一批生命科學領域的科學家焦急地發聲，呼吁叫停本領域內一類前沿研究——創造“鏡像生命”。因為他們看到，盡管這類研究具有重要的科學意義和潛在的工業應用，但其帶來的風險可能遠遠大于其潛在的收益。鏡像微生物最令人擔憂的風險在于，它們可能逃避人類和其他多細胞生物的免疫系統，從而對人類健康、動植物以及整個生態系統構成前所未有的威脅。

撰文 | 王新凱

2024年12月，由24位諾貝爾獎獲得者和國際專家組成的科學家團隊發布一份長達299頁的技術報告，深入分析了當前鏡像生命的技術障礙、技術前景，以及前所未有且很大程度上被忽視的風險。與此同時，包括報告作者在內的38位頂尖科學家還聯名在《科學》雜志發表題為《面對鏡像生命的風險》的評論文章，對創造鏡像生命的研究發出警告。


他們指出，盡管對鏡像生命的研究充滿熱情且意義深遠，但構建一個可行的鏡像微生物可能至少還需要十年的時間，他們擔心這些人工合成的生物可能會給地球上的生命帶來“前所未有的風險”。因此，敦促停止一些研究人員創造鏡像生命的研究，并呼吁資助方明確表示不再支持這類研究。

創造鏡像生命研究中前所未有的風險主要體現在，由自然界天然分子的鏡像結構所構建的鏡像微生物，可能會在環境中生存，并繞過自然生物的免疫防御機制，進而使人類、動物和植物面臨致命感染的風險。

與此同時，他們還呼吁全球科學界、政策制定者、研究資助者、民間社會和公眾進行更廣泛的討論，以制定適當的前進道路。

生命為何會有手性青睞？

手性分子是指那些與其鏡像不能重疊的分子。手性現象這一概念最早由法國化學家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）于1848年發現。當時，巴斯德在研究酒石酸鹽晶體時注意到它們的形狀呈現兩種不同的鏡像結構，分別為“左旋”和“右旋”，但兩者的化學性質幾乎完全相同，他由此推斷分子結構具有鏡像對稱性。


手性分子具有不可疊加的鏡像 | 來源：報告

如今，手性分子的研究在化學、醫藥、生物學等領域占據重要位置，許多生物分子（如氨基酸和糖類）具有手性。這些在生命體內互為手性異構體的分子，其功能卻可能截然不同。例如，藥物中的不同手性異構體可能產生完全不同的生物效應，甚至一種有療效，另一種可能有毒。

最著名的例子是“反應停”（Thalidomide，沙利度胺）藥物事件，也是20世紀醫學史上最嚴重的藥物災難之一。

20世紀50年代后期，沙利度胺作為一種新型的鎮靜劑和止吐藥物，廣泛用于治療孕婦的早期妊娠反應。由于當時藥物在多國銷售（并未經過嚴格的臨床安全測試），尤其是對孕婦使用時的良好鎮靜效果，使其在市場上大受歡迎。然而，從20世紀60年代初期開始，全球各地逐漸出現大量新生兒嚴重肢體畸形的病例。這些嬰兒出生時肢體發育不全，甚至完全缺少四肢。經過調查發現，這些畸形兒與孕婦在懷孕早期服用沙利度胺密切相關。

研究進一步揭示，沙利度胺具有手性結構，其兩個鏡像異構體在體內表現出截然不同的作用：一種異構體有鎮靜效果，而另一種則具有致畸性，影響胎兒的正常發育。到這一藥物下架時，它已導致15000名畸形胎兒出生，這是藥物發現史上的重大悲劇，也是制藥史上的重要轉折點。

