對生命本質(zhì)的探索是人類永恒的追求，而不同的生命觀會引領(lǐng)我們走向不同的認(rèn)知方向?！盎驔Q定論”長久以來被視為解釋生命運作的核心理論，讓人們以為基因是生命的絕對主宰，掌控著生命的一切奧秘。然而，隨著科學(xué)研究的不斷深入，這一理論的局限性逐漸凸顯。菲利普?鮑爾所著的《生命傳》（How Life Works），以獨特的筆觸梳理了生命科學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)，打破了基因決定論的迷思，為我們帶來了全新的生命認(rèn)知維度。
近日，我們邀請到《生命傳》作者、英國皇家學(xué)會會員菲利普·鮑爾，中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員吳家睿教授，以及財經(jīng)作家、《2049》作者吳晨三位嘉賓，圍繞《生命傳》展開深度對話，共同探討生命科學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)知革新與復(fù)雜生命的運作邏輯。
對話中，菲利普·鮑爾從基因的動態(tài)編輯、多層級系統(tǒng)的涌現(xiàn)性，到生命體的目的性與進化中基因調(diào)控機制的創(chuàng)新等方面深入闡釋了生命并非“機器”的核心觀點；吳家睿教授則從系統(tǒng)生物學(xué)視角出發(fā)，強調(diào)生命的“涌現(xiàn)性”與層級組織對復(fù)雜性的支撐；此外，還探討了基因編輯、合成生物學(xué)等技術(shù)的潛力與倫理邊界，以及AI在生命科學(xué)中的角色定位。以下是三位嘉賓的對談實錄，內(nèi)容有刪減。
認(rèn)知革命：關(guān)于生命如何運轉(zhuǎn)的新解讀
吳晨：歡迎來到系列對話節(jié)目，我是吳晨，擔(dān)任本次對談活動主持人。我們今天對話的是《生命傳》的作者菲利普·鮑爾，他是科學(xué)作家，英國皇家學(xué)會的會員，也是歐盟委員會合成生物學(xué)專家團的成員、 BBC科學(xué)的故事的欄目出版人。同時我們也請到了吳家睿教授，他是上海交通大學(xué)主動健康戰(zhàn)略與發(fā)展研究院執(zhí)行院長、中國科學(xué)院上海高等研究院國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施的主任，也是中國科學(xué)院系統(tǒng)生物學(xué)重點實驗室主任。我之前跟菲利普、吳教授聊天時就說過《生命傳》這本書非常棒，但對于領(lǐng)域外的人來說，要真正理解其中的細節(jié)并不容易。鮑爾先生，你能向中國的觀眾簡單介紹一下自己，再簡要說說《生命傳》這本書嗎？
菲利普·鮑爾：關(guān)于這個問題，我的部分回答會包含在自我介紹里。1988年，我加入《自然》（國際頂級學(xué)術(shù)期刊《nature》），在那里待了大約20年，負(fù)責(zé)物理科學(xué)領(lǐng)域的編輯工作，從那以后我就成了一名自由撰稿人。在《自然》工作期間，我處理物理科學(xué)領(lǐng)域的論文，其中一些會與生物學(xué)有交叉，可能涉及生物物理學(xué)和生物化學(xué)。我們能了解到所有正在發(fā)生的科研動態(tài)，每周都會得知那些被接受的生物學(xué)論文的情況。
《自然》打算發(fā)表的論文中常常會有這樣的情況：某項研究發(fā)現(xiàn)了一個基因，我們原本以為它只與人體或生命的某一方面有關(guān)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)它竟然還與另一些截然不同、完全出乎我們意料的方面有關(guān)聯(lián)。過了一段時間，我鼓起勇氣問：這到底意味著什么？我記得負(fù)責(zé)那篇論文的編輯當(dāng)時說：“我們也不清楚?！彼坪踉诨虻淖饔梅绞街杏心承用媸俏覀円恢睕]能完全搞懂的，它們并非只承擔(dān)單一職責(zé)，不像我們以為的一個基因?qū)?yīng)一種性狀，反而更像是以一種更微妙、更復(fù)雜的方式在發(fā)揮作用。這就讓我對基因到底在做什么、又不做什么產(chǎn)生了一連串疑問，這些疑問在我心里盤桓了很久。
后來，我有幸在2019年夏天以訪問學(xué)者的身份在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的系統(tǒng)生物學(xué)系待了三個月。但我之前的那些疑問并沒有真正得到解答，恰恰相反，我意識到未知的問題其實比我想象的更多，我們對生物學(xué)的認(rèn)知正在發(fā)生的轉(zhuǎn)變也比我預(yù)想的更深刻。
細胞和分子層面的生物學(xué)知識幾乎每一處都和我過去的認(rèn)知不一樣。比如蛋白質(zhì)的性質(zhì)和形態(tài)，我們總說蛋白質(zhì)是控制人體一切活動的分子，但實際上，它們的作用機制、功能以及形態(tài)往往和我們學(xué)到的大相徑庭。
所以說，那些我們曾經(jīng)在教科書里讀到的，或者上學(xué)時學(xué)到的常規(guī)知識似乎每一個方面都在被改寫。在我看來，這些新發(fā)現(xiàn)共同勾勒出了一幅與傳統(tǒng)認(rèn)知截然不同的圖景。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，我們生命所需的所有信息都編碼在DNA分子里，就像讀取計算機程序或一本書那樣，通過解讀DNA就能“構(gòu)建”出生命。但如今我們對“生命如何運轉(zhuǎn)”的理解早已不是這樣了。而這本書正是試圖解釋這種轉(zhuǎn)變的原因，也想探尋一些關(guān)于“生命如何運轉(zhuǎn)”的新解讀。
