合成生物學的本體論問題
——合成生命是什么？

冀 朋 雷瑞鵬

自2010 年美國科學家克雷格·文特爾（John Craig Venter）團隊人工合成世界首例合成生命“辛西婭（Synthia）”以來，合成生物學進展迅速，日益成為政府重視、資本追逐的新興戰略領域。如今，合成生物學在醫藥、衛生、能源、材料、食品、農業、環境治理、生物智造等諸多領域大放異彩。例如，利用合成技術對新冠病毒內在機制的解析加速了新冠疫苗的研發；人工合成青蒿素克服了自然提取效率低、成本高的缺點；利用合成技術改造的生物傳感器可以監控和幫助治理環境污染；合成DNA 作為新型生物存儲器打破了傳統電子存儲器的諸多壁壘；“人造肉”將會豐富人們的飲食選擇和體驗，等等。然而，無論是辛西婭這樣的合成支原體（原核生命），還是近年來由中國科學家合成的世界首例單染色體酵母菌株（真核生命），抑或僅僅是一些合成的生物功能元件（代謝途徑、邏輯門、振蕩器等），它們都面臨一個根本的哲學問題，即“合成生命是什么”的本體論問題。這個問題的由來取決于這樣一種明顯的事實區分：合成生命和自然生命的產生與目的均不相同。對這一根本問題的回答，牽動了關于合成生物學正當性問題的各種立場與觀點。然而，關于“合成生命是什么”的本體論問題，在合成生物學有關文獻中仍缺乏專門系統的分析和討論。本文將對此問題進行梳理和廓清，并嘗試對散見于不同文獻中的幾種觀點進行分析評價，進而表明我們的立場。

一、合成生命是機器

合成生命一誕生就被稱作“活機器（living machines）”①“生命機器（life machine）”“生存機器（survival machines）”②。不僅科學家們這樣直呼，一些哲學家也欣然接受。這與將生命視為機器的近代哲學觀點一致。哲學家笛卡爾（René Descartes）在解釋身心關系問題時就曾指出動物和人體是一架機器。哲學家拉·美特里（Julien Offroy De La Mettrie）則在其《人是機器》一書中明確提出“人體是一架會自己發動自己的機器：一架永動機的活生生的模型”。③很顯然，制造人工生命的科學家接納了對生命的機械論解釋，“生命機器”思想為他們進一步實現理解和操縱生命的目的提供了哲學基礎，將生命類比為機器的隱喻也為設計和構建人工合成的生命體和生命系統提供了合理的本體論承諾。克雷格·文特爾就曾表明他創造生命的初步工作是全力攻克細胞，因為它是自然界和人類社會中最重要、最基礎的生命機器。為此，他將測定、解讀和編寫基因組作為他創造細胞機器的第一步。他認為“一旦我們讀取并翻譯了它的密碼，久而久之，我們就應該能夠完全了解細胞是如何工作的，進而我們就能夠通過編寫新的生命軟件來改變和改進它們”。④

哲學家約阿希姆·博爾特（Joachim Boldt）認為機器隱喻完全符合合成生物學的文學敘事和宏偉目標，因為“合成生物學構成了對宏觀物體及其行為進行自下而上的科學解釋的最新一步”，這一科學進步體現為“合成生物學家將能夠重建自然發生的有機體（organism），并通過DNA 合成創造新的有機體”。他進一步指出，這種對科學進步的直接描述，以及合成生物學所起到的關鍵作用都與一種本體論假設密切相關：當一個人設計和組裝一臺機器時，他的想法是把可靠的部件和可預測的功能結合起來，從而得到一個復雜的結果；這個結果反過來又由于其部件的可靠性，以有效的和可預測的方式實現特定的功能和目的。因此，如果一個人在合成生物學中所做的事情恰好符合上面給出的解釋，那么這個人的研究對象必須被認為與那些被稱為“機器”的實體共享重要的本體論方面。⑤如果把機器范式的相關特征轉移到合成生物學和單細胞有機體的領域，那么就可以得到以下結果清單：“首先，一個單細胞有機體的行為將通過其分子和遺傳部件得到解釋。因此，單細胞生物體可以被設計出來，并且可以部分地建造。其次，設計和建造一個生物體，在生物體中確立一個特定的功能，從設計者的角度來看，這個功能實現了一個特定的目的。第三，只要對其各部分有足夠的了解，就可以可靠地預測所產生的生物體的行為?！雹?/p>

