前天，不是昨天，我做了一个奇怪的梦，今天才决定把它写进博文里。 80-90年代，基于对时空、物质、能量与信息，宇宙与生命的思考，我认为结构是比时空更根本的概念；因此，86年写作《结构论》时采用英文“Structurity”对于相对论（relativity）的词汇后缀。 90年代-21世纪初在海外的十载，每次面试时，总有教授问及我简历中的“Structurity”和“Pan-Evolution Theory”，当我提及基于以上原因和达尔文进化论基础上提出生物系统（Biosystems）的进化理论时，有些说到在中国那样的环境不可能产生爱恩斯坦那样的理论。 问题是，我并不是要或认为自己要与世界最伟大的科学理论家去比拟，而只是借鉴了一个术语的表达或造词汇的方式而已。 前天，夜里的一个梦是爱恩斯坦老态龙钟，手里拿着一本发黄的中译本相对论，里面还有几页撕裂了，还我跟他在一个山坡上躺着和坐着，他在书中夹带绵袄类的布料或是布料与书夹杂一起，他走开在旁边，还我就在仔细地阅读和思考那书中的数学方程式和演算方法。 醒来后，确实觉得奇怪，不知道是何意？今天才决定写下来，以免忘记了。 - “相对论与结构论”（ http://blog.sina.com.cn/s/blog_825f70010100sz84.html ） - ：“结构论 - 生物系统的泛进化理论”英文介绍1999年我建立网站在线刊登，主要是分子、细胞到器官、个体系统的节律稳态模型和系统论、生物技术和生物信息技术，生物系统和人工生物系统的系统生物科学与工程等观点。 当时，为许多著名研究机构的生物信息学网页链接，比如，以色列魏兹曼研究所，北京医科大学等，另，惊奇的还有国际上一物理学家将其链接在弦论的网页上等。 （我的生物系统模型图 - 1999年在线） （我的节律稳态原理图 - 1999年在线） （2007年Alon的系统生物学著作 - 封面图，另，Nature上有科学家发表系统生物学与合成生物学的“Oscillator”、“structure theory”等理论论文） （我1999年筹办国际会议的细胞分子电子学与转基因整合 - 原理图，会议通知和网站地址1999年刊登在 Nature和Kybernetes等 ） ：90年代我的国内文章的英译：On the concept of system biological engineering, Transgenic animal expression system - transgenic egg plan (Goldegg Plan), Transgenic avian used as oviduct bioreactor for pharmaceutical expression, From positive to synthetic medical science, Structure theory of self-organization systems, Communication on Transgenic Animals, 1994- 1996. （图片版权所有，未经许可不得转载）
我们离人造生命还有多远？ 作者 量子猫 这两天因Craig Venter把整个基因组成功转入支原体细胞，从Science到The New York Times，到各种报刊、网站，引发了一轮新的人造生命讨论的热潮。不过，正像一个网友随即指出的，Scientists have been putting synthetic pieces of DNA into bacterial for decades now - it's at the heart of recombinant DNA technology. This is just the logically linear culmination of that process - introducing an entire genome.To call it synthetic life is not science, it is marketing or PR。这里结合上下文译为：科学家们把合成的DNA片段成功导入细菌，到现在已经几十年了，这是重组DNA技术的核心。Craig Venter的工作只不过是这个过程逻辑上的线性积累，把整个基因组导入而已。把这叫做人造生命，不是科学，是市场运作或公关行为。 显然，把自然生命的DNA局部进行突变、剪切、组合等加工，再导入宿主细胞并可以繁殖自身，这项DNA重组技术只不过某种程度上复制并缩短了生命自然进化的过程，在尽可能短的时间里形成一些对人类有利的性状，如通过基因工程技术生产胰岛素等各种药物，培育抗旱、抗病虫等转基因作物，等等。这并非真正意义上的人造生命。而且，由于受生物自身极其复杂的系统结构和自洽的内在调控机制的限制，这种为某一特定目的人工加快进化的改造，是有限度的，成功的机率也会越来越低，投入的人力和资金成本也会越来越高，最终也会导致这项技术失去研究的意义和发展的动力。 