“反應停事件”也促使越來越多的科學家將目光投向了手性分子這類神秘的物質。隨著研究的深入，科學家們發現了越來越多神奇且令人費解的現象。比如在地球的自然環境中，左、右旋的氨基酸都有存在，結構也都穩定，但是構成地球生命的所有蛋白質都是右旋的，而構成蛋白質的氨基酸卻幾乎都是左旋氨基酸（除了甘氨酸）；再比如生命遺傳物質DNA和RNA都是由右旋核苷酸組成。


天然氨基酸色氨酸的化學結構模型（左）及其鏡像（右） | 來源：Science

而且，許多生物過程對于分子的手性非常敏感。左右手性分子即使化學組成相同，在生物系統中卻常常具有截然不同的作用。例如，右旋的葡萄糖是細胞的主要能量來源，而左旋葡萄糖幾乎不被人體代謝。手性分子在生物識別和信號傳遞中也扮演著關鍵角色。酶、受體和抗體等生物大分子往往具有高度的手性專一性，只能識別與自己手性匹配的分子。這種“鎖與鑰匙”的手性配對機制，賦予了生命系統高效的、獨特的自我調控能力。

因此，生物分子的“手性”被認為是地球生命的基本特征之一。

但是，為什么地球上的生命在起源時會選擇一種特定的手性形式？是否在地球之外存在著與我們使用相反手性分子的“鏡像生命”？

其實這些問題長期以來一直困擾著科學家，至今仍沒有明確的解釋和答案。而進一步研究“生命的手性偏好”這一神秘現象，不僅能夠加深我們對生物學和醫學的理解，也引發了人們對于生命起源和宇宙中其他可能形式的生命的無限遐想。

如果創造一個鏡像生命呢？

既然地球上現有生物體對于構成生命的重要大分子如蛋白質、糖類，都有著單一選擇偏好，那么理論上講，是否存在一個平行世界，那里的所有生命是和地球生命“互為鏡像”的呢？又是否存在一種可能，我們可以人為創造一個由左旋DNA、右旋氨基酸、左旋蛋白質和左旋糖構成的生物呢？

其實，自從發現手性現象以來，科學家們一直在考慮創建鏡像細胞（包括鏡像微生物）的可能性。在前文提到的報告中，科學家們也詳細探討了創造鏡像微生物的技術可行性。即通過合成生物學技術，將自然界中構成生命的具有特定手性的分子，替換為它們的鏡像形態，形成一種全新的生命形式。

雖然創建鏡像微生物的技術挑戰巨大，但并非不可實現。比如目前我們的蛋白質合成方法，原則上已足以合成構建鏡像細胞所需的大部分鏡像蛋白，而且鏡像酶也已經被用來構建千堿基長度的鏡像RNA和DNA，并且朝著構建鏡像核糖體的方向發展，目前已經取得了一系列進展。所以隨著生物技術的進步，在未來十年內創建鏡像微生物將逐步變得更可行。

中心法則的鏡像過程 | 來源：報告

報告同時分析了兩種創建鏡像微生物可能的路徑：

·自上而下的方法：這種方法將現有的自然微生物逐步轉變為鏡像微生物。通過逐漸“翻轉”其分子構成，一步一步地將自然微生物中的蛋白質、核酸等替換為手性異構分子，最終獲得完全鏡像化的微生物。

·自下而上的方法：這是一個更為基礎的路徑，即從無生命的鏡像分子開始組裝細胞。這一方法需要先合成鏡像版的基因組、轉錄和翻譯機制，再進一步構建其他鏡像細胞成分。這種方法雖然技術難度較高，但具有更重要的科學研究意義。

目前，已有一小群研究人員和資助者開始明確致力于通過“自下而上”的方法來創造鏡像生命。盡管最早期的鏡像微生物可能在自然界外的生存力有限，僅能在實驗室條件下存活，但如果再通過基因工程技術，科學家可以進一步增強其代謝能力和環境適應性，使其在外部環境中更為堅固和持久。因此報告預測，隨著技術的進展，未來可能會出現具備強大生存能力的鏡像微生物。

