研究了30年的鏡像生命，為什么科學家自己喊了停

（來源：麻省理工科技評論）

2019 年 2 月，大約 30 位合成生物學家和倫理學家聚集在北弗吉尼亞一處會議中心，集思廣益，思考那些高風險、前沿、誘人到難以拒絕的研究方向，以及確定美國國家科學基金會（NSF）應該資助哪些這類項目。

會議結束時，他們鎖定了一個極具吸引力的候選方向：制造“鏡像”細菌。如果這些實驗室合成的微生物真能造出來，它們的結構和組織方式會和普通細菌一樣，只有一個重要區別：像蛋白質、糖類和脂質這類關鍵生物分子，會是自然界中對應分子的鏡像形態。DNA、RNA 和許多其他構成生命細胞的組件都是“手性”的——它們的結構天生帶有固定的旋轉方向，就像左手和右手互為鏡像卻無法重合，它們的鏡像會朝相反的方向扭轉。

研究人員對這個前景激動不已。“所有人都覺得這酷斃了，”加州拉荷亞 J. Craig Venter 研究所的合成生物學家約翰·格拉斯（John Glass）說。他參加了 2019 年的那次研討會，本人是合成細胞開發領域的先驅。這是“一個難度驚人的項目，可能會讓我們了解如何設計和構建細胞的全新知識，或者關于地球生命起源的新線索”。這群人還看到了巨大的醫療潛力。鏡像微生物或許可以被工程化改造成生物工廠，生產出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，又不會引發不必要的免疫反應。

會議結束后，這些生物學家建議 NSF 資助幾個研究團隊來開發工具、開展初步實驗，開啟一條通往“鏡中世界”的道路。這種興奮在全球蔓延，中國國家自然科學基金委也資助了鏡像生物學的重大項目，德國聯邦研究、技術與空間部（Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt）也是如此。

五年后，到 2024 年，許多參加過那次 NSF 會議的研究人員已經反悔了。他們相信，在可預測的未來，最糟糕的情況是，鏡像生物可能引發一場災難性事件，威脅到地球上每一種生命形式——它們將在沒有天敵的情況下瘋狂增殖，躲過人類、植物和動物的免疫防御。

過去兩年里，他們一直在拉響警報。2024 年 12 月，他們在《科學》（Science）上發表了一篇文章，并附上一份長達 299 頁的技術報告，討論了可行性和風險。他們撰寫評論文章，召開專家小組，還共同創辦了“鏡像生物學對話基金”（Mirror Biology Dialogues Fund，MBDF）——一家由多方資助的非營利組織，專門支持理解和應對相關風險的工作。這一議題獲得了大量媒體關注，也在化學家、合成生物學家之間引發了討論，甚至蔓延到生物倫理學家和政策制定者之中。

然而很少有人關注的是，這件事是怎么走到今天這一步的，以及關于這種潛在威脅目前還有哪些不確定性。創造一個鏡像生命體將極其復雜且昂貴。雖然科學界正在嚴肅對待這個警報，一些科學家仍懷疑短期內是否可能造出鏡像生物。“假想中的鏡像生物創造，遠遠超出當下科學的能力范圍，”西湖大學的分子生物學家朱聽說。他的實驗室專注于合成鏡像肽和其他分子。朱聽和其他人都呼吁同行不要讓推測和焦慮主導決策，并認為現在就號召全面暫停早期研究為時過早——他們認為這些研究可能帶來醫學上的益處。

但那些舉起警旗的研究人員描述了一條、甚至多條通向鏡像生命誕生的路徑，他們認為，我們迫切需要護欄，來判斷哪些鏡像生物學研究仍然可以安全進行。這意味著他們正在面對一個別人在過去幾十年里多次遇到、結果參差不齊的問題，一個在科學方法里找不到現成答案的問題：當科學家在自己的研究中看到世界末日的影子時，他們應該怎么做？

鏡中生命

法國化學家、微生物學家路易·巴斯德（Louis Pasteur）是第一個意識到生物分子自帶“手性”的人。19 世紀末，他將所有生命物種描述為“宇宙不對稱性的函數”。他思索著：如果能把這些手性組件換成它們的鏡像，會發生什么？

