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器官工廠、3D列印……人造生命時代降臨!科幻小說情節或正成為現實

隨著幹細胞、基因編輯、體細胞克隆、組織工程等技術的發展,人類的生命開始有了無限可能,看似只可能出現在科幻小說中的情節正在或即將成為現實。在《如何製造一個人:改造生命的科學和被科學塑造的文化》(以下簡稱《如何製造一個人》)中,科學作家菲利普·鮑爾回顧了人類認識和改造生命的歷史,並引領讀者去領略這一領域當今最前沿的進展:創造各式各樣的迷你器官並把它們組裝起來;用動物作為器官工廠,生產可供移植的人體器官;透過3D列印的方法列印組織甚至器官;見證中國科學家創造出世界上首例體細胞克隆猴……



《如何製造一個人:改造生命的科學和被科學塑造的文化》[英]菲利普·鮑爾 著

科技的進步不僅會惠及人類的健康,同時也可能帶來前所未見的社會、倫理和哲學問題。在增進人類對生命的理解的同時,這些領域的科學進步也在塑造著文化和社會。讀完這本書後,你對人體、人性以及生命科學的理解將會與此前截然不同。生命如何誕生的問題,從來都不會過時2017年夏,英國倫敦大學學院的科學家從菲利普·鮑爾的肩上取下一小塊組織,用這些組織的細胞開展了一項特殊的實驗。8個月後,這些細胞發育組裝成了一個迷你大腦:細胞的種類不僅從面板細胞轉變成了神經元,而且細胞之間還形成了大腦中那樣的神經連線,能夠傳遞神經訊號。過去數十年裡,人類器官的體外培植已經有了越來越多的技術成果,一旦人類培育大腦技術成為現實,是否也意味著,真正意義上人造生命的時代,也將迅速降臨呢?菲利普·鮑爾懷著同樣的疑問,開始了他的思考和寫作。在《如何製造一個人》這本書中,他將自己多年來的閱讀、研究與思考融合在幾個關鍵問題中。其中,要討論人類盜取自然造物的火種、自行培育人類生命的未來,要面對的第一個問題就是生命誕生的本質。生命如何誕生的問題從來都不會過時,因為人類對生命機制的瞭解不斷經歷著翻天覆地的變化。今天的人們已經不把細胞視作生命構造的最基礎單元了,但17世紀的大多數人,對“細胞”本身還一無所知。在1651年出版的著作《動物的生殖》中,英國醫生威廉·哈維提出了“卵生萬物”的觀點。十多年後,新型顯微鏡的發明使人們發現了植物中“細胞”的存在;最終,我們熟悉的列文虎克觀察到了雨水中的“小動物”,也就是細胞。不過新問題也隨之誕生了:從“小動物”這樣的細胞中,如何成長出一具精密的人體?持“先成論”的研究者相信,人在受精卵階段時就已經具備了一切人體形態,接下來只要慢慢長大就好。書中一幅插圖很好地說明了這一概念,即精子中早早蹲著一個形貌完備的小人兒,只等待時機來臨,就鑽進母親的子宮容器中“凝固”、長大。這種觀念無疑源於亞里士多德哲學的影響,一切事物在誕生前便已具備其基本形態。而這種生命概念隨後也被賦予了奇特的政治與哲學內涵,像是德國浪漫主義哲學就明顯傾向於以萬物具備普遍性結構的思路來解釋生命活動:生命由細胞這樣平等、均一的基本單位構成,就像一個社會乃至民族國家也是由平等的個體公民組成一樣。隨著科學發展快進到基因時代,這種解釋的原型並沒有消失,細胞不再成為人們關注生命誕生時的重點話題,人們轉而將基因視作更細微、更基礎的生命構成單位,新的“先成論”者不再迷信這個小人兒,卻開始“把DNA看作我們的靈魂”。