實際上，自合成生物學發軔以來，邏輯門、振蕩器、開關、生物元件、基因電路、生物底盤、裝置、代謝通路等帶有強烈物理機器配件色彩的詞匯早已充斥于合成生物學的文獻中?？梢?，從事合成生物學的主流科學家并不避諱將生命理解為機器的事實。他們就是要將生命有機體構建為各種各樣的工程機器，從而實現人類的功能性用途。直到“扮演上帝（playing god）”⑦的指責出現，關于合成生物學的輿論開始令人擔心科學家們會制造出類似“弗蘭肯斯坦（Frankenstein）”⑧或者好萊塢電影《銀翼殺手》（Blade Runner）中“復制人”那樣的科學怪物。因為，過去科學家們只是沒有生命的機器的制造者，合成生命卻使科學家們一躍成為生命的創造者。這一從人工制造到生命創造的跨越，超出過去所有時代人類在自然領域所能做到的事情。德國哲學家甘瑟·安德斯（Günther Anders）說過：“制造者的終極愿望是從人類制造者（homo faber）成為人類創造者（homo creator）。”⑨當生物與工程相結合，當科學家也是工程師，這種愿望正在變成現實。但是，當反對合成生物學的聲音日漲時，克雷格·文特爾、德魯·恩迪（Drew Endy）等合成生物學先驅又站出來表明他們并沒有從無到有地創造生命，他們只是用有限的能力修飾或操縱生命物質而已。⑩然而，這只是在笨拙地玩弄文字游戲，因為無論如何，他們操縱的化學物質最后確實產生了生命現象，他們制造的“生命機器”也不同于過去非生命的機器。那么，合成生命真的是機器嗎？

二、合成生命不是機器

關于生命是否是機器的探討最早可以追溯到亞里士多德（Aristotle）和蓋倫（Claudius Galenus）的著作。例如，亞里士多德將動物胚胎看作一個自動機制?，而蓋倫認為心臟具有的高級功能是由于心臟中存在一種生命精氣（vital spirit）。?時至今日，生命含義紛繁復雜。例如，哲學家伊芙琳·凱勒（Evelyn Keller）認為生命的論題是人類認知建構起來的，不一定反映真實的自然過程。?翟曉梅和邱仁宗等指出生物學意義上的生命與社會和文化語境中的生命是不同的，前者一般“作為客體的身體（bodies-as-objects）”，后者則通常理解為“賦體的存在（embodied beings）”。?而在合成生物學視域中，生命是活的，一種復雜的有機體。當然，科學家為研究需要采取機器范式，推動對生命奧秘的揭示，或者為造福人類構建高效、節能、新型的合成產品，這些只要做到了倫理可接受性(ethical acceptability)和風險管理（risk management)，也無可厚非。然而在哲學上，在本體論層面，我們有必要廓清生命與機器的關系，以進一步回答合成生命是機器或不是機器的問題。

對于生命的機械論解釋，康德曾經在他的有機體理論中做出過協調性的努力。他不排斥對生命的機械論解釋，但是他將生命機體的活動所體現的機械力理解為實現生命內在目的的一種手段，通過使機械規律從屬于生命的內在目的從而區分機械和有機的概念。?這一做法實際上從本體論層面否定了“生命是機器”的機械論立場，意味著生命的機械運動不過是實現自身目的的手段和工具。這也與康德在《實踐理性批判》中的“人是生活在目的的王國中。人是自身目的,不是工具。人是自己立法自己遵守的自由人。人也是自然的立法者”?的觀點一致。人作為自然界的高等生命，同樣具有自身的內在目的，因而不應該被當成工具或機器。在這個意義上，那些將生命視為機器的科學家們可能也并不是在本體論意義上將生命機體視為一堆生物零件的拼裝（Kludge），而是基于生命與機器有限的相似性，將生命類比為機器，從而采用機器研究范式作為研究生命的一種新路徑。

