从「重组DNA「到「人造染色体」
从上世纪70年代开始，生物学家开始研究细胞融合（Cell Fusion）现象。所谓细胞融合是指两个或两个以上的细胞融合成一个细胞的现象。曾任纽约市史隆——凯特林癌症纪念中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center）院长的刘易斯·托马斯（Lewis Thomas，1913年生）在细胞融合现象发现后不久说：「在某种意义上说，这是一切现象中最背离生物学原则的现象，它亵渎了上一个世纪的最根本的神话，因为它否认了在生物中意义重大的物种的种性、完整性和独立性。
任何细胞，无论它是人的、鱼的、鸡的，或是昆虫的，不论血缘关系多么疏远，只要机缘凑合，条件适宜，都可以使它和其他任何种类的细胞接触，而它们都能融合。细胞质会顺利地从一个细胞流进另一个细胞，两个细胞核将结合起来，经过一段或长或短的时间，就成了一个单独的细胞，具备两套完整的不同性质的基因组，立刻表现出生命的活力，处在可以繁殖的状态。它就是各人种及文化的神话中那些精灵：狮头羊身蛇尾的吐火女怪凯米儿拉（Chimera，图1）、格利芬、斯芬克斯、格尼莎、秘鲁的尊神、麒麟；它是吉祥如意的符端，世界的宿愿。」（注1）
（图1）狮头羊身蛇尾的吐火女怪凯米儿拉（Chimera）
1972年，Berg等人首次构建了DNA重组体（recombinant），第二年，Cohen和Boyer将细菌质粒通过体外重组后导入大肠杆菌，从此开始了基因工程。随着重组体DNA技术和基因工程技术的发展，人类越来越有能力把一种生物细胞的DNA片断切割出来，嵌入到另一种生物体的细胞中，以创造出新的生物品种。2007年，美国内华达大学的科学家把人的骨髓干细胞注入羊胚胎的腹膜，培育出身上有15％的人类细胞的羊。这只羊是地球上第一只「人羊合体动物」，外形仍然是羊。
（图2）人羊合体动物
刘易斯·托马斯所说的「神话中的精灵」并没有通过细胞融合制造出来，但有一点可以肯定，重组DNA、细胞融合等生物科技的发展，将为器官移植、人造新物种开辟道路。2007年12月，美国马里兰州「人造染色体公司」凡特（J•Craig Venter，图3）宣布，该公司已在实验室中制造出「全球第一个人造染色体」，「含有微生物维持生命和繁殖所需的所有指令」（注2）。现在已能把「天然染色体」植入一个细胞内产生新的活细胞，不要很久，人们将能在实验室中用「人造染色体」 植入一个细胞内制造出新的活细胞、并进一步制造出自然界中从未有过的「人造物种」来。
（图3）J·Craig Venter
从理论上说，用化学方法人工合成的新物质种类可达亿万种，甚至是无限种。现代生物科学的发展，使人类不仅能「人工合成新物质分子」，而且能运用基因工程和重组体DNA技术设计、制造「新生命构件」、「人造染色体」、「新物种的生物」。在未来，按预定目的设计制造新的生物大分子、新的生命构件、「新人造染色体」、设计创造新物种将是一件普通平常的事。
物种的定义
在生物学中，物种就是生物的「种」（species）。生物分类学依据生物的「表型特征」来识别和区分不同的「种」。从遗传学观点看，物种是具有相同基因库、与其他生物类群有「生殖隔离」的群体。从生态学角度看，物种是生态系统中占据不同「生态位」的功能单位。(注3)
从地球上有生命以来,生物物种已存在过数百万、数千万种,其中99.9%已经灭绝。从理论上说，人们仍然可以去了解，去研究那些已经灭绝了的物种，也可以利用克隆技术找回那些物种。
不同物种有不同寿命
现实世界中的生物，其特征是有生有死，不仅生物个体如此，而且生物每一物种也如此。生物学中的「物种」概念是忽略生物个体差异，而只从生物的结构，形态和生理特征的不同来区分不同生物的，当具有相同结构，形态和生理特征的生物个体全部消失了，这种物种也就灭绝了。没有一个生物个体和物种会永垂不朽。普林斯顿大学天体物理学家戈特（Richard Gott）说，大多数物种的平均寿命在100万和1100万年之间，哺乳动物的平均寿命是200万年。（注4）
由于简单的原子结构、简单的分子结构不是复杂的生物那样有活的「个体化」的结构，所以，原子、简单的无机物分子很难在自然环境中像生物物种那样消失。也就是说，原子、简单的无机物分子没有「死亡」问题，而生物个体和物种有「死亡」或「绝种」问题。有自主运动能力的「个体」和生命体「个体」都有不同程度的「耐受性」（注5），也就是说，这些「个体」能够「耐受」不利环境和「个体」体内不良变化（如机件故障、疾病、「个体」机体损伤）。
