鏡像生命的故事：從迷人構想到空前威脅

關于使用鏡像分子創造生命形式的風險，科學界已發出嚴重警告。我們應該在多大程度上保持警惕呢？

這種細胞的每個分子都是天然細胞分子的鏡像版本。在地球45億年的歷史中，此類細胞可能從未存在過。然而，有朝一日，我們會將其變為現實一或許是出于開發新藥物的需求，也或許純粹是出于對生命起源與演化過程的科學好奇。

但我們應該邁出這一步嗎？由合成生物學家與生物安全專家組成的聯盟對此給出了堅決的否定答案。他們認為，鏡像生命將會使地球上的所有生物面臨前所未有的健康風險。一旦失控，人類可能永遠無法重新捕獲它，進而導致大規模的致死性感染。

這聽起來有點兒像世界末日般的威脅，但若人類最終成功創造出這種新的生命形式，其危險性是否真的如該聯盟所言？雖然鏡像生命的實現可能仍需數十年，但當下我們是否可以做些什么來降低風險呢？

生命分子的手性之謎

許多生命必需分子都能以兩種互為鏡像的形態存在，如同人的左右手。這些手性分子（根據其特性有左旋、右旋之分）的結構差異會使它們呈現出截然不同的生物學行為。無論你如何旋轉一個左旋分子，它都無法與右旋分子完全重合。

地球現存所有生物體的DNA都是右旋的，而蛋白質則是左旋的。這種構型方式似乎早在生命起源初期就已確立，因為生命系統需要始終一致的手性才能高效運作。人體細胞內的分子必須恰到好處地組合在一起，有時如同一把鑰匙配一把鎖那樣精確，因此，如果左右旋分子混雜在一起，系統運作就會一團亂麻。

沒有人知道生命為何選擇這種特定的手性模式。這可能只是進化過程中被固定下來的一次偶然選擇，我們可以稱之為“凍結事件”。如果這是真的，宇宙其他角落的生命或許采用了與地球生命相反的手性系統。又或者說，右旋DNA與左旋蛋白質相比其鏡像可能具有某種微妙優勢，使得其能夠在競爭中勝出。

合成生物學的突破

為探索這些問題，生物化學家開發出了制造鏡像分子的技術。他們構建了完整的右旋蛋白質與左旋核酸（DNA的組成部分），只要組合起來，這些鏡像分子就能完美地發揮作用。在2016年的一項研究中，現任職于杭州西湖大學的朱聽及其團隊構建出了可被鏡像酶復制的鏡像DNA鏈。

與此同時，合成生物學家正在以更加雄心勃勃的方式改造活細胞。早在2010年，美國加州克雷格·文特爾研究所的克雷格·文特爾（CraigVenter）團隊就移除了一個細菌細胞的所有DNA，并用他們自行合成的基因組取而代之。后續研究為細胞提供了經過大量編輯的基因組（比自然界中的基因組更簡單）。最終，研究人員或許能夠構建完全由人工合成的細胞，即用合成的化學物質從頭組裝活細胞。

芝加哥大學的生物學家杰克·紹斯塔克（JackSzostak）指出：“50年來，生物化學的核心課題一直是重構細胞內發生的活動，而終極目標就是重構整個細胞。”他認為，隨著鏡像分子制造技術與合成細胞構建方法的進步，人類終將抵達兩者的交匯點—創造鏡像細胞，其所有手性分子均與現存生命手性相反。“這可能還需要相當長的時間，預估是在10年到50年之間，具體取決于有多少個步驟容易實現、有多少個步驟難以達成。”紹斯塔克說道。

紹斯塔克還與包括文特爾在內的37位合著者共同評估了創造鏡像生命的益處與風險。他們于2024年12月在《科學》（Science）雜志上發表了研究結論：“鑒于鏡像細菌等鏡像生物可能引發的災難性風險，我們不應該進行此類創造。”

理論上，多種鏡像生命都可以被創造出來，而其中的大多數即便被創造出來也無危害，或者本身就極難實現。例如，鏡像病毒應該是可以被制造出來的，因為病毒比細胞小得多，結構也更簡單，只是被蛋白質外殼包裹的一段核酸而已。然而，病毒只能通過感染宿主細胞并接管“這臺機器”才能進行繁殖一紹斯塔克認為，由于整個過程涉及DNA等手性分子，因此鏡像病毒無法感染天然細胞，它只能在鏡像細胞中增殖。

