刘海龙

(南京理工大学 马克思主义学院，江苏 南京 210094)

人工合成生命既是生命进化史上的奇迹，也是人类造物史上的重大突破。美国科学家克雷格·文特尔(John Craig Venter)等人于2010年制造出世界上首例人工合成生命“辛西娅”(Cynthia)。[1]之后十余年里，在人工合成生命领域又取得了诸多突破性进展。现在人类不仅可以利用天然碱基合成DNA分子，还能够利用人工碱基合成DNA分子；[2]不仅可以合成相对简单的原核生物，还能够合成较为复杂的真核生物。[3]生命本来是一种神圣的存在物，而现在却成为了人工制造的对象。关于生命因何得以被制造出来的问题涉及本体论、认识论、方法论等诸多方面，而其中的一个重要问题就是其知识属性问题。生物学发展史上出现过多种知识类型，比如关于生命的形而上学知识、形态学知识、行为学知识、生态学知识等，而这些属性的知识都不足以支持生命的制造。总体来看，人工合成生命建立在分子生物学、系统生物学与合成生物学的知识基础之上。这些学科为人工合成生命提供的是何种属性的知识？其对于人工合成生命的实践又意味着什么？

一、机械还原论：生命元件知识的来源与属性

人工合成生命的首要环节是制作出DNA分子这种基本生命元件，而关于DNA分子结构组成的知识是由分子生物学提供的。“有机生命的本质不同的变体可以由人类设计和制造的概念，是在非自然分子生物学方法的推动下才出现的。”[4]767

分子生物学来自于对生命进行的机械还原论研究。对于生命的机械还原论来讲，就是要将生命依据某种原则分成多个具体的组成部分(比如器官、组织)，再将这些具体的组成部分分解成更小的组成成分(比如DNA分子、蛋白质分子)，直到能够利用机械力学原理对这些更小的组成成分进行严格透彻的分析为止。在机械还原论思路的指引下，生物学从整体、系统、器官、组织等宏观层次一直深入到了细胞、分子层次。具体来讲，“分子生物学是由20世纪初发展起来的两个生物学分支——遗传学和生物化学的结合产生的。”[5]1在生物化学产生之初，其研究是建立在胶体理论之上的，认为细胞中的物质是由小分子结合形成的胶体，其中不可能有大分子的存在。然而，随着物质提取与分析技术的进步，人们逐渐发现，实际上，在细胞中存在由小分子形成的聚合体。德国化学家赫尔曼·斯托丁格(Hermann Staudinger)在1922年提出了生命大分子概念，人们开始从分子水平认识生命的结构和功能。同样是在20世纪初，遗传学开始转向了对遗传物质结构与功能的研究。在孟德尔经典遗传学的基础上，丹麦遗传学家威尔赫姆·路德维希·约翰逊(Wilhelm Ludwig Johannsen)于1909年提出了基因(Gene)的概念，并对基因型和表现型进行了区分，使得专门对遗传的物质结构展开研究具有了可能性。而美国遗传学家托马斯·亨特·摩尔根(Thomas Hunt Morgan)将基因明确定位为染色体之上的DNA分子，其学生赫尔曼·约瑟夫·穆勒(Hermann Joseph Muller)更是指出基因是一种“控制性结构”与“生命的基础”。[5]18于是，生物化学的大分子研究方法得以进入遗传学的视野，两者开始走上融合发展的道路。

而分子生物学形成的关键在于“密码本”概念的提出。当人们开始将大分子研究方法尤其是X射线衍射技术应用于DNA分子研究时，主要关注的还是DNA分子的立体构型,而并未从信息的视角对DNA分子展开分析。(1)早期对生物分子进行的研究并不涉及信息的内容，这从1950年威廉·阿斯特伯里(William Thomas Astbury)对“分子生物学”进行的描述可以看出端倪。其将“分子生物学”描述为：“主要涉及分子的形态，以及这些形态向更高组织层次的进化、扩张和演变。分子生物学主要关注三维结构，而这并不意味着分子生物学仅仅是一门精致的形态学。同时，分子生物学必须研究发生和功能问题。”其中丝毫没有关于信息的描述。参见加兰·E·艾伦：《20世纪的生命科学史》，田洺译，复旦大学出版社，2000年版，第215页。而信息学说的介入对于揭开DNA分子的神秘面纱起到了至关重要的作用，它引导人们开始从信息视角思考DNA分子的本质与功能。“用信息学来研究遗传问题的方法，产生于由量子力学理论造成的思想氛围中。”[6]量子力学的奠基人之一尼尔斯·波尔(Niels Bohr)首先指出生命具有一种有序流动性，需要提出特别的概念对其进行分析。其学生马克斯·德尔布吕克(Max Delbrück)进一步指出，不能像化学家那样仅仅将DNA分子看成是一种简单大分子，因为这种大分子之中蕴含着决定生命性状生成的信息指令。波尔与德尔布吕克这些不同寻常的想法在埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)那里得到了明确的阐释，其参照电报密码本的运行方式，将DNA分子指称为生命的“密码本”。(2)薛定谔最早是于1943年2月在剑桥大学三一学院的一次演讲中提出“生命密码本”概念的，后来整理成书出版。第一例人工合成生命“辛西娅”的制造者文特尔把薛定谔提出“生命密码本”概念视为现代生物学诞生的标志。“如果非要让我对我心目中认定的现代生物科学诞生的时间和地点作一个选择，那么我会选择1943年2月的都柏林。”参见克雷格·文特尔：《生命的未来：从双螺旋到合成生命》，贾拥民译，浙江人民出版社，2016年版，第3页。“个体的未来发育及其成年期机能的全部模式都包含在某种密码本中。”[7]23受薛定谔“生命密码本”概念的启发，詹姆斯·沃森(James Dewey Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Harry Compton Crick)从信息的视角对DNA分子进行建模与分析，最终在1953年揭示了DNA分子的双螺旋结构，真正的分子生物学正式诞生。

