人工智能并不代表人类智力，同样的，合成生命只是不具有进化历史的生命。
图中是1996年国际象棋锦标赛，世界国际象棋冠军加里·卡斯帕罗夫（Garry Kasparov）（左）正在与IBM的深蓝计算机进行对弈的情景。1997年，深蓝成功击败卡斯帕罗夫，成为史上第一台成功击败象棋大师的计算机，尽管这台计算机还并不具备象棋大师那样的思维
1997年5月11日，卡斯帕罗夫拉开椅子，起身离开棋盘。因为仅仅下了19步，他就输给了深蓝――IBM制造并编程的一台大规模并行处理计算机。这是史上第一次计算机赢了象棋大师。这一新闻，一时间成为各大媒体的头条。有些人甚至宣称计算机的智力可以媲美人类的智慧了。
尽管此事称得上计算机和人工智能进化史上的一个里程碑，但很多评论家或许忽视了这件事的另一面。深蓝是打败了卡斯帕罗夫，但它仅仅是做了计算机最擅长的工作：捣鼓数字。一些报道称深蓝具有和人类相似的策略，但深蓝实施的策略很明显缺乏细腻感。它只是用穷举法分析每一步及其接下来几步所有可能性，这样，就可以依照预先设定好的程序击败卡斯帕罗夫。
深蓝的超强计算能力与卡斯帕罗夫的棋艺毫无可比性。比赛的结果只能说明，通过训练和直觉判断，卡斯帕罗夫可以下一局让人回味无穷的好棋，而计算机只能通过彻头彻尾的计算粗鲁而机械地下棋。IBM的工程师共同努力了12年，制造了一台计算能力（并非智力）强大到打败卡斯帕罗夫的机器。卡斯帕罗夫对于被计算机击败很是恼火，实际上，他本不需要这样。
在这里我并非故意诋毁深蓝胜利的意义。人类智慧的伟大已经在发展硬件和软件方面体现的淋漓精致。但人工智能远不是硅基版的人类智慧。深蓝的胜利靠的不是智慧，而是它的强大计算能力。
合成生物技术的愿景
如今，合成生物技术正在飞速发展。它是一个新的研究领域，旨在模仿一个复杂的生物学现象，即生命本身。合成生物技术是生命科学领域一个新的分支，它诱人地承诺生命可以在实验室中设计并创造。
但在这里，我要声明，是用词不当误导了我们：雄心勃勃的发展使得乐观者用词缺乏斟酌。正如深蓝光芒闪耀，但它没能复制卡斯帕罗夫的思维。同样的，仅仅通过模仿，合成生物技术也不能复制生命。破译生命的基本分子机制，完全编目细胞中的化学反应，以及解码基因组图等等，一系列的生物还原论成果激励着研究人员不满足于仅仅了解生命。他们还要利用这些生命规律为人类服务，例如制造生物燃料，合成制药，清洁污水，生产食物，治疗疾病等。
合成生物学技术的突破，包括实验室的自动化，计算存储和运算能力的极大提高，都强加了合成生物技术的信心。2000年，通过在现有基因组序列上进行“剪切和粘贴”，科学家合成了第一条人工基因组序列，并成功植入到大肠杆菌中。2008年，克雷格·文特尔研究所（J.Craig Venter institue）的研究人员宣布，他们在五十多万个碱基长度上，成功地合成了最小的细菌基因组（生殖支原体）。2010年，一个包含一百万个碱基合成丝状支原体的基因组植入到山羊支原体受体细胞中，成功地一次性地将其转化成另一种支原体物种。如今，通过创造生命的方式来了解生命不再是天方夜谭。合成生物技术的最终目标是创造生命。
不过，我还是怀疑我们会失败，因为最终我们也许能够弄清楚生命存在的方式，但这种存在方式是否是我们预期的则不一定。
酝酿新遗传学
在很长一段时间里,关于揭开生命历史之谜的其他方法不再在科研会议上引起大家热议。但我和我的同事们很清楚，这些问题意义深远。在过去的20年里，科学家们一直致力于研究其他星球上生命系统可能的化学物质和组织形式。这些努力已经得到了政府的重视：天文学家们加强了搜索火星生命的力度，同时也扩大了在太阳系内外搜索潜在宜居星球的范围。在地球上，所知的生命是所谓的通过细胞构成且可进化的生命形式之一。但我们必须想象到另一种可能，即外星生命，很有可能与地球上的不一样。
