长期以来，科学家一直梦想着发现可将化学物质转化为生命的“炼金术”。2026年7月，美国明尼苏达大学的一个研究团队宣布，他们在实现这一愿景的道路上迈出了重要一步。
研究人员将数十种原料混合在一起，合成了能够摄食、生长、繁殖并互相争夺食物的简单细胞。尽管这些细胞还不完全算是“活的”，但它们已经具备了生命的大部分标志性特征。
“生命并非二元对立，”领导该项研究的合成生物学家凯特 · 阿达马拉（Kate Adamala）表示，“这就是为什么我犹豫是否要称其为‘活的’细胞。尽管我们非常希望有一条清晰的界限，但这种界限实际上并不存在。”
未参与该研究的合成生物学家约翰 · 格拉斯（John Glass）表示，在此之前，科学家从未成功合成、培养出能够执行如此多功能的细胞。“阿达马拉将这些要素完美地整合在了一起，真是令人惊叹。”他说。
美国斯坦福大学的合成生物学家德鲁 · 恩迪（Drew Endy）表示：“这是一个被建造出来而非自然诞生的细胞。它是人工构建的，但它能执行细胞的功能。”
阿达马拉博士因她的造物形似土豆而将其命名为“土豆细胞”（SpudCell）。她和恩迪博士并没有申请专利，而是正在组织一群科学家，致力于使土豆细胞具备更完整的生命特征，并让它们适应各种新实验。
他们和同事创立了一家非营利研究机构。恩迪博士估计，该机构在未来十年内将为此项目投入数亿美元，预计将有数百名科学家加入其中。
“我们会记住这一刻的。”未参与该项目的美国密苏里大学计算生物学家罗珊娜 · 齐亚（Roseanna Zia）表示。
阿达马拉博士和她的同事在网上发布了一份长达190页的研究报告。该报告目前正在接受学术期刊的同行评审，以待发表。
科学家希望合成细胞能够揭示天然细胞无法告诉他们的生命奥秘，包括维持最简生命形式需要多少个基因之类的基本问题。
但是，合成细胞也可能在未来某天经过基因工程技术改造，去执行天然细胞无法完成的任务，例如制造新型药物或从大气中提取大量二氧化碳。在理论上，经工程化改造的土豆细胞可以生产多种特定蛋白质（这些蛋白质无法通过诱导天然细胞合成），甚至包括火箭燃料这样的有毒化学物质。
“现在，我们可以开始考虑进行那些以前几乎无法想象的化学反应了。”格拉斯博士表示。
关于我们所熟知的生命，棘手之处在于探明其神秘、混乱的复杂性。我们自身的DNA包含着数万个基因，以及数百万个控制这些基因表达开启与关闭的分子开关。科学家对其中许多DNA片段的功能几乎一无所知。通常，他们自以为搞清楚了某个基因，最终却发现它执行着科学家未曾预料到的其他功能。
规避这种复杂性的方法之一是简化法。
20世纪90年代，由已故生物学家克雷格 · 文特尔（Craig Venter）领导的一个团队开始研究一种仅含有不到1000个基因的微生物。该团队（现由格拉斯博士领导）随后将该微生物的基因组简化至525个必需基因。
在2016年发表的一篇论文中，该团队报告称，他们不知道其中1/3的基因起着什么作用。在过去十年里，格拉斯博士和他的同事一直致力于解开这个谜题，但至今仍无法确定其中56个基因的功能。
“每个细胞都必须执行某些重大任务，而我们仍然对其中的一部分毫不了解。”格拉斯博士说。
其他研究人员则从相反的方向着手解决这一问题。他们并未选择自上而下的方法，而是采取自下而上的途径，试图将无生命的分子组合起来以构建活细胞。
自20世纪90年代以来，已有数个实验室攻克了该问题的部分环节。其中一些实验室完善了利用脂质分子制造空心囊泡的配方。另一些实验室则找到了将简单遗传分子封装在这些囊泡内部的方法。
然而，科学家一直难以将这些零散的部分整合成更复杂的系统，更不用说构建出可以被称为“细胞”的实体了。
近年来，阿达马拉博士尝试攻克其中一项基本挑战：细胞分裂。天然细胞的分裂依赖于特定蛋白质，这些蛋白质会锁在一起形成环状，并锚定在细胞内壁上。蛋白质环会越收越紧，将细胞一分为二。
其他蛋白质则像绞车一样，将DNA和其他分子转运到正在形成的细胞中，从而确保它们拥有维持生命所必需的成分。
起初，阿达马拉博士尝试构建简化版的天然细胞系统。但后来，她决定完全不模仿真实细胞。
生物物理学家已经发现，如果将蛋白质黏附在膜上，会产生压力导致膜弯曲。阿达马拉博士和她的团队创造出了能够捕获自身周围漂浮蛋白质的囊泡。当一个囊泡收集到足够多的蛋白质时，其表面开始向内弯曲，直至最终分裂为二。
