核心理论被质疑，该如何理解生命运转的底层逻辑？_风闻

对生命本质的探索是人类永恒的追求，而不同的生命观会引领我们走向不同的认知方向。“基因决定论”长久以来被视为解释生命运作的核心理论，让人们以为基因是生命的绝对主宰，掌控着生命的一切奥秘。然而，随着科学研究的不断深入，这一理论的局限性逐渐凸显。菲利普・鲍尔所著的《生命传》（How Life Works），以独特的笔触梳理了生命科学的发展脉络，打破了基因决定论的迷思，带来了一个全新的生命认知维度。

近日，《生命传》作者、英国皇家学会会员菲利普·鲍尔，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员吴家睿教授，以及财经作家吴晨围绕《生命传》展开深度对话，共同探讨生命科学领域的认知革新与复杂生命的运作逻辑。

对话中，菲利普·鲍尔从基因的动态编辑、多层级系统的涌现性，到生命体的目的性与进化中基因调控机制的创新等方面深入阐释了生命并非“机器”的核心观点；吴家睿教授则从系统生物学视角出发，强调生命的“涌现性”与层级组织对复杂性的支撑；此外，他们还探讨了基因编辑、合成生物学等技术的潜力与伦理边界，以及AI在生命科学中的角色定位。对谈以英文进行，以下是经过翻译的三位嘉宾的对谈实录，内容有删减。

1

认知革命

关于生命如何运转的新解读

吴晨：欢迎来到系列对话节目，我是吴晨，担任本次对谈活动主持人。我们今天对话的是《生命传》的作者菲利普·鲍尔，他是科学作家，英国皇家学会的会员，也是欧盟委员会合成生物学专家团的成员、 BBC 科学的故事的栏目出版人。同时我们也请到了吴家睿教授，他是上海交通大学主动健康战略与发展研究院执行院长、中国科学院上海高等研究院国家蛋白质科学研究（上海）设施的主任，也是中国科学院系统生物学重点实验室主任。我之前跟菲利普、吴教授聊天时就说过《生命传》这本书非常棒，但对于领域外的人来说，要真正理解其中的细节并不容易。鲍尔先生，你能向中国的观众简单介绍一下自己，再简要说说《生命传》这本书吗？

菲利普·鲍尔：关于这个问题，我的部分回答会包含在自我介绍里。1988年，我加入《自然》（国际顶级学术期刊《nature》），在那里待了大约20年，负责物理科学领域的编辑工作，从那以后我就成了一名自由撰稿人。在《自然》工作期间，我处理物理科学领域的论文，其中一些会与生物学有交叉，可能涉及生物物理学和生物化学。我们能了解到所有正在发生的科研动态，每周都会得知那些被接受的生物学论文的情况。

《自然》打算发表的论文中常常会有这样的情况：某项研究发现了一个基因，我们原本以为它只与人体或生命的某一方面有关，结果却发现它竟然还与另一些截然不同、完全出乎我们意料的方面有关联。过了一段时间，我鼓起勇气问：这到底意味着什么？我记得负责那篇论文的编辑当时说：“我们也不清楚。”似乎在基因的作用方式中有某些层面是我们一直没能完全搞懂的，它们并非只承担单一职责，不像我们以为的一个基因对应一种性状，反而更像是以一种更微妙、更复杂的方式在发挥作用。这就让我对基因到底在做什么、又不做什么产生了一连串疑问，这些疑问在我心里盘桓了很久。

后来，我有幸在2019年夏天以访问学者的身份在哈佛大学医学院的系统生物学系待了三个月。但我之前的那些疑问并没有真正得到解答，恰恰相反，我意识到未知的问题其实比我想象的更多，我们对生物学的认知正在发生的转变也比我预想的更深刻。

细胞和分子层面的生物学知识几乎每一处都和我过去的认知不一样。比如蛋白质的性质和形态，我们总说蛋白质是控制人体一切活动的分子，但实际上，它们的作用机制、功能以及形态往往和我们学到的大相径庭。

所以说，那些我们曾经在教科书里读到的，或者上学时学到的常规知识似乎每一个方面都在被改写。在我看来，这些新发现共同勾勒出了一幅与传统认知截然不同的图景。传统观点认为，我们生命所需的所有信息都编码在DNA分子里，就像读取计算机程序或一本书那样，通过解读DNA就能“构建”出生命。但如今我们对“生命如何运转”的理解早已不是这样了。而这本书正是试图解释这种转变的原因，也想探寻一些关于“生命如何运转”的新解读。

吴晨：吴教授也同样深耕这个领域，请你分享一下读完这本书的看法。

吴家睿：能和菲利普交流这本关于生命的书，我感到非常荣幸，我很高兴地发现，他的观点和我的看法颇为相似。就在2020年，我写过一本名为《生物学是什么》的书，我在书中也有类似的看法：问题并不在于基因是生命的决定因素，而是要理解生命。生命背后有着更为复杂的故事。