相比之下，鏡像動植物極其難以構建，因為它們是由更大、更復雜的真核細胞構成。“這顯然困難得多，現階段也遙不可及。”紹斯塔克如是說。

入侵的鏡像細菌

紹斯塔克及其團隊重點關注的是鏡像細菌的創造。這是一種單細胞生物，其類型可追溯至數十億年前地球最早的生命形式。

出于安全考慮，我們不應該制造鏡像細菌。”紹斯塔克最開始思考鏡像生命時并不認同這一觀點。能引發疾病的病原菌擁有可以逃避宿主免疫系統攻擊并侵襲宿主組織的特殊機制，這種機制主要依賴于手性分子。“當我最初涉足這一領域時，我的第一反應與大多數人一樣，認為成為病原體是一種高度進化的狀態，”紹斯塔克說，“你可能會認為，鏡像細菌絕不可能成為病原體。”然而，他與團隊最后得出的結論是：鏡像細菌無需成為專業病原體就能造成嚴重危害。

免疫系統一般通過鎖定細菌外壁上的特定分子來識別細菌，而這些分子都具有手性。因此，鏡像細菌很可能不會被我們的免疫系統發現，且不會被人體清除。

隨后，細菌需要尋找營養源。人體內的一些營養物質，如氨基甘氨酸，是非手性的，因此鏡像細菌能夠攝取它們。紹斯塔克指出：“這些物質的濃度較低，營養價值似乎不如葡萄糖等物質。這可能意味著鏡像細胞只能緩慢生長。不過，它們沒有被滅殺這一事實表明其增殖潛力無上限。”

此外，鏡像細菌不會局限于單一的宿主類型一這與通常僅感染有限物種的病原菌不同。理論上，鏡像細菌可以在任何生態系統、任何生物體內增殖。紹斯塔克及其團隊寫道：“我們不能排除這樣的可能性鏡像細菌在許多生態系統中充當入侵物種，導致包括人類在內的相當一部分動植物物種遭受普遍的致死性感染。”倫敦國王學院的菲利帕·倫佐斯（FilippaLentzos）博士認為，鏡像細菌將成為宿主范圍異常廣泛的病原體。

鏡像生命的失控風險

科學界的擔憂在于：鏡像細菌可能會從制造它的實驗室中逃逸并造成嚴重破壞。盡管實驗室可被設計得高度安全，但事故仍有可能發生。更嚴峻的情形是：鏡像細菌可能會被流氓政府或恐怖分子當作武器。

鏡像細菌一旦進入自然環境，將極難控制。理論上，我們可以合成鏡像抗生素滅殺它們，但這并非萬能藥。紹斯塔克表示：“我們或許能保護少數人或動物，但無法在全球范圍內部署此類措施。”

以上是主張禁止方的觀點。然而，《新科學家》（NewScientist）雜志采訪的多位生物安全專家對鏡像生命卻持有不同看法，主要是考慮到鏡像細菌尚不存在，其風險具有高度的不確定性。

第一個分歧在于：鏡像生命可能數十年后才會出現，當前是否值得討論該議題。奧地利跨學科研究與科學傳播公司Biofaction的創始人兼CEO馬庫斯·施密特（MarkusSchmidt）表示：“到目前為止，世界上還沒有人接近能夠從頭開始合成細胞。”盡管合成生物學發展迅速，但我們尚無法制造合成細胞的事實表明我們實際上并沒有真正理解細胞的運作機制。因此，施密特認為，我們距離構建鏡像細菌還有極其漫長的道路要走。他表示，當前存在更加緊迫的生物學挑戰。

相比之下，倫佐斯則認為，盡早提出該議題堪稱“典范之舉”。她指出，開發新技術的科學家往往只會在準備將新技術推向市場時才讓公眾“參與”進來，此時，相關人員已將自己的職業生涯與該技術綁定在一起，且會有大量資金牽涉其中。“你都走到最后一步了，想必無論別人說什么，都難以有所改變，”她說，“所以，我們最好還是在非常早期的階段就提出自己的顧慮。對我而言，這是負責任科研理念在實踐中得以貫徹的一個典型示例。”