科學家如今已認識到，手性是生命本身的核心，盡管沒人知道為什么。在人類身上，構成蛋白質的 20 種所謂“標準”氨基酸中有 19 種是手性的，而且手性方向一致（例外是甘氨酸，它是對稱的）；蛋白質的功能與其形狀緊密相關，它們大多通過手性結構與其他分子相互作用；細胞表面幾乎所有受體都是手性的，感染發生時，免疫系統的哨兵利用手性來檢測和結合抗原（引發免疫反應的物質），啟動抗體制造流程。

到 20 世紀末，研究人員開始探索“反轉手性”這個念頭。1992 年，一個團隊報告合成了第一個鏡像蛋白質。這件事隨即引發了關于風險的第一次警告——普渡大學的化學家指出，如果鏡像生命體從實驗室逃出，它們將對任何來自“正常”生命的攻擊免疫。2010 年《連線》雜志的一篇文章介紹該領域的早期發現時提到，如果這樣的微生物發展出光合作用能力，它可能會抹去我們所知的全部生命。

合成生物學界當時并沒有認真權衡這些威脅，斯坦福大學的專家大衛·雷爾曼（David Relman）說。他橫跨傳染病與微生物學研究，也是腸道和口腔微生物組研究的開拓者。在他看來，鏡像微生物的概念在當時看起來遠遠超出蛋白質研究的實際進展。“20 年前，這幾乎只是個純理論的論點，”他說。

但現在，研究格局已經變了。

科學家在細胞制造蛋白質和自我復制所使用的那一整套機制的鏡像版本上，正快速取得進展。這些組件包括 DNA（編碼蛋白質配方）、DNA 聚合酶（幫助復制遺傳物質）和 RNA（把配方送到細胞的蛋白質工廠核糖體）。如果研究人員能制造出能夠自我復制的鏡像核糖體，他們就有了高效生產鏡像蛋白質的方法。這可以作為療法的生物制造手段。但如果把這些組件嵌入一個能自我復制、能進行代謝的合成細胞里，就有可能孕育出一個鏡像微生物。

2019 年那群合成生物學家聚集在北弗吉尼亞時，他們并沒有意識到這項技術推進得有多快。即便他們看到了威脅，也可能被“把科學向前推進”這種耀眼的吸引力所遮蔽。格拉斯說，現在已經看得很清楚的是：研究鏡像生命涉及多個學科，但這些領域的研究者各干各的，根本不清楚隔壁領域已經走到了哪一步：化學家不知道合成生物學家在從零開始制造具有天然手性的合成細胞上已經取得了多大進展，生物學家也沒意識到化學家在不斷構建更大的鏡像大分子。“我們傾向于各自為陣，”格拉斯說。而且沒人想到要認真審視此前針對早期研究提出過的免疫系統擔憂。“房間里沒有免疫學家，也沒有傳染病學家，”格拉斯回憶 2019 年的會議時說，“我可能是最接近的一個，因為我研究致病細菌和病毒，”但他的工作并不涉及這些病原體如何在宿主體內引發感染。

這些科學家當時也不知道，在差不多同一時期，另一場關于鏡像生命的對話正在發生。大約從 2016 年起，非營利組織 Open Philanthropy 的研究人員開始整理關于災難性生物風險的研究檔案。這個組織于 2025 年更名為 Coefficient Giving，資助多個領域的項目，信奉一種存在爭議的慈善哲學——“有效利他主義”，主張把錢投給潛在收益最大、能惠及最多人的項目。

Open Philanthropy 生物安全小組里有人建議調查一下鏡像生命帶來的風險。2019 年，該組織開始資助凱文·埃斯維爾特（Kevin Esvelt）研究生物安全議題，包括鏡像生命。埃斯維爾特在 MIT 媒體實驗室領導一個名為 Sculpting Evolution 的研究小組，專注于基因驅動等可自我傳播的生物技術的安全開發，他開始翻閱資料，看看鏡像生命是否值得擔心。