象任何工程都必须有蓝图一样，人造生命至少需要把一个最简单的单细胞的全部基因调控和对应的生物体结构和功能搞清楚，然后才可以合理设计全新的物种。在此之前，人造生命或合成生物学，包括通过干细胞定向诱导人工制造器官，都还只是概念，只是处在初期的研究阶段。任何宣称制造出或可以短时间制造出人工生命或人工器官的，都只是有意无意的炒作。 那么，我们离真正的人造生命还有多远？答案可能会让人失望，很远很远。而且更可能让人们失望的是，我们现在都还没有彻底弄清楚到底有多远。 基因编码了生命个体全部的关键分子构件的结构和调控、代谢机制。虽然10年前对包括人在内的一个生命个体进行全基因序列分析已不是问题，但对各个基因的功能，也就是其对应的蛋白分子等功能组件和相互调控关系，我们虽然一直不断地取得进展，但很遗憾，至今仍所知甚少。从概念上说，对一个生物个体或细胞的全部蛋白等分子组件进行分析、分离纯化、进一步的结构分析并研究相互作用关系和调控机制的技术早已成熟，甚至可以大规模、高通量、高度自动化的进行。但是，我们至今不能准确地知道，生命到底由多少种基本的蛋白构成，甚至不知道一个最简单的单细胞到底由多少种蛋白构成。当涉及到具体问题，特别是那些少量或稀有蛋白时，尽管技术和方法一再创新，我们仍然几乎无法找到并捉住它们，更不用说分离纯化了。而且，现在发现，有些中间过程是多蛋白因子相互作用，尝试把这些组件分开后，它们就失去活性和功能，从而让研究无法进行。还有，即使一个蛋白可以分离纯化拿到纯品，也不是所有的蛋白都可以拿到结晶体从而进行三维结构分析的，而且对已经可以分离的蛋白，不能进行结构分析的远多于可以分析的。如果不清楚结构，就不太能彻底弄清楚这些组件的相互作用关系而理解整个生物个体的构造和调控机制。 这些很可能只是困难的一部分。确切地说，我们现在离彻底弄清楚一个最简单的细胞的全部基因调控关系，也就是一个最简单的生命的蓝图，还不知道有多远。很可能随着研究的进一步深入，我们还会遇到更多的目前技术上无法克服的困难。也就是说，我们会发现这个路程会更遥远。分子生物学研究不仅需要技术上的突破，更需要观念和方法的创新。 当然，不必怀疑人类在科学方面的创新能力。只有当这些困难一一呈现出来的时候，方法和技术创新也才成为可能，这些困难也才能最终被克服。而且，也不必对真的人造生命大惊小怪，成熟的技术可以克服现在一切假想的负面问题。人造生命涉及的技术会极其复杂，显然也会通过知识产权层层保护，根本不是一个个人或普通机构可以实施的。还有，人造生命可以和现在的转基因生物不同，比如，人造生命由某些特定基因或分子组件构成，我们可以通过对这些组件的控制随时杀死它们，或使其离开特定人工或自然环境就不能生存。也就是说，我们可以通过功能细菌清除环境污染，通过功能植物让沙漠变绿洲。更可以建设各种生物工厂，高效生产粮食而让农田退耕以改善美化环境，制造针对各种疾病并精确制导的抗体药物，通过高效利用光能和空气中的二氧化碳制造煤炭石油等能源替代品并改善变暖的环境，等等，但不用担心这些人造生物会危害环境和人类之身。 很多在这一领域工作并做出重大贡献的科学家们非常辛苦，但他们却默默无闻，甘于奉献，甚至工作处境困难。相对来说，有些并没有在这一领域做出什么基础性或重大贡献的，借助于商业活动，反而名利双收，早已是亿万富翁，同时也把科学研究导入歧途，误导公众并浪费了公共资源。这是商业或功利目的对科学研究纯洁性的不幸侵蚀。 人类的智慧的物质基础，神经系统，在对环境的适应中不断进化。人类早已经成为了地球的主宰。人类不断对自身和环境进行深入和广泛的探索，并在不断的试错过程中发展出了科学。科学以人类最广泛并与实践过程一致的那些经验为公理，并以此为基础通过严格的逻辑演绎扩展对自身和环境的认识。一旦发觉新的现象或问题与科学固有的原则不相符合，那么新的公理就会创造出来，这使科学可以建立起一种内在的自我纠错机制。所以，科学家们一旦发现某些科学研究结果可能会存在负面问题，马上就会设计新的方法或措施改善。当然，当某些和科学有关的概念被误导或有人利用科学概念进行有意无意的炒作时，很快也就会有人站出来纠正。 只有当科学的理念而不是商业利益或功利目的越来越成为社会发展的主导时，人类社会才有可能变得更加美好。 （转自2010年5月22日《新语丝读书论坛》）
《我们离人造生命还有多远？》的网上讨论 网友： You are way off the mark. Venter's work is not as far-reaching as many think, but it is still an important accomplishment. Synthetic biology has huge future, so is systems biology. Molecular biology is, as Walter Gilbert stated long ago, dead (Nature 421, 315-316). 量子猫回复： 我没有看过Walter Gilbert的文章。我的几个主要观点，都以系统生物学为基础，只不过没有用相应的术语。