从“人类世”视角审视合成生物学的发展

来源：科学经济社会

“人类世”（Anthropocene）是一个地质学概念，目前我们熟知和使用的“人类世”概念是保罗·克鲁岑（Paul Crutzen）提出并推广的。一般认为，“人类世”凸显人的力量，意味着人类的力量像风力、太阳能等诸多自然力量一样，能够改变地球状态。人类拥有塑造行星的力量，在地质层面留下了不可磨灭的痕迹。我们对海洋、陆地和大气层的影响已不可避免地成为地球的一大特征。“化石能够记录下我们曾经搬移许多物种，例如大量人类、牛、猪与鸡的骨骸，里面也能找到许多我们留下的塑料、新型人造矿物，还有那一层薄薄的辐射性元素。

无论将来发生什么，甚至人类完全消失，这些记录也不会消失。”这客观说明了“人类世”本身所具有的历史性影响。“人类世”在生命科学领域体现为合成生物学（Synthetic Biology）的发展。合成生物学的发展与“人类世”的时代相呼应，不仅改变了生命原初的生成样态，通过设计生命等技术路线影响了基因多样性，也试图打破自然与人工的二分界限。在“人类世”，人类对基因、生命以及生态系统不断进行着前所未有的、大规模的以及深层次的干预，自然生命本身通过遗传学家和工程师重新设计和改造来塑造。这不仅影响了生命的生成过程，也对自然生态系统和基因多样性造成了巨大影响。

随着合成生物学的发展，首当其冲也是备受关注的，便是其对于传统生命构成的挑战。生命问题由来已久，一直是不同领域学者关注的重要话题。近年来，人类基因组计划的完成以及合成生物学的发展，促使我们在新的层面上认识生命。传统生命科学是分析生命，力求“格物致知”；而合成生物学则是创造生命，主张“建物致知”，更新了生命科学的研究范式。合成生物学是一门新学科，横跨工程学、信息学、生物学、遗传学、计算机科学、物理学以及化学等领域，是多学科技术、多领域交叉发展的结果。传统生物学与化学紧密关联，重在对基因和细胞的观察、分析，探索基因构成生命的有机方式。

相比之下，合成生物学是在设计和创造生命，通过诸多模块的有机合成构建全新的生命，与系统工程紧密相关。合成生物学出现意味着人类在基因领域大展身手，不仅能够利用技术改变基因的状态，更是能够设计生成生命，这打破了生命领域自然与人工的边界问题，带来对边界问题的新思考和人类生命新理解。合成生物学创造的人工生命体融合了自然与人工，自然与人工在生命领域的一体交融关系恰恰是“人类世”的要害，合成生物学是“人类世”在生命领域的新发展。合成生物学体现了“人类世”所强调的一体关系以及人的主体责任。合成生物学在生命领域带来的改变符合“人类世”的发展，有助于激发我们从本体论层面反思新时代生命的意义和人的责任，有助于我们理性认识“人类世”下的复杂关系，进而找到适合的定位，实现和谐发展。

一、合成生物学的基本内涵

合成生物学这一名词最早出现在1911年发表的Science杂志上。波兰遗传学家沃克劳·斯巴尔斯基（Waclaw Szybalski）等人阐释了合成生物学思想。他们认为合成生物学就是设计一个新的调控元素，并将这些新的模块加入到已经存在的基因组内，最终将会出现合成的有机生命体。2000年之后，在科学家德鲁·恩迪（Drew Endy）和杰·基斯林（Jay D.Keasling）的推动下，合成生物学逐渐成为一门独立学科并得到了快速的发展。

真正促使合成生物学广为人知的是2010年克雷格·文特尔（Craig Venter）在Science杂志上撰文宣布其所在团队制造出了世界上第一个自我复制的合成基因组，他称这个人造生命为“辛西娅”（Cynthia）。这一发明迅速引起轰动，激发世界各地广泛的关注和激烈讨论。

随后，CRISPR等基因编辑技术的发展推动了合成生物学中基因调控和基因组工程的研究。近几十年来，合成生物学的发展备受瞩目。这主要得益于合成生物学在环境保护、资源节能、医药制作等方面的巨大助益。“合成生物技术的应用，将创造新的产品，如新能源、新生物可降解塑料、新生产方式的药品和武器。运用合成生物技术能够制造出各种各样的细菌，用来消除水污染、清除垃圾、处理核废料等。”无论是在理论层面还是实际应用层面，合成生物学的发展都有巨大的潜力，能够为人类生活带来诸多便利。因而，各个主要大国都加大力度发展合成生物学。