埃斯維爾特 2013 年曾因率先用 CRISPR 開發“基因驅動”技術而引起關注。這項技術可以讓引入某個生物體的基因變化在整個種群中擴散開來。研究人員正在探索它的各種用途，比如讓蚊子對引起瘧疾的寄生蟲產生敵意，從而降低它們傳播給人類的概率。但幾乎在這項技術開發出來之后，埃斯維爾特立刻主張不要用它來營利——至少要等到有合適的安全措施到位、它在抗瘧疾中的作用被證實之后。“你真的有權進行一場‘搞砸了就會影響整個世界’的實驗嗎？”他在 2016 年接受本刊采訪時問道。在媒體實驗室，埃斯維爾特主導的工作是開發可以在局部部署、但不會全球擴散的安全基因驅動。

埃斯維爾特說，他常常思考自維持、基因工程技術帶來的安全風險，相關研究讓他懷疑鏡像生物的威脅還沒被認真探討過。他對微生物增長速率、捕食者與獵物、微生物之間相互作用以及免疫學了解得越深，就越擔心一件事：如果鏡像生物能免疫天然生物的固有防御，一旦它們逃出實驗室，就可能造成無法阻止的感染。

即便第一個實驗版本的這種細菌脆弱到無法在環境或人體中存活，埃斯維爾特說，用現有技術對它進行基因改造，讓它變得更強韌，也并非難事。更糟的是，他說，這樣的產物可能被武器化。

但他并不是鏡像生命涉及的所有科學領域的專家，于是他開始打電話咨詢別人。2022 年 2 月的一個夜晚，在華盛頓特區郊外的一家餐廳，他第一次向雷爾曼描述了自己的擔憂；埃斯維爾特希望雷爾曼會告訴他“你錯了”，說他在多年的數據搜集中漏掉了什么，但雷爾曼反而陷入了困擾。

擔憂蔓延

雷爾曼回到加州后，讀了更多關于這項技術、風險以及手性在免疫系統和環境中扮演什么角色的資料。他向自己熟悉的生態學家、其他微生物學家、免疫學家們一一求證，試圖打消自己的擔心。“我希望他們能說：我想過這個問題，我看到你的邏輯有漏洞。我看出這其實沒那么糟，”他說，“結果每一次都沒有。每個人都覺得這對他們來說是全新的東西。”

擔憂開始蔓延。雷爾曼和芝加哥大學化學教授杰克·紹斯塔克（Jack Szostak）以及一群研究人員合作，試圖構建一個“鏡像生命不會抹去人類”的論證。這個小組里包括明尼蘇達大學的合成生物學家凱特·阿達馬拉（Kate Adamala），阿達馬拉 2019 年曾分享過 NSF 那筆用于探索鏡像生命技術的初始資助。

她也被說服，相信風險是真實存在的，并且對自己此前沒有看到這一點感到瞠目。“我希望有那么一個陽光明媚的下午，我們一邊喝咖啡一邊意識到世界要完了，但事情不是這樣發生的，”她說，“我不好意思承認，甚至不是我第一個提出風險的。”從 2023 年底到 2024 年初，這項工作開始呈現出嚴謹科學調查的形態。專家們面前擺著一個假設——一旦鏡像細胞被造出來，它們將構成生存威脅——并被要求去挑戰它。目標是證偽這個假設。“如果我們是錯的，那當然是再好不過，”匹茲堡大學微生物學家、美國微生物學會候任主席沃恩·庫珀（Vaughn Cooper）說。

雷爾曼表示，隨著化學家和生物學家對彼此的工作了解得更多，并開始理解免疫學家關于生物體如何防御自己的知識，他們開始把點連成線，看到一幅正在浮現的圖景——一種無法阻止的合成威脅。

