关于人造生命的讨论最早见于英国作家玛丽·雪莱在1818年创作的长篇小说《弗兰肯斯坦》，或许《科学怪人》这个名字更加广为人知。雪莱在她的小说中描述了一个在看似疯狂的生物学家弗兰肯斯坦，他利用尸体组装了一个有生命的怪物，不幸的是，弗兰肯斯坦的行为最终引发了一系列的悲剧。在今天看来，虽然《弗兰肯斯坦》是作为一个恐怖故事诞生的（关于《弗兰肯斯坦》诞生的故事少有人描述，《神秘博士：美好博士》一书中有致敬的章节，《Doctor Who》第十二季中有一集讲述的就是这个故事，巧妙地是，这个现代人讲述的故事同样是在探讨《弗兰肯斯坦》最初的主题，他们引入了赛博人——一种有机体与机械体结合的生命，这是《Doctor Who》第十二季值得看的一集），但是其对人造生命的思考仍然值得我们细细品读。尽管在1818年，人们就已经开始思考人造生命的可能性，可直到上世纪末，人们才开始真正尝试迈出人造生命的第一步——探索基因组的功能。现在我们回头看，过去的几十年里人类取得的进步是巨大的，但就人造生命这一宏大的目标，我们才刚刚开始，未来的道路上，需要我们解决的问题还有很多。生命的形式有很多，许多教科书依据是否具有细胞结构对生物种类进行划分，病毒便是一种被广泛认识的非细胞结构生命。但从严格意义上讲，病毒并不算是一种生命形式。想象一下，你把一段病毒程序（核酸）存储在U盘里（包裹核酸的外壳），然后这个U盘被接入到了一台计算机（细胞）上，病毒程序可以复制，对计算机造成破坏，等等一切行为，可是归根结底，这个携带病毒程序的U盘并不能被称之为一台计算机，病毒只是一团没有互作的生物大分子而已（记住这句话）。因此，当我们说人造生命的时候，往往可以归结为人工合成细胞。在探讨如何构建人造细胞之前，我们首先要明确一个指标，用来判断我们得到的有机物集合是否能够被称为人造细胞：1、结构上：具有完整的人造细胞结构，从分子层面到细胞层面；2、功能上：能够正常行使细胞功能，包括基本的新陈代谢，能够生长、复制。设定第一指标（结构指标）的原因是显而易见的，如果一个有机体要被称为人造细胞，那它至少要看起来像是一个细胞，并且其中每一个细胞组件都是人工合成的。而对于第二指标（功能指标），很多人会误认为其是第一指标的必然结果，但事实不是这样。有人会问，我把自行车的零件组装成自行车，即可得到一辆自行车，为什么用细胞组件组成的细胞有可能无法行使正常功能呢？问题在于，我们知道自行车上每一个零件的作用是什么，至少，自行车的设计师知道，而我们只需要按照他们给的图纸将零件拼装出来即可，而细胞却不是这样。细胞是在机缘巧合下产生的，大自然进行了无数的尝试，最终只有成功的生命形式存留了下来，无论是原核细胞还是真核细胞，它们内部形成了一个稳定状态。回到最开始的问题上来，我们并不知道细胞中的每一个组件拥有的功能与需要的工作环境，甚至，连“组件”这个概念的划分都是具有主观色彩的。对于一辆自行车来说，它的每一个零件的功能与工作环境是已知的，比如我们只需要将链条搭到两个齿轮上（零件的工作环境），就可以完成齿轮之间的传动（零件的功能）。同样，我们要想人工组装出一个能够正常进行生命活动的细胞，就必须了解每一个必要细胞组件的功能与工作环境。到此为止，我们已经大概了解了人工合成细胞所需要解决的问题，现在是时候看一下过去的一段时间里，人类对于人造生命的尝试了。说到人造生命，或者说人工合成细胞，我们就绕不开克雷格·文特尔（Craig Venter），正如我们谈论相对论绕不开爱因斯坦，谈论黑洞绕不开霍金。1985年，美国科学家提出人类基因组计划，1995年，人类基因组计划计划启动的五年后，文特尔开始了他对人工合成基因组的研究。要实现人工合成细胞，我们首先想到的应该是如何实现基因组——细胞结构与功能的重要组成单元的人工合成。前面我们把病毒比喻成了带有病毒程序的U盘，将生物体比作计算机，计算机的系统使用了一种生物界通用的代码，但问题在于，虽然我们能够读出代码上的每一个字母，但我们并不知道一串代码所能代表的含义，至少现在不能，充其量我们只能预测这段代码运行之后看起来会是怎样的。计算机的系统是由一个一个软件组成的，如果我们想要知道哪些软件是系统正常运行必须的，最简单也是最繁琐的方法就是逐一删除这些软件，看看系统是否能够正常运作，文特尔的计划就是如此。在此之前，文特尔曾尝试以丝状支原体（Mycoplasma mycoides）的基因组作为模板，人工合成支原体的基因组，并将它移植到除去了DNA的山羊支原体（Mycoplasma capricolum）胞内，之所以选择支原体，在很大程度上是因为支原体的结构简单，这个人工合成的细菌被称为Cynthia。