作者：[英]菲利普·鮑爾
譯者：王喬琦
出版社：中信出版集團·鸚鵡螺出版時間：2025年7月
吳晨：吳教授也同樣深耕這個領(lǐng)域，請你分享一下讀完這本書的看法。
吳家睿：能和菲利普交流這本關(guān)于生命的書，我感到非常榮幸，我很高興地發(fā)現(xiàn)，他的觀點和我的看法頗為相似。就在2020年，我寫過一本名為《生物學(xué)是什么》的書，我在書中也有類似的看法：問題并不在于基因是生命的決定因素，而是要理解生命。生命背后有著更為復(fù)雜的故事。
首先，生命充滿了隨機的“噪聲”和不確定性，所以我們不能將生命等同于機器，這是非常重要的一點。其次，生命是復(fù)雜的。這里的復(fù)雜性指的是，當(dāng)生命從分子層面到細胞層面，再到組織、器官層面，不同層面之間存在著各種聯(lián)系，并且會涌現(xiàn)出新的特性。比如說，從分子層面到細胞層面，細胞會呈現(xiàn)出一些新的特性，而這些特性是無法直接從基因序列中解讀出來的。這正是復(fù)雜系統(tǒng)所具有的特性。我們常說，這種涌現(xiàn)出的新特性是復(fù)雜系統(tǒng)的體現(xiàn)，這也讓我們明白了早期還原論的局限性。
我過去在大學(xué)接受的訓(xùn)練也認(rèn)為只要理解了分子、基因序列或是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，就能清晰地解釋、理解生命的運行機制。但當(dāng)我真正投身研究工作，尤其是在系統(tǒng)生物學(xué)領(lǐng)域時，我才意識到，我們不能一味地依賴還原論，而應(yīng)該從復(fù)雜系統(tǒng)的層面去思考生命。生命科學(xué)領(lǐng)域有很多研究都是如此：它并非找到一個結(jié)論就能宣告結(jié)束的領(lǐng)域，而是一個開放的系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，會不斷有新的事物被創(chuàng)造出來，我們也能不斷給出新的解釋，但我們無法像在物理學(xué)中那樣，找到一個“放之四海而皆準(zhǔn)”的普適定律。
紀(jì)錄片《人體內(nèi)旅行》劇照。
生命并非機器：一切遠比提取DNA信息復(fù)雜
吳晨：我以前在《經(jīng)濟學(xué)人》工作過，記得幾年前我們有一期封面文章提出一個問題：我們能編輯出“聰明基因”并植入孩子體內(nèi)嗎？這樣一來，競爭就會隨之產(chǎn)生。那些富豪、超級富豪或許能培育出新一代聰明孩子，因為他們掌握了基因工程技術(shù)。但我從菲利普這本書里了解到，事情并非像人們想得那樣簡單。書中引用了《自私的基因》這本書，這是一本非常暢銷的書，你說它或許讓人們對基因的理解產(chǎn)生了一些誤解。能否再跟我們多講講，為什么我們不能簡單地只盯著基因？
菲利普·鮑爾：首先，我想強調(diào)一點，生命并非機器，我們也不是機器。這一點絕對是核心所在。一旦我們理解了生命的運作方式就會發(fā)現(xiàn)，整個人類歷史上，我們從未造出過一臺能像我們自身這樣運作的機器。把我們和機器這樣類比是極具誤導(dǎo)性的。
我們曾經(jīng)認(rèn)為，在我們的DNA中，只有部分片段是用來合成蛋白質(zhì)分子的，其余部分實際上沒什么作用。那些參與合成蛋白質(zhì)的片段，可能只占我們整個DNA的1%到2%，而剩下的部分，有時被人們稱作“垃圾DNA”，但現(xiàn)在我們知道，事實并非如此。
我們的DNA進行著非常豐富的活動，基因所攜帶的信息在轉(zhuǎn)譯成蛋白質(zhì)之前可能會被改變、被編輯。同一個基因?qū)嶋H上可以產(chǎn)生多種不同的蛋白質(zhì)，而且在我們體內(nèi)，同一種基因會在不同類型的細胞中（比如皮膚細胞、肝細胞、肺細胞）產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。這也呼應(yīng)了吳家睿教授所說的，生命是一個開放系統(tǒng)，不同層級有著不同的規(guī)律。即便在蛋白質(zhì)合成這個層面，生命也是一個開放系統(tǒng)：細胞或組織類型所攜帶的更高層級的信息，有時會反過來影響基因會合成哪種蛋白質(zhì)。所以說，這遠比單純“讀取DNA中的信息”要復(fù)雜得多。
我們現(xiàn)在確實在考慮進行基因編輯，甚至可能對人類進行編輯，或許是出于醫(yī)療目的，考慮這么做有充分的理由，但我認(rèn)為，這也讓“每個人都更清楚基因能做什么，不能做什么”變得愈發(fā)重要，因為未來會出現(xiàn)一些影響我們所有人生活的決策。而且，現(xiàn)在已經(jīng)有一些公司開始宣稱，如果你做體外受精（IVF），他們可以對胚胎的基因組進行測序，然后告訴你哪個胚胎最好、哪個會最聰明。甚至已經(jīng)有公司開始做出這樣的承諾。在我看來，這種做法非常危險，因為事情根本沒那么簡單。
我們擁有的任何復(fù)雜性狀，那些我們很在意的東西（比如智力、身高），甚至像眼睛顏色這樣的性狀，都不像我們想得那么簡單。任何復(fù)雜性狀往往都受多個不同基因的影響，而每個基因的影響都非常小。由于存在太多不同的影響因素，我們所能得到的也只能是概率。
我們知道基因?qū)χ橇τ杏绊?，人們對這種影響的程度存在爭議，但個體之間的差異可能約有50%與基因差異有關(guān)。與此同時，那些看似與智力相關(guān)的基因，其實還在發(fā)揮其他作用。大多數(shù)基因都會影響不止一種性狀。這非常復(fù)雜，就像吳家睿教授所說，這是一個我們尚未完全理解且完全無法預(yù)測的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，我們所掌握的只有這些概率，這絕非簡單的“信息讀取”。而且，對于像智力這樣的性狀，我們顯然不能說“這個基因是智力基因”。
