生物黑客来了！ 基因工程网络自学编辑本段回目录
新一代黑客—仓库生物学家 编辑本段回目录
硅谷的车库似乎有一种魔力，很多知名公司都从这里起步，并迅速发展壮大。除了IT行业之外，车库天才还在兴奋地制造电动汽车并谈论航空器和火箭，如今生物技术也将步其后尘，进入“车库生物学”时代。
好时代
互联网产业已经发展成熟，比尔·盖茨说下一个世界首富必将出自生物技术领域。他在比尔与梅琳达·盖茨基金会的工作使他对疾病和免疫学有了较深的了解。他说：“如果你想为世界带来巨大的变化，就应该研究分子生物学。”当许多人都把电脑以及软件作为未来投资的重点时，一些互联网产业的领头人，逐渐把眼光投向生物技术领域。
2002年，甲骨文的拉里·埃里森就预计，硅谷将变成一个生物谷，生物技术将取代信息技术成为旧金山湾地区的支柱产业。他同盖茨一样，也捐助了一个慈善性质的埃里森医疗基金，向第三世界国家提供疫苗防治传染病，同时资助对老年病的治疗研究。埃里森把生物技术和互联网技术做了一个比较：互联网是一项非常重要的技术，但互联网不能同其他基础科学相比，比如物理学可以帮助造出原子弹来，生物技术则可以更深刻地改变世界的基础科学。
随着人类基因组计划的完成，人类基因图谱已经被科学家们分解为31亿个化学组织的数字代码。美国太阳微系统公司的首席科学家比尔·乔伊（Bill Joy）曾表示，基因成为储存在电脑中的数字代码，而不是显微镜下的生命组织，极大地改变了人们对生物学的看法。他说：“人类基因组代码在2000年被破解是一种象征，它使生物学成为一种信息科学。21世纪将成为真正的信息时代，不过我所指的并不是互联网。”
尽管生物技术产业一直蹒跚前进，但这似乎是一个好时代，有着无限可能。在这一领域，那些热爱技术但对盈利不感兴趣的纯粹黑客，可以像控制电脑代码那样控制基因代码。正如接受《连线》杂志采访时，比尔·盖茨所说的，生物领域的研究也需要黑客精神，而且将对人类产生同样深远的影响。黑客仍将是下一场革命的英雄。
“生物黑客”
新兴的生物黑客们在车库、地下室或家中修修补补，侵入许多微生物的基因代码之中。他们的目标简单有趣，比如让细胞发光或发出类似香蕉的气味。这很容易让人想起上世纪70年代IT革命的开端，家酿计算机俱乐部的成员们经常聚集在仓库中，交换零件、电路板和DIY电脑设备的最新信息。俱乐部成员乔布斯回忆道，当初苹果完全是因为一项爱好，是为了有趣而设计的，而不是为一个公司开发一项产品。
生物黑客们也持有这种念头，而且更加稀奇古怪，试图以个人力量揭开生命的某个秘密，比如希望重新编写基因代码，创造出新物种。这些人还有其他名字，比如“生物朋克”、“DIY生物学家”、“车库生物学家”等等。到目前为止，他们的出现只是一个苗头，还没形成全球气候，单打独斗不依赖某个机构的生物技术发烧友还很少，因为这不是一个普通人能玩得起的行业。虽然门槛一直在降低，但是到目前为止，用二手设备搭建的家庭生物技术实验室仍需约5万美元。
如何才能成为一名生物黑客？需要先在eBay上为自己购置一些必需的设备。1000美元能买到一套精确的用来处理液体的仪器和一套用于分析DNA的电泳设备，或许还需要再到诸如BestUse和LabX等专业网站去转转，寻找另外一些必备器材。如果买不起某种特殊的仪器的话，还可以等上一年半载，购买实验室淘汰但仍然好用的二手货。需要使用哪些化学药剂，实验方法怎样，都能在DNAHack网站上找到，Google也能提供更多帮助。