文特尔设想在Cynthia的基础上，精简其基因组，删除掉“无用”的基因成分，紧紧保留其生命活动所必须的基因成分。首先，文特尔向Cynthia的基因组中插入转座子，使得某些基因失活，传代培养后观察菌落的存活状况，如果这些基因在40代后仍然保持失活，它们就是可以被删除的非必需基因；某些基因在第1代与第40代中都存在，这些基因便是Cynthia维持生命活动的必需基因；还有一类基因，它们的存在与否虽然不能决定菌体死活，但是如果被失活，菌体会表现出生长速度减慢等现象，它们被归类为半必需基因。用上述方法，文特尔在Cynthia的基因组上鉴定出了240个必需基因，219个半必需基因与432个非必需基因。但是这个结果存在一定的局限性，文特尔在《A Life Decoded》（这本书值得每个对生物学感兴趣的人读一读）一书中是这样写的：如果没有对环境的定义，那么这些数据很难帮助我们深入理解难以捉摸的基因功能。
举一个简单的例子，生殖支原体中的两个基因，其中之一可以编码一种转运葡萄糖的蛋白质，而另外一个基因编码转运果糖的蛋白质。生殖支原体可以依赖任何一种糖类生存。如果只提供葡萄糖，转座子插入果糖转运体基因中对细胞没有任何影响。从这些试验中你可以推断出果糖转运体基因是不重要的，但只在这种情况下成立。反过来，如果只提供果糖，果糖转运体基因的存在就显得十分重要了。如果我们要理解基因的功能的话，环境是很重要的。摘自：《A Life Decoded》P354-355
为了解决这一问题，可行的方法就是将Cynthia的基因组划分成许多区段（实际实验中划分成了8个），一次仅敲除一个区段中所有非必需基因，依次尝试，最终文特尔获得了新的Cynthia基因组，将这个基因组转入去除DNA的山羊支原体胞内，获得了Cynthia II。值得注意的是，先前划分的8个区段中，Cynthia II保留了一个来自于Cynthia的区段。
敲除掉非必需基因后得到的Cynthia II可以实现完整的生命活动，但这不是文特尔实验的终点，他仍然在尝试将Cynthia II中的非必需基因（Cynthia中的半必需基因）敲除，探索更加基本的基因组形式。于是，文特尔得到了一个更加精简的基因组，大小为531kbp，仅包含473个基因，使用这一基因组构建的Cynthia III消减了许多不必要的代谢路径，这导致它分裂的速度大大减慢（Cynthia大约1h就能分裂一次，而Cynthia III分裂一次需要约3h），尽管如此，Cynthia III仍然能够进行正常的生命活动。在文特尔的实验中，只有细菌的基因组是人工合成的，利用了山羊支原体作为细胞环境，虽然我们先前提出的问题仍未解决，但却被完美绕过了，而这正是文特尔实验的精妙之处。人工组装的第一代Cynthia III，其基因组来自人工合成，而其他细胞组件都是来源于山羊支原体，而到了第二代，Cynthia III按照设计好的基因组合成了新的细胞组件，经过分裂后，CynthiaIII只保留了一半来自山羊支原体的细胞成分。随着不断传代，Cynthia III中山羊支原体的细胞成分逐渐被稀释，最终，我们便得到了一个近乎完美的人造细胞。这是可喜可贺的，但问题仍然存在：Cynthia II完美符合第二指标，但却不能严格满足第一指标。我们回过头来看一眼两个指标的表述：1、结构上：具有完整的人造细胞结构，从分子层面到细胞层面；
2、功能上：能够正常行使细胞功能，包括基本的新陈代谢，能够生长、复制。想象一下你有一辆红警中的基地车，它可以根据你给定的图纸制造任何东西，现在你得到了一份基地车的图纸，并且可以利用现有的基地车制造新的基地车，但你不能自己按照图纸从零制造基地车，这就是我们现在面临的困境。文特尔的实验中需要一个山羊支原体作为第一辆基地车，这是不可避免的，而我们下一步要做的就是探究如何从零制造基地车，也就是人工合成全部的细胞组件，将它们结合有机在一起，得到一个能够正常进行生命活动的人造细胞。你可能会说，我们既然已经有了得到图纸（基因组）的方法，那这有什么难的呢？还记得最开始我们关于病毒的讨论吗？我们将病毒描述成一团没有互作的生物大分子而已，这种简单的组合之所以不能称为生命，是因为我们一般认为生物大分子之间的互作是生命的基础。我们或许能够在实验室中合成全部的细胞组件，但让它们相互作用行使正常功能是困难的。细胞组件需要适合的工作环境，而我们目前还不知道怎样人工构建这样的一个环境。在未来很长一段时间里，这将是我们在探索人造生命道路上面临的最大难题，但总有一天，我们终将解决这个难题，创造出真正的人造生命。
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