而分子生物学是如何对DNA分子展开研究的呢？其依然是采用机械还原论思维对DNA分子的结构与功能进行分析的。先是参照电报密码本的数码构成，分子生物学揭示了“生命密码本”的结构组成。在DNA分子双螺旋结构被揭示出来之后不久，遗传密码很快就被破译了出来。1954年，乔治·伽莫夫(George Gamow)依据DNA 之上碱基分子与蛋白质分子中氨基酸分子的对应情况，推导出1种氨基酸分子是由4个以下的碱基分子决定的。1962年，悉尼·布伦纳(Sydney Brenner)和克里克通过实验明确证实了1种氨基酸分子是由相邻3个碱基分子决定的，从而找准了遗传密码的破译方向。而仅仅到了1965年，生命体的所有遗传密码就被全部破译了出来。之后，又有一些科学家发现，DNA分子中不仅存在对应氨基酸分子的编码序列，还存在用于控制编码序列表达的调控碱基分子序列以及决定DNA分子立体结构的间隔碱基分子序列。至此，作为“生命密码本”的DNA分子的碱基构成就完整地呈现了出来。随后，“生命密码本”之中遗传信息的转录与翻译机制也逐渐被揭示了出来。分子生物学研究发现，将遗传密码信息指令从细胞核带入到细胞质的是一种被称之为信使RNA的核糖核酸分子。信使RNA分子在细胞核中转录生成以后，可以穿过核膜上的小孔而进入到细胞质中。而当信使RNA分子来到细胞质中后，会与细胞质中的核糖体分子、转运RNA分子相互结合并制造具有特定生命功能的蛋白质分子，即遗传信息的翻译。这样，DNA分子上的遗传信息指令就得到了圆满的传递和表达。

由其产出路径可以看出，分子生物学知识实质上是一种机械还原论知识。其参照电报密码本将DNA分子还原为了其构成碱基序列，为人工合成生命奠定了生命元件制作的知识基础。在DNA分子被分解还原到碱基水平之后，生命生长发育的秘密被彻底揭示出来。在分子生物学家眼里，就像电报密码本是发报系统这种机械结构的基本组成部分一样，DNA分子是构成生命的基本元件，生命生长发育的秘密就蕴含在其碱基分子的序列构成之中。“地球上的所有生物，从霉菌等微生物到植物、动物、人类，……同样都是缘于基因密码而诞生的。”[8]在人工合成生命的操作中，制作者可以按照遗传密码表设计出DNA分子的编码序列，然后加入控制基因表达的调控碱基分子序列与决定DNA分子立体结构的间隔碱基分子序列，在此基础上就可以合成出对于合成生命来讲最为关键的DNA分子元件。“DNA被理解为信息，可以通过计算机对其基因组序列进行安排，进而将合成的基因组插入细胞，就可以形成生命。”[9]而在之后生命自动形成的过程中，人工设计的遗传密码就像电报中的数字密码一样，可以由DNA分子传递到生命体的各个部分，通过信息的传递控制蛋白质分子的合成与各种生命活动的产生。

二、机械整体论：生命结构知识的来源与属性

分子生物学为人工合成生命提供了生命元件制作的知识，而关于生命系统结构整体设计的知识则是由系统生物学提供的。“系统生物学为在全基因组尺度上进行生命体的设计与合成奠定了一个坚实的基础。”[10]