首先，生命充满了随机的“噪声”和不确定性，所以我们不能将生命等同于机器，这是非常重要的一点。其次，生命是复杂的。这里的复杂性指的是，当生命从分子层面到细胞层面，再到组织、器官层面，不同层面之间存在着各种联系，并且会涌现出新的特性。比如说，从分子层面到细胞层面，细胞会呈现出一些新的特性，而这些特性是无法直接从基因序列中解读出来的。这正是复杂系统所具有的特性。我们常说，这种涌现出的新特性是复杂系统的体现，这也让我们明白了早期还原论的局限性。

我过去在大学接受的训练也认为只要理解了分子、基因序列或是蛋白质结构，就能清晰地解释、理解生命的运行机制。但当我真正投身研究工作，尤其是在系统生物学领域时，我才意识到，我们不能一味地依赖还原论，而应该从复杂系统的层面去思考生命。生命科学领域有很多研究都是如此：它并非找到一个结论就能宣告结束的领域，而是一个开放的系统。在这个系统中，会不断有新的事物被创造出来，我们也能不断给出新的解释，但我们无法像在物理学中那样，找到一个“放之四海而皆准”的普适定律。

纪录片《人体内旅行》剧照。

2

生命并非机器

一切远比提取DNA信息复杂

吴晨：我以前在《经济学人》工作过，记得几年前我们有一期封面文章提出一个问题：我们能编辑出“聪明基因” 并植入孩子体内吗？这样一来，竞争就会随之产生。那些富豪、超级富豪或许能培育出新一代聪明孩子，因为他们掌握了基因工程技术。但我从菲利普这本书里了解到，事情并非像人们想得那样简单。书中引用了《自私的基因》这本书，这是一本非常畅销的书，你说它或许让人们对基因的理解产生了一些误解。能否再跟我们多讲讲，为什么我们不能简单地只盯着基因？

菲利普·鲍尔：首先，我想强调一点，生命并非机器，我们也不是机器。这一点绝对是核心所在。一旦我们理解了生命的运作方式就会发现，整个人类历史上，我们从未造出过一台能像我们自身这样运作的机器。把我们和机器这样类比是极具误导性的。

我们曾经认为，在我们的DNA中，只有部分片段是用来合成蛋白质分子的，其余部分实际上没什么作用。那些参与合成蛋白质的片段，可能只占我们整个DNA的1%到2%，而剩下的部分，有时被人们称作“垃圾DNA”，但现在我们知道，事实并非如此。

我们的DNA进行着非常丰富的活动，基因所携带的信息在转译成蛋白质之前可能会被改变、被编辑。同一个基因实际上可以产生多种不同的蛋白质，而且在我们体内，同一种基因会在不同类型的细胞中（比如皮肤细胞、肝细胞、肺细胞）产生不同的蛋白质。这也呼应了吴家睿教授所说的，生命是一个开放系统，不同层级有着不同的规律。即便在蛋白质合成这个层面，生命也是一个开放系统：细胞或组织类型所携带的更高层级的信息，有时会反过来影响基因会合成哪种蛋白质。所以说，这远比单纯“读取DNA中的信息”要复杂得多。

我们现在确实在考虑进行基因编辑，甚至可能对人类进行编辑，或许是出于医疗目的，考虑这么做有充分的理由，但我认为，这也让“每个人都更清楚基因能做什么，不能做什么”变得愈发重要，因为未来会出现一些影响我们所有人生活的决策。而且，现在已经有一些公司开始宣称，如果你做体外受精（IVF），他们可以对胚胎的基因组进行测序，然后告诉你哪个胚胎最好、哪个会最聪明。甚至已经有公司开始做出这样的承诺。在我看来，这种做法非常危险，因为事情根本没那么简单。

我们拥有的任何复杂性状，那些我们很在意的东西（比如智力、身高），甚至像眼睛颜色这样的性状，都不像我们想得那么简单。任何复杂性状往往都受多个不同基因的影响，而每个基因的影响都非常小。由于存在太多不同的影响因素，我们所能得到的也只能是概率。

我们知道基因对智力有影响，人们对这种影响的程度存在争议，但个体之间的差异可能约有50% 与基因差异有关。与此同时，那些看似与智力相关的基因，其实还在发挥其他作用。大多数基因都会影响不止一种性状。这非常复杂，就像吴家睿教授所说，这是一个我们尚未完全理解且完全无法预测的复杂系统。因此，我们所掌握的只有这些概率，这绝非简单的“信息读取”。而且，对于像智力这样的性状，我们显然不能说“这个基因是智力基因”。

吴晨：我记得你提到过（吴教授也提到过“涌现性”），在不同的尺度下，会出现新的现象、新的事物，而我们不应把这些简单归因于最基础的层面。你能谈谈对生命这个复杂系统及其涌现性的理解吗？

