化学的哲学雄心与科学使命
实验室k / 2019-04-23
聚焦自组装的结果是化学认识论的深刻转变，因为化学家们放下了他们小心谨慎的实证主义哲学态度，而把注意力转向大的形而上学问题。菲利普·鲍尔说得十分正确，化学家们现在讨论的是关于宇宙大爆炸和生命起源的问题。化学家们并没有把他们的工作仅仅限定于制造有用物质，而是希望扩张它的胜任领域，使化学事业包括诸如生命起源甚至意识起源的问题。雷恩曾表示，化学至少为以下这些问题提供了部分答案：
我认为，化学的一个最重要的贡献是对所有问题中最大问题的解答：自组织是如何产生的，以及它如何引导宇宙产生能够反映其自身起源的实体？
引用上述这段话有助于我们理解化学家雄心的专属性。首先，我们应该知道，在为赢得“科学之王”称号的学科战争的漫长历史中，物理学家和化学家采取了两种不同的策略。物理学家们常常宣称只有他们才可以提供自然现象的终极解释，从而导致化学家们不得不时常对抗物理学家的这种挑衅。对于物理学是基础科学的宣称，化学家们的反应是发起反宣言，即称化学才是核心科学。反宣言论证了大自然中化学现象的普遍性。因为化学无处不在，存在于生物和非生物环境中，可以把它看作是所有不同领域科学知识之间的中间调停者。1949年，莱纳斯·鲍林宣称，经过良好训练的化学家，尤其是结构化学家，拥有最佳机会可以为科学领域之间的融合作出贡献，因为与物理学家不同，化学家感兴趣的是不同类型的物质结构，而且他们可以把性质与特定结构关联起来。因此，最雄心勃物的化学观是，化学作为一门科学不仅拥有普世通用的工具，而且还能够联合各门科学而服务于科学的统一，所以它取代了物理学家想要支配所有其他科学的野心。
今天，化学家研究自然现象的方法，即“通过做实验来认知”的方法，似乎在其他科学中获得了支持。当化学家们在模拟生物结构和过程的同时，生物学家们则开始模仿化学技术。设置“合成生物学”课程的宗旨是实现以合成转变化学的方式转变生物学。在恢复19世纪贝特洛提出的自下而上的合成概念时，今天的合成生物学家们主要关注的是模拟、设计和建造生命系统的核心组分，以便能够把这些核心组分组装成更大的一体化的系统。但是合成化学与合成生物学不是严格类似的两项计划，现代合成生物学家把核心组分看作是某种工具，为了达到特定的性能标准可以对这些工具进行修改或者调节，因而也偏离了为解决技术问题而对生物产品完全和准确无误的模仿。我们可以引用来自德克萨斯大学奥斯汀分校曾经转基因大肠杆菌的学生为例，经他们转基因处理的大肠杆菌能够对光产生反应而生成一个细菌摄影系统。
由自下而上方法诱导下的学科重组让很多感兴趣的化学家与生物学家和生物计算机科学家们形成多方协作，以便设计出带有可以执行特定任务的合成基因组的人工微生物。生产生物燃料的藻类、可以降解石油化学产品以及其他废物以帮助清洁污染区的细菌，这些是合成生物学中最具有吸引力的研究课题。有人预测在未来几十年里，生物工业将取代化学工业的半数市场份额。所以，随着化学家们启动的向大自然和技术靠拢的合成方法逐渐蔓延到生物学领域，化学工业也受到了新的生物工业的威胁，使得许多化学工业不得不转向生物合成以谋求生存。
合成化学和合成生物学之间的另一个重要共同特征是通过实验活动来学习知识的理念。基因工程背后的一个主要驱动力是想知道把新碱基顺序引入基因组后会有什么情况发生。虽然研究者们一般都是从结果开始进行反向思考的，但他们还是常常会被意外结果吓到。预测结果和真实结果之间的这种不一致其实可以提供非常有用的信息，这一点刚好类似于有机化学研究，其中许多关键的合成技术都是从未预料到的实验结果中总结得来的。
为了将实验活动标准化和一体化，合成生物学家研究出一种方法，他们将生产过程分解以便识别出合成过程中的“单元操作”。在这方面，生物学家们似乎采取的是一个世纪以前由化学工程师发明的化学合成方法。ー旦用这些单元操作来重新定义DNA片段，那么就可以把这些片段组装成一个具有特定行为方式的模块、比如这个模块可以用作为一个振子或者开关。这种方法的总目标是构建一个标准化和可互换的建造模块（“生物功能砖块”）库，称为《标准生物部件注册表》（Registry of Standard Biological Parts）。原则上，每一个操作单元不论在一条DNA链的哪个位置都可以用于执行特定的功能，这样便可以累积无数的功能。这些技术的潜在应用几乎是无限的，但是修复损坏细胞是技术启动者们引用最多的目标用途。
有不少具有科学远见的预言家，他们看到的不止是医学使命这个最谦卑的用途，像克莱格・文特尔（Craig Venter）这样的合成生物学的忠实拥护者们已经开始讨论利用这些技术来设计生物有机体。这些人工生物将拥有全套的人工基因组，它们采用DNA合成技术从头开始合成。同时，还有望把各种纳米技术融合成一种技术，通过融合后的技术可以观看人工分子机器生产人工生物，以及最终可以实现生物的自我复制。因此，合成生物学家们在采纳合成化学家方法的同时也重新开启了对一贯的活力论的攻击，企图打破仍然存在于生命和非生命物之间的那些障碍。在制造人工生物的尝试中，合成生物学家们并非只是试着复制生物有机体，他们现在已经把目标上升到完善自然上，企图创造他们自己的新物种。鉴于21世纪的科学与技术已经取得了革命性的发展，那么科学家们有可能抵制住以同样的方式来扮演上帝这个诱惑吗？
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