除了资金，技术门槛也不算低。很多仪器需要经常操作才能达到熟练、准确使用的程度，并且生物黑客们还要学会分析实验结果，总结问题。所以，外行人士需要学习一些专业课程，或者去大学选修实验课。尽管也能找到一些实验指南，但是就像菜谱对一个完全不会做饭的人来说毫无意义一样，这些指南亦是如此，你看了再多遍如何提纯DNA或者如何将DNA注入一种细菌，也难免出错。生物学实验一点儿也不算简单，需要熟悉所有的仪器、步骤，多和基因打交道才能操控它们。接下来，生物黑客还要学习一些基因序列设计软件，可能需要不分白天黑夜地窝在电脑前对基因组序列进行微调。虽然可能会发现不同的生物体之间的一些有趣的联系，但真正的工作还是要到实验室台上才能完成。
所以，刚刚踏入生物学门槛的人千万不要奢望在短期内就会成为攻克癌症的伟人。正因为如此，很多生物黑客都是专业人士。一批批生物专业的毕业生离开学校，希望依靠生物技术白手起家实现自己的理想，这些人最有可能对家庭作坊式的生物技术实验室感兴趣。他们不仅接受过专业训练，而且即便是在家也像在学校或者企业的实验室里一样谨慎。他们中一些人已经成功了，Agribiotics是一个从家居的地下室里发展起来的农业生物技术公司，它被卖出了2000万欧元。
IT行业黑客的有趣之处在于能够通过操控软件来改变现实，他们能轻松获取知识和工具，实现全球信息共享。黑客们掌握了在数字世界堆砌艺术品的手艺，生物黑客也在试图通过共享信息、更方便地获取信息来达到目的。有个最简单的例子，一个名为biopunk.org的网站上，有网友发帖说：“几周前，有人在学校抱怨自己饮食失调，患有乳糜病和其他毛病，导致自己不能吃某些食物。她之前也提到这些，坦白说我已经厌倦了，所以我午饭时上网花了20分钟在专利库中寻找线索，然后告诉她如何使用很多专业网站，寻找关于某些肠胃细菌的资料来自己治疗。”
这只是一个很简单的例子，但是很明显，生物黑客们已经进入状态，自己寻找专业信息来解决问题。
DIY生物学
生物黑客在合成生物学领域尤其明显。即便是这个领域的专业科学家也常常是技术狂人，比如克雷格·文特尔。美国人文特尔是第一位对某种细菌的整个基因组进行排序的人，他随后成立了一家私人公司，与政府出资支持的人类基因工程研究展开竞争。今年，他用现有的化学物质制造出一个细菌的基因组，然后插入另外一个细胞中，合成了一个新的微生物，被称为第一个人造生命。文特尔被称为生物学领域的“科学怪人”，像他这样的怪人在合成生物学领域不在少数。
虽然人们已经能实现基因在不同物种间的移动，比如用细菌生成具药用功能的人体蛋白质，或者农作物可以生成起杀虫剂用的细菌蛋白质，但现有的基因工程仍然只是“过家家”。真正的基因工程应当包括更多激进的全新设计，包括合成新的物种。同现在的“修修补补”相比，这些创新更配得起“基因工程”这个名字。不过既然基因工程这个名字已经被用了，该领域的先驱们将这个新兴的学科命名为“合成生物学”。
成生物学领域颇为激进的一个人物是德鲁·恩迪（Drew Endy）。他就职于美国麻省理工学院，专业是工程学而非生物学。作为一名工程师，他一眼就能识别出那些尚不成熟的技术。在他眼里生命本身就不完善，“没有哪个智能设计师会像生物进化那样将所有生物的基因组放在一起。有些基因部分重合，这意味着这些基因无法独自完成某些任务，还有一部分基因丧失了功能却仍然存在，因此它们只能把事情弄乱。而且，生物进化过程全无条理感和层次感。”他说。与工程师不同，生物进化无法重新来过，只能按现有的样子继续下去。那些仅仅理解生命是如何运作的生物学家认同这一过程，而和恩迪一样，希望改变生命运作方式的工程师们对进化过程无法认同。他们想重头来过。
所以，恩迪扩展了麻省理工的同事汤姆·奈特（Tom Knight）发明的一个概念——生物积木（BioBricks）。奈特的灵感来源于一种叫做乐高（Lego）的儿童玩具。乐高玩具如此流行是因为任何部分之间都可以通过一种通用连接器相结合。生物积木是头尾用过某种通用间接器相连接的一串DNA。因此，生物积木可以互相连接而形成更高等级的部件，甚至可以接入某一细胞的DNA之中，从而控制该细胞的活动。
