無人能確定合成鏡像生命是否會導致人類滅絕

2019 年 2 月，約 30 位合成生物學家和倫理學家在維吉尼亞州北部的一個會議中心閉門研討了四天，腦力激盪出一些高風險、尖端且極具吸引力的構想，希望國家科學基金會（NSF）能予以資助。會議結束時，他們選定了一個引人注目的競爭者：製造「鏡像」細菌。如果這種實驗室創造的微生物成真，其結構和組織將與普通細菌無異，但有一個重要的例外：蛋白質、糖和脂質等關鍵生物分子將是自然界中發現的分子的鏡像。DNA、RNA 和活細胞的許多其他組成部分都具有手性（chiral），這意味著它們具有內置的旋轉結構。而它們的鏡像則會向相反方向扭轉。

研究人員對這一前景感到興奮。加州拉荷亞 J. Craig Venter 研究所的合成生物學家、合成細胞開發先驅 John Glass 參加了 2019 年的工作坊，他說：「每個人——每個人——都覺得這很酷。」這是一個「極其困難的項目，可能告訴我們關於如何設計和構建細胞，或者關於地球生命起源的新事物。」該小組也看到了醫學上的巨大潛力。鏡像微生物可能被設計成生物工廠，生產可作為新型藥物基礎的鏡像分子。理論上，這類療法可以發揮與天然對應物相同的功能，但不會引發不良的免疫反應。

會議結束後，生物學家建議 NSF 資助少數研究小組開發工具並進行初步實驗，這是通往鏡像世界之路的開端。這種興奮情緒是全球性的。中國國家自然科學基金委員會資助了鏡像生物學的重大項目，德國聯邦研究、技術與太空部也是如此。

五年後的 2024 年，許多參與那次 NSF 會議的研究人員改變了立場。他們開始深信，在最糟糕的未來中，鏡像生物可能會引發一場威脅地球上每一種生命形式的災難性事件；它們會在沒有天敵的情況下增殖，並避開人類、植物和動物的免疫防禦。

「我希望是在一個陽光明媚的下午，我們喝著咖啡，然後意識到世界即將毀滅，但事實並非如此。」

Kate Adamala，明尼蘇達大學合成生物學家

在過去的兩年裡，他們一直在敲響警鐘。他們於 2024 年 12 月在《科學》（Science）雜誌上發表了一篇文章，並附帶一份長達 299 頁的技術報告，探討可行性和風險。他們撰寫文章、召開小組會議，並共同創立了鏡像生物學對話基金（MBDF），這是一個獲得廣泛資助的非營利組織，負責支持理解和應對風險的工作。這個問題引起了媒體的高度關注，不僅在化學家和合成生物學家之間，也在生物倫理學家和政策制定者之間引發了對話。

然而，較少受到關注的是我們如何走到這一步，以及關於潛在威脅仍存在哪些不確定性。創造一個鏡像生命有機體將是非常複雜且昂貴的。儘管科學界正嚴肅對待這一警告，但一些科學家懷疑短期內是否可能創造出鏡像生物。中國西湖大學的分子生物學家朱聽（Ting Zhu）表示：「假設性地創造鏡像生物遠遠超出了當今科學的能力範圍。」他的實驗室專注於合成鏡像多肽和其他分子。他和其他人敦促同事不要讓推測和焦慮引導決策，並認為現在要求對早期研究進行廣泛暫停還為時過早，他們認為這些研究可能具有醫療效益。

但發出警示的研究人員描述了一條、甚至多條將鏡像生命變為現實的路徑——他們表示，我們迫切需要護欄來弄清楚哪些類型的鏡像生物學研究可能仍然是安全的。這意味著他們正面臨一個其他人以前遇到過的問題，在過去幾十年中多次出現且結果不一——這個問題在科學方法中沒有一個整齊的歸宿。當科學家在自己的研究中看到世界末日的陰影時，該怎麼辦？