系统生物学是在生命的机械还原论研究遇到瓶颈以及海量生物学数据出现的前提下产生的。随着分子生物学研究的日益深入，从基因到生命表型的路线图逐渐清晰地呈现出来。但人们却发现，基因与表型之间不是一种简单的线性关系，而是一种复杂的非线性关系。“某一个特别的DNA分子可以以各种不同的方式体现出来，至于以何种方式，则取决于细胞的环境以及当时分子所处的环境。”[11]分子生物学的还原论思维模式在面对复杂的生命现象时表现出极大的局限性，以单个基因为对象进行的研究并不能得出关于生命整体现象的结论。“要想真正了解生物，还需要发明一种新的方法。”[12]4于是，整体论的思维模式又重新进入了人们的视野。(3)实际上，从整体水平对生命展开研究并不是一种新的理念或思路。康德早在18世纪就提出了其生命有机体理论，清晰阐释了生命组成部分依赖于整体的思想。而路德维希·冯·贝塔朗菲(Ludwig Von Bertalanffy)则在其1952年出版的《生命问题——现代生物学思想评价》一书中,全面阐释了生命的整体性存在规律，竭力提倡从整体层面来理解生命现象。但由于当时对生命系统的分子构成与运行规律缺乏足够的了解，这些努力在微观生物学领域一直没有取得多少实质性进展。直到分子生物学揭示了生命的微观构成之后，整体论思维才真正贯彻到了系统生物学的研究之中。整体论实现了对还原论的超越，其可以对还原论不能解释的生命整体层面的现象作出解释。“有机体各部分的特性与功能是不能脱离整体来理解的，而这也正是机械还原论无法有效解释有机体各种现象的重要原因所在。”[13]在寻求研究思路改变的同时，生物学的测量技术也获得了巨大进步。1990年代，人们开发出了生物芯片、专用软件等高通量分析技术，可以从整体层面上对DNA分子、RNA分子以及蛋白质分子的运行情况进行深入分析。“人们现在可以同时研究数百种基因表达，而不是只关注一个基因。”[12]4-5技术的进步催生了从整体层面分析生命运行的“基因组学”“蛋白质组学”“转录组学”“代谢组学”。“从序列级转移到表达级，从低吞吐量的人类可读数据转向自动化、高吞吐量、机器可分析的数据。”[12]5在短短若干年之间，各种“组学”研究就获得了关于生物体的海量数据，为合成生物学的出现奠定了基础。

而随着处理海量数据的“硅细胞”模型(Silica-cell models)的建立，系统生物学得以产生。各种“组学”研究积累了关于生物分子运动的海量数据，而如何对这些生物学数据进行整合与分析呢？这需要特定的计算机模型才能够处理。“我们可以先创建出一个虚拟的细胞，用它来对我们的猜想进行检测。”[14]188而处理海量生物学数据的“硅细胞”模型是如何建立起来的呢？其是参照物理化学系统的结构组成并依据机械动力学规律建构起来的。实际上，在系统生物学出现之前乃至如今，并没有建构起一种完全遵循有机运动规律的生命系统模型，所以生物学家只能依据机械动力学来建构关于生命系统的“硅细胞”模型。(4)乌尔里希·克罗斯(Ulrich Krohs)和沃纳·卡勒博(Werner Callebaut)在分析“硅细胞”模型的性质时，曾经指出其有两方面的来源：一是“无模型的数据”，二是“无数据的模型”。所谓“无模型的数据”就是指各种“组学”研究积累的海量生物学数据，而“无数据的模型”则是指参考物理化学系统运动变化规律在计算机中初步建立起来的模型。参见佛瑞德·C·布杰德等：《系统生物学哲学基础》，孙之荣等译，科学出版社，2008年版，第139-162页。而系统生物学家自身也承认这种“无数据的模型”的机械论属性，“为了构建一个机械论模型，我们要从系统的组成部分和各个过程的角度来描述系统，以期在一定的精度内充分解释系统行为。”[15]99在“硅细胞”模型建立起来之后，就可以对各种“组学”研究获得的海量生物学数据进行分析与处理，并能够从中提取出生命整体运行的规律与机制，系统生物学得以产生。

早期康复护理的具体内容是在患者发病后的24小时内便进行护理干预，不仅加强患者的基础护理，同时，在各个阶段中，根据患者的具体情况指导其进行针对性功能锻炼，引导患者完成强度不同的功能锻炼与康复指导，一方面能够显著改善患者大脑功能的重建效果，促进非损伤区的神经功能，改善机体的肢体功能，一方面也有利于预防患者发生肌肉萎缩[3]。

系统生物学是如何对生命整体展开研究的呢？其是从机械整体论思维出发将生命整体揭示为机械动力学结构的。(5)需要说明的是，并非只有还原论才能对事物作出机械论解释，整体论也可以对事物作出机械论解释。因为机械论既可以从还原的视角分析事物，也可以采取整体的视角认识事物。系统生物学对生物学数据进行的分析是建立在机械动力学模型基础之上的，意味着其对生命系统所作的解释是依托机械动力学规律展开的。“系统生物学作为一个新兴的交叉学科，提出了生物学的一种新解释模式，仍称之为机械论解释。”[16]不同于生物解剖学的结构，系统生物学意义上的结构则指的是生命系统中存在的各种代谢网络及其相互作用关系，是一种机械动力学意义上的结构。系统生物学研究指出，生命系统是由不同层次的横向网络与纵向网络构成的，横向网络与纵向网络之间相互交叉形成了复杂的立体网络结构。从空间视角看，这些网络结构有的是以横向的形式存在的，比如基因网络相互连接于承载它们的染色体之上；也有以纵向方式存在的网络，比如转录调控网络，其中既涉及基因，也涉及蛋白质，还涉及代谢底物和产物。从时间视角看，生命系统的各种网络结构都是以动态平衡的形式存在的。生命系统中的横向或纵向网络是由各种不同的有机或无机分子构成的，它们不是以一种固态的、稳定的形态存在的，而是时时刻刻都处于一种变化更新的状态之中。“机械论解释把细胞(或生物有机体)当作复杂的生化系统来对待，从本质上来说，它是对系统行为更加细致的再描述和动态理解。”[15]93