恩迪欣赏生物积木，因为它们使合成生物学家们有了一套标准部件，这是电气工程师们除摩尔定律之外所享有的另一项优势。如果某位工程师想要用某一特别部件来完成一项工作，他可以翻开目录，找到带有恰当参数的部件，然后从供货商那里订货。他不需要自己来设计这个部件，也不需要知道这个部件如何运作。恩迪博士认为，生物积木可以给生物学家们带来同样的便利。
一个生物积木的DNA包括那些可以用作标准部件的基因的组合。如果将其移植到细胞的蛋白质之中，它可以令细胞发挥更多功能，不仅仅是“制造更多的蛋白质X”。恩迪对于可以调节其他基因的转换和控制系统特别感兴趣，这种转换是电子学的基础，他希望有一天这种转换能够为工业化地合成生物学奠定基础。
2003年，恩迪和他的同事奈特、兰迪·雷特伯格（Randy Rettberg）以及杰拉尔德·萨斯曼（Gerald Sussman）创立了iGEM——国际合成生物学大赛，目的是鼓励利用标准化部件建构生物学系统。2006年，恩迪手下的一队本科生利用“生物砖石”部件给气味很难闻的大肠杆菌重新编程，让它生长时闻起来像冬青树，而生长完成之后则闻起来像香蕉，他们将成果命名为“香水菌”。2008年，来自斯洛文尼亚的获胜小组运用自行设计的生物学部件制出了幽门螺杆菌的疫苗，这种寄生在胃部的细菌会导致胃癌，此前还没有找到适用于人类的此种疫苗。迄今为止，这个小组已经在小鼠上测试了他们的造物，结果颇具潜力。
这是开源的生物学，全部知识产权共享。“生物技术和IT的重要特征在于都有代码并且依赖信息，但二者已经按照完全不同的轨迹发展。当IT领域的带头人已经形成合作关系，行业标准虽不情愿但也还是公开了源代码，而生物巨头们则保护自己武装到牙齿，而且将来也打算这样做，原因可以归根于贪婪和恐惧。”恩迪说。
有人认为，生物学与计算机不同，它更复杂也更困难，因为需要实验室的参与。作为合成生物学领域的资深人物，美国奇点大学科学家安德鲁·赫塞尔（Andrew Hessel）说，这种说法是那些不了解历史的人杜撰的。“一开始，制造计算机是非常困难的。”他说，“事实上，现在手机的计算能力比早期IBM房间那么大的计算机还强。当时，似乎只有那些拥有许多专长和大量预算的企业才能使用计算机工作。这就如同今日许多人对生物学的开发，而情况正在改变。”甚至可能会发生这种情况：生物DIY爱好者们的起步会更加容易，因为比起早期的电脑黑客至少有一个巨大的优势，那就是互联网。
“事实上，我们试图超越的是人类的生物特性，而非人性。人类是唯一试图改变自己的物种，其他物种还做不到这样。如果我们没有改变自身，可能只能活到25岁，这是1000年前的预期寿命。你觉得我们没有改变？其实我们已经把各种各样的东西放进了自己的身体里，比如药物和医疗装置。或许从这个时代开始，我们就能够决定自己的命运。上世纪，我们揭开了生命的基本代码，现在我们正在以前所未有的速度进行研究。我们从被动的观察员转变角色，成为天然的舞蹈家，我们将进入一个时代，关于我们是谁、我们将如何生活这些更深层次的问题。”赫塞尔说。
他和恩迪都信奉奈特的一句话：“科学家发现世界存在，工程师创造出不存在的世界。”
但是这种变化让某些人感到恐惧，理想主义者可以运用的东西，恐怖分子同样可以使用。许多博客提供了一切相关领域的各种建议，从如何保存蛋白质，到为DNA脱盐的最佳方法。诸如此类的开放性很吓人，已经有人呼吁要对此类技术实行更严格的掌控。对此恩迪显然已经考虑到。“在将来，我们可能会具有近乎上帝的力量，这种力量将给我们无与伦比的潜力，同时也赋予了我们极大的责任。只有时间才能告诉我们，生物黑客运动对合成生物学的影响是否如同黑客文化对数字世界的影响一样。”恩迪说。