在过去,我的同事们由于受到不能进行试验的限制而无法提出此类问题。毕竟，生命依靠核酸（RNA或者DNA）反映其单一的共同起源来保存和传递信息，当然生命还依靠具有大部分基本分子功能的蛋白质。地球上所有有机生命的细胞通过进化，都可以进行上述过程。地球上确实也没有其他可替代的研究对象。
两大合成生物技术的方法都被试过了：自上而下和自下而上。自顶向下的方法，从多个已知的基因组基因和序列（可以是化学合成的），通过“剪切和粘贴”组装。自下而上的方法探索到细胞提供新的核苷酸或氨基酸的结果，或者这些合成的“积木”来当作创造新细胞的起点。基于合成这个词的多重含义，出现了两种完全不同的方法合成生物技术，其中每一个生活世界和有关领域的目标，体现了不同的假设。这些方法中的第一个，有时被称为自底向上或从头开始，旨在新种细胞从头合成。这一策略在字面上基本解决了一个深刻生物学问题：生命或者其他星球的生命的历史，在何种程度上是受制于生命组成成分的化学物质？
缺少对比点吓不倒我们。恰恰相反，许多实验室已经通过化学技术手段，合成了新的构建模块（修改氨基酸和核苷酸）来解决这个问题，并探索了如何利用这些新的反应在此前封闭的进化历程里创新突破。事实证明，这种合成方法并非易事：畸变氨基酸和核苷在活细胞经常自然生成，但他们的存在对于健康细胞不利，因为它们可能导致蛋白质错误折叠或在其轨道上停止复制。因此,生物多系统已经通过进化获得了阻止其入侵细胞核酸和蛋白质的能力。
但在过去的十年，研究者通过大胆的设想，并不断尝试不同的变异分子与新构建块的共存实验。通过这些实验，我的同事们已经成功在生命系统添加了新的遗传密码。这些新的核苷酸扩大了原本单一的A-T和G-C配对，从而使遗传信息的潜在数量得以增加，内容发生微妙变化。例如，最新发现的两个新的核酸NaM和5SICS能以一种异常的方式与双螺旋DNA配对，并按正常细胞增殖方式进行复制。这些新的核苷酸有新的几何结构，因此在如何与另一半DNA双螺旋结构配对上会稍微有些不同。类似地，氨基酸的种类已经扩张超过了生命系统中常见的大约20种，这样反过来可以使新合成的蛋白质具有新的稳定性，结构和功能。
这些都为时过早，具有新特性的构建块在继续被合成。同时，他们继续兼容目前核酸和蛋白质的功能。这些结果让一个事实变得清楚明朗了：在地球上，基于遗传学自然形成的世界肯定不是唯一可能的生命世界。
重组生命
合成生物技术第二种方法是自顶向下的策略，基于不断增长的现有的分子组件目录来创造特定的生物。这种方法的支持者认为，生物学家终于能足够详细地描述和理解生命系统。现在他们可以自定义这些系统，来创建特定的预期结果和满足具体的人类需求。我把这称为“乐高”世界观。按他们的观点，基因组被简单地看作各部分的组装。实际上，这些组件是模块化的，据说它们的完整性和功能保持是独立发生的。如果果真如此，生物工程师们将可以选择所需的基因，将其组装成一个基因组，最终产生一种自身不会进化的生物。
模块化这个在生命世界中起初看起来是很平常的方式，特别是在分子水平上，成了整个生物技术革命的基础。毕竟通过模块化，早期科研人员可以将一个人类基因转移到细菌的基因组，还能使其直接生产所需的蛋白质。自然界也常常在模块化：蛋白质结构域，单个基因或具有特定表型基因簇（例如，耐多种抗生素），已经在同一基因组中从一个位置移到另一个位置，或从一个基因组到另一个基因组，同时保持其完整性和功能性。例如，著名的同源盒基因负责控制胚胎发育，沿中心轴在真核生物基因组内经历了反复的扩张，收缩，复制，地址更改，同时保留其基本作用，而这决定了多细胞动物早期发展重要模式。在进化史上，甚至更大的基因组片段生成数以千计的基因，从一个位置移动到另一个而不失去其功能。
