合成生物学:学习自然的逻辑

2014-05-01 06:00 · 李亦奇

生命是如此复杂,以至于生物工艺学家无法简单的改变它,工程师必须从零开始重建生命,从而创造所需要的生命体。同时应该通过合适的设计避免合成生物学走上毫无想象力和根深蒂固墨守成规的道路。

在《合成美学:调查合成生物学的设计本质》一书中,研究人员和设计师组成的小组提出了一种从自然中学习的新方法。合成生物学与其它科学有所不同,10年前在美国麻省理工学院召开的第一届合成生物学大会上,科学家们提出的一个重大初始假设便是:生命是如此复杂,以至于生物工艺学家无法简单的改变它,工程师必须从零开始重建生命,从而创造所需要的生命体。


大设计:木质部细胞将帮助我们建造更加牢固的建筑物

推动这一领域蓬勃发展的热情至今仍在延续,工程师、生物学家、计算机科学家、物理学家和生物黑客通力合作,并取得了一些重要的成就,主要表现在上个月创造的由计算机设计的酵母染色体,以及之前创造的第一个合成细胞。

除此之外,研究人员还建造了标准DNA密码的数据库,DNA密码控制着细胞内的不同事物。这一项目的计划是有朝一日科学家们能够利用DNA作为编程语言轻松设计出新型生物体。合成生物学最引人注目的成就便是一年一度的国际遗传工程机器设计竞赛(International Genetically Engineered Machine Competition,IGEM),它吸引了数百名学生团队对生物体进行重组。去年的获奖者重新设计了大肠杆菌,从电子废弃物中收回黄金再循环利用。在IGEM,生物技术的保守态度逐渐向翻译、参与、沟通转变。

文化根源或解释了为什么某些首席科学家另辟蹊径选择与艺术家和设计师合作,并提出了一些新颖的思考方式。这催生了《合成美学》一书的诞生。这本由20多名作家合著的书籍或恼怒了某些传统科学家——因为其中有些观点纯粹是空想。然而这本书的确也合理解释了这一领域的某些重要观点,并引发读者横向思考未来可能的结果。

书的前几章探讨的一个中心问题便是“设计是什么”。工程师认为它是指设计一座特殊规格的桥梁;合成生物学家认为它是设计一种具有新商业应用价值的微生物;而真正的设计师,例如时尚设计师的理解可能又有所不同。

正如艺术家黛西•金斯贝格(Daisy Ginsberg)所言,设计就是“有关各种可能性”。合成生物学强调了“人类的需要”(例如拥有无限多的燃料),而非“多样化、复杂的人类个体的需要”。在科学届,这一观点非常新颖,担忧未来设计和当下设计之间的分离实属罕见。

在随后的几章里,艺术家、设计师和科学家进行了为期4周的研究合作,这本书的语气又发生了变化。研究合作产生的各项结果都出人意料,尤其是英国剑桥大学的植物生物学家费尔南•费德里西(Fernan Federici)与美国哥伦比亚大学的建筑师大卫•本杰明(David Benjamin)的研究发现非常不可思议。他们合作的重点关注于形式——这里指的是从“自然的逻辑”而非自然本身学习形式的存在,本杰明认为仅仅模仿贝壳或者树叶样式的建筑是肤浅的。在实验室内,他们研究了植物的木质部导管——木质部细胞使得水能够从树木的根部运输到顶部。他们编写了一个程序描述木质部细胞坚硬的骨骼加强细胞的方式,然后将相同的“植物逻辑”应用于成熟的建筑设计软件里,以对建筑物的支撑结构进行建模。

尽管近期我们可能无法看见这个由植物“设计”的建筑物,但重点在于这种相互作用导致科学家们能够了解生物学是如何“回答”特定问题的。正如这本书结语所言,“我们希望避免合成生物学走上毫无想象力和根深蒂固墨守成规的道路。”

关键词: 合成 生物学