在短文章中不可能向一般读者介绍清楚这些概念，只涉及了那些比较容易被理解的部分。比如信号传导，我这里用几个蛋白因子的相互作用来说明。我们现在了解有限，这方面的研究难度很大。对转基因的看法，也是基于系统生物学的概念。人造生命的前景，更是系统生物学的概念了。 但脱离了对生物系统基本组件的分离和结构信息的获得，系统生物学只能是空壳，也会死掉的。我前面贴子强调了冯诺依曼(John Von Neumann)的一句话，生命系统的演化过程,是一个可以从任何特殊媒介物中抽象出来的过程. 这是科学理解包括生命系统在内的任何复杂系统的一个基本原则。冯等以纯数学的方式，为量子理论构造了逻辑基础。冯的理念基础来自于普适的数学，适用于任何系统。这也是量子理论的核心。 网友： 被量子猫说的那个人工生命好象基本就属于骗骗人大。是不是这样啊。到底怎样啊。我觉得部分取材不能否定其是人工生命吧。话说我要说创造了一个完全属于我的，有突破性的程序，你也不能责怪我我用的是 MS 的 VC 开发的，而不是我自己编写的程序开发语言吧。 量子猫回复： 关键是我们对自然生命那套程序所知甚少，局部修改的成功率越来越低。 最大的困难，在于，我们在弄清楚一个最基本的可以工作的程序方面有一些无法突破的障碍。更不用说自己独立设计编制一个可以工作的程序了。虽然最简单的程序可能只有几百个模块。我以前在《科学史上最锐利的激情》那篇文章提及，需要数学家的介入来解决基本理论问题，先把可以工作的模型或框图构造出来。这种数学模型的复杂性远远超过了现在系统生物学的那种粗浅的图景或概念。需要拓扑学和微分几何的专家介入。 不过你的贴子对我很有启发，可以用更形象的比喻把问题说清楚 网友：你从哪里看出来需要拓扑和微分几何来搞基因模型？我觉得它们是没有什么关系的事情 量子猫回复： 生物系统只是一维DNA模板结构的复杂的多层次多维度的网状动态调控的拓扑结构。 我们对某些样本的一维的结构信息已经全部知道，生物系统只是这个一维结构信息的复杂的多层次多维度的网状动态调控模块构成的拓扑结构。一维的结构信息可以按某种规则映射成二维、多维。 生物系统的复杂结构仅是通过单一规则（以中心法则为底层法则）构建起来的。所以可以用微分几何来处理。这与纤维丛联络或规范场有些类似。 解开这个复杂结构，很有助于生物系统真实的调控网络的各个动态模块的解析和人工构建。 网友：我觉得＂创造生命＂应该是假装生物不存在，用非生物材料创造出可以自我复制的细胞来。要不然转基因，培养金鱼啥的不都可以叫创造＂人工生命＂了。 量子猫回复： John Von Neumann，生命系统的演化过程,是一个可以从任何特殊媒介物中抽象出来的过程。 但是不同的材料，构造出来的东西是不一样的。有的是分子，有的是岩石，有的是生物，有的是社会。具体的结构形式也是可以不一样的，如果一样，是分形。但所有演化过程是一样的。 如果没有足够的背景，理解不了冯诺依曼这句话，讨论再多也弄不清楚。 网友： 粗浅的图景或概念是因为当前所知甚少。凭几个数据点却画出了精细图景那才是有问题哪。数学家创造不出新的数据来。 量子猫回复： 问题的关键在于由已知的一维DNA结构信息到整个系统的构造，严格来说这是一个条件充分的数学问题。数据点有助于整个系统结构的解析和验证，但没有对系统的整体结构的估计，仅有数据点也是没有用的。当然现在数据点还不能说充分，但你要知道在哪些地方获得数据点才有助于问题的解决。可惜现在，大家对困难的但关键的数据点都本能地回避，因为可能资金和时间投入很大但结果很少或没有结果，我已经说过，有的还涉及技术创新的问题。这是研究不能进展的关键。 网友：有了一定的数据才有建模的基础。不然用一个通用的模型需要大到不现实的数据点量。我想现在的困难不是数学问题。 或许你没有自己思考我上面说的由已知的一维DNA结构信息到整个系统的构造，严格来说这是一个条件充分的数学问题。但对这个图景不清楚的话数学家也很难给出数学描述。充分的数据有利于这个模型的建立。 或许我上面的话现在数据点还不能说充分让你误解了。我指的是关键数据不充分。 分子生物学早已是数据的海洋（Science 主编的话），把问题掩盖了。各种书都越编越厚，唯恐不全，从而让一般的研究人员根本没有精力和可能性可以Review整个图景，并看到问题所在。除非你一开始就是从最基础的问题开始关注的，可以清楚哪些是重复性的细节，那些是要点、关键。 网友：量子猫感到那些东西很神秘深奥，就认为生命科学也非靠它们不可。 量子猫回复： 这是谣言，我的看法是：最深奥的最不可思议的东西往往都是最简单的。不是捅破那层窗户纸有多困难，只是找到窗户的位置极为困难。很多时候你可能还需要梯子。甚至人梯，而且可能是多个。 网友：如果有两个学科隔得比较远、几乎没人对两个行当都了解，那么你把它们扯到一起忽悠出新理论的时候就会非常安全。 量子猫回复： 你自己要有能力区分忽悠和真正的创新，而不是坐失良机，或跟着别人起哄，助纣为孽。 （转自2010年5月24日《新语丝读书论坛》）
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