視覺研究專家威廉·米切爾（William Mitchell）2002 年問道：“當裝配線上的范例對象不再是一種機械，而是一種工程有機體時，這是什么意思？”?顯然，我們難以承認生命的本質就是類似機器的一堆生物零件的拼裝。哲學家蘇恩·霍姆（Sune Holm）認為使用機器隱喻以及工程化生產有機體的目標并不一定意味著對機械生物學的承諾，合成生物學致力于生命系統的工程方法遭遇的諸多挑戰恰恰表明生命有機體和機器的差異以及人類對生命理解的局限。在合成生物學中，生命的機械解釋和機器隱喻僅是一種策略，它不關注本體論問題，只強調啟發性價值，因而合成生物學的目的不是為了將有機體識別為機器，而是為了“在構建類似機器的生命系統方面取得長足的進步”。?曼努埃爾·波卡（Manuel Porcar）和朱莉·佩雷托（Juli Pereto）也認為“細胞不是機器”，并強調“在大多數情況下，‘生物的機器本質’更多的是關于工程細胞理想情況下的意愿，而不是對自然生物體實際是什么的本體論描述”。?相反，如果我們堅持克雷格·文特爾等學者認為的合成生命的誕生意味著還原論與機械論的勝利的觀點，而無視生命的層次性、復雜性，將生命視為不過是一堆包含了遺傳指令的化學物質或像一堆拼裝起來的生物積木、“生物磚”（BioBricks），這將會導致哲學家擔心的“本體論災難（ontological catastrophe）”——深層次技術（deep technologies）消弭了自然和人工、有機體與機器之間的界限。?隨之而來的便是倫理災難，因為將生命降格為機械化的人工制品，這無疑是消除了生命的特殊性，生命價值淪為一般的產品價值，進而導致人類不斷削弱對于更高級的生命形態的尊重。?

三、合成生命是介于自然與人工之間的混合體

合成生命在相關文獻中也稱作“合成有機體（synthetic organisms）”。作為人工合成的有機體，從字面意義看，它與自然有機體的差別即在于它是“非自然的（non-natural）”、人造的。因此，合成有機體屬于合成生命，例如“辛西婭”就是合成生命的具體范例。然而，也有學者反對從人工與自然的劃分來理解合成生命。貝斯·普雷斯頓（Beth Preston）指出，如果我們堅持合成有機體因為是人工的，所以是非自然的，從而來界定合成生物學，這有悖于歷史事實。他認為合成有機體與萬年前被人類馴化的生物之間沒有本質區別，“僅僅是它們的功能和結構有多少處于我們有意控制的數量上”，因為“人類控制植物和動物的繁殖，從而修改它們的某些特征以適應人類的目的。因此，馴化的植物和動物與野生的植物和動物越來越不同。因此，從本體論的角度來看，它們已經是‘生物制品’”。?我們也認為自然的概念實際上是一個多元化的容易產生歧義的概念，訴諸自然與非自然的劃分來理解合成生物學是站不住腳的，因為作為人與自然相互作用的自然給予物（natural givens）至少從農業時代就開始了，我們恐怕很難將自然之物與人工之物截然分開。?

此外，我們還要區分合成生命（synthetic life）與人工生命（Artificial life）這兩種不同的稱法。人工生命與人工智能研究相關。與計算機或AI 相關的人工生命研究可以追溯到20 世紀中葉。克里斯·蘭頓（Chris Langton）將人工生命定義為“研究具有自然生命系統行為特征的人造系統”，該人造系統基于計算機或AI 的開發，主要是指以程序代碼操縱的虛擬生命或者以機器人形態存在的智能生命。?由此可知，所謂人工生命主要是“硅基生命（silicon-based life）”，而非“碳基生命（Carbonbased life）”。然而，在這些人工生命研究專家們看來，人工生命與自然生命都是真實存在的生命體，其理由是生命的本質是亞里士多德所說的“形式因”而非“質料因”，因為是形式讓質料在轉化過程中獲得了規定性，從“一般的東西變成了個別的東西”。?如果我們接受這一觀點，那么上文關于“人類制造者”與“人類創造者”的區分就失去了意義。我們關于“合成生命是什么”的追問也將變成“人工生命是什么”的一般性問題。實際上兩個概念之間無法完全等同，因為合成有機體作為一種合成生命，與人工生命的區別不僅在于質料層面，也在于形式層面。首先，從辛西婭的產生過程來看，合成生命是一種“碳基—硅基”的混合體——基于四瓶化學物質和計算機編碼的新的人造細胞。其次，合成有機體的發展目標是設計和構建出符合人類目的的生命體和生命系統，它可能更像自然生命，也可能更像機器或人工生命，或者作為一種新的實體形態，為我們奠定普遍生物學（universal biology）的基礎——“合成生物學家更感興趣的是探索生命系統可能做什么，而不是它們實際做什么”。?這意味著，未來的合成生命并不限于合成有機體這一種形態，而是充滿各種可能性。

