http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-01-06
张博然
20世纪是物理学的世纪，而21世纪是生物学的世纪——这个说法已经广为人知。有两个事实支持这一论断：无论以经费投入、劳动力规模还是重大发现的数量而言，生物学都已超过物理学；而以其经济影响、道德后果以及为人类处境带来的变化而言，更是物理学所不能及的。无论生物学这个领域是否能担当起为一整个世纪冠名的重任，它注定将深远地影响我们的社会基础。
但是，底层的影响并不总是能在表层直接感受到的。这一切要想真正触及我们的日常生活，都有一个前提：这套技术必须得到“驯化”，必须脱离它高精尖的象牙塔，以能被大众接受的形式走入日常生活。过去五十年间，发生在个人电脑、数码相机和智能手持设备上的正是这样的驯化过程。相比之下，航天探索、核能甚至一部分化学工业虽然同为高科技，虽然同样影响了整个人类文明，却始终没有发生大规模的驯化进程，始终没能洗脱自己身上的“不可信任”的气息。也因此，民众针对这些领域的质疑和争议从不曾间断过。
那么，生物技术会迎来这样的驯化过程吗？我的态度是乐观的。
行业面貌：即将到来的去中心化
计算机作为一种新技术当年曾带给大众的恐慌，如今早已被遗忘。这不是因为计算机技术有多安全，不是因为宣传和科普做得好，甚至主要不是因为它本身走入日常生活——关键在于它离开了少数几家大公司的把持，全行业发生了“去中心化”的过程。今天除了最核心的芯片依然处于寡头分割市场的局面之外，其余的领域都全部呈现出百家争鸣的局面。
而生物技术要像计算机技术那样改变整个社会的面貌，所需要的正是这个过程。公众眼中的整个生物技术以遗传工程为代表，而遗传工程的象征者又是孟山都这样的巨型农业或药业公司。阴谋论视角认为大公司背地里偷偷把有害的基因掺入作物，正如当年的阴谋论认为冯·诺依曼半夜里偷偷用他的计算机设计氢弹一样。然而计算机很久以前就离开了冯·诺依曼一个人的掌控，到了八九十年代更是成为了几乎个人化的技术，这些怀疑论也随之销声匿迹。眼下这些针对生物技术的怀疑，极有可能在十年到二十年之内也遵循同样的规律烟消云散。
而这个转变背后最大的推动者，当属测序技术的飞速廉价化。
测序：千元基因组时代的到来
在本世纪初，出镜率最高的科学项目莫过于人类基因组计划。而整个计划的核心内容又是人类全基因组测序——读出人类基因组上的每一个字母，并将之转换为易于检索的数据。显而易见，这是后续全部研究的基础，有了这样的数据，才谈得上研究每一个基因的具体功能，研究人类个体的种种基因变体和缺陷，预测它们的影响，给出解决的方案。
诸如双脱氧法这样最早的测序手段基本上就是体力活，需要研究者肉眼来读出并记录数据，效率可想而知。然而在过去的12年里，每百万碱基的测序成本从接近1万美元降低到了不足0.1美元，过去5年里的降低速率都远远超过了摩尔定律的预期；个人全基因组测序也已经降到了几千美元的价格。十年前预言的“千美元基因组”时代已经伸手可及。虽然测序价格只是全部研发成本的一部分，但是可以预见到这将带动整个行业全面成本下降。也许和计算机时代的车库一样，未来生物技术的新兴点将在厨房中诞生。
但除了促成小规模研发者的繁荣之外，廉价测序同样重要的后果是个体化医疗时代的到来。
医学：个体医疗时代
传统标准临床诊断以患者的体征与症状、个人和家族病史以及实验室数据作为依据，这本质上是滞后的处理——当体征和症状出现后才开始治疗。随着我们对基因的了解逐渐深入，许多疾病都找到了背后的基因机理，现在我们可以通过检测某个等位基因存在与否来预先判断患上某种疾病的可能，但由于开发成本问题，只有常见疾病才能得到这样的待遇。
然而，当个人能够负担起全基因组测序、小规模企业也可以展开相关研究时，医学的出发点就可以转移到个人身上了。我们可以测出一个人的基因组，寻找其中的突变，判明每一个突变的意义并开出完整的疾病风险列表，甚至给出完全针对个人的治疗方案。这个趋势从本世纪初开始，至今已经有过几例成功案例，形成产业也许还要十年左右时间。
不过，即便乐观地估计，这些技术到2020年也只能使社会中一小部分人受益。论及缩小贫富差距，也许希望应该寄托在新时代的农业上。
农业：新时代的基因工程作物
社会发达程度最重要的单一指标是人均寿命，而决定人均寿命的首要因素实际上是农业。正如上世纪60年代的绿色革命所证实，农业领域是缩短贫富差距最为有效的生物技术。