由于合成生物学涉及领域广泛，争议众多，目前学界对其尚无统一的定义。“合成生物学以系统生物学为基础，跨越了化学、数学、信息学、计算机科学、工程科学等多个领域，涉及的研究问题、应用产品和参与者众多，因此形成了不同的定义方式。”一般而言，广义的合成生物学始于人工合成尿素，狭义的合成生物学是从零开始创造一个全新的生命。当下合成生物学还不能实现从零创造新的生命，文特尔做的是将一个合成基因组放在活细胞中。

维基百科提供了一个较为精简的定义：“合成生物学利用工程学原理对现有生物系统进行设计，或者建构设计新的生物零件、装置和系统，以实现为人类造福的目的。”中国科协学会学术部主编的《合成生物学的伦理问题与生物安全》则指出：“合成生物学是指设计和构造不存在于自然界的生物元件和系统，以及重新设计被赋予新的生物学功能的现有生物元件和系统。合成生物学的核心技术路线在于设计和发展标准生物部件、设计方法和工具，从而允许在复杂生命系统的创造过程中使用工程学方法，以满足农业、工业、医学和能源等发展的需求。”此外，《生物多样性公约》（Convention on Biological Diver-sity）将合成生物学定义为：科学、技术和工程学的有机结合，是现代生物技术的新发展与新层面，旨在推进人类对遗产物质、有机体以及生物系统的认知、设计、重新设计、建构与改造。

合成生物学虽无统一定义，但却有几个重要因素值得关注。第一是工程设计的理念。合成生物学与工程学紧密相关，是对生物学的工程化理解，并且将工程学严谨、标准化的思想引入生物学中，试图用工程学方式理解并创造复杂的生命体。因而，合成生物学又被称作工程生物学。合成生物学的工程设计将生物体看作可以编程的生产系统，生物工程师可以通过对遗传学软件进行微小改动而改变生物体的产出结果。工程设计理念通过将生物元件标准化、自动化和智能化的过程，对当前存在的生物系统进行优化，或者重新设计构建生命系统。

“所谓的工程化思维，就是采用标准化的生物元件，构建通用型的生物学模块，在有目的设计的思想指导下，组装具有特定新功能的人工生命系统”。工程设计采取的是自下而上的理念。这意味着对整个生命的理解是从“基本元件”开始的，生命是由“基本元件”按照序列组装的生命系统。“像通过开发软件和硬件等组装一台计算机那样设计生命元件、构建生命装置、组装生命系统。同时，底盘、电路、开关、噪声、鲁棒性和冗余性等工程概念已经成为描述合成生物学研究对象时被得到公认的术语。”当然，工程化思维是以标准化的方式进行的。标准化是指按照一定的规范和标准构建起具有一定功能的、能够与其他元件自由组合的生物元件。只有在标准化的设计生物元件的基础上，生命系统才能够按照自下而上的方式被组装起来。

第二是人工设计思想。人工设计指的是生物学家能够根据所需特征和功能有计划、有目的地设计生命体。合成生物学的人工设计基于理性思考，根据人工生命体内部组分作用方式对人工生命进行干预。生物学家根据一个预先存在的目的有意识地对基因进行操作，避免了基因进化的盲目性。因而，合成生物学能够合成一个符合预期目的的人工生命体。人工生命体的目的和动力不是内在于其中，而是外在的，在设计它的人那里。“合成生物学的核心是合理地设计一个完整的生物系统，以实现一个特定的目标，例如生物修复和合成有价值的药物等”。

就人工设计方案以达到特定社会效果而言，合成生物学是人工建构新的生物系统，并非自然演化而来。“人工性介入到了生物细胞的重新设计与组装之中，实现对天然系统的再设计。”这也是合成生物学不同于传统生物学的显著特点。合成生物学不再是观察分析自然生命体，而是能够根据需求理性设计新的人工生命体。

第三是复杂性思想。生命的样态是复杂的。生命有生物分子的相互作用、复杂的网络链接、蛋白质之间的相互作用，生物分子的全链接，化学修饰，编码和非编码的DNA等，这促使我们越来越认识到生命的复杂性。合成生物学出现之前，复杂科学已经从还原到综合、从简单到复杂，力图从整体的层面对生命进行研究。合成生物学的出现，不仅能够还原到分子层面，对具体的分子性状进行研究，更能够关注关系和链接，探究合成基因在网络中的作用。