由其产出路径可以看出，系统生物学知识实质上是一种机械整体论知识。其立足于“硅细胞”模型将生命系统揭示为机械动力结构，为人工合成生命奠定了结构设计的知识基础。如果说分子生物学找到了人工合成生命的起点并提供了生命元件制作依据的话，那么系统生物学则为人工合成生命提供了生命系统整体结构设计的平台，使得对生命系统整体结构进行“自上而下”的设计成为可能。人工合成生命不仅要制造出符合人类需要的目标基因，还要设计出支持目标基因表达的高效网络结构，使目标基因在其中可以高效地表达。正是系统生物学提供的关于生命系统整体结构组成的知识，奠定了基因表达支持网络设计的基础。在人工合成生命的设计过程中，根据系统生物学提供的关于生命系统结构组成的知识，设计者既可以为目标基因的表达安排相互协同的辅助基因，也可以为其配备完善的辅助装置(细胞器)，还可以为其挑选适合的细胞载体，最终使目标基因可以在生命网络结构中高效地表达。“任何系统的建立都取决于组件的存在，以及它们形成的拓扑结构。当给定适当的组件并将其串联成特定的结构，一个系统就出现了。”[17]94-95

三、机械工程学：制造流程知识的来源与属性

在分子生物学将DNA分子阐释为“生命密码本”、系统生物学将生命系统揭示为机械动力学结构之后，合成生物学又给出了生命制造流程的知识。“生物学家通过分析生物的自然结构、过程、机制、行为等来理解生命。合成生物学家则不是理解生命，而是从有用的视角研究如何制造生命。”[4]771

关于合成生物学的源头可以追溯到有机物的合成。1828年，德国科学家弗里德里希·维勒(Friedrich Wöhler)采用对无机物水溶液加热的方法，生成了一种有机物——尿素，在人类历史上首次合成出与生命有关的物质，“第一次打破了‘生’与‘死’的物质壁垒。从此，人工合成生命成了生命科学工作者的一个梦想。”[18]基于对有机物可以人工合成这种现象，史蒂芬·勒杜克(Stephane Leduc)在1910年第一次提出了合成生物学的概念，并在其次年出版的《生命的机理》一书中进行了具体的阐释。[19]但当时其提出的合成生物学概念与现代的合成生物学概念内涵完全不同，只不过是从物理化学理论出发对生命体的一些现象作出了新的阐释。1960年代，沃纳·阿尔伯(Wemer Arber)、丹尼尔·内森斯(Danien Nathans)与汉弥尔顿·史密斯(Hamilton Smith)等人分离出了DNA限制性内切酶，并因此获得了1978年的诺贝尔生理学或医学奖。当时，波兰遗传学家瓦克劳·斯吉巴尔斯基(Waclaw Szybalski)就预见性地指出，DNA限制性内切酶的发现使得生命科学进入了合成生物学时代。[20]这里的合成生物学实际上指的是基因工程。1980年，名为《基因外科术：合成生物学的入门》的论文再次使用了“合成生物学”一词，实际上指称的也是基因工程。[21]

在系统生物学的基础上，现代设计与制造意义上的合成生物学得以诞生。20世纪末，随着分子生物学研究数据的积累以及系统生物学的出现，大大深化了人们对于生命整体运行机制的认识。至此，人类已经具有了关于生命组成成分与运行机制的较为全面的知识，对生命进行“自上而下”的设计与制造成为可能，现代意义上的合成生物学应运而生。21世纪初，埃里克·库尔(Eric Kool)重新阐释了合成生物学的概念和内容，指出合成生物学是关于人工设计与制造生命的学科。“这一术语是生物化学概念的延伸。从狭义上理解，指的是生命功能分子的人工合成；从广义上理解，则是指生命整体的重新设计。”[22]从库尔所给出的合成生物学定义可以看出，合成生物学与基因工程之间具有一定的连续性，是基因工程实践进一步发展的结果。同时，合成生物学也与基因工程具有很大的区别，其中增加了 DNA分子的人工合成以及细胞结构的人工设计等新的内容，并且还系统地采用了现代工程学的原理与方法，真正具有了工程学科的内涵。(6)虽然“基因工程”也使用了“工程”的说法，但其并非严格意义上的工程。因为其不具备设计和制造基因的能力，也没有使用标准化、解耦、抽象等工程原理与方法。而合成生物学则实现了对生命体“自上而下”的设计与“自下而上”的制造，并采用了标准化、解耦、抽象等工程原理与方法，因此真正具有了“工程”的内涵。参见赵国屏：《合成生物学：开启生命科学“会聚”研究新时代》，《中国科学院院刊》，2018年第11期，第1135-1148页。“就像物理学之中的‘电子工程’或者化学之中的‘化学工程’一样。”[23]

