基因编辑婴儿:人类去向何方?

最近,深圳贺建奎团队宣布,世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿在中国诞生,引起轩然大波。 随后,122位科学家发表联署声明,强烈谴责这一事件。 …

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最近,深圳贺建奎团队宣布,世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿在中国诞生,引起轩然大波。

随后,122位科学家发表联署声明,强烈谴责这一事件。

原因是违背伦理道德,以及基因编辑的脱靶和其他不明确风险问题。

这让人联想到,最近几年,科学领域大火的两件事,都与基因编辑相关。

一个是科学领域最大乌龙——“韩春雨”事件。

这个号称发明了新的基因编辑工具的人,在那段时间,几乎拥有了和娱乐明星一样的知名度,项目、资金、声誉纷至沓来,紧接着是逐渐被披露实验无法重复,最后成了令人啼笑皆非的闹剧。

一个是2015年,中山大学生物学副教授黄军就事件。

他使用医院丢弃的问题胚胎(已经确定无法孕育成小孩的胚胎),利用基因编辑技术,修改胚胎基因,他修改的基因与地中海贫血症有关。在中国南方,地中海贫血症是儿童中最常见、有时可能致命的血液异常。

这一成果被国际顶尖期刊《Science》《nature》拒稿,理由是存在伦理问题。

但在国内,却获得了清华大学、复旦大学部分教授的支持,因为并没有进入临床和商业用途,只是实验室实验。

贺建奎事件,存在违德、违规行为,应该受到谴责。

除此之外,相关事件背后,有一个深层问题:

人类,到底能不能抵抗进化的诱惑?

霍金在遗作《Brief answers to the big questions》中提到,即使禁止基因工程的法例通过,也会有人不惜犯法去创造超级人类,「总有些人无法抵抗改良人类的诱惑,例如增强记忆、提升免疫力、延长寿命。」他引用的正是基因编辑技术CRISPR-Cas9。

拥有“历史学界圣经”美誉的《全球通史》,作者斯塔夫里阿诺斯说到:

人类与环境互动关系,分三个阶段:人类适应环境;人类改造环境;人类改造自身适应环境。

但是,人类历史太短,要从头说起。

1 从零散生命物质到第一个细胞

45亿年前,地球刚刚形成,这时候没有生命,连组成生命的零件,如蛋白质、糖,都完全不存在。

经过几亿年的风雨雷电,水、大气的成分,发生了大量化学反应。

重要的是,这些反应中,生成了氨基酸。

氨基酸是合成蛋白质的基本单元,蛋白质又是生命活动的关键物质。

除此之外,海水中还出现了携带能量的糖类,储存和释放能量的中介物质ATP,以及能自我复制的DNA。

至此,构造生命的物质、能量、DNA都出现了。

但是,这些原始材料,太容易在大海中扩散而消失了。就像在一杯清水中,滴一滴墨水,会不断扩散至每个角落。

生命物质要想持续地存在、复制下去,必须找一个合适的地方:

地方狭小,不会随意扩散而消失;

有离子浓度差,能为生命提供能量,类似用电池给生命充电一样,电池就是靠电位差来形成电流。

恰巧,海洋的内部,确实存在这样的地方——海底热泉。

海底热泉从地壳深处或地幔处,沿裂缝,喷涌出海底。上流过程中,溶解沿途矿物质,形成离子。与海洋接触,与周围海水形成天然浓度差,给生命充电的电池就造好了。

海底矿物喷涌而出,冷却降落,形成有松散小孔的堆积物。这些细小空洞,给生命物质提供狭小场所。

这些高浓度的物质、能量、DNA,聚集在热泉周围狭小空洞内,进行着自己的生存与复制之旅。

但这种方式,有两个显著的局限:

