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“人造物種世紀”的来臨
“人造物種世紀”的来臨
（纽约《世界周刊》2008•3•2）
嚴家祺
從「重組DNA「到「人造染色體」
從上世紀70年代開始，生物學家開始研究細胞融合（Cell Fusion）現象。所謂細胞融合是指兩個或兩個以上的細胞融合成一個細胞的現象。曾任紐約市史隆——凱特林癌症紀念中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center）院長的路易斯•湯瑪斯（Lewis Thomas，1913年生）在細胞融合現象發現後不久說：「在某種意義上說，這是一切現象中最背離生物學原則的現象，它褻瀆了上一個世紀的最根本的神話，因為它否認了在生物中意義重大的物種的種性、完整性和獨立性。
任何細胞，無論它是人的、魚的、雞的，或是昆蟲的，不論血緣關係多麼疏遠，只要機緣湊合，條件適宜，都可以使它和其他任何種類的細胞接觸，而它們都能融合。細胞質會順利地從一個細胞流進另一個細胞，兩個細胞核將結合起來，經過一段或長或短的時間，就成了一個單獨的細胞，具備兩套完整的不同性質的基因組，立刻表現出生命的活力，處在可以繁殖的狀態。它就是各人種及文化的神話中那些精靈：獅頭羊身蛇尾的吐火女怪凱米兒拉（Chimera，圖1）、格利芬、斯芬克斯、格尼莎、秘魯的尊神、麒麟；它是吉祥如意的符端，世界的宿願。」（註1）
（圖1）獅頭羊身蛇尾的吐火女怪凱米兒拉（Chimera）
1972年，Berg等人首次構建了DNA重組體（recombinant），第二年，Cohen和Boyer將細菌質粒通過體外重組後導入大腸桿菌，從此開始了基因工程。隨著重組體DNA技術和基因工程技術的發展，人類越來越有能力把一種生物細胞的DNA片斷切割出來，嵌入到另一種生物體的細胞中，以創造出新的生物品種。2007年，美國內華達大學的科學家把人的骨髓幹細胞注入羊胚胎的腹膜，培育出身上有15％的人類細胞的羊。這只羊是地球上第一隻「人羊合體動物」，外形仍然是羊。
（圖2）人羊合體動物
路易斯•湯瑪斯所說的「神話中的精靈」並沒有通過細胞融合製造出來，但有一點可以肯定，重組DNA、細胞融合等生物科技的發展，將為器官移植、人造新物種開闢道路。2007年12月，美國馬里蘭州「人造染色體公司」凡特（J•Craig Venter，圖3）宣佈，該公司已在實驗室中製造出「全球第一個人造染色體」，「含有微生物維持生命和繁殖所需的所有指令」（註2）。現在已能把「天然染色體」植入一個細胞內產生新的活細胞，不要很久，人們將能在實驗室中用「人造染色體」 植入一個細胞內製造出新的活細胞、並進一步製造出自然界中從未有過的「人造物種」來。
（图3）J•Craig Venter
從理論上說，用化學方法人工合成的新物質種類可達億萬種，甚至是無限種。現代生物科學的發展，使人類不僅能「人工合成新物質分子」，而且能運用基因工程和重組體DNA技術設計、製造「新生命構件」、「人造染色體」、「新物種的生物」。在未來，按預定目的設計製造新的生物大分子、新的生命構件、「新人造染色體」、設計創造新物種將是一件普通平常的事。
物種的定義
在生物學中，物種就是生物的「種」（species）。生物分類學依據生物的「表型特徵」來識別和區分不同的「種」。從遺傳學觀點看，物種是具有相同基因庫、與其他生物類群有「生殖隔離」的群體。從生態學角度看，物種是生態系統中佔據不同「生態位」的功能單位。(註3)
從地球上有生命以來,生物物種已存在過數百萬、數千萬種,其中99.9%已經滅絕。從理論上說，人們仍然可以去瞭解，去研究那些已經滅絕了的物種，也可以利用克隆技術找回那些物種。
不同物種有不同壽命
現實世界中的生物，其特徵是有生有死，不僅生物個體如此，而且生物每一物種也如此。生物學中的「物種」概念是忽略生物個體差異，而只從生物的結構，形態和生理特徵的不同來區分不同生物的，當具有相同結構，形態和生理特徵的生物個體全部消失了，這種物種也就滅絕了。沒有一個生物個體和物種會永垂不朽。普林斯頓大學天體物理學家戈特（Richard Gott）說，大多數物種的平均壽命在100萬和1100萬年之間，哺乳動物的平均壽命是200萬年。（註4）
由於簡單的原子結構、簡單的分子結構不是複雜的生物那樣有活的「個體化」的結構，所以，原子、簡單的無機物分子很難在自然環境中像生物物種那樣消失。也就是說，原子、簡單的無機物分子沒有「死亡」問題，而生物個體和物種有「死亡」或「絕種」問題。有自主運動能力的「個體」和生命體「個體」都有不同程度的「耐受性」（註5），也就是說，這些「個體」能夠「耐受」不利環境和「個體」體內不良變化（如機件故障、疾病、「個體」機體損傷）。