合成生物学是将生命作为高级自动机理解的，(7)将生命视为机器的观念是从早期机械主义者笛卡尔等人那里开始出现的，当时是将生命类比为简单的力学装置。后来随着机器形态的变化，生命机器的观念也在不断演变。在经历了“热能发动机”等阶段后，最终演变为合成生物学中的“高级自动机”。参见路德维希·冯·贝塔朗菲：《一般系统论：基础、发展和应用》，林康义等译，清华大学出版社，1987年版，第130页。不同于分子生物学与系统生物学等揭示生命规律的学科，合成生物学是一门关于如何制造生命的学科。而生命之所以成为制造的对象，就在于合成生物学的生命机器预设。“合成生物学的生命观念是机械论的，即把生物看作机械，可以由零件组装而成。”[24]第一例合成生物的制造者文特尔就将生命描述为一种软件控制、硬件支持的高级自动机。文特尔认为，基因之上的碱基分子排列顺序就是生命的密码，与电报机使用的电码本类似。而生命的生理活动与生长发育是由这些生命密码决定的，因而可以将基因看成是生命体的“软件”部分。“所有活的细胞都在运行着DNA这个‘软件’，它指挥着成千上万个‘蛋白质机器人’。”[14]Ⅱ而生命的生理活动与生长发育是由蛋白质分子执行的，并且决定了生命的性状，“蛋白质和其它相互作用的分子可以看成是细胞的硬件。”[14]68基因作为“软件”发出信息指令，由蛋白质“硬件”来执行各种生理活动，“生命就是一种机器。”[25]正是这种高级自动机的观念为合成生物学提供了本体论前提，意味着生命可以像机器一样被制造出来。

合成生物学是参照机器的制造过程建构生命制造流程的。如何制造一个生命体，对于人类来讲，是全新的事物，其制造过程也没有先例可循。于是，合成生物学就只能参照机械工程学原理来建构生命制造的规则与流程。生命元件(Element)的制作对应于机器零件的加工，生命模块(Module)的搭建对应于机器单元的集成，细胞载体(Chassis)的安装对应于机器机架的组装。先是利用碱基分子合成DNA片段，再将这些短的DNA片段拼接为完整的DNA分子，就相当于制作一台机器的发动机。“合成生物就是先制造和表征一些生命‘元件’，将来再将其组合起来形成生命体。”[23]36接着是集成生命模块。在制作好了DNA分子这种基本生命元件之后，还要将其聚合在一起搭建为功能模块。具体而言，就是将执行某种特定生理活动的DNA分子连接到一起，并在其中安装上启动子、间隔序列等调控机关装置，使其构成一个行动的整体。“就像技术人员现在用标准化的、现成的电子元件组装成计算机一样。”[26]最后是安装细胞载体。机器单元需要组装到机架之上才能运行，而生命模块也需要植入到细胞载体之中才能产生生命现象。与将机器单元放置到机架上一样，生命模块也需要通过细胞膜上的孔洞或缝隙植入其中。当利用基因枪或显微注射等技术将生命模块转化进入细胞载体之中后，生命制造的过程就完成了。

由上述产出路径可以看出，合成生物学知识实质上是一种机械工程学知识。其模仿机器制造过程给出了生命制造流程，为人工合成生命提供了具体的操作指南。在具体的人工合成生命制造过程中，制造者正是按照合成生物学提供的生命制造流程，对生命进行分级制造的。“决定合成生物学成功的是控制、构建和创造生命的技术范式。”[27]制造者根据分子生物学揭示的“生命密码本”构成，设计出DNA分子的碱基序列，然后利用化学方法将碱基分子连接在一起形成生命元件，这个过程相当于机器零件的制备；进而，再借助DNA聚合酶将不同的DNA分子片段组合到一起形成生命模块，这个步骤相当于机器单元的组合；最后，利用基因组转化技术，将生命模块转移到事先准备好的细胞载体之中，这个过程相当于将机器单元安装到机架之上。在合成生命的操作实践中，制造者正是按照合成生物学提供的生命制造流程来合成生命的。经过一个个的制作环节，一个完整的生命体就像一台机器一样被制造了出来。“物理学家喜欢制造机器，而这也正是合成生物学家利用生物分子来做的事情。”[23]36