生命无法背着石头到处跑,地方受局限;太零散太脆弱。

生命物质开始寻求,把海量的物质、能量、DNA包起来,这样就可以脱离岩石,而且复杂多变,适应力会更强。

于是,经过亿万年的追逐和尝试,生命物质终于找到了包裹物——细胞膜。

这层薄薄的细胞膜,将物质、能量机器、遗传物质,包裹进来,形成世界上第一颗完整细胞,这是地球生命的里程碑式变革。

从零散小物质,到形成第一个细胞,用了5亿年。

2

单细胞到多细胞的突围

单细胞生物形成之后,地球生命进入五花八门各显神通的演化通道。

之所以会不断演化,只有一个目的——生存。因为细胞之间,一直发生着吃和被吃事件。

怎么才能更好地生存呢?通常有几种策略。

更快更多繁殖:后代多,相当于自己多活了几个世纪。繁殖是生存的最佳策略。

更快移动:有的单细胞生物,能瞬间移动超过自己身长好几倍的距离,按比例来讲,比博尔特跑得都快。移动快,不容易被吃掉。

更有毒性:吃了就死掉,最好的保护。

更大:体型大,其他细胞看到恨不得躲着走,想吃也一口吃不下;吃别人的时候,一口吃光。

等等。

单细胞生物的生存策略,没有统一模式,什么样的都有。很多人以为,生物进化是不断走向复杂、高级。

这是误解。

细胞不这么想,它们心里清楚:只要能生存、繁殖下来,就是最佳策略。

所以,现在地球上数量最多、种类最多的还是单细胞生物,如各种细菌。和智慧生物一样,都成功地活了下来。

在众多策略中,有一部分单细胞生物,选择了长大,变得很大。

但变大有一个物理极限。

即使细胞内部物质、电池能完美供应,但是细胞在不停产生废物,需要排到细胞外边。

当大到一定程度,细胞膜的面积就显得太小。出城的路就那么几条,废物越积越多,道路开始拥挤不堪。

有些细胞想了个办法,把自己从中间切开,拦腰斩断,一个分裂成两个,这样不就能获得更多条路,去排泄废物了吗?

而且,两个细胞在一起,各自不断长大,加起来的体积,一定比单个细胞大多了。更容易捕食别人,也更容易躲避天敌。

就这样,单细胞生物,变成了多细胞生物。

多细胞生物,的确有生存优势,这在实验中能观察到。

更能避免被捕食:

小球藻是单细胞生物,在水里靠太阳光做能源。

如果把吃小球藻的鞭毛虫,放进去,短短一个月时间,小球藻就能迅速演变成多细胞状态——多个小球藻紧紧靠在一起,外面还包裹上一层厚厚的细胞壁。

尺寸变大,超过天敌,自然摆脱被吃掉的命运。

更容易出去捕食:

领鞭毛虫,以细菌为食,奇特的是:它能够在单细胞和多细胞之间切换。 在领鞭毛虫的培养液加入抗生素,抗生素杀死所有的细菌,也就是它们的食物。在缺少了食物之后,领鞭毛虫的后代就不再聚合在一起了,而是进入单细胞的形态。

当它们发现环境中有很多食物后,就会迅速演化出多细胞形态,组团一起对付细菌的反抗,方便捕食。

从单细胞出现,到某个单细胞生物,决心把自己拦腰斩断,奇妙地变成两个、更多个细胞,用了20亿年。

这20亿年中,那些没把自己切成两个的、没有更快繁殖的、没有长出毒液的单细胞生物们,逐渐消失了。

3

多细胞分工到人体形成

起初多细胞生物,完全为了获得大块头,更好地捕猎和逃过天敌。

但是,很多细胞堆在一起,又面临新的问题。

它们彼此功能差不多,和单细胞功能也差不多。

单个细胞中,有两个功能是基础——生殖和运动。

有天敌的时候,运动跑掉;繁殖的时候,停下来繁殖。

但如果正在繁殖时,天敌来了呢?