吳晨：我記得你提到過（吳教授也提到過“涌現(xiàn)性”），在不同的尺度下，會出現(xiàn)新的現(xiàn)象、新的事物，而我們不應(yīng)把這些簡單歸因于最基礎(chǔ)的層面。你能談?wù)剬ι@個復(fù)雜系統(tǒng)及其涌現(xiàn)性的理解嗎？
菲利普·鮑爾：在我看來，生命的運作存在一系列不同的層級：從分子、基因、蛋白質(zhì)，到我們細胞內(nèi)的分子集合。其中有一整套我們過去并不了解的層級，是由分子構(gòu)成的復(fù)雜集合，它們不像機器，反倒更像一個個“聚會”或“委員會”，在我們體內(nèi)共同做出“決策”。
再往上是細胞，細胞聚集形成不同的組織，這一過程本身就很復(fù)雜。組織構(gòu)成器官，最終形成我們個體，而個體之上還有生態(tài)系統(tǒng)。每個層級都有其自身的運行規(guī)則，這些規(guī)則并非完全由更低層級的情況所決定或限定。因此存在一種信息的“過濾”：有些細節(jié)對于更高層級而言并不重要。這正是“涌現(xiàn)性”的核心：當(dāng)系統(tǒng)邁向更高層級時，低層級的部分信息會被舍棄或變得無關(guān)緊要。細想之下，這也是像我們這樣復(fù)雜的生命體能夠運轉(zhuǎn)的唯一方式。
如果我們的生命活動依賴于每個分子在精確的時間出現(xiàn)在精確的位置，完成它該做的工作，那這種情況根本不可能發(fā)生。因為正如吳家睿教授所說，生命充滿了“噪聲”。生物學(xué)中存在大量的隨機性。分子并非總能出現(xiàn)在它們“應(yīng)該”在的地方，也并非總能保持它們“應(yīng)該”有的結(jié)構(gòu)，但即便如此，生命依然能持續(xù)運轉(zhuǎn)。
因此，在生物學(xué)中，生命活動不依賴于所有事物都處于正確位置，這一點其實至關(guān)重要。任何物體、任何物理實體的行為，都不取決于所有單個電子、原子，甚至亞原子粒子的具體活動，如果真的依賴這些，世界根本無法正常運轉(zhuǎn)。
而且在這些更高的層級上，事物有了其特定的意義。我是說，我現(xiàn)在望向窗外，看到了一棵樹。要知道，對這棵樹來說，重要的是葉子的存在，葉子是綠色的，因為它們能吸收光線。在更高、更大的層級上，存在著一整套正在進行的過程。比如樹枝必須足夠堅固、堅硬以抵御風(fēng)力，而這也并不依賴于每一個單獨的原子。
事實上，萬物皆是如此運作，你的身體也存在這種涌現(xiàn)性和一系列層級，生物學(xué)領(lǐng)域也不例外。在生物學(xué)中，正因為其系統(tǒng)極其復(fù)雜，所以具備這種抵御低層級細節(jié)干擾的穩(wěn)健性就顯得尤為重要。要知道，在這漫長的歲月里，這個極其復(fù)雜的系統(tǒng)時刻都在發(fā)生著各種變化，卻依然能持續(xù)運轉(zhuǎn)下去。
吳晨：吳教授，你之前似乎提到過，在生命進化過程中細胞間區(qū)室化的形成為實現(xiàn)分工創(chuàng)造了條件。你能再詳細解釋一下嗎？關(guān)于生命是如何運作的，以及復(fù)雜生命體是如何運轉(zhuǎn)的，你是否同意菲利普的觀點，或者有不同的見解？
吳家睿：我認(rèn)為這仍是一個尚無定論的開放性問題，但我同意菲利普的觀點。復(fù)雜性是逐步演化融入生命的。這意味著當(dāng)我們談?wù)撋鼤r，應(yīng)關(guān)注兩個維度：一個是進化，另一個則與環(huán)境緊密相關(guān)。
我就用菲利普剛才提到的“垃圾 DNA”來舉例，說說我對復(fù)雜性的理解。在早期生命形式中，比如細菌這類我們稱為原核生物的生命體，它們是最簡單的。通常來說，這類細菌的基因組幾乎全是編碼蛋白質(zhì)的核酸序列，也就是說，這些簡單生物的基因序列基本上用于指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。但在進化過程中，“垃圾DNA”逐漸出現(xiàn)了。
舉例來說，到了真核生物階段，我們可以以單細胞真核生物為例，這類生物從原核生物進化而來，其基因組規(guī)模顯著擴大。此時，“垃圾DNA”的數(shù)量超過了編碼DNA序列。這意味著，許多序列逐漸有了其他用途，不再直接用于編碼蛋白質(zhì)或合成蛋白質(zhì)。這就是原核生物與真核生物的差異所在。為什么會有這種差異？因為進化。而為什么會有進化？因為生物與環(huán)境的相互作用。
隨著簡單生物的進化，它們逐漸發(fā)現(xiàn)需要更多這類DNA，現(xiàn)在我們不能再稱之為“垃圾 DNA”，而應(yīng)稱為“非編碼DNA”，它們用于調(diào)控編碼DNA，從而增加了這些編碼DNA的復(fù)雜度，這正和菲利普所說的基因調(diào)控機制相契合。
說到我們?nèi)祟?，在人類基因組中，編碼DNA僅占大約1.5%，大部分序列都是非編碼DNA，編碼DNA負(fù)責(zé)合成蛋白質(zhì)。早年，我們把蛋白質(zhì)看作生命機器中一種 “零件”之類的東西。但非編碼DNA為何會大幅增加？這些非編碼DNA并非無用的“垃圾”，它們有其存在意義，能夠讓一個編碼蛋白質(zhì)的DNA在不同條件下對蛋白質(zhì)的合成任務(wù)有不同的響應(yīng)，以滿足不同的需求。
由此可見，生命的復(fù)雜性顯著提升，這并非僅僅依靠編碼DNA，非編碼DNA也起到了重要作用非編碼DNA能與環(huán)境相適應(yīng)。即便在今天，人類所具備的智力等特征，都可能與非編碼DNA有關(guān)，而這并非直接由編碼DNA所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)決定。所以你看，在談?wù)撋膹?fù)雜性時，我們應(yīng)當(dāng)考慮到目的性，比如我在菲利普的書中讀到過關(guān)于“目的性”的內(nèi)容。書中提到，生命是有目的的，它們會試圖探尋生命的意義，或者說為生命賦予意義。