菲利普·鲍尔：在我看来，生命的运作存在一系列不同的层级：从分子、基因、蛋白质，到我们细胞内的分子集合。其中有一整套我们过去并不了解的层级，是由分子构成的复杂集合，它们不像机器，反倒更像一个个“聚会”或“委员会”，在我们体内共同做出“决策”。

再往上是细胞，细胞聚集形成不同的组织，这一过程本身就很复杂。组织构成器官，最终形成我们个体，而个体之上还有生态系统。每个层级都有其自身的运行规则，这些规则并非完全由更低层级的情况所决定或限定。因此存在一种信息的“过滤”：有些细节对于更高层级而言并不重要。这正是“涌现性”的核心：当系统迈向更高层级时，低层级的部分信息会被舍弃或变得无关紧要。细想之下，这也是像我们这样复杂的生命体能够运转的唯一方式。

如果我们的生命活动依赖于每个分子在精确的时间出现在精确的位置，完成它该做的工作，那这种情况根本不可能发生。因为正如吴家睿教授所说，生命充满了“噪声”。生物学中存在大量的随机性。分子并非总能出现在它们“应该”在的地方，也并非总能保持它们“应该”有的结构，但即便如此，生命依然能持续运转。

因此，在生物学中，生命活动不依赖于所有事物都处于正确位置，这一点其实至关重要。任何物体、任何物理实体的行为，都不取决于所有单个电子、原子，甚至亚原子粒子的具体活动，如果真的依赖这些，世界根本无法正常运转。

而且在这些更高的层级上，事物有了其特定的意义。我是说，我现在望向窗外，看到了一棵树。要知道，对这棵树来说，重要的是叶子的存在，叶子是绿色的，因为它们能吸收光线。在更高、更大的层级上，存在着一整套正在进行的过程。比如树枝必须足够坚固、坚硬以抵御风力，而这也并不依赖于每一个单独的原子。

事实上，万物皆是如此运作，你的身体也存在这种涌现性和一系列层级，生物学领域也不例外。在生物学中，正因为其系统极其复杂，所以具备这种抵御低层级细节干扰的稳健性就显得尤为重要。要知道，在这漫长的岁月里，这个极其复杂的系统时刻都在发生着各种变化，却依然能持续运转下去。

吴晨：吴教授，你之前似乎提到过，在生命进化过程中细胞间区室化的形成为实现分工创造了条件。你能再详细解释一下吗？关于生命是如何运作的，以及复杂生命体是如何运转的，你是否同意菲利普的观点，或者有不同的见解？

吴家睿：我认为这仍是一个尚无定论的开放性问题，但我同意菲利普的观点。复杂性是逐步演化融入生命的。这意味着当我们谈论生命时，应关注两个维度：一个是进化，另一个则与环境紧密相关。

我就用菲利普刚才提到的“垃圾 DNA”来举例，说说我对复杂性的理解。在早期生命形式中，比如细菌这类我们称为原核生物的生命体，它们是最简单的。通常来说，这类细菌的基因组几乎全是编码蛋白质的核酸序列，也就是说，这些简单生物的基因序列基本上用于指导蛋白质的合成。但在进化过程中，“垃圾DNA”逐渐出现了。

举例来说，到了真核生物阶段，我们可以以单细胞真核生物为例，这类生物从原核生物进化而来，其基因组规模显著扩大。此时，“垃圾DNA”的数量超过了编码DNA序列。这意味着，许多序列逐渐有了其他用途，不再直接用于编码蛋白质或合成蛋白质。这就是原核生物与真核生物的差异所在。为什么会有这种差异？因为进化。而为什么会有进化？因为生物与环境的相互作用。

随着简单生物的进化，它们逐渐发现需要更多这类DNA，现在我们不能再称之为“垃圾 DNA”，而应称为“非编码DNA”，它们用于调控编码DNA，从而增加了这些编码DNA的复杂度，这正和菲利普所说的基因调控机制相契合。

说到我们人类，在人类基因组中，编码DNA仅占大约1.5%，大部分序列都是非编码DNA，编码DNA负责合成蛋白质。早年，我们把蛋白质看作生命机器中一种 “零件”之类的东西。但非编码DNA为何会大幅增加？这些非编码DNA并非无用的“垃圾”，它们有其存在意义，能够让一个编码蛋白质的DNA在不同条件下对蛋白质的合成任务有不同的响应，以满足不同的需求。

由此可见，生命的复杂性显著提升，这并非仅仅依靠编码DNA，非编码DNA也起到了重要作用非编码DNA能与环境相适应。即便在今天，人类所具备的智力等特征，都可能与非编码DNA有关，而这并非直接由编码DNA所产生的蛋白质决定。所以你看，在谈论生命的复杂性时，我们应当考虑到目的性，比如我在菲利普的书中读到过关于“目的性”的内容。书中提到，生命是有目的的，它们会试图探寻生命的意义，或者说为生命赋予意义。

不过，我仍有疑问，想请菲利普详细谈谈他对“意义”的理解。我在他的书中看到，他说进化本身是没有目的的，但生命体却会获得或拥有目的性。所以我在想，从环境中是否存在某种潜在的“目的性”，到最终产生具有目的性的生命，这一过程是否成立？