匹茲堡大學免疫學家蒂莫西·漢德（Timothy Hand）沒有參加 2019 年的 NSF 會議，2024 年他剛聽說鏡像生命時并不擔心。“哺乳動物的免疫系統有一種驚人的能力，可以針對任何形狀制造抗體，”他說，“是不是鏡像又有什么關系？”但當他更仔細地研究這一過程后，他看到了在抗體產生之前的上游就可能出現一連串問題。先看檢測環節：免疫系統用來識別和處置入侵者的細胞巨噬細胞，表面使用的是手性感應受體，它們用來抓住入侵者的蛋白質也是手性的。這意味著一種可能：生物體可能被鏡像生物感染，但無法檢測到、也無法防御它。“缺乏固有免疫感知，對宿主來說是極其危險的局面，”漢德說。

到 2024 年初，格拉斯也開始擔心。雷爾曼和來自 Open Philanthropy 的結構生物學家詹姆斯·瓦格斯塔夫（James Wagstaff）前往 Venter 研究所拜訪他，討論利用合成細胞技術構建鏡像生命的可能性。“起初我以為，這不可能是真的，”格拉斯說。他們逐條梳理論點和反論點。“討論越往下，我越覺得不舒服，”他說，“這讓我意識到，我過去 20 年里所做的大部分工作，可能正在把世界推向一場難以想象的災難。”

2024 年下半年，這個逐漸壯大的科學家群體完成了那份技術報告，并在《科學》雜志上發表了政策論壇文章。與此同時，他們開始密集地向各國政府和國際組織發出警告。雷爾曼向白宮和國家安全界人士做了簡報，研究人員與 NIH 和國家科學基金會分別會面。“聯合國、英國政府、新加坡政府、巴西的科研資助機構，我們都做了簡報，”格拉斯說，“我們還通過間接渠道和中國政府溝通過。我們盡量不讓任何一方措手不及。”

一年半過去，這一推動已經產生了影響：聯合國教科文組織建議在全球范圍內預防性地暫停創造鏡像生命細胞的工作；資助科學研究的多家大型慈善機構，包括艾爾弗雷德·P·斯隆基金會（Alfred P. Sloan Foundation），已宣布不再資助可能導致鏡像微生物誕生的研究；《原子科學家公報》在最新一期關于末日時鐘的報告中，把鏡像生命列入了考量因素；今年 3 月，聯合國秘書長科學顧問委員會發布了一份簡報強調相關風險，指出近期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。

“基于現有證據，我認為現在幾乎沒有人還相信我們應該制造鏡像生命。”MBDF 的負責人、科學家詹姆斯·史密斯（James Smith）說。MBDF 由 Coefficient Giving、斯隆基金會和其他組織資助，專注于評估鏡像生命的風險。史密斯說，現在的挑戰是科學家如何與政策制定者和生物倫理學家合作，判斷多少鏡像生命研究可以被允許，以及由誰來執行這些規則。

何處設限

不是所有人都相信鏡像生物會構成生存威脅。如果不真的做實驗，就很難驗證關于鏡像微生物如何應對免疫系統及其他領域的預測。一些科學家反對“末日情景”的說法，認為反對鏡像生命的論點對危險給出了“夸大的評估”；還有人指出，叫做聚糖的一類碳水化合物本來就同時存在左旋和右旋兩種形態，免疫系統兩種都能識別。他們認為，聚焦免疫系統與鏡像分子相互作用的實驗，可以幫助厘清鏡像生物的風險，減少不確定性。

即使在那些相信最壞情景可能發生的研究人員之中，大家在線該劃在哪里也還有分歧。哪些研究可以做，哪些必須禁止？

德州大學奧斯汀分校的生物技術與合成生物學家安迪·埃林頓（Andy Ellington）不認為鏡像生物短期內會成真，即便成真，他也不確定它們會構成威脅。“如果說會有什么東西傷害到人類，這件事大概排在我列表的第 382 位，”他說。但與此同時，他也覺得這是一個值得繼續研究的復雜議題，希望相關討論繼續下去：“我們在一片有太多未知的領域里行動，對我們來說做風險評估非常困難。”