「個體」結構的複雜化有助於提高「個體」的「耐受性」。然而，這種「耐受性」有一個限度，超過這一限度，「個體」就會喪失自主運動能力，或者死亡。然而，“物种”与“个体”相反，除某些例外，不同「個體」的「物種」存在物的「壽命」大致與它們的複雜程度有關。 愈複雜的「個體」，「個體」的「耐受性」一般愈高，但由同類「個體」形成的「物種」存在的時間愈短，愈容易滅絕。哺乳動物的平均壽命是200萬年，細菌的平均壽命是數以萬萬年計，礦物的壽命更長，氫原子的壽命可達數百萬萬年，誇克（quark）、輕子（lepton）也許是宇宙中永垂不朽「個體」。傑出容易短壽，複雜是死亡的根源。夸克、輕子、原子、簡單的無機物分子的平凡、簡單使它們不會「死亡」、 使它們真正永垂不朽。
每一「物種」都是一個
自洽的「公理—定理系統」
在几何学中，每一个公理，每一个定理都可以形式化为一个“符号串”。从公理推导出定理的过程，就是从起始的符号和符号串出发，按照“步骤法则”产生出新的符号串的过程。证明一个定理，要经过若干步骤，到一定步骤，這个定理就被证明了。當我們把一個物種的DNA分子看作是DNA上不同「堿基對」的符號串時，由DNA出發，每合成一種蛋白質分子，可以視為證明了一個定理。每一個物種就可以看作為由DNA分子符號串和一種步驟法則建造起來的「公理…定理系統大廈」，即DNA分子和億萬生物大分子建造起來的大廈。 DNA上的4種「堿基」是腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）。DNA呈雙螺旋結構，「堿基」兩兩配對，A對T、G對C、T對A、C對G，配對的堿基以氫鍵聯接。如果我們把A、G、C、T看作4個符號，每一物種的DNA分子就是一個極長的符號串。
（圖4）DNA分子的雙螺旋結構（左）
（圖5）DNA符號串(右)
每一形式系統大廈的形成，與每一生物個體的發育，生長一樣，都到一定步驟，一定階段就會停止。當一個又一個定理被推導，被證明出來後，這一形式系統大廈就建成了。按照DNA分子中包含的資訊，合成一個蛋白質分子，可以看作是從DNA公理出發，證明出一個定理（有關這一蛋白質分子）的過程。這一定理是「這一蛋白質分子結構存在於規範世界中，是可以物化的。」不同蛋白質分子之間的關係，相當於不同定理之間的關係。歐幾裏德幾何學是一個「公理…定理體系大廈」，某一物種的一個生物「個體」也是「公理（DNA分子）…定理（蛋白質，核酸，細胞，器官等）體系大廈」。對比一門門幾何學公理體系和一個個生物「個體」 公理體系，我們可以看到，幾何學只有有限多門（如歐幾裏德幾何學，羅巴契夫斯基幾何學和黎曼幾何學），而生物的物種數以百萬計。每一門幾何學的公理只有有限幾條，寫成符號串十分簡單，而一個生物「個體」的公理…DNA分子，用符號串表達就極其複雜，按這些公理符號串推導出來的定理─…形形色色不同的生物大分子符號串，細胞符號串、器官符號串、系統符號串、組織符號串，更是數以億萬計。連一個大腸桿菌的形式系統，遠比一門幾何學要複雜千百倍。
（圖6）大腸桿菌的內部結構
用數學方法可以將每一物種用一個「形式系統」來表達，每一「形式生命」等價於一個「由DNA公理系統，步驟法則和定理形成的龐大體系」。從數學上看，不同的「形式生態位」是對「形式生命」應當有怎樣的公理系統，步驟法則的不同規定。在現實世界中，生態位決定了這一生態位中應當存在什麼樣的生物物種。在規範世界中，有什麼樣的形式生態位，就有什麼樣的形式生命的公理體系和步驟法則。
目的環境論
形式生命，形式生態位的存在建立在規範世界客觀存在基礎上。在規範世界中，每一種形式生態位，至少存在一種物種，與現實世界中的自然生態位相對應，這一物種或者已經滅絕，或者現在仍然存在，或者今後可以在地球環境或相當於形式生態位元的「目的環境」中製造出來。
20世紀以來，人們用化學合成方法，製造出了數以千萬種地球上從來沒有的化合物。化學合成方法事實上是為多種化合物創造「目的環境」的過程。義大利威尼斯Protolife公司馬克•貝多（Mark Bedau）說，創造「人造生命」，需要有三個條件，第一，要有培育「人造生命」的「容器」，即細胞膜，允許「人造生命」的細胞膜篩選出對生命有用的分子，為細胞分裂提供營養。第二，要有一個基因系統，以控制細胞的功能，使細胞能根據外界環境的變化而複製和變異。第三，要有一個新陳代謝系統，以從外界環境中吸收營養，提供生命所需的能量-。這三個條件實際上就是為「人造生命」設定一個「目的環境」。實驗室中的「試管」和 「人造生命」的「容器」就是「目的環境」。有一定環境就可以製造一定物質，環境及環境的改變可以按「目的」設計。所以，人類在地球上的出現，不僅能製造工具，建造房廈，而且能創造「目的環境」，利用物質的本性，讓不同物質的分子在「目的環境」條件下自行生成特定的化合物、高分子物質、形形色色的生物大分子物質。在21世紀的今天，人類可以通過基因工程和重組體DNA技術，打破物種界限，把不同種類生物的遺傳物質組合在一起，按照預定的「目的」，人為地設計自然界中從來沒有的新物種、新的生命體。
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