菲利普·鲍尔：非常感谢你提出这个问题。没错，这其实正是我想要传达的核心观点。理解所有分子的活动以及它们如何协同作用，这固然很有意义，也十分重要。但归根结底，这一切的本质是什么？它们在“构建”的究竟是什么？或许用“构建”这个词并不太准确，更确切地说，它们在通过协作创造出具有目的性、拥有目标的实体。

在我看来，这恰恰是生命体与非生命体的区别所在：生命体有目标、有目的、有意图。当然，这并不意味着它们都会像我们人类一样思考，也不意味着它们都会有意识地权衡。不过我认为，拥有类似能力的动物其实比我们之前认为的要多得多。但我敢肯定，许多高等哺乳动物是具备这种能力的，鸟类或许也拥有某种意识。

这正是进化论中耐人寻味的一点。我想我在书中也表达过类似的意思：进化是一个非常擅长创造具有目的性实体的系统。进化本身并非在朝着某个方向努力，也并非刻意要创造出某种特定的生物。它只是一个自然发生的过程，而在这个过程中，会诞生出这些具有目的性、拥有目标的实体。

那么，这种目的性是如何从分子系统中产生的呢？我认为这正是生物学的核心问题：这样的特性是如何诞生的？我在书中谈到了“意义”，认为生物学（或者说进化）是一个创造“意义”的系统。我的意思是，任何生物体在其所处的环境中，都会从环境中获取各种信息，比如温度高低、光照强度、营养物质的分布、捕食者带来的危险等，而生物体必须理解这些信息的意义。用一种拟人化的说法就是，生物体必须判断哪些信息重要、哪些不重要，因为它不需要所有信息，也不需要所有细节，所以必须做出这样的判断。而这本质上就是关于“意义”的问题：生物体必须判断，这条信息对我有意义吗？顺带一提，这些信息也可能来自生物体内部。我们人类就是这样，比如感觉今天不太饿，或者有点不舒服，又或者特别有活力，这些都是来自我们自身的信息。

所以，进化针对“对某种生物而言什么是有价值的”做出了不同的判断。但我认为，这其实可以被看作一个创造“意义”的过程：即为了实现自身目标，对该实体而言什么是有意义的。

纪录片《人类基因组》剧照。

3

幻想与现实

基因编辑技术从来不是100%精准的

吴晨：我记得你（菲利普·鲍尔）在书中还提到一个很有意思的说法：人们常说人类与类人猿的基因组有98.8%的相似度，但我们其实与它们差异巨大，科学家们试图解释这个情况，我想这想表达的是进化只需对基因组做一点点调整，就能产生全新的、不同的物种。但这也凸显了一个事实：即便只是微小的变化，其影响也可能很大。当然，我们不能把所有这些变化都归因于基因组。不过，基因组确实是储存遗传信息并将其传递给后代的地方。

那么我们该如何理解自然和进化是如何真正塑造不同物种的？这或许不是你当前要探讨的内容，可能你会在下一本书中尝试研究，但人们对此确实会很感兴趣。你用这个说法指出了人们对基因组相似度的理解存在误解。那么，这种误解为什么会存在呢？

菲利普·鲍尔：（这个问题）或许可以从人类基因组计划说起。该计划旨在对人类的全部DNA进行测序，始于1990年左右，大致在2003年完成。

在该计划启动前，如果你问该领域的许多科学家：人类有多少个基因，这里我指的是编码蛋白质的基因，他们会告诉你，我们当时已经对一些简单生物的基因数量做过研究，发现其中一些可能有1万到2万个基因。因此，很多人认为，既然人类比线虫复杂得多，基因数量肯定也更多，典型的推测是可能有8万到10万个基因。但当我们真正完成基因组测序后却发现，事实并非如此，人类的基因数量与线虫差不多，只有约2万个，甚至可能仅约1.9万个编码蛋白质的基因。

那么，既然我们的基因数量与简单生物基本相同，而且很多基因实际上是共有的，我们是如何变得如此复杂，还拥有了智力等能力的呢？就像吴家睿教授所说的，关键在于调控，在于这些基因如何被使用，这一点至关重要。在进化过程中，当生物向越来越复杂的方向过渡时，情况就是如此。每次过渡中，新基因的出现并不多，但基因调控的方式却有了许多新变化，基因之间相互影响、相互作用、相互控制、相互开关的新方式不断涌现。

因此，这才是进化变化的关键，生物越复杂，其基因调控机制就越丰富。正如吴家睿教授所说，我们基因组的很大一部分，无论以何种形式存在，核心都是调控。而且，有一点似乎很明确：从类人猿祖先到我们人类的过渡使我们拥有了能进行语言交流、创造文化等能力的大脑，这是其他类人猿所不具备的，至少达不到我们的程度，背后的原因我们目前还不完全清楚，但无论具体是什么，都是调控方式的改变，而非新基因的出现。