以色列研究人員稱DNA證據可偽造。

但基因真的是我們生命的最終起源與歸宿嗎?歸根結底,不斷向下拆解生命結構組成單位的做法,並不能真正有助於我們理解生命的起源與發展。生命活動是一個複雜的過程,涵括了一系列不同層級的現象。正如菲利普·鮑爾在書中所言,生命確實圍繞基因展開,但基因只有在細胞中才有意義。細胞協同合作,奇蹟逐漸揭開序幕菲利普·鮑爾在書裡有一個笑話:“如果一個物理學家要研究一頭牛,他(她)會首先把問題簡化,把牛視作一個球體。”如果要對胚胎髮育的過程進行最徹底的簡化,這個無聊的笑話或許可以成為一個註解——最早期的人體胚胎確實像一個圓球,直到它在基因的調控下開始形成軀體。胚胎幹細胞開始進一步分化,發展成不同功能的組織細胞,並逐漸失去其可發展為多種組織的全能性。我們過去常常會相信,從受精卵開始的,包括胚胎髮育在內的生命活動,都有一份完整而固定的設計圖紙,受精卵的基因組裡已經包含了生命活動的所有資訊,胚胎只需要按照給定的路徑資訊向前邁進即可。但事實上,這種想象早已被證實是錯誤的,並不存在這樣的“生命的說明書”,基因檢測公司的報告資訊也不能真正為客戶揭示他們的生命活動奧秘。用一個不太恰當的類比來說,就是基因釋放訊號(指令)來指導胚胎細胞的分化活動,但在這種指令資訊之外,確保在正確的時間、正確的位置釋出指令,也是生命活動的關鍵部分。這種資訊交流依賴細胞與細胞間的協作——“在發育的不同階段,不同的分子訊號會在細胞間傳播,這樣細胞就可以和它們的鄰居一起,合作完成各種任務”。而數量有限的基因之所以能實現人體如此多種功能的細胞分化,根本原因在於基因不像過去人們所理解的那樣功能是單一且固定的。細胞間的訊號交流內容,往往也包括讓哪些資訊段發揮效用,另外一些則陷入“沉睡”,而這種狀態是可逆的。正是在這一基礎上,生命技術的奇蹟式突破逐漸揭開序幕。