5个重要问题
上世纪50年代，数学家约翰·冯·诺伊曼在普林斯顿大学设计和建设了第一台电子计算机，通过输入指令来运行。冯·诺伊曼并没有发明计算机，所谓的埃涅阿克计算机5年前就已经在美国宾夕法尼亚大学运行。冯·诺伊曼发明的是软件，通过编码指令让计算机变得更敏捷和更灵活。电子硬件与卡片穿孔机软件相结合，创造出一台能够预测天气、模拟生物种群进化、测试氢弹可行性的机器。冯·诺伊曼知道，他的发明将改变世界。他明白，这台机器经过改良，日后将主宰科学、商业和政府运作。但他设想的电脑是大型且昂贵的，为大型研究实验室或大型工业集中设施使用。他并没有预见电脑会越来越小，越来越便宜，被家庭主妇用来做退税表，或者给孩子做功课。他完全没有预见电脑游戏会成为21世纪生活的重要娱乐方式。由于电脑游戏，新一代人在成长中染上了无法消除的电脑瘾和网瘾。无论是好是坏，病态或健康，电脑已经成为我们生活的一部分，人类与电脑的结合似乎比丈夫和妻子的结合更紧密。
著有诸多科普读物的普林斯顿数学物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）说，当年在冯·诺伊曼眼里，计算机是大型集中设施，如今基因工程在大众眼里也是大型制药企业和农业企业的专利。公众不信任孟山都公司，是因为孟山都公司的转基因作物和农药有弊病，就像人们也质疑冯·诺伊曼，因为他用计算机设计氢弹。如果基因工程仍然被掌握在大企业手中，基因工程可能会继续是不得人心的、有争议的。
他觉得沿着计算机产业的路径走下去，生物技术产业会有光明的前景。为了让生物技术生活化，下一步是要用户界面好。他写道：“每一朵兰花和玫瑰，蛇和蜥蜴，都是一个需要专注的领域，成千上万的业余爱好者和专业人士，献身这个领域。如果遗传工程对这些人来说变得容易操控，你可以想象会发生什么事情。到时将会出现装配好的工具包，园丁利用基因工程培育出新品种玫瑰和兰花，鸽子和鹦鹉、蜥蜴和蛇的爱好者们也有自己的工具包，用来培育新的宠物，而狗和猫的培育者也有自己的工具包。”
他乐观地认为，基因工程一旦进入家庭主妇和儿童的手中，像信息爆炸一样，将会给人们带来新的生物多样性爆炸。基因组的设计将成为私人的事情，变成一个新的艺术作为形式，就像绘画和雕塑那样。能流传下来的接触作品会很少，但都会给人类带来欢乐。
他还设想，就像专门为学龄前儿童设计的电脑游戏一样，新的生物技术游戏也被设计出来，但是孩子们玩的将是真的鸡蛋和种子，而不是在屏幕上的图像。玩这种游戏，孩子们将和生命越来越亲密。他甚至设想获胜者可能是培养出仙人球的孩子，或者孵化出可爱小恐龙的孩子。当然这些游戏可能会比较混乱并且危险，需要规章制度来保证游戏不危及孩子和他人的安全。
可是，这种潮流的风险无处不在。人们需要回答5个重要问题。“首先，它能停止吗？其次，它应该停止吗？第三，如果阻止它是不可能或不可取的，我们需要对其强加什么限制？第四，如何决定这些限定？第五，应如何限制予以强制执行，从国家考虑还是国际考虑？”考虑这些问题的时候，难免不会拿计算机技术和生物技术进行类比。生物黑客能制造出来麻烦的小鱼，就像年轻的电脑黑客在互联网上传播计算机病毒。不过对此弗里曼·戴森很乐观，他说：“从长远来说，由于生物技术在全世界传播，避免大规模生物恐怖主义的最好办法是将生物技术的好处尽可能广泛地传播开。”■
未来世界的黑客