不過，我仍有疑問，想請菲利普詳細談?wù)勊麑Α耙饬x”的理解。我在他的書中看到，他說進化本身是沒有目的的，但生命體卻會獲得或擁有目的性。所以我在想，從環(huán)境中是否存在某種潛在的“目的性”，到最終產(chǎn)生具有目的性的生命，這一過程是否成立？
菲利普·鮑爾：非常感謝你提出這個問題。沒錯，這其實正是我想要傳達的核心觀點。理解所有分子的活動以及它們?nèi)绾螀f(xié)同作用，這固然很有意義，也十分重要。但歸根結(jié)底，這一切的本質(zhì)是什么？它們在“構(gòu)建”的究竟是什么？或許用“構(gòu)建”這個詞并不太準(zhǔn)確，更確切地說，它們在通過協(xié)作創(chuàng)造出具有目的性、擁有目標(biāo)的實體。
在我看來，這恰恰是生命體與非生命體的區(qū)別所在：生命體有目標(biāo)、有目的、有意圖。當(dāng)然，這并不意味著它們都會像我們?nèi)祟愐粯铀伎?，也不意味著它們都會有意識地權(quán)衡。不過我認(rèn)為，擁有類似能力的動物其實比我們之前認(rèn)為的要多得多。但我敢肯定，許多高等哺乳動物是具備這種能力的，鳥類或許也擁有某種意識。
這正是進化論中耐人尋味的一點。我想我在書中也表達過類似的意思：進化是一個非常擅長創(chuàng)造具有目的性實體的系統(tǒng)。進化本身并非在朝著某個方向努力，也并非刻意要創(chuàng)造出某種特定的生物。它只是一個自然發(fā)生的過程，而在這個過程中，會誕生出這些具有目的性、擁有目標(biāo)的實體。
那么，這種目的性是如何從分子系統(tǒng)中產(chǎn)生的呢？我認(rèn)為這正是生物學(xué)的核心問題：這樣的特性是如何誕生的？我在書中談到了“意義”，認(rèn)為生物學(xué)（或者說進化）是一個創(chuàng)造“意義”的系統(tǒng)。我的意思是，任何生物體在其所處的環(huán)境中，都會從環(huán)境中獲取各種信息，比如溫度高低、光照強度、營養(yǎng)物質(zhì)的分布、捕食者帶來的危險等，而生物體必須理解這些信息的意義。用一種擬人化的說法就是，生物體必須判斷哪些信息重要、哪些不重要，因為它不需要所有信息，也不需要所有細節(jié)，所以必須做出這樣的判斷。而這本質(zhì)上就是關(guān)于“意義”的問題：生物體必須判斷，這條信息對我有意義嗎？順帶一提，這些信息也可能來自生物體內(nèi)部。我們?nèi)祟惥褪沁@樣，比如感覺今天不太餓，或者有點不舒服，又或者特別有活力，這些都是來自我們自身的信息。
所以，進化針對“對某種生物而言什么是有價值的”做出了不同的判斷。但我認(rèn)為，這其實可以被看作一個創(chuàng)造“意義”的過程：即為了實現(xiàn)自身目標(biāo)，對該實體而言什么是有意義的。
紀(jì)錄片《人類基因組》劇照。
幻想與現(xiàn)實：基因編輯技術(shù)從來不是100%精準(zhǔn)的
吳晨：我記得你（菲利普·鮑爾）在書中還提到一個很有意思的說法：人們常說人類與類人猿的基因組有98.8%的相似度，但我們其實與它們差異巨大，科學(xué)家們試圖解釋這個情況，我想這想表達的是進化只需對基因組做一點點調(diào)整，就能產(chǎn)生全新的、不同的物種。但這也凸顯了一個事實：即便只是微小的變化，其影響也可能很大。當(dāng)然，我們不能把所有這些變化都歸因于基因組。不過，基因組確實是儲存遺傳信息并將其傳遞給后代的地方。
那么我們該如何理解自然和進化是如何真正塑造不同物種的？這或許不是你當(dāng)前要探討的內(nèi)容，可能你會在下一本書中嘗試研究，但人們對此確實會很感興趣。你用這個說法指出了人們對基因組相似度的理解存在誤解。那么，這種誤解為什么會存在呢？
菲利普·鮑爾：（這個問題）或許可以從人類基因組計劃說起。該計劃旨在對人類的全部DNA進行測序，始于1990年左右，大致在2003年完成。
在該計劃啟動前，如果你問該領(lǐng)域的許多科學(xué)家：人類有多少個基因，這里我指的是編碼蛋白質(zhì)的基因，他們會告訴你，我們當(dāng)時已經(jīng)對一些簡單生物的基因數(shù)量做過研究，發(fā)現(xiàn)其中一些可能有1萬到2萬個基因。因此，很多人認(rèn)為，既然人類比線蟲復(fù)雜得多，基因數(shù)量肯定也更多，典型的推測是可能有8萬到10萬個基因。但當(dāng)我們真正完成基因組測序后卻發(fā)現(xiàn)，事實并非如此，人類的基因數(shù)量與線蟲差不多，只有約2萬個，甚至可能僅約1.9萬個編碼蛋白質(zhì)的基因。
那么，既然我們的基因數(shù)量與簡單生物基本相同，而且很多基因?qū)嶋H上是共有的，我們是如何變得如此復(fù)雜，還擁有了智力等能力的呢？就像吳家睿教授所說的，關(guān)鍵在于調(diào)控，在于這些基因如何被使用，這一點至關(guān)重要。在進化過程中，當(dāng)生物向越來越復(fù)雜的方向過渡時，情況就是如此。每次過渡中，新基因的出現(xiàn)并不多，但基因調(diào)控的方式卻有了許多新變化，基因之間相互影響、相互作用、相互控制、相互開關(guān)的新方式不斷涌現(xiàn)。