蘇恩·霍姆提議將已經或將來合成的有機體統稱為“佩利有機體（Paley organisms）”，即由英國神學家威廉·佩利（William Paley）提出來的某種智能設計產生的有機體。?然而，該提議容易導致合成生物學遭到“扮演上帝”的質疑，原因在于“佩利有機體”的核心思想是為了論證上帝作為生命設計者和創造者的存在。盡管，合成有機體確實是由科學家在實驗室里設計和構建而產生，但合成有機體不能等同于佩利有機體，如同科學家不能等同于上帝。一方面，科學家并沒有像上帝那樣從無到有地創造生命，合成有機體的產生是基于對自然有機體或機器的模仿，其構成的質料也是地球上已經存在的化學物質。另一方面，對于不信仰宗教而是接受進化論觀點的多數人而言，他們寧可相信天然的有機體是經過漫長的進化史形成，而不是去相信存在一個設計和安排一切的上帝或神。接下來的問題是，既然合成生命不能等同于人工生命，又與機器存在明顯差異，那么我們究竟如何理解它？合成生命為何如此難以界定？

迭戈·帕倫特（Diego Parente）和瑪麗安·肖克（Marianne Schark）曾間接指出，合成生命陷入“本體論災難”恰恰在于合成有機體兼具生物和機器的雙重特性，其所包含的內在矛盾造成它難于在自然有機體與機器之間找到一個確定的位置。?這一矛盾構成“兩極之間的張力”：一極是合成生命作為人類制造的機器，要保持作為機器的機械特性，以確保它的可控制性和可預測性；另一極是合成生命作為被生產出來的生物制品（bio-artifacts），它的行為類似有機體，而強調作為有機體的可塑性和開放性，又恰恰阻礙了對它的完全控制和降低了它的可預測性的程度。?這里提到合成生命被作為生物制品（bio-artifacts），實際也難以成立。2003年，英國倫理學家李齊克（Keekok Lee）界定了生物制品這一術語，并認為生物制品反映人類的意圖或目的，如果沒有人類干預和操縱，它們就不會存在或繼續存在。他提出生物制品作為一種技術生物對象（technical biological objects），“（與自然生物）具有起源、結構或天然的生物的一致性，但由于它們的遺傳、基因組、生理、目的或功能的自然屬性被有意修改，因而具有不同程度的生物人工制品特征（bio-artefactuality）或它們的生物功能得到不同程度的技術控制和修改”。?

然而，根據李齊克的定義，至少合成生命在起源上與自然生命就存在不一致。因為經過漫長歷史的進化，自然有機體的起源已經無法追溯到特定時刻和做到明確歸因，合成有機體卻在起源上與機器一樣有明確時間和因果關系。?例如，安娜·德普拉茲（Anna Deplazes）和馬庫斯·胡彭鮑爾（Markus Huppenbauer）就認為合成生命與機器一樣，“作為人類設計和制造的產品，每一個機器都有明確的起源，通常，當新的設計藍圖形成不久，就會有新的機器類型被制造出來”。?這意味著，要么重新修改生物制品的定義以適應合成有機體，要么必須放棄對這一概念的使用。更重要的是，生物制品的定義沒有指出合成生命的獨特性和新穎性，我們無法通過這個概念對合成生命與克隆生命、基因修飾或增強的生命以及轉基因生物之間加以區別。為此，我們似乎不得不放棄通過定義方法來回答“合成生命是什么”。我們只能承認在合成生物學中人類無法完全控制通過技術改造的細菌、細胞、活物（living creatures）的設計和運行，因而它們有別于機器；同時這些生物制品的內在結構與未知生物之間的相互作用不同于自然有機體，因而它們又有別于自然生命——這一呈現出來的事實表明我們最好將這些生物制品置于自然與人工、可控與不可控的模糊地帶。?基于此觀點，我們不難推論，既然合成生命難以通過對生命與機器、自然與人工的區分界定清楚，不如接受合成生命兼具生命和機器的雙重特性——這符合合成生物學當下發展的實際情況，而將合成生命視為一種介于自然與人工之間的新的混合體，能夠使合成生命在將來獲得應有的本體論地位。