四、机械论知识之于人工合成生命的必要性

首先，机械规律是生命规律的基础。作为物质的高级存在方式，生命具有不同于机械物的有机特征。伊曼努尔·康德(Immanuel Kant)的生命有机体理论认为，生命的各个组成部分相互联结在一起，它们之间可以展开主动的联系与配合，从而形成一个自组织的有机整体。由于自组织作用的存在，生命表现出不同于机械物的存在规律，“它单凭运动能力(机械作用)是不能解释的。”[28]然而，虽然生命具有不同于机械物的地方，但也并不能完全脱离机械运动规律而存在。一切生命活动依然是建立在机械运动规律基础之上的，只不过因为其具有自组织作用突破了机械规律，而具有了一些新的特性。虽然机械论知识不能对生命现象作出完全的解释，但其仍然是生命知识的重要组成部分，对生命现象仍然具有一定程度的解释力。DNA分子是由氢键将不同的碱基连接到一起构成的，其复制、转录与翻译依然遵从分子运动的物理化学规律；生命整体是由多种不同的物理化学物质构成的，其存在与变化依然服从基本的力学原理与化学规律；生命的形成虽然有自创生机制的参与，而自创生也是建立在复杂物理化学反应基础之上的。也就是说，生命规律奠基于机械规律基础之上，虽然实现了对机械规律的超越，但仍未完全脱离机械规律。具体到人工合成生命的知识之中，无论是对DNA分子的结构组成所作的机械还原论阐释，还是对生命系统网络构成所作的机械动力学阐释，以及对生命制造过程进行的机械工程学建构，都在一定程度上解释了其部分的本质与规律。

其次，机械论知识使得人工合成生命成为可能。在古代有灵论生命观的语境中，生命绝不会成为人类制造的对象。康德的生命有机体理论揭示了生命所特有的自组织特性，却无法为生命的制造提供方法论支持。揭示生命有机特性的行为学、生态学以及自创生理论等，虽然为认识生命特性提供了宽广的视角，但也无法给出生命制造的具体方法。生命的制造只能建立在对生命进行的机械论研究基础之上。“在缺乏生命过程的机械理论时，人工制造生物，如果能得以实现的话，可能只是一个侥幸但不大可能的意外事故的结果。”[29]500勒内·笛卡尔(Rene Descartes)提出身体与灵魂两分的生命二元论，将生命体看作是可以独立于灵魂之外类似于机器的实体，形成了生命机器论的先声。托马斯·霍布斯(Thomas Hobbes)更是直接否定了灵魂的存在，将生命看作是一种纯粹的“自动机械结构”，启发人们将生命作为一种机械物进行研究。“自笛卡尔以来，生物是一种复杂机器的观点一直吸引着哲学家，并激发了许多生理学和分子生物学方面的研究。”[30]660-661最终，在分子生物学利用机械还原论阐明了生命元件的组成、系统生物学利用机械整体论揭示了生命系统的结构以及合成生物学借鉴机械工程学原理建构出生命制造的流程之后，人工合成生命的愿望成为了现实。

最后，合成生命的“从头开始”制造必然依赖机械论知识。不同于以前的各种生物技术，合成生命技术的一个重要特征是对生命“从头开始”制造。无论是以前的驯化技术、杂交技术，还是转基因技术，实际上都是对生命有机体本身进行的操作。而合成生命技术则不同，它不是操作生命，而是创造生命。即从碱基这种物质开始制造生命，实际上是对一系列非生命的物理化学物质进行的操作。在自然条件下，碱基既不是以纯化的形态存在，也不能够自动生成为基因，其天性是在生物体内在酶的作用下依照天然模板聚合为基因的。而合成生命技术则对其提出了“蛮横的要求”，逆碱基存在和演变的天性而行，通过化学手段的强制力量，将其在生物体外“开发”为人工预先设计的基因。由此开始，碱基按照合成生命技术的要求，被动地开启了走向生命的历程。先被连接为基因，接着被拼接为基因组，再被转化到细胞载体之中，直至形成生命。从合成生命技术操作构成可以看出，在生命产生之前，合成生命技术操作的对象是碱基、基因、基因组等一系列的非生命物，主要利用的是物理化学手段，而这必须依赖具有机械属性的物理化学知识才能进行。“除了借助于机械论的生命过程理论外，要在实验室中合成生命有机体也许是不可能的。”[29]500

五、机械论知识对于人工合成生命的局限性

机械论知识使得人工合成生命成为事实，这既是生命进化史上的奇迹，也是人类制造史上的突破。但需要特别注意的是，机械论知识对于人工合成生命是必须的，但却是不完善的。因为机械论知识毕竟只是生命知识的一部分，并不能完全揭示出生命存在和运行的全部秘密。虽然以机械论知识指导有机生命的制造在实践之中取得了成功，但机械论知识对于有机生命的制造却存在先天的局限。

首先，参照电报密码本对DNA分子所作的机械还原论阐释忽视了其运行的复杂性。分子生物学按照机械还原论思维参照电报密码的运行规律解析DNA分子的编码规则，最终将其阐释为“生命密码本”。但实际上，DNA分子的编码规则远比电报密码本的编码规则复杂得多。在对DNA分子序列与功能展开研究的学术史中，DNA分子存在和运行的复杂性早就彰显出来。20世纪初，在美国遗传学家摩尔根提出的基因假说之中，DNA分子的编码碱基序列是具有固定位置的，编码碱基序列以连续排列的形式存在于染色体之上。到了1970年代，一些科学家发现，编码碱基序列在染色体上的位置并不固定，而是可以在染色体上进行“行走”。1980年代，人们又发现，甚至编码序列的碱基也不是完全连续排列在一起的。编码一种蛋白质的全部碱基可能在空间位置上相隔很远，被一些不编码蛋白质的碱基序列分离开来，它们是通过染色体的构型变化进行结合而编码完整蛋白质的氨基酸分子的。而由于编码碱基序列具有可移动性与非连续性，直接决定了DNA分子的编码方式存在多样性与可变性。而这也意味着，DNA分子的编码规则比电报密码本的编码规则复杂得多，将其作为“生命密码本”进行阐释，实际上降低了其运行的复杂性。“基因的复杂性以及基因在与环境相互作用中表现出来的可变性都是合成‘工程’产生出预订目标生命的严重障碍。”[30]665

