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器官工厂、3D打印…人造生命时代降临!科幻小说情节或正成为现实
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来源:上观新闻 作者:徐椋 2021-12-22 07:29
摘要:生命如何诞生的问题,从来都不会过时。

随着干细胞、基因编辑、体细胞克隆、组织工程等技术的发展,人类的生命开始有了无限可能,看似只可能出现在科幻小说中的情节正在或即将成为现实。在《如何制造一个人:改造生命的科学和被科学塑造的文化》(以下简称《如何制造一个人》)中,科学作家菲利普·鲍尔回顾了人类认识和改造生命的历史,并引领读者去领略这一领域当今最前沿的进展:创造各式各样的迷你器官并把它们组装起来;用动物作为器官工厂,生产可供移植的人体器官;通过3D打印的方法打印组织甚至器官;见证中国科学家创造出世界上首例体细胞克隆猴……

《如何制造一个人:改造生命的科学和被科学塑造的文化》[英]菲利普·鲍尔 著 

科技的进步不仅会惠及人类的健康,同时也可能带来前所未见的社会、伦理和哲学问题。在增进人类对生命的理解的同时,这些领域的科学进步也在塑造着文化和社会。读完这本书后,你对人体、人性以及生命科学的理解将会与此前截然不同。

生命如何诞生的问题,从来都不会过时

2017年夏,英国伦敦大学学院的科学家从菲利普·鲍尔的肩上取下一小块组织,用这些组织的细胞开展了一项特殊的实验。8个月后,这些细胞发育组装成了一个迷你大脑:细胞的种类不仅从皮肤细胞转变成了神经元,而且细胞之间还形成了大脑中那样的神经连接,能够传递神经信号。

过去数十年里,人类器官的体外培植已经有了越来越多的技术成果,一旦人类培育大脑技术成为现实,是否也意味着,真正意义上人造生命的时代,也将迅速降临呢?

菲利普·鲍尔怀着同样的疑问,开始了他的思考和写作。在《如何制造一个人》这本书中,他将自己多年来的阅读、研究与思考融合在几个关键问题中。其中,要讨论人类盗取自然造物的火种、自行培育人类生命的未来,要面对的第一个问题就是生命诞生的本质。

生命如何诞生的问题从来都不会过时,因为人类对生命机制的了解不断经历着翻天覆地的变化。今天的人们已经不把细胞视作生命构造的最基础单元了,但17世纪的大多数人,对“细胞”本身还一无所知。在1651年出版的著作《动物的生殖》中,英国医生威廉·哈维提出了“卵生万物”的观点。十多年后,新型显微镜的发明使人们发现了植物中“细胞”的存在;最终,我们熟悉的列文虎克观察到了雨水中的“小动物”,也就是细胞。不过新问题也随之诞生了:从“小动物”这样的细胞中,如何成长出一具精密的人体?持“先成论”的研究者相信,人在受精卵阶段时就已经具备了一切人体形态,接下来只要慢慢长大就好。书中一幅插图很好地说明了这一概念,即精子中早早蹲着一个形貌完备的小人儿,只等待时机来临,就钻进母亲的子宫容器中“凝固”、长大。

这种观念无疑源于亚里士多德哲学的影响,一切事物在诞生前便已具备其基本形态。而这种生命概念随后也被赋予了奇特的政治与哲学内涵,像是德国浪漫主义哲学就明显倾向于以万物具备普遍性结构的思路来解释生命活动:生命由细胞这样平等、均一的基本单位构成,就像一个社会乃至民族国家也是由平等的个体公民组成一样。随着科学发展快进到基因时代,这种解释的原型并没有消失,细胞不再成为人们关注生命诞生时的重点话题,人们转而将基因视作更细微、更基础的生命构成单位,新的“先成论”者不再迷信这个小人儿,却开始“把DNA看作我们的灵魂”。