四、對以上觀點的進一步探討

合成生命是否“與自然實體和傳統技術制品完全不同，足以保證它們自己的獨特類別”？?正如前述，對這一問題的肯定回答雖然存在有利的論證，但支撐性論據并非正面獲得，即相應的科學事實與哲學論證并不充分，而是通過反向論證合成生命既不是機器也不能歸屬于自然有機體，從而為合成生命作為一種介于自然與人工、可控與不可控、生命與機器之間的新的混合體提供了合理推論。不過一些學者可能過于樂觀，沒有注意到要論證“合成生命應該具有自己獨特的本體論地位”其實還存在一些其他困難。

（一）合成生命的“完美機器”假設驅動生命的設計與構建愈發標準化、模塊化和工程化

由于合成生物學家不怎么關注合成生命的本體論問題，只強調機器范式的啟發性價值，從而使得合成生命盡管已經從過去的可能性變成如今現實性的存在物，卻仍然未能獲得屬于它的本體論地位。這個工作留給了哲學家來解決。但顯然由于合成生物學還是一門仍在發展中的新興學科，合成生命的形態還不穩定，或者說還未達到科學家設定的目標，從而無法根據現有的科學事實和哲學論證給出一勞永逸的答案。

不過，我們需要對合成生物學的本質特征——工程學本質、生物技術本質有一個基本了解。合成生物學的終極目標是德魯·恩迪強調的能夠在技術賦能下使用工程學方法建造出實現人類特定目的的生命體和生物系統。工程學本質體現為生物元件的標準化、模塊化、工程化制造與拼裝。為此，德魯·恩迪提出了標準化、解耦和抽象的方法：標準化要求生物部件的明確描述和表征；解耦是將復雜實體的構造分解為可管理或可控制的半獨立任務的過程；抽象是關于功能單元（主要分為DNA、部件、設備和系統）的層次識別，主要是為了便于設計過程。?為了更好地控制這一過程和制造出滿足人類需求的合成生命，科學家們還開發了“設計—構建—測試—學習循環流程（Design-Build-Test-Learn Cycle，DBTL）”?，該流程實際上強化了人類對合成生命的理性設計和操縱它們定向進化的能力。同時，從這一解構生命再到從頭設計與構建生命的過程，我們不難看出，合成生命與過去的基因工程、克隆生命、轉基因生物以及基因修飾或增強的生命是完全不同的。合成生物學致力于創造的生命是一種“完美機器（perfect machines）”，而不是對生命物質的簡單修飾、增強或復制。因此，合成生物學與認為有機體是“完美機器”的傳統觀點相左，合成生物學家認為通過自然選擇形成的有機體是不完美的，有機體的結構和功能還有很大的優化空間，他們的工作正是為了努力改進這一狀況，從而制造出類似于有機體的又能夠“自我進化（被人類設計和控制的進化）”的完美機器。?

可見，在合成生物學的未來藍圖中，不僅將有機體類比為機器，而且要制造出比有機體更加完美的機器。這意味著在數字革命和人工智能背景下，未來的合成生命將會越來越接近一種復雜機器，這種機器將不斷被賦予自動化、智能化和“自我進化”的特征。這一新的發展趨勢將導致合成生命距離自然生命越來越遠，距離機器越來越近?；蛘哒f，合成生命與機器的差異將逐漸小于自然生命與機器的差異，特別是當它的穩定性和可控性越高，它的機器特征就越明顯，有機特征就越淡化。因為，自然生命自有獨具的內在目的和價值，不以人的意志為轉移，而合成生命慢慢作為技術人工物，變得逐漸和機器一樣，都是人工制造并體現人的設計目的和滿足人的使用價值，這種目的和價值是人外在賦予的，所以人也可以通過不斷優化對它的控制來改變其目的和用途。?這樣的話，合成生命最終不過是一個更高級、更復雜的機器，因而難以享有獨特的本體論地位。我們更沒有必要為了強調合成生物學的新穎性、獨特性，而訴諸一種新的本體。由此，一些學者指出的“本體論混亂（ontological messiness）”?也就自然消解了。