鏡中生命

法國化學家和微生物學家路易·巴斯德（Louis Pasteur）是第一個認識到生物分子具有內置手性的人。在 19 世紀後期，他將所有生物物種描述為「宇宙不對稱性的函數」。他沉思道，如果能用鏡像對立物取代這些手性成分，會發生什麼？

科學家現在認識到手性是生命本身的核心，儘管沒人知道原因。在人類中，構成蛋白質的 20 種所謂「標準」氨基酸中有 19 種是手性的，且方向完全相同（唯一的例外是甘氨酸，它是對稱的）。蛋白質的功能與其形狀錯綜複雜地聯繫在一起，它們主要通過手性結構與其他分子相互作用。細胞表面的幾乎所有受體都是手性的。在感染期間，免疫系統的哨兵利用手性來檢測並結合抗原（引發免疫反應的物質），並開始構建抗體的過程。

到了 20 世紀後期，研究人員開始探索反轉手性的想法。1992 年，一個團隊報告稱合成了第一種鏡像蛋白質。這反過來引發了關於風險的第一聲警報：針對這一發現，普渡大學的化學家簡要指出，鏡像生命有機體如果從實驗室逃脫，將對「正常」生命的任何攻擊免疫。《連線》（Wired）雜誌在 2010 年的一篇報導中強調了該領域的早期發現，指出如果這種微生物發展出光合作用的能力，它可能會抹殺我們所知的生命。

史丹佛大學研究腸道和口腔微生物群的先驅、傳染病與微生物學專家 David Relman 表示，當時合成生物學界並沒有認真權衡這些威脅。鏡像微生物的想法似乎遠遠超出了蛋白質研究的實際進展。他說：「20 年前，這幾乎純粹是一個理論爭論。」

現在，研究格局已經改變。

科學家在細胞用於製造蛋白質和自我複製的機器的鏡像化方面取得了快速進展。這些組件包括編碼蛋白質配方的 DNA；幫助複製遺傳物質的 DNA 聚合酶；以及將配方攜帶到核糖體（細胞的蛋白質工廠）的 RNA。如果研究人員能製造出自我複製的鏡像核糖體，那麼他們就擁有一種高效生產鏡像蛋白質的方法。這可以用作療法的生物製造手段。但如果嵌入到一個自我複製、具備代謝能力的合成細胞中，所有這些碎片都可能催生出鏡像微生物。

當合成生物學家於 2019 年在維吉尼亞州北部集會時，他們並未意識到技術進步得有多快，如果說他們看到了威脅，那威脅也可能被推動科學進步的盲目吸引力所掩蓋。Glass 說，現在顯而易見的是，不同學科中與鏡像生命相關的科學家，在很大程度上並不了解其他人在做什麼。化學家不知道合成生物學家在從零開始創造具有天然手性的鏡像細胞方面取得了如此大的進展。生物學家不了解化學家正在構建越來越大的鏡像大分子。Glass 說：「我們傾向於各自為政。」他說，而且沒有人想到要認真審查針對早期工作提出的免疫系統擔憂。回顧 2019 年的會議，Glass 說：「房間裡沒有免疫學家或傳染病專家。考慮到我研究致病細菌和病毒，我可能是最接近的人，」他補充道，但他的工作並不涉及它們如何在宿主中引起感染。

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這些科學家也不知道，就在他們開會的同時，另一場關於鏡像生命的對話正在進行——一場既關注發現也關注危險的更陰暗的對話。從 2016 年左右開始，一個名為「開放慈善」（Open Philanthropy）的非營利組織的研究人員開始編纂關於災難性生物風險的研究檔案。該組織於 2025 年更名為 Coefficient Giving，資助多個領域的項目；它遵循一種具爭議性的慈善哲學，稱為「有效利他主義」，主張將資金投入到對最多人具有最高潛在利益的項目中。雖然這聽起來並無不妥，但批評者指出，信奉者用來衡量「有效性」的指標可能會優先考慮長期解決方案，而忽視社會不公或系統性問題。