其次，依托物理化学系统模型对生命系统所作的机械整体论解释遮蔽了其规律的有机性。系统生物学对生命系统结构与运行规律进行的研究是依托“硅细胞”模型展开的，而“硅细胞”模型则是在物理化学系统模型的基础上建立起来的。这就意味着，系统生物学是依托物理化学系统规律来解析生命系统规律的。但是，生命系统与物理化学系统是两种本质不同的系统，前者是有机系统，而后者是无机系统。虽然生命系统也遵循物理化学规律运行，但同时也具有超越于物理化学规律之上的有机存在规律。依托“硅细胞”模型虽然可以揭示生命系统遵循的物理化学规律，却难以展现生命系统所特有的有机运行规律。就连从事系统生物学研究的学者也承认，他们的研究并不能完全揭示生命系统的全部意义。“系统生物学缺少的是一个清晰的系统存在论：我们并不清楚系统如何被分离出来，还有这种分离对整个系统，而非对不完整系统的意义。”[15]155在基于“硅细胞”模型得出的研究结论中，所有的生命系统运行规律都被解释为物理化学规律。实际上，生命系统运行规律并不能全部还原为物理化学规律，而强行将其还原为物理化学规律，就必然会对生命系统的真实面目造成遮蔽。“生物模型经过‘奥卡姆剃刀’去除好像不必要的理论预设，这虽然实现了简单建模的意图，却不能完整显现生命的运行规律。”[31]可见，立足“硅细胞”模型对生命系统进行的阐释实际上并不能真正阐明生命系统特有的运行规律，而只能参照物理化学规律对其作出类比性说明。

最后，参照机械工程原理建构的生命制造流程忽略了生命形成过程中的自创生过程。人工合成生命的操作流程是合成生物学参照机械工程原理建构出来的。利用机械制造原理建构生命制造流程具有合理性与必要性，因为人工合成生命实际上就是操作非生命物质使其形成生命，需要采用物理化学手段进行。而问题在于，生命生成过程远比机械产出过程更为复杂，其不仅包括人工操作的过程，还包括生命自创生的过程。在仔细分析合成生命的生成过程之后就会发现，其并不单纯是人工制造的产物，也是生命自创生的结果。其物质结构是人工制造的，而生理功能却是通过自创生而出现的。“生命——无论是原始的单细胞生命，还是像人类一样复杂的生命——的本质在于，它必须遵循一种内在的自创生机制，这是一个物质系统生成为生命系统的充分必要条件。”[17]42当人将各种生命组成部分组合到一起之后，所谓的人工制造过程就结束了。而此时生命的生理功能还没有出现，生理功能的出现依赖于之后的生命自创生。“与将机械零件组装起来之后不同，合成生物的各个部件结合到一起之后必然发生有机的相互作用。”[32]在生命自创生的过程中，被人工组合到一起的各种生命组成部分形成一个自我生产的网络，通过各种生化反应复制与生产自身。在网络以自我生产方式而存在的过程中，生理功能从中涌现出来，合成生命得以出现。可见，合成生命的生成过程包括人工制造与自创生两个紧密衔接的环节，而参照机械工程原理建构的生命制造流程却不包含生命的自创生环节。

六、以机械论知识指导有机生命制造的风险性

以机械论知识为指导的人工合成生命实践实际上就是有机生命的机械制造，但机械论知识并不能涵盖“生命密码本”的复杂性、生命系统的有机性以及生命形成过程中的自创生机制，这就决定了将生命作为机械进行的制造活动具有一定的黑箱操作特征，导致了在人工合成生命的实践中存在诸多的不确定性风险。“与有一个明确的开端和可预见的结果的传统的制造不同，基于技术化科学的生命制造同时也是一种发动一系列未知过程的行动。”[33]概括来讲，以机械论知识为指导的人工合成生命实践存在出现安全事故、破坏生态平衡以及改变进化方向等风险。