多细胞生物们,面临着如何在繁殖的同时,能运动。

也许它们之间有协商,也许总有一些细胞,更早感知到了天敌,更早启动逃跑计划。

总之,多细胞之间,出现了分工,有的专门负责划水逃跑,有的专门负责生殖。

比如团藻,它只有两种细胞,体型小的有鞭毛,负责运动(下图深色小绿点);体型大的负责繁殖(下图绿色球形)。

分工的最终结果,让各种细胞更专业、更能协作,更能创造新功能。

如人体内负责运输氧气的红细胞。

为了更多运输氧气,红细胞在发育成熟过程中,甘心把自己原来有的细胞核及遗传物质,统统掏空,统统舍弃掉,成全整个身体。抛掉遗传物质,灭掉自己的后路,是很难的。

如人的小肠上皮细胞。

每个上皮细胞的功能都挺弱,但它们聚在一起,像砖头砌墙一样,紧密排列,居然能形成近200平方米的吸收面积,吸取食物中的营养物质。

如人的大脑神经细胞。

神经细胞,单个看一点用都没有,但是它们彼此联系,传送电信号,居然能产生思维、智慧等。

分工,虽然有诸多好处,但很不幸的是,它消灭了一个细胞,原有的繁殖功能。

这些被去掉繁殖功能的细胞,实际并不甘心。因为传播后代,本是所有细胞的第一天职,而现在只有生殖细胞还保留这个功能。

于是它们时常起来反抗,癌症就出现了。

癌症,就是在分工中丧失繁殖能力的体细胞,重新要求繁殖。

它们疯狂自我复制,破坏掉人体正常机能,导致机体死亡。

这种叛变一直存在,只不过在漫长的演化中,人体已经具备极强的“镇压”这些叛变的能力。对于大多数遗传突变,细胞可以自己修复,即使修复失败,免疫系统也会竭尽全力找到它,消灭它。

虽然在分工中,出现的不平等,给人类带来了痛苦,但好处远大于坏处。

多细胞生命逐渐演化出了高级的植物、动物,以及智慧生物——人类。

从第一个多细胞生物,发展到人类这样的智慧多细胞生物,用时近15亿年。

4

人类对环境的适应

大约在800万年前,人和黑猩猩这两种生物,终于分道扬镳,各自奔前程。

真正出现人类,则又过了五六百万年。

大约15万年前,东非出现了智人,外貌和我们几乎一模一样。

我们常说人类文明,事实上和我们现在差不多、或至少出现了农业和定居的文明,也不过1万年。

从800万年前到1万年前,这漫长的时光里,人类依然和祖先们一样,做一件事——适应环境,生存下去。

为了能在其他动物的竞争中胜出,新新人类开始尝试用石头,制造各种工具,石斧、石刀、弓箭、针等。

还发明了两个关键工具:火和语言。

火有很多用途:驱赶野兽、烧烤食物、煮水、取暖等;

语言更加重要,这不仅体现在个人和家庭交流上,也让大规模协作成为可能。

《人类简史》介绍,人类和动物的区别在于,人能用语言描绘从来没见过、听过的东西。个体之间不仅可以高效率地交流经验、发现新思想,还能创造出神话传说、政治思想和科学技术,组成社会、建立国家。

人类从多细胞生物脱颖而出,与黑猩猩分道扬镳,创造工具,发展语言,终于把自己打造成了高级智慧生物,这一过程,用时800万年。

5

人类改造环境

既然发展了高级智慧,势必获得更高生存优势,人口膨胀不可避免地到来了。

在一万年前,人类开始把全部精力,投入到侍弄几种植物上。

很多人以为,从黑暗的采集狩猎时代,进入先进的农业时代,是欢欣鼓舞鞭炮齐鸣的。

事实并非如此。

那时候的人,并不想定居。

他们不想被锁死在固定的土地上,终年不能移动,食物不够、卫生变差、疾病缠身,都是缺点。

但是,人越来越多,采集狩猎获得的食物越来越少。

于是人类第一次,尝试去培养食物。

驯化植物和动物,并不容易。自然界诸多种类,能被人驯化的也不多。

经过几千年的努力,农业和畜牧业不断发生发展,提供了越来越多的粮食,产生了不事农业生产的人,如工匠、商人、祭司、文化人。

这些人聚集的地方,产生了城市。

语言逐渐演化成文字,刻在泥板上、甲骨上、石头上、竹简上,不停传播、扩大。

文字的力量强大,它和农业齐头并进,逐渐演化出政治、哲学、文艺、科学、冶金、宗教、经济、军事等一系列文化。

这些工具,让人类有了更强大的力量,改造自然。

山川可以劈开打通,河流可以建堤坝发电,大地上建造了超大规模城市,养活几千万人口,铁路公路纵横交错,日行几千里。

在这个过程中,环境出现问题,空气污染、垃圾围城、水源水质恶化。人类开始大规模协作,冀望于用管理和技术,取得发展和环境的平衡。

从驯化植物的农业时代,再到工业时代,人类这种智慧多细胞生物,不断改造自然环境,创造出更有利于生存和繁衍的社会环境,用时1万年。

6 人类改造自身

即使发达如今日,人类这种智慧多细胞生物,仍然面临问题,如癌症、其他难治愈疾病、环境恶化等。

每一个问题,都可以直接消灭个体。

面对生存和繁衍的压力,人类这种智慧多细胞生物,会如何行动?