技术变革将从根本上改变我们的道德与社会制度，创造一个更加平等的世界。三个关键的科技进步：太阳能将为贫困地区提供足够的能量；基因工程将改善儿童健康；互联网连接全世界的人，将贫穷的国家从文化的孤绝中拯救出来。一旦这三种元素到位，非洲的每个村庄将公平地分享人类文明的成果。
——弗里曼·戴森：《太阳、基因与互联网》
另外含义编辑本段回目录
并将该过程称之为“生物入侵”。
目前我国受外来物种入侵的情况十分严重，其分布范围极其广泛，除了青藏高原上少数人迹罕至的偏远保护区外，全国34个省、自治区、直辖市都有外来入侵物种。
外来入侵物种主要有五大危害。
一是导致生态系统多样性、生物物种和遗传资源多样性的丧失和破坏，甚至造成本地生物物种的灭绝。如紫茎泽兰，因其传播速度极快、生长能力强和繁殖率高的特点，能很快在入侵地形成单一优势种群，造成当地生态系统的生物多样性变得单一。
二是导致草场退化，畜牧业受损。天然草场被紫茎泽兰入侵3年后覆盖率可达90%以上，草场迅速退化，紫茎泽兰的种子和花粉，能使马羊等牲畜患上哮喘病，引起牲畜组织坏死和死亡。
三是导致农业、林业减产歉收。据专家估算，全国每年因外来生物入侵给农业带来的损失占粮食产量的10%—15%，棉花产量的15%—20%，水果蔬菜的20%—30%。
四是导致环境污染。如水葫芦，无性繁殖能力极强，可以迅速扩大种群。一旦数量超过打捞能力和利用需要，多余的便会腐烂变质，使水体丧失使用功能。比如滇池的水葫芦疯长成灾，严重破坏水生生态系统的结构和功能，已导致大量水生动植物死亡。
五是影响人类健康。用紫茎泽兰的茎叶下田作沤肥，可使人的手脚过敏发炎。普通豚草的花粉能引起人类患上花粉过敏症和枯草热症。
如今，一种名叫苏门白酒草的不起眼的外来植物，可能成为三峡库区生态安全的隐患。
2006年夏天，中国科学院武汉植物园主任助理丁建清研究员，在三峡库区考察时惊讶地发现，苏门白酒草在库区已经呈泛滥之势。无论是距离大坝不远的河岸，还是高速公路两侧的裸露地，这种菊科植物都在拼命生长。
苏门白酒草通体绿色，根系发达，一棵植株每次可结种近万粒，生存和繁殖能力极强。其种子像蒲公英一样随风传播，然后落地生根，从而疯狂地挤占了本地植物的生存空间。
实际上，自19世纪中期由南美洲悄然进入中国以来，苏门白酒草已经遍布云南、四川等十多个省份。三峡所在的湖北省，不过是它最新攻陷的又一个“战略要地”而已。就在四年前的2004年，华中师范大学两位学者发表论文，初步确定湖北省外来入侵植物有56种时，苏门白酒草尚不在名单之列。
所幸，苏门白酒草属于陆生植物，对三峡水库本身的安全不会构成直接威胁。但此外，在三峡水库周边的河沟中，已经出现了水花生、水葫芦等熟谙“水战”的入侵生物，这不能不引起我们的警惕。
丁建清在接受《财经》记者采访时警告说，一旦这些不速之客成了“气候”，顺着水流漂到三峡水库并大面积繁殖的话，将可能危及大坝的正常运行。
这并非杞人忧天。上世纪80年代末期，蜂拥而上的水葫芦一度堵塞了非洲国家乌干达的欧文水电站闸门。最近这些年，水葫芦在雨季频频冲击浙江的富春江等南方地区水库，令发电厂不胜其扰。
当然，正在三峡库区演绎的故事不过是“生物黑客”在全球扩展的一个缩影而已。包括中国在内的几乎每一个国家，都不可避免地受到外来入侵生物的冲击。
据美国康奈尔大学戴维·皮门塔尔(David Pimental)研究组估算，生物入侵给美国带来的经济损失每年达1000多亿美元。一场伊拉克战争的开销，也不过这个量级。而正处于经济蓬勃发展时期的中国，更为入侵生物“扩大战果”提供了难得的契机。
在今年4月的美国《生物科学》（BioScience）杂志上，丁建清和中国科学院华南植物园主任黄宏文研究员等发表文章指出，大规模的工程建设、不断增加的旅行者人数和货物贸易等因素，正帮助更多的外来物种在中国各地“安家落户”。
