生物科学研究进展

未来生物科学技术的发展趋势

从1665年，英国的物理学家胡克用自己设计并制造的显微镜观察栎树软木塞切片时发现其中有许多小室，状如蜂窝，称为"cell"，这是人类第一次发现细胞，到可用基因编辑生命个体的时代，才过去350余年，生物科学的发展日新月异，任何现存的可能性随时都会被颠覆。孤雌生殖、基因编辑、干细胞全能性的诱导等日益发展成熟的技术，将会在未来的某一点汇聚到一起，作用于前所未有的一项工程——生物智能技术，这将可能是第四次科技革命的交点。

有人认为，孤雌生殖虽然简单、高效，但是后代的基因变异极小，当生存环境改变时，后代可能因无法适应新环境而灭绝。而有性生殖却可以产生具有丰富变异的后代。在环境有所变化时，多样性的后代中只要有一小部分能够适应和生存下来，整个物种就不会灭绝。

近年来，群体遗传学家研究指出，数百万年以来，人类男性Y染色体一直在丢失基因和退化，数万年后，男性将消失殆尽，倒真有“女儿国”的隐忧了。布莱恩·塞克斯的科幻小说《亚当的诅咒：一个没有男人的未来》也反映了这种隐忧。其实，人类的未来远没有这么悲观。经过数千万年的演化，灵长类中源自X 染色体的Y 染色体才“丢盔弃甲”地演变成现在这种形状。不排除Y 染色体会继续丢失个别基因，但Y 染色体已趋于演化上的稳定状态，这与精子的特殊功能是一致的。也许，数万年后，科技发达，女性或可以靠孤雌生殖和克隆技术繁殖后代。借助孤雌生殖这个窗口，人类不仅可以窥探到大自然演化的奥妙，而且能够自信地走向未来！

干细胞是一类具有自我更新和多分化潜能特性的细胞．可以作为治疗性克隆的研究与治疗资源及研究人类疾病的模型，广泛应用于再生医学、细胞替代治疗及药物筛选等研究领域。干细胞的生物学特性决定了其广泛的应用价值。一方面，干细胞可以在体外培养环境中。无限增殖，经过10余年的研究．已建立了一套成熟规范的干细胞体外培养体系；另一方面，干细胞是一种具有多分化潜能的细胞。在体外培养环境中给予一定的诱导条件．就可以将干细胞定向分化成为特定类型细胞，然后移植到机体相应的病变区替代原本失去功能的病变细胞，以治疗多种疾病，如心血管疾病、糖尿病、恶性肿瘤、骨及软骨缺损、老年性痴呆、帕金森氏病等。由此可见。干细胞具有巨大的研究价值和应用前景。

能源革命、化学革命、绿色发展都可能酝酿未来科技革命的方向，只是目前其迹象尚不明显。它们更可能以和IT以及合成生物学融合交叉的形式体现影响力。科学技术的一些领域正处于将要突破的临界状态，预言未来十几年会发生什么，是件比较冒险的事情。总体而言，科学技术产业必须符合人们的利益才能得以发展，人类追求更加幸福、更加健康的生活，以及更强大的能力这几个方面的需求，可能会奠定下一次产业革命和科技革命的重要基础。现在看来，科学技术发展的未来趋势，是向着更绿色、更智能、更健康这几个新方向发展。未来的创新和颠覆性技术，很有可能仍然在IT结合生物学领域中产生。

生物化学领域的突破正处于将爆未爆的临界状态，其中合成生物学很可能是生物技术的未来。1980年，基于分子生物学的基因工程学不到10年内促成了美国基因泰克公司（GENETECH）为代表的现代生物技术产业。2011年，基于系统生物学的合成生物学则催生了美国上市公司阿米瑞斯（Amyris）。可以预见，合成生物学可能像基因工程一样，将开创现代生物技术产业2.0版。比如一些常见病，今后可能通过基因编辑改造来避免。CRISPR/Cas9技术的出现，极大地提高了人们对基因序列修饰与编辑的能力，除此之外，该技术在其他方面也显示出很好的应用前景。而未来人类长期太空旅行，登陆火星，食品都不需要从地球带，用人工合成的基因产品就能解决问题。相信随着人们深入和全面的研究，CRISPR/Ca9技术将会展现出其无比强大的生命力。

但是，面对可以编辑“生命”的技术，不乏一些人士觊觎它的魔力。健康、聪明、美丽……这些人人向往的优良品质，能够完美集成在一个人身上吗？在生命之初的胚胎阶段，基因编辑技术的运用，能够完善基因的表达和功能，减少先天性疾病、显现优质性状，甚至“完美人类”的诞生都有可能。美国国防部2015年制定生物学领域未来五年的方向，在颠覆性应用里，就包括军用药物快速合成、生物病毒战、基因改良等。未来，合成生物学还能催生非自然生物与人工智能的结合，创造完美人类，突破伦理限制等，这些将是生物科学要面对的、严峻的问题和挑战。

当然，诸多关于基因的操作技术都在整个基因组中执行，基因组常被称作是“生命天书”。“基因剪刀”的出现，使得科学家们可以编写“生命天书”。1990~2003年，美英法德日中六国科学家共同实施了“人类基因组计划”，推动了基因测序技术发展，掌握了阅读“生命天书”的能力。同时，今年6月，全球25名基因研究领域的科学家联名在《科学》杂志上宣布，今年内将启动“人类基因组编写

计划”，目标包括在十年内合成一个完整的人类基因组。从远期来看，基因编辑技术可能开启一个现在无法想象的全新世界。这将是一个最典型、也是最受质疑的就是关于创造生命或创造人类的问题。因为技术的不确定性和不成熟性，使得很多的关于生命机理中的创造可能会脱离预期目标。

总体来说，合成生物技术未来对人类的健康、化学和军事、农业（重建碳素转化途径，不一定用光合）等将有渐进性、渗透性和颠覆性意义。它创造全新分子形式、信号传导、物质合成、能量转化，突破生物进化的局限，因此是颠覆性技术创新的一个重要方向。

除此之外，人工智能的发展即将进入新一轮高潮。有科学家认为，“我们或许将成为与人工智能真正共同生活的第一代人”。也许是的，人工智能目前的进步是飞快的。人工智能完全依靠自己摸索，意味着人工智能可以更好地进入对它来说本是一片空白的领域。强化学习算法的进步，成为了人工智能不断进步的关键。未来人工智能会从狭义人工智能走向通用人工智能，也就是能够理解复杂理念，思考不同层面事务，应用更贴近生活。

人工智能、物联网、机器人、共享经济，这些要素相互叠加后，世界上出现了创造新型生活方式的机会。没有海量数据，这些都无从谈起。世界是由数据流组成的，任何现象和实现的价值，最后都归结为对数据处理的贡献。大数据事关新旧思维范式的转变。以往历次科技革命，都是基于对物理规律决定的因果规律的认识，进而改造世界。而大数据思维范式，则是基于算法对数据进行分析，从而在万物之间建立起逻辑关系。在这样新的思维范式下，每个人的生产方式、生活方式以及存在方式，都会发生根本性的变化。