1996年7月5日,世界上第一隻克隆羊誕生。

我們都熟悉克隆羊多莉的故事,1997年,蘇格蘭羅斯林研究所的研究團隊將成年母綿羊的成體細胞——乳腺細胞——的細胞核移植到一個去除細胞核的綿羊卵細胞中,培育出了“多莉”。20世紀末的這項震動全球的科技突破,不僅讓無數人沉浸在科幻故事般的未來想象中,也讓研究者意識到,單個成體細胞已經具備了發育成完整生命體所需的全部基因,而成體細胞中那些經歷細胞分化後已經失活的“沉睡”基因,都可以憑藉卵細胞的啟用能力被“喚醒”,重新獲得幹細胞的多能性,從單一功能組織細胞的“單行道”退回尚未被分化的“多行道”中。但不論是多莉羊的卵細胞核移植,還是此前已有的一些研究成果,似乎都意味著,要把這種啟用成體細胞潛能的生命技術奇蹟擴充套件到人類身上——且不論克隆人誕生後的倫理問題——勢必先要“動用”“犧牲”人類胚胎(即便只是細胞層面的幹細胞/受精前的卵細胞),以獲得實驗的基礎“材料”。這在包括美國、日本的許多國家,無疑都跨過了政府禁令與公眾生物倫理觀念的紅線。這種禁忌讓許多相關研究被迫中止。因此,包括醫學背景出身的山中伸彌在內的許多研究者被迫開始“幻想”:能否不利用卵細胞核移植,而是透過其他途徑來重新啟用體細胞中的全部基因,將其變為幹細胞?這是一條迥異於多莉羊克隆技術的研究進路,在20年前還被大多數學者認為是天方夜譚。2006年去世的美國倫理學家雅克·蒂洛在介紹胚胎幹細胞實驗中的生物倫理問題時,滿懷希望地提及科學界利用成人幹細胞取代胚胎幹細胞的研究新方向,在他看來,這是解決相關倫理困境的唯一出路,但寫作時的雅克,還未能意識到自己對未來生物倫理的預想很快就能變成現實。率先實現這一點的是日本京都大學的山中伸彌團隊,山中伸彌本人過去在心臟疾病基因療法上的研究經驗給他提供了靈感:或許可以透過將與多能性相關的基因匯入體細胞,實現生命的“重置”。他的團隊在2007年成功利用人體幹細胞培養出了誘導多能幹細胞,將看似不可能的設想變成了現實。這也讓他得以分享2012年的諾貝爾生理學/醫學獎。山中伸彌的技術,也使作者鮑爾肩膀上被取下的細胞,得以被培養成誘導多能幹細胞,又進一步被誘導成神經元。研究者只要為這些誘導多能幹細胞提供相應的誘導條件,它們就有可能在培養皿中自發地朝著相應器官/組織細胞的方向發展。但這種方式培養出的“類器官”,僅僅具備了對應器官的小部分特質,就像菲利普·鮑爾的“迷你大腦”一樣,在形態與功能上都和真正的人體器官相去甚遠,因為現在的研究者們還很難還原真正的胚胎幹細胞在母親體內擁有的所有條件。一方面,體外類器官尤其是關於“類人腦”的進一步誘導培育逐漸成了研究者們紛紛發力的方向,其間也催生了著名的幹細胞科學家笹井芳樹實驗造假事件;另一方面,僅僅是看起來簡陋的“類器官”,也已經能夠為許多領域的研究投下光明,諸如阿爾茨海默病、糖尿病和脊髓損傷的病理機制、治療手段等方面的研究都隨之有所突破。更新的技術,更大的倫理困境一個故事的結局會衍生出更多故事。雅克·蒂洛期待的新技術,解決了他所在時代人們面臨的生物倫理困境,但是科學研究的突破常常不是按照人們預想中的平穩節奏向前推進的。一項徹底的革新往往會迅速引發無數領域的突破,讓人們面臨的未來圖景也為之一變。山中伸彌所揭示的技術可能性,讓更多關於人體研究與實驗的迫切需求正式登上議程。從體外器官培育、人與動物的嵌合體實驗再到基因編輯,這些看起來科幻氣息十足的場景都已經在過去十幾年中成為現實。相關生物科技進展之迅速,讓科研圈以外的普通人都難以窺其全貌,許多觀念與認知上的衝突與碰撞也應運而生。《如何製造一個人》成書於2009年,在這個層面上,這本書顯示出了它的價值。這部硬核、前沿的科普作品不僅向我們介紹了最新、最尖端的研究成果,也向人們展示了這些常人難以理解的新突破究竟會給技術應用乃至人類社會帶來怎樣的前景,同時力勸人們在科技普及基礎上儘快開始思考即將到來的倫理問題:我們如何看待基因選擇,能否接受人類與動物嵌合體研究帶來的實際醫療效用,胚胎幹細胞和法律與倫理上的“人”界限究竟何在?過去的我們一貫對這種令人生厭的問題說決不,但當科技革新已經到來,拒絕討論這些問題只能讓人們陷入更大的困境。菲利普·鮑爾相信,如果從細胞聚落的角度來解釋人類的存在形式——科學也表明這就是事實——人們就可以更加審慎、嚴謹地面對亟待更新的倫理觀念與生命認識。這裡面還有許多大有爭議的問題,不過能直面並討論這些問題,就是一個好的開始。英劇《神秘博士》的主人公,出身於宇宙中的“時間之主”一族。這個種族的成員每過一段時間,就會經歷一次全身上下所有細胞的更新,外貌、身材、性別、性格、思維方式等一切構成“個體”的標誌都會徹底湮滅、更新。生命的形態或許難以捉摸,我們難以理解也難以接受自我在以細胞為單位的生命構成中如何存在,但這就是自然生命的古老形態,從生命的初生到宇宙的終結,遠遠超過了人類整體的生命歷程。或許人類可以從中獲得一點安慰。

欄目主編:顧學文 文字編輯:肖雅文

來源:作者:徐椋

分類: 科技
時間: 2022-02-11

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