但是目前的基因工程作物面临两方面的挑战：公众支持度和技术瓶颈。转基因技术诞生已经40年，基因工程改造过的农作物大田种植也有20余年的历史，但是始终没有获得大部分消费者的认同。最重要的原因固然是相关技术掌握在寡头大企业手中，但另一个因素是，迄今为止基因工程农作物带来的利益几乎都是针对农民的，消费者并没有获得明显的利益。
现有的绝大多数商业化转基因作物都集中在抗虫、抗病害、耐储藏等领域，这些需求是明确而巨大的。按照遗传工程的现状，转基因作物需要巨大的投入，使得现有研发只能针对这些来自农户的现成需求；而最终消费者的需求过于零散、过于不确定，难以带动研发。
然而，随着整个领域的去中心化和研发成本的下降，改善口感、提升营养价值这些来自消费者的需求也一定会缓慢走上日程。一旦这些需求得到满足，口味和营养成分能够成为卖点，消费者的非理性恐慌很可能会大大减缓。
另一方面，虽然市面上基因工程作物已经成百上千，但几乎全部都只停留在单基因的层面上，没有发挥该技术的全部潜力。这部分是因为多基因协同工作的技术难度，部分是因为现行的立法、专利和安全条例下多基因组合几乎无法通过审批。
姑且不论法律问题，引入全套代谢途径的确是业界一直努力的方向。今年英国约翰英纳斯中心收到了盖茨基金会的一笔大额资金，研究如何利用基因工程的方式让谷类与固氮细菌共栖、从而自行合成氮肥。这需要的改造远远比引入单个抗虫基因复杂，但对于发展中国家的中小规模农场带来的收益也是十分巨大的。由于肥料缺乏，这些农场的单产往往只有发达国家大农场的五分之一，而固氮植物必将大大缩小这一差距。
与之类似的是将水稻等主粮改造为碳四植物。自然界大部分植物的光合作用遵循所谓“碳三途径”，这个途径并不适应炎热地区，在高温和强光下效率很低。但玉米这样在热带地区演化出的作物拥有“碳四途径”作为应对，如果能将这个途径搬运到水稻之中，必将迎来单产的又一轮突破。该技术也是在十年的时间里有望取得突破的领域之一。
总之，现代农业和生育控制使得人类有望成为地球上第一个不会挨饿的物种。按照国内主粮市价计算，来自食物的热量每千卡只需几厘人民币，社会中多数成员所能获得的能量实际上是近乎无限的；而随着遗传工程在农业中的推广，我们也许可以将之推广到社会的所有成员。后稀缺时代很可能首先在个体生物学层面到来。无限的能量，假以时日，将推翻进化历史上所有的生物学限制。
当然，以进化的尺度而言，这个“时日”往往意味着数十万甚至上百万年，人类文明能否维持那么久尚未可知。但是一旦跨过了人体遗传工程的技术、伦理和法律门槛，那么人类实质上就掌握了加速自然进化的能力；而即使这一步没有迈出，个体化医学和基因疗法也能达到接近等效的结果。消灭一切疾病，抵消一切衰老的后果，这并不是痴人说梦。
如果我们的社会有足够的掌控力，那么在这些生物技术的推动下，也许我们真的可以创造出某种类似于乌托邦的东西；而2020，也许是第一步。
(作者为加州大学伯克利分校生物学博士)
截至
2012
诺贝尔医学奖
2012年10月8日，瑞典诺贝尔奖评审团宣布，日本京都大学物质-细胞统合系统据点iPS细胞研究中心长山中伸弥与英国发育生物学家约翰·戈登因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献，而获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。
山羊基因组图谱
中国科学院昆明动物研究所、深圳华大基因研究院等单位合作完成全球首个山羊全基因组图谱，并于12月24日在《自然·生物技术》杂志在线发表。在研究中，科研人员对一只雌性云南黑山羊进行了全基因组测序，发现山羊与牛的亲缘关系较近，二者大约在2300万年前分化。
干细胞卵子
在过去的十多年里，研究人员一直尝试在实验室制造卵细胞。而在2012年，这项研究迈出了重要的一步，实验鼠产下了第一个来源于老鼠胚胎干细胞的成活幼崽。不过，日本研究人员发明的这项新技术，依然需要老鼠来孕育受精卵，还未能实现完全体外生殖。尽管实验结果未能达到科学家们的终极目标——完全在实验室中得到卵细胞，但它为研究基因及其他影响生育和卵细胞发育的因素提供了强有力的工具。
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