首先是出现安全事故的风险。机械论知识只关涉生命的人工操作环节，而不能涵盖生命的自创生过程。在合成生命的生成过程中，当制造者将生命各种组成部分组合到一起之后，实际上就失去了对生命自创生过程的精准控制。“有机体不是静止的，它们存在于基因和蛋白质的运动过程之中。”[34]虽然制造者在合成生命“自上而下”的设计过程中,分别利用机械还原论知识以及机械整体论知识对生命的组成部分与整体结构进行了预先的规划，但这些组成部分在自创生过程中究竟会生成怎样的生命结构却具有不确定性。原因在于，机械论知识并不能真正准确揭示生命元件与生命系统的有机运行规律。分子生物学参照电报密码本阐释“生命密码本”，在一定程度上掩盖了DNA分子不同于电报密码本的“主动”特性。与电报密码本只是按照固定规则被动运行不同，DNA这种“生命密码本”还具有指导生命系统形成的能力，以及根据环境条件变化自我调整的能力。“它是法典与行政权力的统一，或者用另一个比喻来说，是建筑师的设计与建筑工人的技艺的统一。”[7]24而系统生物学立足物理化学系统模型将生命系统揭示为机械动力学结构，在一定程度上遮蔽了生命系统所特有的有机生成规律。与机械系统单纯按照物理化学规律形成不同，生命系统的形成过程中还存在整体对于部分的“下向因果”作用，即根据生命整体的要求调整生命组成部分的存在形态。由于机械论知识并不能准确预知生命元件的“主动”作为以及生命系统的“下向因果”作用，因而就不能保证生命的自创生过程必然会产生出预订的目标生命，而是可能会产生出对人类有害的生命，造成实验室意外事故的发生。

其次是破坏生态平衡的风险。机械论知识只涉及生命的制造过程，而不能涵盖生命的生存过程。而合成生命不仅是人类制造的产物和使用的“工具”，其作为生命，还是地球生态圈层的重要组成部分。“人工合成的生命也是一种实体性存在物，其可以在脱离人类干预的情况下，按照自身内在规律生长、发育和繁殖。”[35]合成生命是在实验室中制造出来的，一般情况下，在特定的环境中存在。但其却可能从实验室或特定环境中逃脱出来，通过自身的繁衍而在自然界中生存下来。而当合成生命从实验室扩散到自然生态系统之中后，会与生态系统中的自然生命发生各种相互联系和作用，有可能产生难以预料的多种生态后果。有些合成生命可能直接成为某种自然生命的“天敌”而威胁到该类生命的生存，也可能和某种自然生命形成食物链上的竞争关系而威胁到该类自然生命的存在，还可能因为其自身在自然界中没有抑制因素的存在而无限繁衍造成生态灾难。合成生命对生态系统的作用与影响类似于外来自然物种的入侵，但在影响程度上则可能更甚于外来自然物种的入侵。外来自然物种入侵对生态系统造成破坏的例子比比皆是，很多情况下对生态系统的平衡造成了毁灭性的影响。而合成生物进入自然生态系统后造成的后果会更为严重。

最后是改变进化方向的风险。机械论知识只负责生命的产出过程，而不能涵盖生命的进化过程。而与机械论人工物不同的是，合成生命具有自我繁衍和进化的能力，可能直接或间接地改变生物圈自然进化的方向。首先，合成基因可能直接淘汰自然基因。由于合成生命并不存在于自然的生态历史中，其与自然生命之间究竟会发生什么样的基因交流和互换，很难预先作出准确的判断。当合成生命进入自然界或者自然生命进入人工环境，都可能出现两者之间的基因交流，造成合成基因向自然生命的漂移。生物圈可能被含有合成基因的生命体所主宰，随之原有的自然生命被淘汰，其携带的天然基因逐渐消失。其次，人工进化可能间接排挤自然进化。与基因漂移对生物进化的影响机理不同，人工进化排挤自然进化是通过进化压力的改变而实现的。在自然进化的过程中，自然环境是选择的主体，生命种类在与自然环境的相互作用中，通过变异和选择而得以进化。人类基于自身目的合成特定的生命并将其应用到生产实践中，其结果可能造成生态环境的变化。生态环境的变化引发自然选择压力的变化，进而体现到自然界物种的繁衍和进化之中，导致自然界生命种类和数量的变化。“用技术条件替代了创造生命的条件，用人类制造生命的形式替代了自然进化的过程及生命进化形式。”[36]

以机械论知识为指导的人工合成生命实践虽然取得了巨大成功，但由于利用机械论知识指导有机生命的制造具有先天的局限性，导致人工合成生命的这种成功实践之中蕴含着诸多的不确定性风险。因而，在机械论知识的基础上，人工合成生命的实践还需要引入有机体理论、生态理论与进化理论等知识作为补充，才能在尽量规避风险的前提下制造出对人类有益的生命类型。要充分认识生命自身的复杂性，对合成生命产出过程中自创生环节可能出现的意外情况进行全面预测并作出预先防范，以避免实验室事故的发生；要考虑目标生命的生存特征，深入评估合成生命对食物链、生物多样性以及自然环境可能产生的影响，采取必要的技术手段，阻止生态灾难的发生；要关注合成生命的进化特性，评判其与自然生命交流基因的能力，采取有效措施，减少或阻止进化风险的发生。只有在机械论知识与有机体知识、生态知识、进化知识相结合的条件下，人工合成生命的实践才能走上合理发展的道路。