「開放慈善」生物安全小組的某人曾建議調查鏡像生命帶來的風險。2019 年，該組織開始資助麻省理工學院媒體實驗室（MIT Media Lab）「塑造進化」（Sculpting Evolution）小組負責人 Kevin Esvelt 關於生物安全問題的研究，其中包括鏡像生命。他開始查閱資料，看看鏡像生命是否值得擔憂。

Esvelt 在 2013 年因率先使用 CRISPR 開發基因驅動（gene drive）技術而引起轟動，該技術可以使引入生物體的遺傳變化在整個種群中傳播。研究人員正在探索其用途，例如使蚊子對導致瘧疾的寄生蟲產生抗性，從而降低其向人類傳播的機會。但在開發出該工具後，Esvelt 幾乎立即反對將其用於營利，至少在建立適當的保障措施並確立其在抗擊瘧疾中的用途之前。他在 2016 年本雜誌的採訪中問道：「你真的有權進行一項如果你搞砸了就會影響全世界的實驗嗎？」在媒體實驗室，Esvelt 領導著安全開發基因驅動的努力，使其可以局部部署但防止在全球蔓延。

Esvelt 說他經常思考自我維持的基因工程技術所帶來的安全風險，研究使他懷疑鏡像生物的威脅尚未得到認真審查。他對微生物生長速度、捕食者與獵物以及微生物間相互作用、免疫學了解得越多，就越擔心鏡像生物如果對天然生物的先天防禦免疫，一旦從實驗室逃脫，可能會導致無法遏制的感染。

Esvelt 說，即使這種病菌的第一個實驗迭代過於脆弱，無法在環境或人體中生存，利用現有技術基因工程化出新的、更具韌性的版本也並非難事。更糟糕的是，他說，結果可能會被武器化。他發現，從 2019 年到全球毀滅的可能路徑似乎過於直接。

但他並非鏡像生命研究涉及的所有科學領域的專家，因此他開始打電話。2022 年 2 月的一個晚上，在華盛頓特區外的一家餐廳，他首次向 Relman 描述了他的擔憂。Esvelt 希望 Relman 會告訴他他錯了，他在多年收集數據的過程中遺漏了某些東西。相反，Relman 感到不安。

擔憂蔓延

當 Relman 回到加州後，他閱讀了更多關於該技術、風險以及手性在免疫系統和環境中作用的資料。他諮詢了熟識的專家——生態學家、其他微生物學家、免疫學家，他們都是各自領域的領導者——試圖減輕他的擔憂。他說：「我希望他們能說：『我考慮過這個問題，我發現你的邏輯有問題。我看這真的沒那麼糟。』但每一次，這種情況都沒有發生。這對每個人來說都是新鮮事。」

擔憂開始蔓延。Relman 與芝加哥大學化學教授 Jack Szostak 以及一群研究人員合作，看看是否能提出鏡像生命不會消滅人類的論點。該小組中包括明尼蘇達大學的合成生物學家 Kate Adamala。她是一個自然的選擇：Adamala 曾分享過 2019 年 NSF 探索鏡像生命技術的初始資助。

她也開始相信風險是真實存在的——並對自己早先沒看出來感到震驚。她說：「我希望是在一個陽光明媚的下午，我們喝著咖啡，然後意識到世界即將毀滅，但事實並非如此。我很尷尬地承認，我甚至不是第一個提出風險的人。」在 2023 年底到 2024 年初，這項努力開始呈現出嚴謹科學調查的形式。專家們被告知一個假設——即如果構建出鏡像細胞，它們將構成生存威脅——並被要求挑戰它。目標是證偽這個假設。匹茲堡大學微生物學家、美國微生物學會候任主席 Vaughn Cooper 說：「如果我們錯了，那就太好了。」