吴晨：吴教授，你还有什么要补充的吗？我想问问，生命是如何在进化过程中实现自组织的呢？

吴家睿：我想补充一点。我认为生命的复杂性，除了基因组从简单的编码DNA演变为非编码DNA之外，还体现在从分子、细胞层面到更高层面的组织层级上。比如，原核生物如大肠杆菌或细菌，细胞内结构无序，我们称之为“低区室化”。

所以在原核细胞内，从DNA到RNA再到蛋白质的合成过程，都在同一个“空间”里进行。但当进化到真核细胞时，如酵母，细胞内出现了细胞核、线粒体等不同的细胞器，负责执行不同的生命活动；这种区室化让细胞变得更复杂。

这就像人类社会的发展，原始社会中，每个人做着类似的事，比如狩猎、采集，没有分工；而进入文明社会后，从农业时代开始，人们有了分工，有的负责宗教，有的负责管理，有的负责烹饪。到了工业社会，分工更复杂。可以想象，从简单生物到真核生物，再到动植物乃至人类，它们从细胞层面就开始发展出多细胞组织。多细胞生物的细胞并非处于同一层级，而是形成了不同的层级结构。这对生命的复杂性而言至关重要。

所以，现在我们意识到所有生物的组织方式都是独特的，不仅基因组如此。我在书中提到，进化最初推动细胞内部形成复杂的区室化，进而演化出真核细胞。但如果想让细胞内部更复杂，有限的空间无法分隔出足够多的功能区域。这时生命展现出了创造性，演化成了多细胞生物。

人类有超过30万亿个细胞。可以想象，这种区室化不仅存在于细胞内部，还延伸到了细胞之外。细胞形成不同类型的组织，不同组织形成器官。人类甚至有神经系统这样的更高层级组织。所以，生命与非生命的区别之一，就是它能形成不同的组织层级。我认为这是生命复杂性的一个重要特征。

吴晨：我想顺着吴教授的话，再向菲利普提个问题，帮助我们理解。这也是你在书中从不同层面探讨的内容：我们该如何理解生命？

细胞是一个非常重要的层面，现在很多人尝试构建虚拟细胞，因为它可能成为众多实验的基础。胚胎是另一个重要起点，你在书中多次强调发育生物学，而胚胎是起点，因为在胚胎阶段，生物非常相似，能给我们提供一个“快照”。此外，器官层面也有一些有趣的特性。菲利普，你能讲讲你对细胞、胚胎和器官层面的生命的理解吗？这些是构建生命运作的不同复杂尺度。

菲利普·鲍尔：首先，细胞是现存最小的生命体，我们能称之为“活着”的最小单位。在细胞之下的层面，我们需要了解分子的功能、相互作用、形态等。这些信息很重要，但仅靠这些层面无法理解生命如何运作，因为分子本身并不“活着”。只有到了细胞层面，我们才真正接触到“活着”的东西。

但我们是多细胞、多组织生物。这意味着，当我们体内的细胞分裂、增殖，发育成胚胎和生物体时，它们必须特化，每个细胞都拥有相同的DNA和基因组，但在不同组织中会以不同方式使用这些遗传信息。这是促成我们这样的复杂生物出现的关键创新。

那么这一过程是如何实现的？一个细胞如何变成皮肤细胞或神经细胞？这是理解发育的核心问题。

这是一个迷人且尚未完全破解的问题，但有一点很明确：细胞的去向并非预设好的。每个细胞通过接收周围环境的信息来决定自己的命运。例如，发育过程中，如果一个细胞周围的细胞“决定” 变成肌肉细胞，那么它很可能也会变成肌肉细胞。

胚胎从单个受精卵（处于类干细胞状态，可发育成任何组织）发育而来，是一个渐进的过程，前一阶段的状态决定后一阶段的发展。

这一切都受基因影响，但在这个层面，我们应该把正在生长的胚胎及其细胞看作是在“利用”基因作为资源。基因不会指令细胞做什么，细胞之间相互决策，借助基因来实现这些决策并改变自身特性。胚胎生长过程中发生的一切，其动因存在于更高层面：细胞和组织层面，而非基因层面。但这些层面始终在相互通信。

吴晨：正如你在书中强调的，生物学是一门复杂的学科，每隔大约十年，我们就需要重新审视对生物学的理解。之前我们谈到了基因编辑，因为我们现在有了强大的工具来进行基因改造。对普通人来说，生物学、医疗健康的未来常常围绕两个问题：我们能通过基因编辑治疗遗传病吗？我们能利用干细胞等机制实现返老还童，活到100岁甚至更久吗？毕竟，如果我们掌握了胚胎发育等过程，为什么不能更长寿呢？这些是基于科学突破的希望和想象。但我们目前处于什么阶段？对未来可能的突破，我们能有哪些现实的期待？