（二）基于基礎研究和應用研究“雙重目的”的合成生命可能會導致截然不同的本體劃分

另一個對合成生命訴諸應有的本體論造成困難的事實是：在合成生物學中，致力于揭示生命知識的基礎研究與致力于創新應用的研究并行不悖。前者被科學家們稱為“建物致知（Build life to understand it）”?，后者被科學家們稱為“建物致用”?，二者構成了合成生物學研究和發展的雙重目的。

合成生物學受到20 世紀著名物理學家費曼（Richard Feynman）“我不能創造，就還不理解”?的影響，一些學者賦予此觀點“制造即了解（making is knowing）”或“建造即了解（building is understanding）”?的認識論特征，奠定了合成生物學致力于通過工程學方法實現生命合成的認識論基礎。正如貝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy）所說：“對生物中個別的部分和過程進行分析是必要的，而且是更深入地認識生命的先決條件。然而，簡單采用分析方法還是不充分的?！?貝塔朗菲認為通過分析方法探求生命的全部知識存在局限性，因為生命是一種過程現象，“生命現象，如新陳代謝，應激性，繁殖，發育等等，只能在處于空間與時間并表現為不同復雜程度的結構的自然物體中找到”。?其根本原因在于，分析方法是將“活”的物體分解為“死”的物體進行觀察，然而有機體的整體性、組織性等遭到破壞——生命現象消失了。既然我們無法通過分析方法更多地了解生命的知識，那么通過制造出生命以理解生命（建物致知）不失為一條可取的途徑。于是，一些學者認為“作為制造的知識可以說是合成生物學的第一個信條”。?克雷格·文特爾團隊正是基于此信念一直堅持“最小基因組（minimal genome）”?的探究，追求徹底掌握活細胞的構成密碼和形成原理。他們使用試錯方法不斷排除構成活細胞的非必要基因，再借助計算機和現代生物技術的幫助將化學物質重新合成構成活細胞的必要基因——最小基因組，最后發現成功嵌入最小基因組的新細胞產生了生命現象。由此可見，這類基于建物致知目的的合成生命不能歸類于機器或介于有機體/機器之間的混合體，因為其本質仍然是碳基生命，是對天然基因進行復制后產生的新的活細胞（新細胞中構成最小基因組的合成基因只是數量上減少，其物質結構與天然基因毫無差別），從而應該被歸類于有機體。

建物致用的合成生物學目的是“為了高效生產創新應用的產品，為醫藥、能源、化工、材料等行業創造更大的經濟價值”?，因此應該視為一種新型的生物工程。致力于應用的合成生命往往與基因回路（gene circuit）的設計與構建、代謝工程學等相關，因此該類合成生命應該被作為催生新的藥物、能源、材料、食品乃至可以容納海量數據的生物存儲器的生產工具，正如我們文章開頭所列舉的相應用途?；蛘哒f，與其將它們稱作合成生命，不如稱作“活機器”，制造這類“活機器”的科學家們不如稱作工程師、建筑師。因為基于建物致用目的的合成生命明顯不是為了探究生命的知識，而是為了將有機體改造成機器。科學家通過賦予有機體新的結構和功能，并通過精心設計、不斷優化，使它們像機器那樣穩定和可控，最終達到標準化、模塊化、機械化和工程化的要求，從而促進社會各類生產，幫助解決人類面臨的全球性難題（環境污染、能源和糧食危機、罕見病的治療等）。因此，基于建物致用目的的合成生命可以視作機器，它們在結構和用途上與機器一樣，都是人工制造并體現人的設計目的和滿足人的使用價值，這種目的和價值是人外在賦予的，所以人也可以隨時改變它的結構和用途。當然，這類合成生命與機器還是有一些差別，因為化學或生物合成的人工生命在質料層面還是碳基生命，這有別于計算機賦能下的完全意義上的硅基生命或數字生命。再有就是它們與一般的機器不同，它們還或多或少地保留了一些有機體的特征，盡管隨著它們的機器化特征越明顯，有機體特征越淡化，它們將更趨于我們無可置疑的生產機器。