Relman 說，隨著化學家和生物學家對彼此工作的了解加深，並開始理解免疫學家對生物如何自我防禦的認識，他們開始串聯起線索，看到一個無法阻擋的合成威脅正在浮現。

一些科學家對末日情景表示反對，認為針對鏡像生命的案例提供了「誇大的危險觀點」。

匹茲堡大學的免疫學家 Timothy Hand 沒有參加 2019 年的 NSF 會議，他在 2024 年第一次聽說鏡像生命時最初並不擔心。他說：「哺乳動物的免疫系統具有針對任何形狀製造抗體的驚人能力。誰在乎它是不是鏡像？」但當他仔細觀察這個過程時，他發現抗體產生之前的上游環節存在一連串潛在問題。從檢測開始：巨噬細胞（免疫系統用來識別和清除入侵者的細胞）在其表面使用手性傳感受體。它們用來抓住入侵者的蛋白質也是手性的。這暗示了一種可能性：生物體可能被鏡像生物感染，但無法檢測或防禦它。Hand 說：「缺乏先天免疫感應對宿主來說是極其危險的情況。」

到 2024 年初，Glass 也開始感到擔憂。Relman 和來自「開放慈善」的結構生物學家 James Wagstaff 到 Venter 研究所拜訪他，討論利用合成細胞技術（Glass 的專長）構建鏡像生命的可能性。Glass 說：「起初我想，這不可能是真的。」他們討論了論點和反論點。他說：「隨著討論的深入，我開始感到不適。這讓我意識到，我在過去 20 年大部分時間裡所做的工作，可能正在為這場難以置信的災難埋下伏筆。」

在 2024 年下半年，這群日益壯大的科學家編寫了報告，並為《科學》雜誌撰寫了政策論壇。Relman 向白宮政策制定者、國防界成員和國家安全局進行了簡報。研究人員會見了國家衛生研究院（NIH）和國家科學基金會。Glass 說：「我們向聯合國、英國政府、新加坡政府、巴西的科學資助機構進行了簡報。我們也間接地與中國政府溝通。我們試圖不讓任何人感到措手不及。」

一年半過去了，這項推動產生了影響。聯合國教科文組織（UNESCO）已建議在全球範圍內預防性地暫停創造鏡像生命細胞，而資助科學的主要慈善組織（包括 Alfred P. Sloan 基金會）已宣布將不資助導致鏡像微生物的研究。《原子科學家公報》在其最新的末日鐘報告中強調了對鏡像生命的考慮。今年 3 月，聯合國秘書長科學諮詢委員會發布了一份簡報，強調了風險——例如指出最近在構建鏡像分子方面的進展可能會降低創造鏡像微生物的成本。

MBDF（專注於評估鏡像生命風險的非營利組織，由 Coefficient Giving、Sloan 基金會等組織資助）負責人 James Smith 說：「我認為現階段根據現有證據，沒有人真的認為我們應該製造鏡像生命。」Smith 說，現在的挑戰是科學家要與政策制定者和生物倫理學家合作，弄清楚應該允許多少鏡像生命研究，以及由誰來執行規則。

劃定界線

並非所有人都相信鏡像生物構成生存威脅。如果不對鏡像微生物進行實驗，很難驗證關於它們在免疫系統或更廣闊世界中表現的預測。一些科學家對末日情景表示反對，認為針對鏡像生命的案例提供了「誇大的危險觀點」。其他人指出，被稱為聚糖（glycans）的碳水化合物已經以左旋和右旋兩種形式存在（甚至在病原體中也是如此），而免疫系統可以識別這兩者。他們說，專注於免疫系統與鏡像分子相互作用的實驗可以幫助澄清鏡像生物的風險並減少不確定性。

即使在那些相信最壞情況可能發生的人當中，研究人員對於在哪裡劃定界線仍存在分歧。哪些探究應該被允許，哪些應該被禁止？

德州大學奧斯汀分校的生物技術學家和合成生物學家 Andy Ellington 不認為鏡像生物會在短期內實現。即使實現了，他也不確定它們是否會構成威脅。他說：「如果人類會受到傷害，這件事在我的名單上大約排在第 382 位。」但同時，他表示這是一個值得進一步研究的複雜問題，他希望看到對話繼續下去：「我們在一個充滿未知的空間中運作，很難進行風險評估。」