菲利普·鲍尔：没错。有些人可能会疑惑：如果基因并非处于主导地位，那基因编辑怎么会起作用呢？

有时候基因确实是主导的，但并不像人们想得那么频繁。有些疾病明确与特定基因突变相关，在某些情况下，只要携带这种突变，就一定会患病。囊性纤维化就是一个例子，它有很多突变类型，有些影响轻微，但有些突变只要存在，就一定会导致囊性纤维化。镰状细胞贫血也是如此，与特定基因突变相关。在这些病例中，基因编辑可以实现治愈。

单基因疾病有很多，但大多数都很罕见，也很可怕。囊性纤维化和镰状细胞贫血之所以为人熟知，是因为它们相对不那么罕见。但我们容易患上的大多数疾病，比如癌症、糖尿病、高血压、心脏病等。

这些疾病就像我之前提到的那些，受多个基因影响。因此，基因编辑是否能在这些疾病上发挥作用，就不那么明确了。因为，首先，你得针对很多不同的基因进行编辑，但你却不确定哪些才是关键基因。而且你无法确保这些改变不会影响基因的其他功能。此外，我们现有的基因编辑技术从来不是100%精准的，你可能会编辑到一些并非目标的基因，或者一些非目标的DNA片段。

所以关于基因编辑，首先要明确的是，它只对少数几种疾病有效。即便对于这些疾病，关于我们是否应该进行基因编辑，也存在很多争议。所以，在返老还童、组织生成或组织再生等方面，相关的讨论仍在进行中。

这可以说是一种科学幻想，我们能够培育出任何器官，这样当我们自身的器官像往常一样衰竭时，就能用从自身组织培育出的替代器官进行移植。而这些器官来自我们自身的组织，这意味着我们不必担心移植后的排斥反应。所以说，这是一种幻想，我们还不确定这些事情能实现到什么程度。但就目前而言，似乎并没有明显的理由表明我们无法在某种组织培养中培育出可用于移植的完整器官。

纪录片《破译DNA密码》剧照。

4

希望与边界

合成生物学技术与伦理规范

吴晨：我想这很自然地过渡到合成生物学的话题，因为在我看来，我们对生物体的了解更加深入了，也拥有了强大的工具来进行改造。当然，我们能制造出机器与生物体的混合体，比如水母机器人之类的东西，这有点吓人，我们可以稍后再谈这个。但仍然有一派观点会说，我们不应该“扮演上帝”。我的意思是，如果你在扮演上帝，那你其实是在做危险的事情，因为这里面存在一些伦理问题需要我们考虑。那么，关于合成生物学的伦理问题和应用，你认为我们需要注意什么，以及在应用时应遵循什么原则呢？这个问题也想问问吴教授，请菲利普先说说吧。

菲利普·鲍尔：“合成生物学”乍一听可能会让人觉得有点吓人。确实如此，它听起来像是在“扮演上帝”，像是在随意摆弄生命。实际上，在某种程度上，我们拥有合成生物学相关的技术已有大约50年了。我记得是在20世纪70年代，我们首次开始掌握基因编辑的方法。而最初的基因编辑就是在细菌身上进行的。如今，通过对细菌进行基因编辑来生产的药物已经有很多种了。具体来说，就是将基因导入细菌中，然后在培养罐里培养这些细菌，为它们提供所需的各种营养物质等，细菌就会产生这种物质，而这种物质如果仅靠化学方法是很难生产出来的。所以从某种意义上来说，那算是一种合成生物学。

但如今提到“合成生物学”这个词时，我们通常指的是比单纯向细菌中植入基因更复杂的事情。合成生物学的现代发展同样始于对细菌的基因编辑。这大概是在21世纪初，目的是让细菌表现出更像机器的特性，或者说更具工程化的功能。这也是一种合成生物学，而且其应用前景十分明确。有人希望让细菌生产生物燃料或氢气，以制造绿色能源。所以开展这些研究有充分的理由，但几乎所有研究都集中在细菌上。

正如吴家睿教授之前所说，细菌的结构简单得多，它们只拥有自身所需的DNA，不需要通过复杂的DNA排列方式来实现特定功能，因为它们无须分化成不同的细胞类型，只需要进行复制即可。因此，我们可以对细菌进行这类工程改造和合成生物学研究。但如果研究对象更复杂，哪怕是酵母这种单细胞真核生物，它的细胞结构与我们人类细胞更相似，难度也会大幅增加。而如果要对人类细胞进行合成生物学研究，比如设计复杂的基因回路植入细胞，让细胞执行特定功能，甚至让它们分化成我们体内不存在的全新细胞类型，这些想法虽然很有吸引力，但实现起来难度极大。

所以，我觉得开展合成生物学研究有充分的理由，而且在很多方面它并没有引发特别大的争议。但即便是研究细菌，我们也要确保不会有意或无意地创造出一种能在野外繁殖并大量滋生的病原体。