因此，這才是進化變化的關(guān)鍵，生物越復(fù)雜，其基因調(diào)控機制就越豐富。正如吳家睿教授所說，我們基因組的很大一部分，無論以何種形式存在，核心都是調(diào)控。而且，有一點似乎很明確：從類人猿祖先到我們?nèi)祟惖倪^渡使我們擁有了能進行語言交流、創(chuàng)造文化等能力的大腦，這是其他類人猿所不具備的，至少達不到我們的程度，背后的原因我們目前還不完全清楚，但無論具體是什么，都是調(diào)控方式的改變，而非新基因的出現(xiàn)。
吳晨：吳教授，你還有什么要補充的嗎？我想問問，生命是如何在進化過程中實現(xiàn)自組織的呢？
吳家睿：我想補充一點。我認(rèn)為生命的復(fù)雜性，除了基因組從簡單的編碼DNA演變?yōu)榉蔷幋aDNA之外，還體現(xiàn)在從分子、細胞層面到更高層面的組織層級上。比如，原核生物如大腸桿菌或細菌，細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)無序，我們稱之為“低區(qū)室化”。
所以在原核細胞內(nèi)，從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的合成過程，都在同一個“空間”里進行。但當(dāng)進化到真核細胞時，如酵母，細胞內(nèi)出現(xiàn)了細胞核、線粒體等不同的細胞器，負(fù)責(zé)執(zhí)行不同的生命活動；這種區(qū)室化讓細胞變得更復(fù)雜。
這就像人類社會的發(fā)展，原始社會中，每個人做著類似的事，比如狩獵、采集，沒有分工；而進入文明社會后，從農(nóng)業(yè)時代開始，人們有了分工，有的負(fù)責(zé)宗教，有的負(fù)責(zé)管理，有的負(fù)責(zé)烹飪。到了工業(yè)社會，分工更復(fù)雜?？梢韵胂?，從簡單生物到真核生物，再到動植物乃至人類，它們從細胞層面就開始發(fā)展出多細胞組織。多細胞生物的細胞并非處于同一層級，而是形成了不同的層級結(jié)構(gòu)。這對生命的復(fù)雜性而言至關(guān)重要。
所以，現(xiàn)在我們意識到所有生物的組織方式都是獨特的，不僅基因組如此。我在書中提到，進化最初推動細胞內(nèi)部形成復(fù)雜的區(qū)室化，進而演化出真核細胞。但如果想讓細胞內(nèi)部更復(fù)雜，有限的空間無法分隔出足夠多的功能區(qū)域。這時生命展現(xiàn)出了創(chuàng)造性，演化成了多細胞生物。
人類有超過30萬億個細胞?？梢韵胂螅@種區(qū)室化不僅存在于細胞內(nèi)部，還延伸到了細胞之外。細胞形成不同類型的組織，不同組織形成器官。人類甚至有神經(jīng)系統(tǒng)這樣的更高層級組織。所以，生命與非生命的區(qū)別之一，就是它能形成不同的組織層級。我認(rèn)為這是生命復(fù)雜性的一個重要特征。
吳晨：我想順著吳教授的話，再向菲利普提個問題，幫助我們理解。這也是你在書中從不同層面探討的內(nèi)容：我們該如何理解生命？
細胞是一個非常重要的層面，現(xiàn)在很多人嘗試構(gòu)建虛擬細胞，因為它可能成為眾多實驗的基礎(chǔ)。胚胎是另一個重要起點，你在書中多次強調(diào)發(fā)育生物學(xué)，而胚胎是起點，因為在胚胎階段，生物非常相似，能給我們提供一個“快照”。此外，器官層面也有一些有趣的特性。菲利普，你能講講你對細胞、胚胎和器官層面的生命的理解嗎？這些是構(gòu)建生命運作的不同復(fù)雜尺度。
菲利普·鮑爾：首先，細胞是現(xiàn)存最小的生命體，我們能稱之為“活著”的最小單位。在細胞之下的層面，我們需要了解分子的功能、相互作用、形態(tài)等。這些信息很重要，但僅靠這些層面無法理解生命如何運作，因為分子本身并不“活著”。只有到了細胞層面，我們才真正接觸到“活著”的東西。
但我們是多細胞、多組織生物。這意味著，當(dāng)我們體內(nèi)的細胞分裂、增殖，發(fā)育成胚胎和生物體時，它們必須特化，每個細胞都擁有相同的DNA和基因組，但在不同組織中會以不同方式使用這些遺傳信息。這是促成我們這樣的復(fù)雜生物出現(xiàn)的關(guān)鍵創(chuàng)新。
那么這一過程是如何實現(xiàn)的？一個細胞如何變成皮膚細胞或神經(jīng)細胞？這是理解發(fā)育的核心問題。
這是一個迷人且尚未完全破解的問題，但有一點很明確：細胞的去向并非預(yù)設(shè)好的。每個細胞通過接收周圍環(huán)境的信息來決定自己的命運。例如，發(fā)育過程中，如果一個細胞周圍的細胞“決定” 變成肌肉細胞，那么它很可能也會變成肌肉細胞。
胚胎從單個受精卵（處于類干細胞狀態(tài)，可發(fā)育成任何組織）發(fā)育而來，是一個漸進的過程，前一階段的狀態(tài)決定后一階段的發(fā)展。
這一切都受基因影響，但在這個層面，我們應(yīng)該把正在生長的胚胎及其細胞看作是在“利用”基因作為資源。基因不會指令細胞做什么，細胞之間相互決策，借助基因來實現(xiàn)這些決策并改變自身特性。胚胎生長過程中發(fā)生的一切，其動因存在于更高層面：細胞和組織層面，而非基因?qū)用妗５@些層面始終在相互通信。
吳晨：正如你在書中強調(diào)的，生物學(xué)是一門復(fù)雜的學(xué)科，每隔大約十年，我們就需要重新審視對生物學(xué)的理解。之前我們談到了基因編輯，因為我們現(xiàn)在有了強大的工具來進行基因改造。對普通人來說，生物學(xué)、醫(yī)療健康的未來常常圍繞兩個問題：我們能通過基因編輯治療遺傳病嗎？我們能利用干細胞等機制實現(xiàn)返老還童，活到100歲甚至更久嗎？畢竟，如果我們掌握了胚胎發(fā)育等過程，為什么不能更長壽呢？這些是基于科學(xué)突破的希望和想象。但我們目前處于什么階段？對未來可能的突破，我們能有哪些現(xiàn)實的期待？
菲利普·鮑爾：沒錯。有些人可能會疑惑：如果基因并非處于主導(dǎo)地位，那基因編輯怎么會起作用呢？
