科交叉融合在推动第三次生命科学革命的同时，还会影响其他学科，带来新的物理学、数学、计算机科学等等。因此，这次革命不仅是单一学科的革命，还是学科交叉融合的革命。
至于第三个关键词—— “定量化”，汤超表示，如今在生命领域内，不像物理和化学，已经发现和总结出方程式规律。“定量化” 即 “普适的定量规律”，就是要搞清楚生命系统的原理，向定量可预测的科学转变。
欧阳颀和李栋对这三个关键词表示赞同。欧阳颀谈到，融合可能是未来的大趋势。“以后的科学可能是以解决问题为主，而不是分这个是物理界的问题，这个是天文界或者数学界的问题，（而是）越来越融合。”
学科的融合意味着知识的融合，而知识的融合离不开人才。李栋强调，以交叉科学为主要特征的第三次生命科学革命，对未来的学生提出很大挑战，也对学校培养适应未来需求的复合型人才，提出了很大挑战。关于未来人才的培养，他建议首先是以自己的兴趣为驱动，有发现问题的能力，不是为了交叉而交叉，而是以生命科学本身的问题为驱动，进行多学科交叉研究；其次是学习能力的构建，在大学培养更广泛的科学基础兴趣，以及具备进入各个学科进一步学习的能力。
欧阳颀说，三个关键词中最关键是“定量化”，定量描述有两种方式，一种类似解析式，像牛顿第二定律可以解释一些现象；另一种是大数据，通过海量的数据训练模型，比如下棋的AlphaGo和预测蛋白质的AlphaFold。“目前已经看到定量描述生命的可能性和发展方向……（但）到现在为止，实际上只是对某些特定的生命过程可以定量描述，这都是凤毛麟角。”
最后，李栋谈到，以新技术为驱动带来更加客观定量的描述，再认知其中的规律，抽象归纳后再反向迭代，做逆向工程。这一思路在科学共同体内颇受认可，但仍处于起步阶段。“能怎么演化或者未来到哪个时间节点会怎么样，我觉得现在还很难说”，李栋说。
注：文章内容已由嘉宾审阅，直播及视频中个别表述以后续文字为准。
参考资料：[1] 汤超：第三次生命科学革命为何是现在？ | 科技史http://zhishifenzi.com/depth/depth/10462.html