吴晨：吴教授，关于合成生物学的伦理问题及相关指导原则，你有什么补充的吗？

吴家睿：合成生物学如今是一项非常重要的生物技术，它不仅支持生物学研究，还支撑着食品、医药及所有行业的发展。然而，这项新技术也对人类价值观和生物安全构成了挑战。因此，政府强调，在应用包括合成生物学在内的任何生物技术时，必须首先考虑伦理规范。而且这是一个非常复杂的问题。例如，关于转基因技术，社会上仍存在巨大争议，一方认为它对人类、产业和人类发展非常有用；另一方则认为它对人类来说非常危险。

你看，即便是植物基因编辑，人们也会关注当培育出转基因植物，也就是将一种外源基因转移到一种植物中时是否存在危险。如今，对植物进行基因修饰时，“是否危险”“是否为转基因植物” 等问题都很敏感。实际上，基因编辑确实改变了基因组，但这种改变是在同一种生物体内进行的。由此可见，这一问题的争议性很大。比如，说到干细胞和动物克隆，从技术角度看，我们可以克隆人。但社会有明确的伦理规则禁止通过这种技术克隆人。我们甚至可以克隆猴子，但不能克隆人。这是监管问题，而非技术问题。

所以你能发现，技术发展非常迅速，伦理学界也在不断讨论这些新技术如何应用于人类，以及这些应用是否会对人类构成危险。我认为，即便在今天，我们仍面临这样的挑战。许多技术都面临同样的问题，无论是基因编辑还是干细胞技术。对于这些技术，不能简单地用“可行”或“不可行”来评判。

电影《别让我走》海报，海报中的三位主角为克隆人，故事中，人类会为了给自己提供备用器官而克隆自己。

5

尾声

AI、癌症与生命教育

吴晨：考虑到时间，我想接着问最后两个问题。第一个问题，当然是展望未来，有种说法是，20世纪是比特的世纪，而在人工智能的助力下，21世纪是基因的世纪。我认为未来有很多可能性。那么，我们如何预测未来？AI如何帮助我们更好地理解生命本身，或许还能为我们提供可用的工具？AI方面已有不少领先成果，比如 AlphaFold（由英国DeepMind公司开发的一个人工智能程序，专门用于预测蛋白质的三维结构），这是一项非常强大的新进展，它能帮助我们理解甚至创造新的蛋白质结构。我想知道，我们该如何理解这些新进展？它们将如何帮助我们更好地理解生命、深入理解生物学，甚至推动合成生物学的发展？菲利普，请说说你的看法。

菲利普·鲍尔：首先我认为，人工智能有巨大的应用潜力，因为无论是在生物学领域，还是在其他学科或世界其他领域，只要我们处理的是非常复杂的系统，AI都能发挥作用。AI能够发现我们人类自己无法察觉的模式和规律。AlphaFold就是一个很好的例子。AlphaFold程序的两位开发者获得了去年的诺贝尔化学奖。要知道，AlphaFold解决了蛋白质化学领域一个长期存在的难题：仅知道构成蛋白质的氨基酸序列，如何预测蛋白质的结构和形状？从这一点来看，它的用处非常大。

但研发出一种有效的药物，还有很多其他环节。这些环节中的大多数，对药物能否真正起效、能否成功推向市场而言都很重要。所以，很遗憾，AlphaFold不会给药物研发带来革命性变革，但它确实是一个出色的工具。

而且，正如你所说，它正被用于设计新的蛋白质，这是一项了不起的成就。它能设计出自然界中不存在的全新蛋白质结构，告诉我们如何制造这些蛋白质，而我们也确实能成功制造出来。这是一个很好的例子，说明AI 能帮助我们解决非常复杂的问题。

但我担心的是，有些人会认为，既然生命如此复杂，比如基因调控等机制我们难以理解，那借助AI就是理解生命的途径，于是完全依赖AI。

无论如何，在我看来，我们真正需要的是“理解”。我们想要理解细胞内正在发生的各种过程。而这种理解，我认为是无法通过AI获得的，AI只能告诉我们输入这些分子后，细胞会有什么反应，仅此而已。所以，我坚持认为，AI在研究中应始终被当作一种工具，而不是用来替代对细胞内活动的真正理解和理论构建。

吴晨：《经济学人》最近有一期封面报道称，人类最终将能够攻克癌症。当然，这样的标题每十年都会出现一次。但癌症作为人类关注的重大疾病，仍然非常复杂。

而你在书中强调，基于基因组测序等技术的个性化治疗所引发的热潮，可能并不像人们预期的那样令人满意、那样神奇。那么，我们该如何理解这一点？我们怎样才能对近期的医学研究和医疗健康发展做出切实的预测呢？

菲利普·鲍尔：癌症是一种非常复杂的疾病，而且其实它并不完全像传统意义上的疾病。它不像有些疾病是由病原体引发的，虽然有时会由环境因素诱发，本质上，我觉得它更像是我们的细胞自身容易陷入的一种状态，细胞会形成多种状态以构成不同组织，而癌症就是其中一种状态。