有時候基因確實是主導(dǎo)的，但并不像人們想得那么頻繁。有些疾病明確與特定基因突變相關(guān)，在某些情況下，只要攜帶這種突變，就一定會患病。囊性纖維化就是一個例子，它有很多突變類型，有些影響輕微，但有些突變只要存在，就一定會導(dǎo)致囊性纖維化。鐮狀細胞貧血也是如此，與特定基因突變相關(guān)。在這些病例中，基因編輯可以實現(xiàn)治愈。
單基因疾病有很多，但大多數(shù)都很罕見，也很可怕。囊性纖維化和鐮狀細胞貧血之所以為人熟知，是因為它們相對不那么罕見。但我們?nèi)菀谆忌系拇蠖鄶?shù)疾病，比如癌癥、糖尿病、高血壓、心臟病等。
這些疾病就像我之前提到的那些，受多個基因影響。因此，基因編輯是否能在這些疾病上發(fā)揮作用，就不那么明確了。因為，首先，你得針對很多不同的基因進行編輯，但你卻不確定哪些才是關(guān)鍵基因。而且你無法確保這些改變不會影響基因的其他功能。此外，我們現(xiàn)有的基因編輯技術(shù)從來不是100%精準(zhǔn)的，你可能會編輯到一些并非目標(biāo)的基因，或者一些非目標(biāo)的DNA片段。
所以關(guān)于基因編輯，首先要明確的是，它只對少數(shù)幾種疾病有效。即便對于這些疾病，關(guān)于我們是否應(yīng)該進行基因編輯，也存在很多爭議。所以，在返老還童、組織生成或組織再生等方面，相關(guān)的討論仍在進行中。
這可以說是一種科學(xué)幻想，我們能夠培育出任何器官，這樣當(dāng)我們自身的器官像往常一樣衰竭時，就能用從自身組織培育出的替代器官進行移植。而這些器官來自我們自身的組織，這意味著我們不必?fù)?dān)心移植后的排斥反應(yīng)。所以說，這是一種幻想，我們還不確定這些事情能實現(xiàn)到什么程度。但就目前而言，似乎并沒有明顯的理由表明我們無法在某種組織培養(yǎng)中培育出可用于移植的完整器官。
紀(jì)錄片《破譯DNA密碼》劇照。
希望與邊界：合成生物學(xué)技術(shù)與倫理規(guī)范
吳晨：我想這很自然地過渡到合成生物學(xué)的話題，因為在我看來，我們對生物體的了解更加深入了，也擁有了強大的工具來進行改造。當(dāng)然，我們能制造出機器與生物體的混合體，比如水母機器人之類的東西，這有點嚇人，我們可以稍后再談這個。但仍然有一派觀點會說，我們不應(yīng)該“扮演上帝”。我的意思是，如果你在扮演上帝，那你其實是在做危險的事情，因為這里面存在一些倫理問題需要我們考慮。那么，關(guān)于合成生物學(xué)的倫理問題和應(yīng)用，你認(rèn)為我們需要注意什么，以及在應(yīng)用時應(yīng)遵循什么原則呢？這個問題也想問問吳教授，請菲利普先說說吧。
菲利普·鮑爾：“合成生物學(xué)”乍一聽可能會讓人覺得有點嚇人。確實如此，它聽起來像是在“扮演上帝”，像是在隨意擺弄生命。實際上，在某種程度上，我們擁有合成生物學(xué)相關(guān)的技術(shù)已有大約50年了。我記得是在20世紀(jì)70年代，我們首次開始掌握基因編輯的方法。而最初的基因編輯就是在細菌身上進行的。如今，通過對細菌進行基因編輯來生產(chǎn)的藥物已經(jīng)有很多種了。具體來說，就是將基因?qū)爰毦校缓笤谂囵B(yǎng)罐里培養(yǎng)這些細菌，為它們提供所需的各種營養(yǎng)物質(zhì)等，細菌就會產(chǎn)生這種物質(zhì)，而這種物質(zhì)如果僅靠化學(xué)方法是很難生產(chǎn)出來的。所以從某種意義上來說，那算是一種合成生物學(xué)。
但如今提到“合成生物學(xué)”這個詞時，我們通常指的是比單純向細菌中植入基因更復(fù)雜的事情。合成生物學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展同樣始于對細菌的基因編輯。這大概是在21世紀(jì)初，目的是讓細菌表現(xiàn)出更像機器的特性，或者說更具工程化的功能。這也是一種合成生物學(xué)，而且其應(yīng)用前景十分明確。有人希望讓細菌生產(chǎn)生物燃料或氫氣，以制造綠色能源。所以開展這些研究有充分的理由，但幾乎所有研究都集中在細菌上。
正如吳家睿教授之前所說，細菌的結(jié)構(gòu)簡單得多，它們只擁有自身所需的DNA，不需要通過復(fù)雜的DNA排列方式來實現(xiàn)特定功能，因為它們無須分化成不同的細胞類型，只需要進行復(fù)制即可。因此，我們可以對細菌進行這類工程改造和合成生物學(xué)研究。但如果研究對象更復(fù)雜，哪怕是酵母這種單細胞真核生物，它的細胞結(jié)構(gòu)與我們?nèi)祟惣毎嗨?，難度也會大幅增加。而如果要對人類細胞進行合成生物學(xué)研究，比如設(shè)計復(fù)雜的基因回路植入細胞，讓細胞執(zhí)行特定功能，甚至讓它們分化成我們體內(nèi)不存在的全新細胞類型，這些想法雖然很有吸引力，但實現(xiàn)起來難度極大。
所以，我覺得開展合成生物學(xué)研究有充分的理由，而且在很多方面它并沒有引發(fā)特別大的爭議。但即便是研究細菌，我們也要確保不會有意或無意地創(chuàng)造出一種能在野外繁殖并大量滋生的病原體。
吳晨：吳教授，關(guān)于合成生物學(xué)的倫理問題及相關(guān)指導(dǎo)原則，你有什么補充的嗎？
吳家睿：合成生物學(xué)如今是一項非常重要的生物技術(shù)，它不僅支持生物學(xué)研究，還支撐著食品、醫(yī)藥及所有行業(yè)的發(fā)展。然而，這項新技術(shù)也對人類價值觀和生物安全構(gòu)成了挑戰(zhàn)。因此，政府強調(diào)，在應(yīng)用包括合成生物學(xué)在內(nèi)的任何生物技術(shù)時，必須首先考慮倫理規(guī)范。而且這是一個非常復(fù)雜的問題。例如，關(guān)于轉(zhuǎn)基因技術(shù)，社會上仍存在巨大爭議，一方認(rèn)為它對人類、產(chǎn)業(yè)和人類發(fā)展非常有用；另一方則認(rèn)為它對人類來說非常危險。