换言之，合成生物学会关注基本的构成单元，但更重要的是，会按照人工设计，像设计电路一样，通过多个元件形成复杂回路。例如，人工建构几个蛋白质，将这几个蛋白质按照工程学的方式组合在一起，形成一个回路，具有一定的功能，这就是合成生物学。合成生物学是由简单到复杂，依此技术路线建立回路，这个回路只有依靠人的介入才能实现。

无论合成生物学的定义如何，都离不开人工设计这个重要的因素，人工设计不仅体现了人的重要性，更是在生命领域融合了自然/人工。探讨合成生物学的涵义对我们更好地理解生命是什么以及人工设计理念如何在生命中发挥作用开辟了新视角。

二、合成生物学动摇了生命领域的

“自然/人工”二分模式

生命是一个古老神秘的话题，自古以来，人类一直试图分析理解生命。随着不同时代科学的不同进展，我们形成了多种多样的生命观，如机械论生命观和有机体生命观等，这些生命观均试图从不同视角对生命进行分析，没有超出自然的界限。生命的形成和涌现被认为是自然的现象，这种自然形成的生命是由上帝或者某些自然因素创造的。生命是自然形成的，非人力所为。

因而，传统的生命观在于认识分析生命。合成生物学的出现，使设计和创造生命成为可能。自然生命被认为是自然基因组进化发展的结果，这个过程具有盲目性和随机性。合成基因组也能够实现自然基因组进化的方式，但这个进化过程不再是盲目偶然的，而是由理性思考进行控制。人创造的生命不再是传统意义上的自然形成的生命，是人工的产物，这打破了传统关于自然和人工的界限。

关于自然和人工的讨论早在古希腊时期就出现了。在亚里士多德那里，就明确区分了自然物与人工物。亚里士多德认为，自然物指的是能够根据内在于自身的目的存在，自然物内含自身形成的根源和法则，能够自我涌现生成；而人工物自身不存在自我生成和存在的法则，它的目的和动力外在于自身，需要人来推动才能存在，人工物只能根据外在于自身的目的生成。因而，自然物优于人工物。“凡存在的事物有的是由于自然而存在，有的则是由于别的原因而存在。”这里的自然指的是无人参与的，不受人制造和控制。人工物指的是被人设计和创造的。

自然生命能够根据内在的动因自我生成和实现，不需要外在的动力推动，能够自我涌现和生成。因而，生命是自然的。对人工与自然的这种划分，蕴含着对神的敬畏。自然是神创造的，凡是自然的事物，出自神之手而非人之手，人不会参与其中。人所创造的只能是低级的机械物。这种划分意味着自然蕴含了内在的合法性，有其规范的价值。在生物学领域，自然物优于人工物，我们总是下意识地认为“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间，前者被选择的概率远大于后者。自然物才是本然该有的样子，所以人工物需要不停地模仿自然，社会不断在模仿自然的过程中运行。这也赋予自然不可取代的“神圣”地位。

图为亚里士多德

合成生物学的出现，动摇了生命的自然本性，挑战了传统的自然生命观，打破了生命领域自然/人工的固定划分。合成生物学能够理性设计创造生命，避免了人工生命体的盲目性。这意味着构建的人工生命体一方面是一个人工参与设计的存在，其生成根据外在于自身；另一方面这个人工生命体又能够按照自身规律“自然地”生长，功能是自然涌现的。合成生物学对基因的处理是人工的，合成生物的基本元件、生命模块和细胞载体都是人工制造或合成的，它的基因序列和整体建构也是人工设计。人工生命体按照设计，不同组成部分之间相互作用，形成一个有序的循环系统，这是自然生长的过程。

“从‘合成’的视角看，合成生物是经由人工制造产出的，因而是一种人工物；而从‘生物’的视角看，合成生物固有生命的自我生成特性，因而是一种自然物。”合成生物学创造的是一个人工的自我生成体，这不仅打破了传统自然/人工的固定划分方式，取消了二者的对立性或不相干性，更是在一定程度上将自然与人工进行融合，有效实现了二者的统一。“在改造乃至重新构造生命体方面，合成生物学强调构建自然界不存在的东西，赋予合成生命体新的功能，从而打破了生命与非生命、自然与非自然的界限。”