事实上，近年来在认知上有了新的进展：我们过去认为癌症是细胞发生特定基因突变后，不受控制地增殖，形成大量细胞并破坏身体。现在我们对癌症的理解更倾向于一种“错乱的发育”，我在书中也用了这个词。所以，肿瘤并非由完全相同的细胞随机堆积而成，它们其实有一定结构，包含不同细胞类型，本质上更接近器官，一个非常粗糙、危险的器官。而正是在这一点上，个性化治疗可能会发挥作用：如果我们从患者的肿瘤中取样，了解肿瘤类型及其包含的癌细胞种类，就能选择适合该类细胞的药物，而不是用通用疗法。这样或许能取得更好的效果。

我见过的最令人兴奋的癌症治疗进展之一是尝试用我之前提到的细胞重编程技术来重新编程癌细胞。如我所说，癌细胞陷入了癌变状态，但我们知道细胞可以从一种类型转化为另一种，所以有人在研究如何将癌细胞转化回健康细胞，或者至少转化为一种静止、不增殖的细胞。如果能实现，这种方法的创伤和干扰会小得多。

所以，生物学领域的这些新想法，是可以像这样创造性地应用于医疗领域。我认为，我们对生物学中这些层级结构的理解越深入，就越能明确需要在哪个层面进行干预。我非常乐观地认为，这种对生物学更深入、更细致地理解，将带来各种临床突破。

吴晨：这真的很有意思。我觉得《生命传》这本书读起来也非常引人入胜。我想最后一个问题，还是回到菲利普你说的，你希望AI成为我们研究的强大工具，而非替代品。这意味着我们需要新一代的人依然对复杂的生命保持好奇，依然能被《生命传》这类书籍吸引。那么，我们该如何引导、推动或鼓励人们对周遭世界更具好奇心呢？这个问题我也想问问吴教授。

菲利普·鲍尔：我认为，几乎所有关于生命世界的书籍都应该从生命世界本身说起，从这个世界所拥有的奇妙宝藏说起，比如珊瑚、水母、老虎，还有那些令人惊叹的植物。这样做是为了提醒我们，即便我们深入到基因、蛋白质等微观层面去探索，我们所谈论的归根结底还是我们周遭这个非凡的生命世界。而且，我觉得真正的起点应该是对这一切的敬畏，敬畏进化所造就的奇迹，敬畏进化所展现的创造力，以及生命体自身所彰显的活力。这一点至关重要，我们永远都不该忘记，这才是我们探索的终极命题。

吴晨：吴教授，我们该如何鼓励人们抱有更强的好奇心，去阅读像《生命传》这类书籍呢？

吴家睿：我认为，首先我们应该拥有开放的心态。如今，很多培训越来越注重技术本身，却没有培养人们去适应这个瞬息万变的环境。所以，开放的心态是其一。

其二，要深入思考。如今，海量信息涌入我们的大脑，以至于人们不像以前那样愿意花时间思考了，大家只是接收信息，却不去思考。不思考，就不会想去读书。而如果能思考，人们就会意识到自己的知识有限，有很多不懂的东西，于是就会想去读书。他们会去读像菲利普的这本书，或者我的书。我认为，这正是我们生命价值的体现——学会如何面对这个世界。

我一直觉得“知不足者好学”，至少要意识到自己的不足，保持求知欲，这样才会想去读书。

吴晨：好的，最后一个简短的问题，我们该如何帮助普通人理解复杂的生命科学？《生命传》这本书内容比较深刻，不是能够很轻松读懂的，有些章节确实得全力以赴才能读懂，但很多章节真的很吸引人。菲利普，对于读者来说，阅读你的书、理解复杂的生命科学，有什么技巧呢？

菲利普·鲍尔：我想首先要说的是，我希望读者从书中得到的是一个更丰富的认知，而不是认为我们不过是由基因造就的机器。有种说法认为生命就是如此，我觉得这种说法低估了生命的意义。而且，在我看来，现代生物学不仅没有证明这种观点，甚至没有暗示过这种观点，这在我看来是一种非常狭隘的生命观。

所以我想说，生命远比这更丰富，而“更丰富”其实也意味着它远比这更复杂。或许我们应该用这样的比喻去理解生命：它不是计算机程序，不是机器，而是一个社会。

吴晨：请吴教授做最后的点评。你对《生命传》这本书有何评价？为什么推荐它呢？

吴家睿：我认为这本书能为你提供多维度的视角去思考当下的生命。我们读教科书时，获取的知识往往比较陈旧，其中大部分来自我们所说的还原论科学家的研究，这种认知已经过时了。

就像你说的，人们需要重新审视自己的知识体系。因此，当你读这类书时，就应该换一种思维方式。比如，传统观念认为生命是机器，但这本书告诉你，生命并非机器。以前有人说生命很简单，而这本书告诉你生命并不简单，还解释了为什么不简单。所以我认为，对于理解生命而言，这本书对于开阔思路、启发思考非常重要。

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