你看，即便是植物基因編輯，人們也會關(guān)注當(dāng)培育出轉(zhuǎn)基因植物，也就是將一種外源基因轉(zhuǎn)移到一種植物中時是否存在危險。如今，對植物進行基因修飾時，“是否危險”“是否為轉(zhuǎn)基因植物”等問題都很敏感。實際上，基因編輯確實改變了基因組，但這種改變是在同一種生物體內(nèi)進行的。由此可見，這一問題的爭議性很大。比如，說到干細胞和動物克隆，從技術(shù)角度看，我們可以克隆人。但社會有明確的倫理規(guī)則禁止通過這種技術(shù)克隆人。我們甚至可以克隆猴子，但不能克隆人。這是監(jiān)管問題，而非技術(shù)問題。
所以你能發(fā)現(xiàn)，技術(shù)發(fā)展非常迅速，倫理學(xué)界也在不斷討論這些新技術(shù)如何應(yīng)用于人類，以及這些應(yīng)用是否會對人類構(gòu)成危險。我認(rèn)為，即便在今天，我們?nèi)悦媾R這樣的挑戰(zhàn)。許多技術(shù)都面臨同樣的問題，無論是基因編輯還是干細胞技術(shù)。對于這些技術(shù)，不能簡單地用“可行”或“不可行”來評判。
電影《別讓我走》海報，海報中的三位主角為克隆人，故事中，人類會為了給自己提供備用器官而克隆自己。
尾聲：AI、癌癥與生命教育
吳晨：考慮到時間，我想接著問最后兩個問題。第一個問題，當(dāng)然是展望未來，有種說法是，20世紀(jì)是比特的世紀(jì)，而在人工智能的助力下，21世紀(jì)是基因的世紀(jì)。我認(rèn)為未來有很多可能性。那么，我們?nèi)绾晤A(yù)測未來？AI如何幫助我們更好地理解生命本身，或許還能為我們提供可用的工具？AI方面已有不少領(lǐng)先成果，比如 AlphaFold（由英國DeepMind公司開發(fā)的一個人工智能程序，專門用于預(yù)測蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)），這是一項非常強大的新進展，它能幫助我們理解甚至創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。我想知道，我們該如何理解這些新進展？它們將如何幫助我們更好地理解生命、深入理解生物學(xué)，甚至推動合成生物學(xué)的發(fā)展？菲利普，請說說你的看法。
菲利普·鮑爾：首先我認(rèn)為，人工智能有巨大的應(yīng)用潛力，因為無論是在生物學(xué)領(lǐng)域，還是在其他學(xué)科或世界其他領(lǐng)域，只要我們處理的是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，AI都能發(fā)揮作用。AI能夠發(fā)現(xiàn)我們?nèi)祟愖约簾o法察覺的模式和規(guī)律。AlphaFold就是一個很好的例子。AlphaFold程序的兩位開發(fā)者獲得了去年的諾貝爾化學(xué)獎。要知道，AlphaFold解決了蛋白質(zhì)化學(xué)領(lǐng)域一個長期存在的難題：僅知道構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸序列，如何預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形狀？從這一點來看，它的用處非常大。
但研發(fā)出一種有效的藥物，還有很多其他環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)中的大多數(shù)，對藥物能否真正起效、能否成功推向市場而言都很重要。所以，很遺憾，AlphaFold不會給藥物研發(fā)帶來革命性變革，但它確實是一個出色的工具。
而且，正如你所說，它正被用于設(shè)計新的蛋白質(zhì)，這是一項了不起的成就。它能設(shè)計出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，告訴我們?nèi)绾沃圃爝@些蛋白質(zhì)，而我們也確實能成功制造出來。這是一個很好的例子，說明AI能幫助我們解決非常復(fù)雜的問題。
但我擔(dān)心的是，有些人會認(rèn)為，既然生命如此復(fù)雜，比如基因調(diào)控等機制我們難以理解，那借助AI就是理解生命的途徑，于是完全依賴AI。
無論如何，在我看來，我們真正需要的是“理解”。我們想要理解細胞內(nèi)正在發(fā)生的各種過程。而這種理解，我認(rèn)為是無法通過AI獲得的，AI只能告訴我們輸入這些分子后，細胞會有什么反應(yīng)，僅此而已。所以，我堅持認(rèn)為，AI在研究中應(yīng)始終被當(dāng)作一種工具，而不是用來替代對細胞內(nèi)活動的真正理解和理論構(gòu)建。
吳晨：《經(jīng)濟學(xué)人》最近有一期封面報道稱，人類最終將能夠攻克癌癥。當(dāng)然，這樣的標(biāo)題每十年都會出現(xiàn)一次。但癌癥作為人類關(guān)注的重大疾病，仍然非常復(fù)雜。
而你在書中強調(diào)，基于基因組測序等技術(shù)的個性化治療所引發(fā)的熱潮，可能并不像人們預(yù)期的那樣令人滿意、那樣神奇。那么，我們該如何理解這一點？我們怎樣才能對近期的醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療健康發(fā)展做出切實的預(yù)測呢？