值得一提的是，在合成生物学出现之前，诸多社会学家以及伦理学家等就已经从不同领域和角度动摇自然/人工的划分。法国哲学家布鲁诺·拉图尔（Bruno Latour）认为，根本不存在一个纯粹不受人影响的自然，也不存在完全自然的事物。自然与人工的对立本就不存在，这不过是现代人为了剥削自然而编出的故事。在所有与自然打交道的地方，我们都碰到了人工物。跟着人类脚步，不管到哪里，我们都会发现事物中错综复杂的关系，而这些事物在这之前被认为是自然的。

霍尔姆斯·罗尔斯顿（Holmes Rolston）则认为环保主义者常说的“野生”的自然、“不受人类束缚的”自然以及“自发的”自然从来都是神话。如果说这些思考虽然动摇了自然/人工的这种传统区分，而彻底击碎自然/人工之间传统界限的就是合成生物学的出现。自然与人工本就不是对立的概念，二者本就有复杂多样的关系。合成生物学的发展让我们进一步认识到，自然/人工不仅有关系，甚至还能完美合作，共生共成。传统的生命观认为，生命作为自然的存在是神圣的上帝创造的，上帝能够决定生死，创造生命的权力只有上帝拥有。合成生物学的发展，则使得人也拥有创造生命的权力，打破了人与神的边界，同时也撼动了几千年来的自然/人工的划分，在一定意义上将二者融合。

人类的力量在合成生命这里占据重要地位，合成生命实现了人工与自然的完美结合，这体现了人工与自然在“最硬核”领域的一体关系。合成生物学在“人类世”背景下显现，与“人类世”的到来一道呈现。这是“人类世”在生命领域的表现形式。

三、合成生物学是“人类世”在生命领域的呈现

合成生物学的出现和发展有力地证明了“人类世”的到来。首先，“人类世”打破界限，强调一体关系。“人类世”强调的多元和融合在生命科学领域的体现正是合成生物学的发展。正是合成生物学的出现，打破了自然/人工在生命领域的分立，开启了生命历史的新纪元。其次，合成生物学的发展能够改变生物多样性和基因多样性，合成生物学创造出自然系统中不存在的生物，这不仅意味着人力量的强大和地位的提升，更意味着人必须肩负更大的责任和使命。

首先，“人类世”的到来打破了传统的社会/自然、人类/非人类的界限，“人类世”呈现了社会与自然、人与非人类的一体关系。“人类世的到来，为研究人与自然关系提供了新视角，阐明人类—自然耦合系统。”“人类世”蕴含了多元的关系，承认多方力量的交织和互动。人与自然也并非固定的对立关系，二者的对立关系一直遭到批判，“人类世”的出现，在地质层面彻底动摇自然与人工的分立。这意味着人类所创造的人工物正在与自然物在全球范围的结合，这种紧密关系正在地层留下痕迹。我们时代在地质层面留下的证据不再是人工与自然泾渭分明的存在，而是融合在一起而存在的。

“地质学家对岩石层的研究是留下痕迹的生态系统整体，而非某一个单一的因素。”伴随着人类力量的强大，人类能够在全球范围内扩展自身的能量。“人类世”中人的强大也只有在和周围环境互动进化的过程中才得以日益体现。在这一基础上出现的“人类世”强调联系，强调人与周围环境的互动和关系。“人类世”是人与世界、自然环境史无前例的紧密相关的体现。“人类世代表着人类和地球历史上的一个新阶段，自然力量和人类力量相互交织，一方决定另一方的命运。”“人类世”强调的广泛联系，人与自然的交织在生命科学领域的体现就是合成生物学的出现。合成生物学的到来打破了生命中的自然和人工的界限，其所创造的人工生命体融合了自然与人工。

“人类世”强调的一体关系意味着在大规模范围内牵动不同领域的行动者，是谓牵一发而动全身，这在一定程度上呈现多元行动者的交织关系和引起广泛的参与。

其次，合成生物学能够利用最新的技术发展设计和创造生命，人可以利用技术决定生物多样性和基因多样性，人可以“扮演上帝的角色”。这个过程体现了人的力量的强大，是“人类世”的深刻体现。合成生物学能够创造生态系统中不存在的物种或者恢复生态系统中灭绝的生物，直接参与塑造生态系统，挑战了当下生态的稳定关系。在整个生态系统中，合成生命在“人类世”的定位，是否要对生态系统做出新的调整、构建新的稳态成为我们关心的问题。