即使在那些相信最壞情況可能發生的人當中，研究人員對於在哪裡劃定界線仍存在分歧。哪些探究應該被允許，哪些應該被禁止？

明尼蘇達大學的 Adamala 等人認為，核糖體（將氨基酸鏈轉化為蛋白質的細胞工廠）是一個自然的界線。這些將是創造自我複製生物的關鍵成分，Adamala 說，一旦鏡像核糖體就位，通往目標的路徑將非常直接。但西湖大學的朱聽等人反駁說，開發鏡像核糖體是值得的，因為它們可能比傳統化學方法更有效地生產具有醫療用途的多肽和蛋白質。他認為這類技術與創造活的合成生物之間存在明顯區別和根本差距。他說：「區分鏡像分子生物學與鏡像生命至關重要。」儘管如此，他指出許多含有非天然成分的合成分子和生物（包括但不限於鏡像子集）都可能帶來健康風險。他說，研究人員應該專注於制定涵蓋此類風險的整體指南，而不僅僅是針對鏡像分子。

即使確切的風險仍不確定，Esvelt 比以往任何時候都更確信這項工作應該暫停，甚至是無限期暫停。他說，沒有人對「鏡像生命可能抹殺一切」的假設進行過有意義的反擊。他指出，主要的不確定性不在於鏡像生命是否危險，而更多在於識別哪種細菌（包括它編碼什麼基因、吃什麼、如何避開免疫系統哨兵）可能導致最嚴重的後果。他說：「失去一切的風險，比如隨時間累積的整個人類未來，不值得為了經濟的任何一小部分去冒險。你就是不能拿這種生存風險開玩笑。」

在某些方面，科學家以前也經歷過這種情況，為研究制定規則和限制。例如，在 covid-19 疫情開始兩年後，世界衛生組織發布了管理生物研究風險的指南。但歷史要深遠得多：人體實驗的恐怖事件導致了機構審查委員會（IRB）的建立，以提供倫理監督。在 1970 年代初期，針對實驗室感染和生物戰使用增加的擔憂，美國疾病控制與預防中心（CDC）建立了生物危害安全等級（BSL），規範潛在危險生物實驗的工作。

1975 年，在重組 DNA（rDNA）研究（允許研究人員將一個生物的遺傳物質放入另一個生物中）的黎明時期，遺傳學家在加州太平洋格羅夫的阿西洛馬（Asilomar）會議中心集會，制定規範這項工作的規則。當時人們擔心，如果某些被基因工程化為對人類特別危險的病毒或細菌從實驗室逃脫，會發生什麼。科學家們同意自我約束，例如在新的安全指南出台前暫停研究。會議的結果是，1976 年 6 月 NIH 發布了規則，其中包括對 rDNA 實驗相關風險進行分類，並將其與新採用的 BSL 系統掛鉤。

阿西洛馬會議常被譽為科學自我管理的成功典範。但這種看法反映了一種帶著懷念濾鏡回憶會議的傾向。萊斯大學科學史學家 Luis Campos 說：「事實上，那次會議非常混亂且充滿人性。」同樣傑出的諾貝爾獎得主在是否限制 rDNA 研究的問題上各執一詞。技術討論佔據主導地位；關於誰會受到該技術影響的討論則付之闕如。Campos 說，直到律師提到法律責任和實驗室洩漏，會議才開始建立指南。

目前尚不清楚這些源於現有技術已知風險的自我管理案例，是否能為鏡像生命界提供有用的教訓。三種相互競爭的未來景象正變得清晰：鏡像生命可能無法實現；可能實現但不具威脅；或者可能實現且有能力抹殺地球上的所有生命。

科學家們可能正出於恐懼和推測而進行自我審查。對某些人來說，停止這項工作似乎是必要且緊迫的；對另一些人來說，這是不必要的限制。顯而易見的是，關於如何對待鏡像生命的問題既具啟發性又令人迷茫，它促使科學家不僅要審視當前的研究，還要審視它可能導向何方。這是一片未知的領域。

Stephen Ornes 是居住在田納西州納什維爾的科學作家。