菲利普·鮑爾：癌癥是一種非常復(fù)雜的疾病，而且其實它并不完全像傳統(tǒng)意義上的疾病。它不像有些疾病是由病原體引發(fā)的，雖然有時會由環(huán)境因素誘發(fā)，本質(zhì)上，我覺得它更像是我們的細胞自身容易陷入的一種狀態(tài)，細胞會形成多種狀態(tài)以構(gòu)成不同組織，而癌癥就是其中一種狀態(tài)。
事實上，近年來在認(rèn)知上有了新的進展：我們過去認(rèn)為癌癥是細胞發(fā)生特定基因突變后，不受控制地增殖，形成大量細胞并破壞身體。現(xiàn)在我們對癌癥的理解更傾向于一種“錯亂的發(fā)育”，我在書中也用了這個詞。所以，腫瘤并非由完全相同的細胞隨機堆積而成，它們其實有一定結(jié)構(gòu)，包含不同細胞類型，本質(zhì)上更接近器官，一個非常粗糙、危險的器官。而正是在這一點上，個性化治療可能會發(fā)揮作用：如果我們從患者的腫瘤中取樣，了解腫瘤類型及其包含的癌細胞種類，就能選擇適合該類細胞的藥物，而不是用通用療法。這樣或許能取得更好的效果。
我見過的最令人興奮的癌癥治療進展之一是嘗試用我之前提到的細胞重編程技術(shù)來重新編程癌細胞。如我所說，癌細胞陷入了癌變狀態(tài)，但我們知道細胞可以從一種類型轉(zhuǎn)化為另一種，所以有人在研究如何將癌細胞轉(zhuǎn)化回健康細胞，或者至少轉(zhuǎn)化為一種靜止、不增殖的細胞。如果能實現(xiàn)，這種方法的創(chuàng)傷和干擾會小得多。
所以，生物學(xué)領(lǐng)域的這些新想法，是可以像這樣創(chuàng)造性地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。我認(rèn)為，我們對生物學(xué)中這些層級結(jié)構(gòu)的理解越深入，就越能明確需要在哪個層面進行干預(yù)。我非常樂觀地認(rèn)為，這種對生物學(xué)更深入、更細致地理解，將帶來各種臨床突破。
吳晨：這真的很有意思。我覺得《生命傳》這本書讀起來也非常引人入勝。我想最后一個問題，還是回到菲利普你說的，你希望AI成為我們研究的強大工具，而非替代品。這意味著我們需要新一代的人依然對復(fù)雜的生命保持好奇，依然能被《生命傳》這類書籍吸引。那么，我們該如何引導(dǎo)、推動或鼓勵人們對周遭世界更具好奇心呢？這個問題我也想問問吳教授。
菲利普·鮑爾：我認(rèn)為，幾乎所有關(guān)于生命世界的書籍都應(yīng)該從生命世界本身說起，從這個世界所擁有的奇妙寶藏說起，比如珊瑚、水母、老虎，還有那些令人驚嘆的植物。這樣做是為了提醒我們，即便我們深入到基因、蛋白質(zhì)等微觀層面去探索，我們所談?wù)摰臍w根結(jié)底還是我們周遭這個非凡的生命世界。而且，我覺得真正的起點應(yīng)該是對這一切的敬畏，敬畏進化所造就的奇跡，敬畏進化所展現(xiàn)的創(chuàng)造力，以及生命體自身所彰顯的活力。這一點至關(guān)重要，我們永遠都不該忘記，這才是我們探索的終極命題。
吳晨：吳教授，我們該如何鼓勵人們抱有更強的好奇心，去閱讀像《生命傳》這類書籍呢？
吳家睿：我認(rèn)為，首先我們應(yīng)該擁有開放的心態(tài)。如今，很多培訓(xùn)越來越注重技術(shù)本身，卻沒有培養(yǎng)人們?nèi)ミm應(yīng)這個瞬息萬變的環(huán)境。所以，開放的心態(tài)是其一。
其二，要深入思考。如今，海量信息涌入我們的大腦，以至于人們不像以前那樣愿意花時間思考了，大家只是接收信息，卻不去思考。不思考，就不會想去讀書。而如果能思考，人們就會意識到自己的知識有限，有很多不懂的東西，于是就會想去讀書。他們會去讀像菲利普的這本書，或者我的書。我認(rèn)為，這正是我們生命價值的體現(xiàn)——學(xué)會如何面對這個世界。
我一直覺得“知不足者好學(xué)”，至少要意識到自己的不足，保持求知欲，這樣才會想去讀書。
吳晨：好的，最后一個簡短的問題，我們該如何幫助普通人理解復(fù)雜的生命科學(xué)？《生命傳》這本書內(nèi)容比較深刻，不是能夠很輕松讀懂的，有些章節(jié)確實得全力以赴才能讀懂，但很多章節(jié)真的很吸引人。菲利普，對于讀者來說，閱讀你的書、理解復(fù)雜的生命科學(xué)，有什么技巧呢？
菲利普·鮑爾：我想首先要說的是，我希望讀者從書中得到的是一個更豐富的認(rèn)知，而不是認(rèn)為我們不過是由基因造就的機器。有種說法認(rèn)為生命就是如此，我覺得這種說法低估了生命的意義。而且，在我看來，現(xiàn)代生物學(xué)不僅沒有證明這種觀點，甚至沒有暗示過這種觀點，這在我看來是一種非常狹隘的生命觀。
所以我想說，生命遠比這更豐富，而“更豐富”其實也意味著它遠比這更復(fù)雜?；蛟S我們應(yīng)該用這樣的比喻去理解生命：它不是計算機程序，不是機器，而是一個社會。
吳晨：請吳教授做最后的點評。你對《生命傳》這本書有何評價？為什么推薦它呢？
吳家睿：我認(rèn)為這本書能為你提供多維度的視角去思考當(dāng)下的生命。我們讀教科書時，獲取的知識往往比較陳舊，其中大部分來自我們所說的還原論科學(xué)家的研究，這種認(rèn)知已經(jīng)過時了。
就像你說的，人們需要重新審視自己的知識體系。因此，當(dāng)你讀這類書時，就應(yīng)該換一種思維方式。比如，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為生命是機器，但這本書告訴你，生命并非機器。以前有人說生命很簡單，而這本書告訴你生命并不簡單，還解釋了為什么不簡單。所以我認(rèn)為，對于理解生命而言，這本書對于開闊思路、啟發(fā)思考非常重要。
編輯/呂婉婷
校對/柳寶慶