当然，这种技术所导致的后果将以何种方式存在仍引发诸多争议。学界不仅认为我们利用技术复活生态系统中灭绝的物种有利于增加生物多样性，也认为将合成生物放在生态系统中可能会对当前稳定的生态系统造成破坏。“合成微生物释放到环境可启动基因的水平转移，影响生态平衡，或演变出异常功能，对环境和其他有机体产生副作用。”合成生物学让我们掌握了基因的密码，拥有合成新物种的能力，这在一定程度上能够决定物种多样性、基因多样性或者物种的演化方向。借助合成生物学的发展，我们试图将已经消亡的物种带回我们世界中的努力可以实现。人类能够掌握地球上物种的基因，并能够根据计划创造新物种。

“CRISPER使得我们有能力迅速并且不可逆地改变地球的生物圈，按人类的意志改写任何生物的基因”。通过合成生物学，我们可以改变动物的基因，更好地保护我们想要保护的生物，从而保护自然。在生态系统中，人类只是生态系统维持稳定的一员，与其他动物、植物等一起维持生态系统的稳定状态。但随着科技的发展，人类力量得到增强，人不仅能够打破生态系统的稳定态，更能建立生态系统的新稳态。

从“人类世”背景下探究合成生物学有利于我们更深刻地理解其发展，同样也对合成生物学的发展提出了启发和建议。作为一门新的学科，合成生物学是人类力量渗透到生命领域的体现。合成生物学的出现不仅引起生命领域的巨大变革，更体现了人类的巨大力量和作用。这对我们提出的新要求就是在拥有力量的同时，需要承担更大的责任。人类拥有更大的责任和义务去推动发展的每一步，维持生态的稳定，实现有序发展。

正如詹姆斯·拉伍洛克（James Lovelock）所认为的，“人类世”是一个人类有能力做出全球重大决策的时期。在这个时期，人类更需要担负起自身的责任，维持生态的稳定。我们要时刻关注发展的每一小步可能带来的影响，这需要我们综合考虑自身行为可能产生的后果，更加谨慎小心。因而，我们有责任尽早考虑合成生物学对基因、生物以及环境造成的潜在后果，以便更早地采取行动，维持生态系统的稳定状态。

此外，“人类世”背景下任何新技术的出现都不是孤立存在的，而是与社会紧密相关的。在“人类世”阶段，人与技术、人与自然、技术与自然都处于复杂的关系中，我们必须谨慎思考，全面考量变化。只有我们对可能产生的问题进行充分且合理的思考论证，我们才能准备充分地面对变化和挑战，实现更好的发展。这恰恰体现了伦理规范与哲学反思的作用，其理论意义在于能够预先发现问题，为科技发展发出警报。

正如雷瑞鹏所言：“对于像合成生物学那样的新兴技术的创新、研发和应用，必须‘伦理先行’。在科学家采取行动，启动研发时，必须先制订暂时性的伦理规范。这种规范是暂时性的，因为制订这些规范时我们缺乏充分的信息，而且新兴技术具有不确定性，我们可以随着科研的发展，及时进行评估，修订我们的规范”。科学技术的高速发展，使得传统的伦理和哲学后思成为不可能，我们必然要面向当下和未来，随着科技的发展状态进行思考，力图更好地促进技术的发展。“伦理规范不会阻碍科学发展，伦理规范力图减少风险，使得收益最大化，保证公平分配，保护环境。遵循伦理规范，将会减少科学研究和应用中发生的不良事件，规避风险。长远来看，遵循伦理规范会促进科学健康发展。”

面对新技术的出现，我们要激发个体的反思能力和参与度，时刻关注行为所产生的后果，保持全面谨慎的发展态度。“人类应该始终坚持把尊重生命、敬畏自然作为基本的伦理原则。在这一前提下，谨慎地开展合成生物学的研究，加强对合成生物学发展中的目的、手段和过程以及后果的全程监管，尤其是加强对合成生物学实验室的生物安全管理，做好充分、有效的安全防范措施，以防任何形式的合成生命被滥用。这不仅是科学家也是全社会的责任。”

总之，合成生物学给我们带来的最大的警醒就是顺应“人类世”契机，打破生命研究的既定框架，重新定位归类。但在这个过程中，理应遵循伦理规范，综合考虑各方面因素，谨慎开展研究。

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