即便在相信最壞情景可能成真的人之中，對“界限應該設在哪里”也還存在分歧。哪些研究可以被允許，哪些必須被禁止？

明尼蘇達大學的阿達馬拉等人認為，核糖體是一條自然的分界線。核糖體是把氨基酸鏈轉化為蛋白質的細胞工廠，會是制造自我復制生物體的關鍵原料。阿達馬拉說，一旦鏡像核糖體到位，通往鏡像生命的路徑將相當直接。但西湖大學的朱聽等人反駁說，開發鏡像核糖體是值得的，因為它們有可能比傳統化學方法更高效地生產醫學上有用的肽和蛋白質。他看到這種技術與創造一個活的合成生物體之間有清晰的區別、根本性的鴻溝。“區分鏡像分子生物學與鏡像生命至關重要，”他說。不過他也指出，不僅僅是鏡像這個子集，許多含有非天然成分的合成分子和生物體都可能帶來健康風險。研究人員應當專注于制定覆蓋此類風險的整體準則，而不是只針對鏡像分子。

即使確切的風險仍然不明朗，埃斯維爾特比以往任何時候都更堅信這項工作應當暫停，也許是無限期地暫停。他說，沒有人真正意義上挑戰過“鏡像生命可能抹去一切”這個假設。主要的不確定性不在于鏡像生命是否危險，他指出，更多地在于識別哪一種細菌——包括它編碼哪些基因、吃什么、如何躲過免疫系統的哨兵——會帶來最嚴重的后果。“面對有可能失去一切的風險，我認為不值得用任何一小部分經濟利益去換。”他說。

在某種意義上，科學家曾經走過這條路，制定研究規則和邊界。比如新冠疫情開始兩年后，世界衛生組織發布了管理生物學研究風險的指南。但這段歷史其實深得多：駭人聽聞的人體實驗事件促成了機構審查委員會的設立，為研究提供倫理監督。1970 年代初，針對實驗室感染和生物戰日益擴散的擔憂，美國疾病控制與預防中心（CDC）設立了生物危害安全等級（BSL），用于規范潛在危險的生物學實驗。

1975 年，一項叫做“重組 DNA”的新技術剛剛興起，它讓研究人員可以把一種生物體的遺傳物質剪下來拼進另一種生物體內。這項技術的潛力巨大，但風險也顯而易見：萬一被改造得格外危險的病毒或細菌從實驗室泄漏，后果不堪設想。為此，一群遺傳學家聚集到加州太平洋叢林（Pacific Grove）的阿西洛馬（Asilomar）會議中心，商量如何給這類研究立規矩。會上科學家達成共識：在新的安全指南出臺之前，暫停相關研究。1976 年 6 月，NIH 根據會議成果發布了正式規則，按風險等級對重組 DNA 實驗進行分類，并與新設立的生物安全等級（BSL）體系對應。

阿西洛馬會議常被譽為科學自我治理的成功典范。但這種印象反映的是一種懷舊式的回憶。“實際上它非常混亂、非常‘人’，”萊斯大學的科學史學家路易斯·坎波斯（Luis Campos）說。同樣杰出的諾貝爾獎得主在“是否限制重組 DNA 研究”的問題上站在兩邊。討論被技術性問題主導，而關于“這項技術會影響到誰”的討論幾乎缺席。坎波斯說，會議直到律師提到責任和實驗室泄漏問題之后，才開始真正制定指南。

目前還不清楚，這些源自“已被證實風險的現成技術”的自我治理案例，是否對鏡像生命領域有用。三種相互競爭的未來畫面正在浮現：鏡像生命可能不可行；可能可行但不具威脅；可能可行且足以抹去地球上所有生命。

科學家可能正在出于恐懼和猜測自我審查。對一些人來說，叫停研究既必要又緊迫；對另一些人來說，這是不必要的束縛。可以確定的是，“該拿鏡像生命怎么辦”這個問題既帶來了啟發，也帶來了困惑，迫使科學家不僅審視當下的研究，也審視它可能通向何方。這是一片未經探索的領域。

https://www.technologyreview.com/2026/04/15/1135197/synthetic-mirror-life-microbes-kill-us-all/