在中国业已完成或正在进行的重大工程中，三峡工程、南水北调和西气东输都属于世界级工程；在巨大的经济效益背后，这三大工程或可被列为“对生态系统干扰最大的三大工程”。
以南水北调为例，这一远距离调水工程在缓解北方水危机的同时，可能成为一些外来的水生植物和半水生植物北上的“快速通道”。
有澳大利亚科学家在20世纪70年代末期曾经认为，水花生不会越过黄河。但黄河南岸最近已经出现这种通常只在热带和亚热带地区生长的植物。水花生进一步北侵并跨越黄河，或许已是指日可待。
铁路和高速公路也可能成为入侵生物的“交通走廊”。例如，已经投入运行的青藏铁路，给旅客和货物进出西藏带来了便利，但也可能将东部一些外来入侵生物带到生态链条脆弱的青藏高原。
目前，中国已经确定的入侵生物达到了400多种，是世界上受生物入侵危害最严重的国家之一。在国际自然保护联盟(IUCN)公布的全球100种最具威胁的外来生物中，中国就有50余种。
与外来入侵植物相比，外来入侵动物扩散速度更加惊人。1993年12月，海南三亚首先检测出美洲斑潜蝇。短短一年时间，美洲斑潜蝇扩散到全国20多个省份，造成豆类、瓜类蔬菜大量减产，每年的经济损失数以亿元计。
北京也是生物入侵的“重灾区”之一，已经确认的入侵物种为56种。其中来势汹汹的美国白蛾已被当作北京奥运会的大敌。2003年9月，美国白蛾突破北京市设下的重重防线，在中心城区的大树上结网，将树叶吃得精光。
发生在首都的“人蛾大战”到现在仍未结束。3月21日，国家林业局还专门下发《2008年美国白蛾防治任务的通知》，特别强调“为绿色奥运服务”。通知明确要求北京市要做到“第一时间发现，第一现场根除”。
迄今为止，在应对生物入侵这场没有硝烟的战争中，尽管偶尔也有捷报传来，但更多时候，我们是屡败屡战。受技术、资金以及重视程度等各种方面的制约，类似北京市对美国白蛾的防治大手笔，在全国并不多见。
然而，生物入侵的潜在危害绝不容低估。在全球范围内，生物入侵已经和气候变化、污染防治等一起被视为严峻的环境挑战。对于中国而言，挑战或许更为严峻一些。
以美国为例，早在1990年，美国就通过了外来水生生物危害预防与控制法案。六年后，又通过入侵生物法案。1999年，美国成立了由农业部、内务部和商务部三个部长共同担任主席、13个联邦政府部门参与的国家入侵生物委员会。
在中国，虽然农业、林业、环境保护、质量监督检验检疫等部门，也相继出台了针对外来有害入侵物种的防治和管理规定。不过，仅靠这些部门的力量是远远不够的，更重要的是政府必须从整体上提高警惕性。
中国科学院武汉植物园主任助理丁建清及其同事在《生物科学》上就直言不讳地撰文呼吁，针对中国的入侵物种问题应该“加强科学研究、公众教育和政府部门的关注程度”。
在接受《财经》记者专访时，丁建清表示，在美国，针对铁路和高速公路可能带来的生物入侵，交通部门有专门的研究课题。但在中国，很多地方修建高速公路时，都不能及时用本土植物对公路两侧的裸露地进行绿化，使得入侵生物很容易乘虚而入。
在丁建清看来，中国今后对建设工程进行环境影响评价时，也应该将生物入侵考虑在内。
在三峡库区，三峡工程开发总公司等已经为一些濒危珍稀植物的保护投入了不少资金，中国科学院武汉植物园等机构则在进行濒危珍稀植物的抢救工作。也许，这些都能成为一个新的起点。
丁建清对《财经》记者强调，外来生物入侵是造成本土物种灭绝的一个重要因素。如果我们不能对此给予应有的关注，整个生物多样性的保护也将无从谈起.
参考文献编辑本段回目录
http://www.lifeweek.com.cn/2010-08-23/0000429432.shtml