以色列研究人员称DNA证据可伪造。

但基因真的是我们生命的最终起源与归宿吗?归根结底,不断向下拆解生命结构组成单位的做法,并不能真正有助于我们理解生命的起源与发展。生命活动是一个复杂的过程,涵括了一系列不同层级的现象。正如菲利普·鲍尔在书中所言,生命确实围绕基因展开,但基因只有在细胞中才有意义。

细胞协同合作,奇迹逐渐揭开序幕

菲利普·鲍尔在书里有一个笑话:“如果一个物理学家要研究一头牛,他(她)会首先把问题简化,把牛视作一个球体。”如果要对胚胎发育的过程进行最彻底的简化,这个无聊的笑话或许可以成为一个注解——最早期的人体胚胎确实像一个圆球,直到它在基因的调控下开始形成躯体。胚胎干细胞开始进一步分化,发展成不同功能的组织细胞,并逐渐失去其可发展为多种组织的全能性。

我们过去常常会相信,从受精卵开始的,包括胚胎发育在内的生命活动,都有一份完整而固定的设计图纸,受精卵的基因组里已经包含了生命活动的所有信息,胚胎只需要按照给定的路径信息向前迈进即可。但事实上,这种想象早已被证实是错误的,并不存在这样的“生命的说明书”,基因检测公司的报告信息也不能真正为客户揭示他们的生命活动奥秘。

用一个不太恰当的类比来说,就是基因释放信号(指令)来指导胚胎细胞的分化活动,但在这种指令信息之外,确保在正确的时间、正确的位置发布指令,也是生命活动的关键部分。这种信息交流依赖细胞与细胞间的协作——“在发育的不同阶段,不同的分子信号会在细胞间传播,这样细胞就可以和它们的邻居一起,合作完成各种任务”。而数量有限的基因之所以能实现人体如此多种功能的细胞分化,根本原因在于基因不像过去人们所理解的那样功能是单一且固定的。细胞间的信号交流内容,往往也包括让哪些信息段发挥效用,另外一些则陷入“沉睡”,而这种状态是可逆的。正是在这一基础上,生命技术的奇迹式突破逐渐揭开序幕。


1996年7月5日,世界上第一只克隆羊诞生。

我们都熟悉克隆羊多莉的故事,1997年,苏格兰罗斯林研究所的研究团队将成年母绵羊的成体细胞——乳腺细胞——的细胞核移植到一个去除细胞核的绵羊卵细胞中,培育出了“多莉”。20世纪末的这项震动全球的科技突破,不仅让无数人沉浸在科幻故事般的未来想象中,也让研究者意识到,单个成体细胞已经具备了发育成完整生命体所需的全部基因,而成体细胞中那些经历细胞分化后已经失活的“沉睡”基因,都可以凭借卵细胞的激活能力被“唤醒”,重新获得干细胞的多能性,从单一功能组织细胞的“单行道”退回尚未被分化的“多行道”中。

但不论是多莉羊的卵细胞核移植,还是此前已有的一些研究成果,似乎都意味着,要把这种激活成体细胞潜能的生命技术奇迹扩展到人类身上——且不论克隆人诞生后的伦理问题——势必先要“动用”“牺牲”人类胚胎(即便只是细胞层面的干细胞/受精前的卵细胞),以获得实验的基础“材料”。这在包括美国、日本的许多国家,无疑都跨过了政府禁令与公众生物伦理观念的红线。这种禁忌让许多相关研究被迫中止。

因此,包括医学背景出身的山中伸弥在内的许多研究者被迫开始“幻想”:能否不利用卵细胞核移植,而是通过其他途径来重新激活体细胞中的全部基因,将其变为干细胞?这是一条迥异于多莉羊克隆技术的研究进路,在20年前还被大多数学者认为是天方夜谭。2006年去世的美国伦理学家雅克·蒂洛在介绍胚胎干细胞实验中的生物伦理问题时,满怀希望地提及科学界利用成人干细胞取代胚胎干细胞的研究新方向,在他看来,这是解决相关伦理困境的唯一出路,但写作时的雅克,还未能意识到自己对未来生物伦理的预想很快就能变成现实。