至此，我們就會產生一個疑問，既然鏡像生命似乎可以和我們一樣穩定存在，那為什么自然界中似乎沒有出現過我們的鏡像生命呢？

其實，就地球上發生的生命起源而言，在宇宙中究竟是極其罕見的事件，還是一定會發生的事件，當前科學界也沒有足夠的證據作出明確結論。如果生命起源是非常罕見的一次偶然事件，那么一種生命形式在地球上出現兩次的可能性非常低。所以，另外一種鏡像生命形式雖然理論上可以存在，但從未在地球上真正出現過，也就很好理解了；如果生命起源曾經在地球早期發生過不止一次，以現在掌握的證據，我們也不清楚其他生命體是否會與現代生命有很大的相似性，無論是鏡像生命還是其他形式的生命。

因此，最有可能的情況是，地球上從未誕生過類似于鏡像微生物的生命。那么，在地球現有生命的漫長演化過程中，有沒有可能自然翻轉出現鏡像生命呢？

其實也不會，因為進化是一個逐步積累有利突變的過程。如果突變能夠一次性逆轉一個分子的手性，而每次逆轉都會帶來一定的抗性，那么我們可能會在自然生物中看到這樣的變化。然而，手性翻轉往往是“全有或全無”的。自然細胞無法通過一系列逐步的變化來構建功能性鏡像蛋白質，而不會嚴重損害其制造正常蛋白質的能力，更不用說同時反轉所有生物分子了。因此，通過現有的細胞自然演化出另外一套鏡像細胞，幾乎是不可能的。

也就是說，在我們現在生活的地球上，鏡像生命體可能只能通過實驗室被創造出來。既然創造一個鏡像生命在理論上和技術上都是可行的，且無法自然演化而成，需要依靠人工創建，那么，現在我們要這么做嗎？

為什么不要去創造鏡像生命？

首先要說的是，鏡像分子具有一定的潛在應用價值，例如，可以轉化為慢性和難以治療疾病的新療法或藥物，鏡像微生物也可以用來抵抗污染等。盡管如此，科學家們在報告中仍然強調，呼吁停止創造“鏡像生命”的研究，并且指出鏡像微生物最令人擔憂的風險在于，它們可能逃避人類和其他多細胞生物的免疫系統。

免疫系統的工作原理很大程度上依賴于分子手性，通過檢測病原體上特定的手性分子來啟動免疫反應。然而，鏡像微生物的分子結構是自然手性病原體的鏡像，免疫系統可能無法識別或攻擊這些“翻轉”的病原體，進而使得鏡像微生物在環境中失控擴散，從而威脅多細胞生物的健康與生態平衡。

鏡像微生物一旦進入人體，可能會引發全身性感染，導致嚴重的免疫失調甚至死亡。此外，現有的抗生素大多依賴于對微生物手性分子的靶向作用，因此對鏡像病原體無效。而開發針對鏡像微生物的新型藥物和疫苗將是一項復雜且耗時的任務。


鏡像細菌對人類健康的風險 | 來源：報告

鏡像微生物不僅對人類健康構成威脅，還可能對整個生態系統造成災難性破壞。

報告還指出，鏡像微生物特殊的手性結構使其能夠抵抗許多自然界中的捕食者。例如，噬菌體（專門攻擊細菌的病毒）無法感染鏡像細菌，因為它們無法識別鏡像結構的受體。同樣，許多原生動物（如變形蟲）通過識別細菌表面分子來捕食細菌，但它們也很可能無法識別或消化鏡像細菌。

如果鏡像微生物在自然環境中失控，它們可能會迅速擴散，侵入各種生態系統。由于鏡像微生物無法被常規捕食者控制，它們可能會在生態系統中達到非常高的數量，導致局部生物多樣性下降，并擾亂重要的營養循環。報告指出，鏡像微生物的入侵可能會對陸地和海洋生態系統造成不可逆的破壞，特別是通過影響關鍵物種的生存而導致生態失衡。