第二個分歧在于：鏡像細菌是否真能在人體內或在受控實驗室之外的任何環境中存活。亞利桑那州立大學的凱瑟琳·沃格爾（KathleenVogel）教授說：“或許它們進入自然環境后就會死亡。”誠然，與野生生物相比，基于合成生物學創造的生物體往往較為脆弱。紹斯塔克表示：“如果有人想制造鏡像細菌一或許只是為了證明其技術可行性一那么首個產物很可能存在嚴重缺陷。”不過話又說回來，一個技術過硬、能成功合成鏡像細菌的團隊，完全有可能賦予鏡像細菌更強的生存能力。

此外，有多種基因工程技術手段可以對鏡像細菌加以限定。例如，細胞可以被設計成完全依賴于自然界中不存在的單一營養物質。“停止供給時，它就無法存活。”施密特說道。或者，賦予細胞一個倒計時機制，使其能夠在特定時間自毀。設計者甚至可以重構細胞的遺傳密碼，使其與現存生物的遺傳密碼都不兼容。通過疊加多重控制機制，鏡像細胞在自然界中失控增殖的可能性會變得微乎其微。

在自然環境中存活？

簡而言之，鏡像細菌并非必然能在自然環境中存活，負責任的研發者完全可以通過基因工程技術手段大幅降低其環境適應能力。然而，前提是鏡像細菌的研發者始終都以人類福祉為最高準則。

倫佐斯說：“也可能存在意圖險惡之人。”在最極端的情況下，甚至可能會有人將鏡像細菌改造為致病菌一—本質上是想將其作為大規模殺傷性武器。

當然，我們確實也有禁止此類武器的法律：1975年的《禁止生物武器公約》（BiologicalWeaponsConvention）就明確規定全面禁止生物和毒素武器。“公約文本中雖未出現‘鏡像細菌’字樣，”倫佐斯指出，“但其條款表述的廣泛性足以覆蓋此類新型威脅。”

問題的關鍵還是在于執法。紹斯塔克表示：“如果真的有人惡意實施此事，要阻止是極其困難的。”

不過，沃格爾認為，制造這種武器難度巨大，這本身可能就形成了一種保護。她解釋說：“實證證據表明，研發能造成大規模傷亡的生物武器面臨極高的技術門檻，即便是掌握了全要素資源（專業知識、基礎設施、精密設備）的國家，在研發此類武器的過程中也屢遭挫敗。”這主要是因為生物體對生存環境具有極高要求，而人工改造的生物體又特別脆弱。但無論如何，尚未發生之事并不意味著永遠不會發生。

創造鏡像生命的益處評估

盡管制造鏡像細菌存在多重風險，但如果確實能帶來顯著益處，人們或許愿意冒險一試。然而，實際情況是，學界已達成共識：其所能帶來的益處微乎其微，甚至根本沒有。

紹斯塔克說：“可將鏡像細菌作為生物工廠來制造鏡像分子。”這些鏡像分子確實有應用價值，尤其是作為免疫系統無法降解的長效藥物。“但我認為鏡像細菌在這方面的優勢其實相當有限，因為化學合成鏡像分子的技術已經相當成熟。”

除此之外，唯一的其他好處就是驅動純粹的科學好奇：鏡像細胞會是何種形態？相較于對應的天然細胞，其行為模式會有什么不同嗎？

基于此，倫佐斯認為相關的風險-收益評估結果明確。她強調：“系統權衡風險與潛在益處確實很有必要，就本議題而言，潛在益處極為有限，而風險卻非常高。因此，我支持應該禁止此類研究的結論。”

生物安全防控體系的構建

對施密特而言，關于鏡像生命的討論指向一個更廣泛的議題一如何對各類合成與改良生物體實施有效控制。他指出，鏡像生命涉及的許多所謂的風險同樣適用于其他合成與改良細胞。“任何非天然生物構型的創造，都將引發與鏡像生命同樣的生物安全擔憂。”

當前，合成生物學正在快速發展，每年都會涌現各類改良生物分子與生物體。但施密特認為，與之配套的生物防控系統研發投入還是不夠。他呼吁將更多的注意力與資金投向生物安全領域，以構建多重防控體系，通過物理防護或其他手段實現對合成與改良生物體的有效控制。

從這個角度來看，鏡像細菌只是未來數十年人類將創造的眾多合成生物體（它們都需要被謹慎管控）之一。這些潛在新生命形態對人類文明的生存威脅等級，本質上取決于我們能否建立有效的防控體系。