率先实现这一点的是日本京都大学的山中伸弥团队,山中伸弥本人过去在心脏疾病基因疗法上的研究经验给他提供了灵感:或许可以通过将与多能性相关的基因导入体细胞,实现生命的“重置”。他的团队在2007年成功利用人体干细胞培养出了诱导多能干细胞,将看似不可能的设想变成了现实。这也让他得以分享2012年的诺贝尔生理学/医学奖。

山中伸弥的技术,也使作者鲍尔肩膀上被取下的细胞,得以被培养成诱导多能干细胞,又进一步被诱导成神经元。研究者只要为这些诱导多能干细胞提供相应的诱导条件,它们就有可能在培养皿中自发地朝着相应器官/组织细胞的方向发展。但这种方式培养出的“类器官”,仅仅具备了对应器官的小部分特质,就像菲利普·鲍尔的“迷你大脑”一样,在形态与功能上都和真正的人体器官相去甚远,因为现在的研究者们还很难还原真正的胚胎干细胞在母亲体内拥有的所有条件。一方面,体外类器官尤其是关于“类人脑”的进一步诱导培育逐渐成了研究者们纷纷发力的方向,其间也催生了著名的干细胞科学家笹井芳树实验造假事件;另一方面,仅仅是看起来简陋的“类器官”,也已经能够为许多领域的研究投下光明,诸如阿尔茨海默病、糖尿病和脊髓损伤的病理机制、治疗手段等方面的研究都随之有所突破。

更新的技术,更大的伦理困境

一个故事的结局会衍生出更多故事。雅克·蒂洛期待的新技术,解决了他所在时代人们面临的生物伦理困境,但是科学研究的突破常常不是按照人们预想中的平稳节奏向前推进的。一项彻底的革新往往会迅速引发无数领域的突破,让人们面临的未来图景也为之一变。山中伸弥所揭示的技术可能性,让更多关于人体研究与实验的迫切需求正式登上议程。从体外器官培育、人与动物的嵌合体实验再到基因编辑,这些看起来科幻气息十足的场景都已经在过去十几年中成为现实。相关生物科技进展之迅速,让科研圈以外的普通人都难以窥其全貌,许多观念与认知上的冲突与碰撞也应运而生。

《如何制造一个人》成书于2009年,在这个层面上,这本书显示出了它的价值。这部硬核、前沿的科普作品不仅向我们介绍了最新、最尖端的研究成果,也向人们展示了这些常人难以理解的新突破究竟会给技术应用乃至人类社会带来怎样的前景,同时力劝人们在科技普及基础上尽快开始思考即将到来的伦理问题:我们如何看待基因选择,能否接受人类与动物嵌合体研究带来的实际医疗效用,胚胎干细胞和法律与伦理上的“人”界限究竟何在?过去的我们一贯对这种令人生厌的问题说决不,但当科技革新已经到来,拒绝讨论这些问题只能让人们陷入更大的困境。

菲利普·鲍尔相信,如果从细胞聚落的角度来解释人类的存在形式——科学也表明这就是事实——人们就可以更加审慎、严谨地面对亟待更新的伦理观念与生命认识。这里面还有许多大有争议的问题,不过能直面并讨论这些问题,就是一个好的开始。

英剧《神秘博士》的主人公,出身于宇宙中的“时间之主”一族。这个种族的成员每过一段时间,就会经历一次全身上下所有细胞的更新,外貌、身材、性别、性格、思维方式等一切构成“个体”的标志都会彻底湮灭、更新。生命的形态或许难以捉摸,我们难以理解也难以接受自我在以细胞为单位的生命构成中如何存在,但这就是自然生命的古老形态,从生命的初生到宇宙的终结,远远超过了人类整体的生命历程。或许人类可以从中获得一点安慰。

栏目主编:顾学文 文字编辑:肖雅文
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