消除疾病或患病风险,是第一选择。

于是,世界顶级学术期刊《Science》《nature》中,与疾病和健康有关的文章,占了最多版面。

在中国,最能引起轰动的研究成果,几乎均与此相关。我们唯一的诺贝尔科学奖,就是治疗疟疾的青蒿素。

小孩一出生,摄入最多的,除了奶和水,就是疫苗了。

保险领域,卖的最好的,永远是重疾、医疗、意外医疗险种。

无法阻挡的疾病,直接切除或换掉器官。

胃、肠、胆、肾等。

现代医学甚至可以在猴子的大脑中植入电极,模拟大脑电信号,输出意识,驱动机器手臂。

失掉手臂的人可能会重新自理生活。

以上均无法存活的,人类想出了更彻底的手法:改变部分基因。

虽然存在很多科学、伦理、法律等问题,但不得不说,这是生命医学学科范围内,最滚烫的研究领域之一了。

《理性乐观派》作者马特·里德利,近年写了另一本著作《自下而上》,其中介绍人类基因组中,携带大量无用基因片段,它们嵌入到DNA里边,借助DNA整体的复制繁殖,获得生存,是寄生关系。

基因组中,也存在一些特殊部位,对应特殊疾病。比如镰刀型贫血症。

镰刀型贫血症是一种很严重的遗传病。

简单说,就是人体负责生产血红蛋白的基因上,出现微小遗传变异,导致血管里的红细胞非常脆弱,很容易破碎,阻塞血管,并且影响很多器官工作。

现在,全世界有超过4000万人携带这种疾病的变异基因,每年超过10万人死于这种疾病。

你可能会问:既然这种遗传变异,看起来很危险,为什么没有在生物演化过程中,被淘汰掉?

背后的原因耐人寻味。

下面这张对比图,左边是疟疾常见区域分布图,右边的是镰刀型贫血症高发比例分布图,两张图居然有很高的重合度。

虽然镰刀型贫血症是一种很严重的疾病,但是导致这种疾病的基因突变,居然也是有好处的,它可以帮助抵抗疟疾。

在漫长的演化史上,血红蛋白的基因突变,可能是人类对抗疟疾的唯一办法,这种突变,留了下来。

近几天基因编辑婴儿的文章中,也发现突变引起的贫血症基因携带者评论:

对他们来讲,改变自身携带的致病基因,可能是一种愿望吧。

总结

从地球上出现蛋白质、葡萄糖之类的生命物质,到第一单细胞生命,用时近5亿年;

从第一个单细胞生命,到多细胞生命,用时20亿年;

从第一个多细胞生命,到智慧多细胞生命——人类,用时15亿年;

从人类与黑猩猩分道扬镳,到第一次开始种植作物,用时800多万年;

从种植作物,到发展出工业大革命,用时1万年;

从工业革命,到现在,用时150年。

地球很老,基因也很老了。

它们经历的亿年、百万年中的每一年,都与我们现在的一年,长度相等,不会短促半分钟。

这些漫长的一天又一天,生命完成了很多不可思议的转变。

它们为什么要花这么长时间,做这么多事?

为什么要把自己转变成各种奇形怪状?各种复杂器官、复杂功能?

而不是在海水中,等着随时湮灭呢?

它们也许是主动改变,也许是被动突变,不过它们的底层动力,应该比较明确:生存和繁衍。

人类的每一个个体,都由基因复制表达,逐渐生长起来。而基因的记忆,已有几十亿年。

这几十亿年的记忆,关于生存与繁衍,会形成多大的惯性,隐秘地保存在人类的身体里?

这种惯性,是否已经形成海啸般推动力,左右着人的行为、社会的行为、世界的行为?

它会不会安于道德的束缚、秩序的捆绑?

它会不会消解于人类的理性和思维?

每个人的历史,实在太短;

人类的历史,同样太短。

如果可以想象,几百年、几千年、几万年以后,人类尚健在。

他们拥有了什么样的工具箱?

他们如何看待我们今天,关于身体和基因的讨论?

他们如何看待新的身体问题?

我们和他们,会是从几十亿年前开始,持续承受着一脉相承的源动力吗?

还是会在我们的时代,有所改变?

这是一个问题。

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