「个体」结构的复杂化有助于提高「个体」的「耐受性」。然而，这种「耐受性」有一个限度，超过这一限度，「个体」就会丧失自主运动能力，或者死亡。然而，“物种”与“个体”相反，除某些例外，不同「个体」的「物种」存在物的「寿命」大致与它们的复杂程度有关。 愈复杂的「个体」，「个体」的「耐受性」一般愈高，但由同类「个体」形成的「物种」存在的时间愈短，愈容易灭绝。哺乳动物的平均寿命是200万年，细菌的平均寿命是数以万万年计，矿物的寿命更长，氢原子的寿命可达数百万万年，夸克（quark）、轻子（lepton）也许是宇宙中永垂不朽「个体」。杰出容易短寿，复杂是死亡的根源。夸克、轻子、原子、简单的无机物分子的平凡、简单使它们不会「死亡」、 使它们真正永垂不朽。
每一「物种」都是一个
自洽的「公理—定理系统」
在几何学中，每一个公理，每一个定理都可以形式化为一个“符号串”。从公理推导出定理的过程，就是从起始的符号和符号串出发，按照“步骤法则”产生出新的符号串的过程。证明一个定理，要经过若干步骤，到一定步骤，这个定理就被证明了。当我们把一个物种的DNA分子看作是DNA上不同「碱基对」的符号串时，由DNA出发，每合成一种蛋白质分子，可以视为证明了一个定理。每一个物种就可以看作为由DNA分子符号串和一种步骤法则建造起来的「公理…定理系统大厦」，即DNA分子和亿万生物大分子建造起来的大厦。 DNA上的4种「碱基」是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）。DNA呈双螺旋结构，「碱基」两两配对，A对T、G对C、T对A、C对G，配对的碱基以氢键联接。如果我们把A、G、C、T看作4个符号，每一物种的DNA分子就是一个极长的符号串。
（图4）DNA分子的双螺旋结构（左）
（图5）DNA符号串(右)
每一形式系统大厦的形成，与每一生物个体的发育，生长一样，都到一定步骤，一定阶段就会停止。当一个又一个定理被推导，被证明出来后，这一形式系统大厦就建成了。按照DNA分子中包含的信息，合成一个蛋白质分子，可以看作是从DNA公理出发，证明出一个定理（有关这一蛋白质分子）的过程。这一定理是「这一蛋白质分子结构存在于规范世界中，是可以物化的。」不同蛋白质分子之间的关系，相当于不同定理之间的关系。欧几里德几何学是一个「公理…定理体系大厦」，某一物种的一个生物「个体」也是「公理（DNA分子）…定理（蛋白质，核酸，细胞，器官等）体系大厦」。对比一门门几何学公理体系和一个个生物「个体」 公理体系，我们可以看到，几何学只有有限多门（如欧几里德几何学，罗巴契夫斯基几何学和黎曼几何学），而生物的物种数以百万计。每一门几何学的公理只有有限几条，写成符号串十分简单，而一个生物「个体」的公理…DNA分子，用符号串表达就极其复杂，按这些公理符号串推导出来的定理─…形形色色不同的生物大分子符号串，细胞符号串、器官符号串、系统符号串、组织符号串，更是数以亿万计。连一个大肠杆菌的形式系统，远比一门几何学要复杂千百倍。
用数学方法可以将每一物种用一个「形式系统」来表达，每一「形式生命」等价于一个「由DNA公理系统，步骤法则和定理形成的庞大体系」。从数学上看，不同的「形式生态位」是对「形式生命」应当有怎样的公理系统，步骤法则的不同规定。在现实世界中，生态位决定了这一生态位中应当存在什么样的生物物种。在规范世界中，有什么样的形式生态位，就有什么样的形式生命的公理体系和步骤法则。
形式生命，形式生态位的存在建立在规范世界客观存在基础上。在规范世界中，每一种形式生态位，至少存在一种物种，与现实世界中的自然生态位相对应，这一物种或者已经灭绝，或者现在仍然存在，或者今后可以在地球环境或相当于形式生态位的「目的环境」中制造出来。