尽管想法很简单，但该团队却在整整一年的实验后才在实验室中将其实现。“不过，一成功，它就能稳定运行。”阿达马拉博士如是说。
这一成功促使该团队尝试构建一个完整的合成细胞。
第一步是配制细胞运转所需分子的培养基。最终，该配方包含了约100种蛋白质和简单分子，这些成分对根据基因合成新蛋白质等关键化学反应而言必不可少。
研究人员还从病毒和普遍存在的微生物大肠杆菌中提取基因，提供给了他们的合成细胞。他们挑选了36个基因用于执行基本任务，比如复制DNA。
在将这些原料混合成培养基溶液后，科学家向其中加入了膜的构建基元。它们自发地结合成囊泡，每个囊泡都包裹着部分溶液。
最终，其中的许多囊泡包裹了比例合适的基因、蛋白质和其他分子，并开始进行真实细胞中会发生的化学反应。
随着新细胞在烧瓶中漂浮，阿达马拉博士和同事将食物也添入其中。细胞通过其表面的通道摄取了小分子。
科学家还放入了装载蛋白质及其他分子（这些分子因体积过大而无法穿过通道）的微型囊泡。通过撞击并和任一此类微泡融合，细胞便可以摄取其内部的营养物质。
随着细胞摄取营养，它们开始生长。短短几个小时后，它们就成长到足以进行分裂的尺寸。
科学家向烧瓶中添加了一种特殊的蛋白质，该蛋白质会附着到细胞表面，迫使其向内弯曲。一旦细胞分裂成两半，这对新细胞会继续生长。
此时，土豆细胞已实现了生长、摄食和繁殖功能。事实证明，这些细胞甚至具备了初步的演化能力。
阿达马拉博士和她的同事还创造了一种突变体版本，该版本的土豆细胞能够更紧密地与周围漂浮的、装满营养物质的囊泡结合。为了测试它们，他们配制了一份原始土豆细胞与突变体土豆细胞各占50%的混合物。
这些细胞为了争夺食物竞争了五代。最终，突变体细胞的数量超过了原始细胞，这表明它们在食物竞争中胜过了后者。
“这是最令人震撼的成就。”齐亚博士表示。这意味着科学家能够让不同类型的合成细胞相互竞争，从而快速开发出更复杂的合成细胞。
不过，尽管土豆细胞展现了这么多生命特征，它仍存在一些重大缺陷。首先，它无法制造用于生产新蛋白质的分子工厂——核糖体。土豆细胞可以携带构建核糖体所需的全部基因，但出于某种原因，这些部件无法组装在一起。
目前，阿达马拉博士和同事必须给土豆细胞饲喂现成的核糖体。然而，这一解决方案是有时效限制的：土豆细胞在经历五到十代后，就会由于核糖体失效而停止合成蛋白质。
“我不想说它‘死了’，但它确实停止了运转。”阿达马拉博士说。
2025年，当阿达马拉博士向恩迪博士展示土豆细胞时，后者深受震撼，以至于决定帮助她创立BioTic，也就是那家旨在建立土豆细胞研究者社群的非营利机构。
“我正将我毕生的成果投入其中。”恩迪博士表示。BioTic的首要任务之一是简化其他科学家制造土豆细胞的流程。
阿达马拉博士在自己的实验室中，大约一天就能制造出一批新的土豆细胞。但这仅仅是因为她的冰柜里装满了纯化蛋白，并且她对每一个步骤都了如指掌。BioTic希望能向科学家提供更简便的配方和所需的原料。
恩迪博士希望这些开源工具能够鼓励科学家开展合作，共同构建具有更多生命决定性特征的新型土豆细胞，这些特征包括但不限于具备合成自身核糖体以及无限分裂的能力。“这完全是可行的。”格拉斯博士说。
BioTic的研究人员已经开始筹备他们的第一次会议，会议将于2026年9月在美国费城举行。他们优先考虑的重要议项之一是制定旨在保障该研究领域安全的正式计划。
目前，这种合成细胞只能依靠特殊的实验室食谱存活几代。但未来的版本可能会更加强健，这增加了未来某天有人出于非道德目的使用土豆细胞甚至将其用于制造武器的可能性。
恩迪博士认为，一个开源的研究环境能更好地预防此类事件发生。他表示：“我们应该现在就展开这些讨论，而不是等待其他人做出危险举动，到那时我们所有人就只能被动应对。”
恩迪博士将土豆细胞比作生物版的“莱特一号”：莱特兄弟（Wright Brothers）在1903年用这架简陋的飞机实现了首次持续受控飞行，开创了航空时代。
“莱特一号飞了12秒，但这件事并不能直接带给我们一架波音737，”恩迪博士说，“它只是一个开始。”
资料来源The New York Times
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本文作者卡尔·齐默（Carl Zimmer）是《纽约时报》专栏作者；马尔科·埃尔南德斯（Marco Hernandez）是《纽约时报》图片编辑