一步小的跨越让那些人不再坚信所有的遗传信息基本上是模块化的,不再坚信信息模块可以分解和重组得到无限的组合。随着已知基因元素目录持续增长，科研人员想按他们要求来创造生物的幻想破灭了。通过充分分解和解构基因组这些手段，合成生物技术在生物学时代的前半个世纪，所体现出的能力，最终在困扰人类的最复杂和顽固的问题前失灵了。这些问题包括：从制造用之不尽的食品到阳光无损地转化成可用的能量。
没有历史的细胞
尽管我们对细胞的认识不断加深，但采用自顶向下的策略用存在的遗传元素去创造新生物已经被证实是出奇的困难。从一个细菌中提取的单个基因植入另一个宿主之中时表现的并不总是如期望的那样。越多的异构元素的被引入，它们的表现越不可能达到预期的那样。当微妙基因交流给生命系统的退化埋下隐患时，遗传基因的规则、同步和反馈崩溃了。
合成核酸可能扩大在生物DNA中发现四种已知核苷酸所组成的遗传密码字母。上图展示的是两个化学合成核苷酸，NaM和5SICS，它们具有和双螺旋DNA配对的能力，就像A-T与G-C这两组配对一样，最终作为细胞DNA复制的模板
我和我的同事全力对付看似矛盾的遗传信息模块化的明显性和从先前存在的有明显特征遗传信息基础上设计新的生物艰难性。我想，合理的解释是生物学和工程学之间具有本质的差异，那就是注重历史。
当研究人员结合不同来源的遗传信息来合成单一基因时,他们明显忽视了生命的历史。这样做,意味着他们在愚蠢期待遗传元素的行为独立于其周围的环境。几乎没有基因是孤立的，所有的遗传信息通过进化已经在整个基因组背景下成型，它们自身组成一个有机体。因此,只有少数遗传元素的表现独立。抗生素抗性基因就是个例子：物种间交易活跃的微生物界，很奇怪，它们似乎不受它们的环境的影响,但仅仅是因为它们已经进化到如此。
进化是一项盲目的蛮力实验，需测试无数的方案结果,就像深蓝下棋那样，几乎系统地检查每一个可能的活动，这项自然实验持续三十亿多年来,不断将功能基因元素插入载体上。有时这种重定位是一个有序的进化机制(如细胞分裂的重组)的结果，有时它又是出人意料的随机事件(如染色体打断或跨物种基因易位)。
在大自然进化过程中，遗传信息进入新的载体这个过程的每一步都是经过严格筛选的。遗传元素放置在新的环境与他们相邻的遗传元素共同进化组建高阶网络,有助于生物的生存和繁殖。那些没有这么做的遗传元素将被自然选择迅速淘汰。如果想实现这一宏伟目标，具有相同的遗传元素遗传单元共同进化这段历史，是合成生物技术需要借鉴的。
同样，自底向上策略的实践者必须面对的事实是，追溯到在生命起源的早期，生物进化需要利用各种途径来操作氨基酸和核苷酸，而这些途径或许只是一种幸运的偶然。整个生命历史，从其以有组织的化学物质开始，已经致使酶和细胞器非常依赖于现有的核苷酸和氨基酸构建块的化学物质和结构。生命复杂的连锁细胞机构在这个可利用的构建块小子集(或易于生产)周围得以进化,同时学会了区别于变异和选择。因此,合成生物学家试图扩大遗传密码符号的规模和意义，需要不断地与遗传历史相抗衡。其他化学起源可以展望和合成,但正如它所展现的，偶然发生的生命历史不可轻易改变，这限制了合成生物技术本可以借助新的基本块达到这一目标的可行性。
我们在合成生物学中的付出教会了我们许多东西。弄清有机生命存在的形式，并意识到生命还有其他存在的形式，再次提醒我们，偶然性的重要性，合成生物学的研究议题已经开花结果。我猜想我们终会用新的元素成功创造出人造细胞。新合成的细胞可以维持复杂网络的耦合代谢反应,甚至具有生殖和进化能力。但是我敢打赌，这种方式完全不同于现有的细胞。
深蓝教给我们人类思维的力量，正是因为它无法复制卡斯帕罗夫的直觉和思维逻辑跳跃。一个从无到有甚至是从其他组件合成的细胞是没有祖先的；没有实际繁殖的生命包含着潜在的巨大复杂性。合成生命的进展，将再次提醒我们,生物学不仅仅是工程学,生物不只是从先前存在的零件组装而成的机器,历史对于生命系统存在着深刻而且不可或缺的影响。
资料来源 American Scientist
责任编辑 粒 灰