20世纪以来，人们用化学合成方法，制造出了数以千万种地球上从来没有的化合物。化学合成方法事实上是为多种化合物创造「目的环境」的过程。意大利威尼斯Protolife公司马克•贝多（Mark Bedau）说，创造「人造生命」，需要有三个条件，第一，要有培育「人造生命」的「容器」，即细胞膜，允许「人造生命」的细胞膜筛选出对生命有用的分子，为细胞分裂提供营养。第二，要有一个基因系统，以控制细胞的功能，使细胞能根据外界环境的变化而复制和变异。第三，要有一个新陈代谢系统，以从外界环境中吸收营养，提供生命所需的能量-。这三个条件实际上就是为「人造生命」设定一个「目的环境」。实验室中的「试管」和 「人造生命」的「容器」就是「目的环境」。有一定环境就可以制造一定物质，环境及环境的改变可以按「目的」设计。所以，人类在地球上的出现，不仅能制造工具，建造房厦，而且能创造「目的环境」，利用物质的本性，让不同物质的分子在「目的环境」条件下自行生成特定的化合物、高分子物质、形形色色的生物大分子物质。在21世纪的今天，人类可以通过基因工程和重组体DNA技术，打破物种界限，把不同种类生物的遗传物质组合在一起，按照预定的「目的」，人为地设计自然界中从来没有的新物种、新的生命体。
四维空间的形态设计学
在 物理世界里，人们似乎只能发现，不能创造。原子、分子、电子、中子不能创造。新的基本粒子只能发现，不能创造。在银河系和星系的世界，人们也只能发现新的 星球，新的星系，不可能创造出新的星球，新的星系。然而，在化学世界里，人们可以按照规范世界中的规律性设计自然界中所没有的分子结构，按照这种结构创造 出新的物质材料。分子是具有确定化学结构和空间结构的原子聚合体。探索规范世界中的新结构，就能在现实世界中创造出有新的分子结构的新材料。在规范世界 里，人们可以找到其他各种形状…星状，放射状，螺旋状的结构形式，只要符合化学键等的结合规律，这些形状的分子都可以一一物化。
重组DNA技术的进步使人类可以创造各种新的酶，新的蛋白质，新的微生物，新的植物，新的真菌，新的动物。人类能够设计出新的嵌合体（chimerea），设计出各种各样的树叶，花朵，动物的形态和容貌，设计出面貌狰狞的怪物。人类无需为自己有能力创造新物种而担心，正如我们今天不必为人类有能力生产多种有毒的化学物质而担心一样。
在未来，四维空间（三维空间加一维时间）的形态设计学将成为数学的一个重要分支。形态设计学将会向我们展示，形形色色的分子构象和化学、生命过程主要是四维空间中的「数学必然性┘而已。要让DNA分子、蛋白质分子怎样折迭、怎样扭曲， 只要掌握其「数学必然性」就可以实现，其原理就象「手工折纸」一样简单。许多处于同一进化水平，外形有异的动物,只要经过数学中若干变换,迭代或变换的迭代,一种生物形态就变换成另一种形态。田螺形状，河蚌形状，龟壳形状只相差若干参数，改变一下参数，田螺形状就可以变成河蚌形状，再改变一下参数，又变成了龟壳形状或其他有趣形状。花朵也一样，不同兰花品种只是几个参数不同。不同花朵的开放，不过是不同形式系统的展开而已。 如果有一整套新的数学工具来描绘生物大分子及其相互作用，那么，分子生物学会变得简单得多，生物进化问题就成了简单的数学问题。「环境因素」不过是对这种「数学必然性」的无意或有意「干扰」而已。
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（注1）刘易斯 •托马斯：《无我的生物界》，胡寿文译，第59页，香港商务印书馆，1993年。chimerae是希腊神话中狮头羊身蛇尾的怪物。在遗传学上，嵌合体指不同物种间进行移植而形成的新的个体。
（注2）《世界日报》2007年12月19日A 8版《人造生命，明年可望出现》。
（注3）北京大学生命科学学院编写组：《生命科学导论》，第152-153页，高等教育出版社，北京，2000年版。
（注4）转引自克里斯蒂安.德迪夫（ C• de Duve）：《生机勃勃的尘埃》（Vital Dust：The Origin and Evolution of Life on Earth），王玉山译，第372页，上海科技教育出版社，1999年。
（注5）「耐受性」一词是本文作者的用词，刘笔锋等在翻译《系统生物学基础》时称为「鲁棒性」。参见北野宏明：《系统生物学基础》，第11页，化学工业出版社，北京，2007年。
（本文摘自《“多层次进化”的统一理论》一书 [ 已定稿，待出版，共339页，书的目录见《博讯·严家祺博客》]，本文发表于纽约《世界周刊》2008年3月2日。作者严家祺在1964年3月26日的中国《人民日报》上曾发表一篇题为《自然的东西和人造的东西》文章，，本文也是《自然的东西和人造的东西》一文在发表44年后的“继续”。）
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