報告還特別強調了生物安全和濫用的問題。

盡管目前創造鏡像微生物的技術障礙很高，但這些障礙將隨著時間的推移逐漸減小。一旦技術成熟，意外的事故或故意濫用將成為主要風險來源。鏡像微生物的獨特屬性使得它們比普通病原體更加難以控制，即便是最先進的生物遏制措施也可能存在漏洞。因此，惡意利用鏡像微生物的潛在風險將不可忽視。與自然病原體不同，鏡像細菌可以通過基因工程被賦予新的能力，使其難以預測和應對。

“我們所討論的威脅是前所未有的，”報告作者之一、匹茲堡大學進化生物學家沃恩·庫珀（Vaughn Cooper）教授說，“鏡像細菌很可能會逃避人類、動物和植物的許多免疫系統反應，并在很多情況下都可能引發不受控制的致命感染。”

“一旦鏡像細胞制成，想要把那個精靈放回瓶子里就會變得非常困難。這是我們在任何潛在的實際風險之前就考慮預防和監管的一個重要動機。”《科學》文章作者之一、猶他大學生物化學教授、鏡像藥物專家邁克爾·凱（Michael Kay）博士說道。

“除非出現令人信服的證據表明鏡像生命不會帶來極大的危險，否則我們認為不應創造鏡像細菌或其他鏡像生物，即使它們具備工程化的生物遏制措施。”科學家們在《科學》文章中寫道。

需廣泛討論以尋找未來路徑

在討論鏡像生命的未來道路之前，需要區分的是手性分子諸多有價值的應用和鏡像生命的風險。

目前，手性分子的研究熱點包括手性合成、手性識別、手性催化等方向。科學家們也在不斷探索如何通過催化劑和化學反應精準合成出特定手性的分子，并尋找高效的手性識別和分離技術，以用于制藥、材料科學等領域。比如許多手性分子藥物，由于它們是通過化學方式制造的，因此不會帶來類似創造能夠自我復制的鏡像微生物那樣的風險。

但是對于鏡像生命，報告最終得出結論，盡管鏡像微生物的創建具有重要的科學意義和潛在的工業應用，但其帶來的風險遠遠大于其潛在的收益。鏡像微生物的特殊性使其對人類健康、動植物以及整個生態系統構成前所未有的威脅。

因此，報告敦促一些研究人員停止創造鏡像生命的研究，并呼吁資助方明確表示不再支持這類研究。同時他們呼吁全球科學界、政策制定者以及公眾共同努力，制定強有力的監管框架和生物安全標準，以防止鏡像細菌技術的濫用和意外釋放。

不過，對于報告中提及的鏡像生命的風險，也不絕對。首先，我們假設這些異手性的鏡像細菌在實驗室里被創造出來了，并且意外地泄露出去了，那這些鏡像細菌由于缺乏人工合成的各種分子，也很難在自然環境中生存下去，更不要說不受控地大量繁殖；其次，就算是鏡像細菌在自然界中能夠存活，它們也需要足夠的時間通過突變和自然選擇，來適應現存生物，如果時間足夠，或許現存生物也能適應它們。

所以，雖然風險不一定會發生，但擔憂仍是必要的。正如科學家們在報告中所強調的那樣，面對未知的鏡像細菌技術所帶來的復雜問題，一方面我們需要通過全球范圍內的協調與合作，來進一步應對未知風險；另一方面，在當前科學界和公眾之間應該開展更廣泛的公開討論，我們是否應該發展鏡像生命的創造？如何發展？如何有效管理這些技術的潛在風險？這些都需要社會各界共同參與討論。

當然最重要的是，報告特別呼吁在科學家、政策制定者和公眾之間建立良好的溝通渠道，確保在鏡像細菌技術的發展過程中，能夠及早采取預防措施，避免災難性后果的發生。

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來源: 返樸

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