文章图片
文/观察未来科技
过去 ， 人们一直在想象着怎样改善社会和环境 ， 现在 ， 在合成生物学的支持下 ， 人们正在实现这些梦想 。 合成生物学是一项关于创造自然的神奇技术——人们需要先把拼接大自然的“原始积木”拆开 ， 然后以更适合人们需要的方式重新搭建起来 。 制造生物燃料、帮助改善干细胞生物学 ， 这些都是合成生物学 。
如今 ， 人们已经可以用酸奶肃清霍乱 ， 可以生产酵母来给汽车提供动力 ， 还可以改变微生物基因来清理环境 。 在未来 ， 人们甚至还能用现有的生物实现电子工程干的事情——生物计算机将与普通计算机一样实现逻辑门运算 ， 这无疑为生物学开辟了新的道路 。
从基因模块到合成生物
合成生物学是一个新兴领域 ， 它主要是运用工程技术来设计和构建新的生物部件、设备和系统 ， 以实现自然界中不存在的新颖功能或生命形式 。 合成生物学依赖基因工程、生物工程、系统生物学和许多其他工程学科 ， 并且需要使用这些学科所提供的工具 。
实际上 ， 人们很早就已经在尝试改造“生物”以创新自然 。 早在12000年前农业开始出现的时候 ， 人们就一直用驯化驯养 ， 进而用育种和人工选择的方法改良动植物 。 人类诱捕酵母和细菌来制作啤酒、葡萄酒和奶酪；驯服动物 ， 使动物能够成为人类最好的朋友；人们还巧妙地把草原变成食物来源 。
人们改造“生物”的进一步发展 ， 就诞生了合成生物学这门技术 。 合成生物学的诞生 ， 还离不开一个重要的背景 ， 就是人类对于基因的认识 。
我们可以将基因看作是大自然的原始码 。 几十年前 ， 人类逐渐学会了能又快又精准地萃取基因、描述其特性 ， 并开始思索如何将基因植回生物体内——有时植人相同物种 ， 有时植入完全不同的物种 。 研究人员可能会保持基因完好 ， 以观察其表现；或是予以修改 ， 甚至蓄意破坏 ， 来观察这些部分受损的基因会发生什么事 ， 并基于此来测试不同基因的作用 。 这就是所谓的基因工程 。
基因工程技术之所以能成真 ， 在于所有生物的基本组成单位都是一样的 。 地球上所有生物都由四个“字母”排列组合而成 ， 这些字母组成有意义的DNA ， 编写出基因 ， 再转译成22种胺基酸；这些胺基酸互相链结 ， 形成了蛋白质——蛋白质则是构成生命体的主要成分 。
在基因工程的背景下 ， 一个“即插即用”的方法正在被开发出来 ， 以便于分子水平上的操作 ， 那就是合成生物技术 。 通过合成生物学 ， 人类得以建立了一套系统 ， 截取这些经过千万年演化的基因并进行重新组合 。
合成生物学有多种类型 。 一些研究者不仅为特定目的而重新编写基因码 ， 更以这些“字母”重新编写出自然界没有的DNA“语言” 。 另一些科学家则着眼于将DNA作信息储存之用 ， 毕竟 ， DNA对生物的作用本质上来说就是保存信息 。 就这一点来说 ， 基因即是信息 ， DNA则是极其稳定的数据格式 。
未来 ， 久经测试的基因模块可以由专业人士甚至非专业人员组合在一起 ， 生产不同的生物工程产品 。 人们可以从一个干细胞中培育出新的有机体 ， 可以在几个星期内破解任何现存有机体的基因组序列 ， 包括表观遗传指令编码 。 在合成生物技术下 ， 人们有潜力重新创造这个星球上的任何生物体 。
对于濒临灭绝的动物群 ， 人们也有了更好、更有力的保护措施 。 2008年 ， 人类完成了长毛猛犸象的基因测序 ， 据说日本研究者用现存的有亲缘关系的大象作为代孕母亲来克隆它们 。 利用合成生物学复活灭绝物种极有可能成功 ， 因为任何丢失的基因信息都可以用“即插即用”的基因模块替代 。
一条并不普通的领带
出乎人们意料的是 ， 合成生物学的里程碑是一条并不普通的领带 。
蜘蛛丝领带是外螺纹（Bolt Threads）生物科技公司的第一项商品 ， 也是生物技术发展的一个里程碑 ， 虽然未能实现商业化 ， 但也却给人们带来了足够多的震撼 。 毕竟 ， 这条领带是以蜘蛛丝织成 ， 这也解释了它的定价为什么如此昂贵 。
要知道 ， 蜘蛛丝是一种出色的材料 ， 不同品种的蜘蛛在不同的情况下可以分泌出结构各异的丝蛋白 ， 用来结网、包裹猎物或保护卵囊 。 每一种蜘蛛丝靭性和延展性都不是人类能够简单复制的 。 就承重性来说 ， 蜘蛛的丝线比钢铁更强韧 。
推荐阅读
- 如果现在没有新物种诞生，能够证明进化论是错误的吗？
- 科学家将死蜘蛛“复活”，成为抓取零件的工具
- 危险的森林里, 动物是怎么狩猎的，你肯定没见过的精彩画面。
- 人类指纹的斗和簸箕有什么秘密？它与基因相关吗？能否决定命运？
- 霍皮人的挚友，是一群地底蚁人？这些蚁人居然来自外星球？
- “有灵性”的一个直观表现，它的存在又能给人们带来什么好处？
- 地球曾出现过一个特殊种族，身材高大足有三米，有的可达到五米？
- 会送礼物的蜘蛛，你认识吗？为了交配，动物们要付出多大的努力？
- 合成生物学是必要的基础学科，生物学是必要的基础学科