化學(xué)的哲學(xué)雄心與科學(xué)使命
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-04-23
聚焦自組裝的結(jié)果是化學(xué)認(rèn)識(shí)論的深刻轉(zhuǎn)變，因?yàn)榛瘜W(xué)家們放下了他們小心謹(jǐn)慎的實(shí)證主義哲學(xué)態(tài)度，而把注意力轉(zhuǎn)向大的形而上學(xué)問(wèn)題。菲利普·鮑爾說(shuō)得十分正確，化學(xué)家們現(xiàn)在討論的是關(guān)于宇宙大爆炸和生命起源的問(wèn)題。化學(xué)家們并沒(méi)有把他們的工作僅僅限定于制造有用物質(zhì)，而是希望擴(kuò)張它的勝任領(lǐng)域，使化學(xué)事業(yè)包括諸如生命起源甚至意識(shí)起源的問(wèn)題。雷恩曾表示，化學(xué)至少為以下這些問(wèn)題提供了部分答案：
我認(rèn)為，化學(xué)的一個(gè)最重要的貢獻(xiàn)是對(duì)所有問(wèn)題中最大問(wèn)題的解答：自組織是如何產(chǎn)生的，以及它如何引導(dǎo)宇宙產(chǎn)生能夠反映其自身起源的實(shí)體？
引用上述這段話有助于我們理解化學(xué)家雄心的專屬性。首先，我們應(yīng)該知道，在為贏得“科學(xué)之王”稱號(hào)的學(xué)科戰(zhàn)爭(zhēng)的漫長(zhǎng)歷史中，物理學(xué)家和化學(xué)家采取了兩種不同的策略。物理學(xué)家們常常宣稱只有他們才可以提供自然現(xiàn)象的終極解釋，從而導(dǎo)致化學(xué)家們不得不時(shí)常對(duì)抗物理學(xué)家的這種挑釁。對(duì)于物理學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)的宣稱，化學(xué)家們的反應(yīng)是發(fā)起反宣言，即稱化學(xué)才是核心科學(xué)。反宣言論證了大自然中化學(xué)現(xiàn)象的普遍性。因?yàn)榛瘜W(xué)無(wú)處不在，存在于生物和非生物環(huán)境中，可以把它看作是所有不同領(lǐng)域科學(xué)知識(shí)之間的中間調(diào)停者。1949年，萊納斯·鮑林宣稱，經(jīng)過(guò)良好訓(xùn)練的化學(xué)家，尤其是結(jié)構(gòu)化學(xué)家，擁有最佳機(jī)會(huì)可以為科學(xué)領(lǐng)域之間的融合作出貢獻(xiàn)，因?yàn)榕c物理學(xué)家不同，化學(xué)家感興趣的是不同類型的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且他們可以把性質(zhì)與特定結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來(lái)。因此，最雄心勃物的化學(xué)觀是，化學(xué)作為一門科學(xué)不僅擁有普世通用的工具，而且還能夠聯(lián)合各門科學(xué)而服務(wù)于科學(xué)的統(tǒng)一，所以它取代了物理學(xué)家想要支配所有其他科學(xué)的野心。
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今天，化學(xué)家研究自然現(xiàn)象的方法，即“通過(guò)做實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)知”的方法，似乎在其他科學(xué)中獲得了支持。當(dāng)化學(xué)家們?cè)谀M生物結(jié)構(gòu)和過(guò)程的同時(shí)，生物學(xué)家們則開(kāi)始模仿化學(xué)技術(shù)。設(shè)置“合成生物學(xué)”課程的宗旨是實(shí)現(xiàn)以合成轉(zhuǎn)變化學(xué)的方式轉(zhuǎn)變生物學(xué)。在恢復(fù)19世紀(jì)貝特洛提出的自下而上的合成概念時(shí)，今天的合成生物學(xué)家們主要關(guān)注的是模擬、設(shè)計(jì)和建造生命系統(tǒng)的核心組分，以便能夠把這些核心組分組裝成更大的一體化的系統(tǒng)。但是合成化學(xué)與合成生物學(xué)不是嚴(yán)格類似的兩項(xiàng)計(jì)劃，現(xiàn)代合成生物學(xué)家把核心組分看作是某種工具，為了達(dá)到特定的性能標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)這些工具進(jìn)行修改或者調(diào)節(jié)，因而也偏離了為解決技術(shù)問(wèn)題而對(duì)生物產(chǎn)品完全和準(zhǔn)確無(wú)誤的模仿。我們可以引用來(lái)自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校曾經(jīng)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的學(xué)生為例，經(jīng)他們轉(zhuǎn)基因處理的大腸桿菌能夠?qū)猱a(chǎn)生反應(yīng)而生成一個(gè)細(xì)菌攝影系統(tǒng)。
由自下而上方法誘導(dǎo)下的學(xué)科重組讓很多感興趣的化學(xué)家與生物學(xué)家和生物計(jì)算機(jī)科學(xué)家們形成多方協(xié)作，以便設(shè)計(jì)出帶有可以執(zhí)行特定任務(wù)的合成基因組的人工微生物。生產(chǎn)生物燃料的藻類、可以降解石油化學(xué)產(chǎn)品以及其他廢物以幫助清潔污染區(qū)的細(xì)菌，這些是合成生物學(xué)中最具有吸引力的研究課題。有人預(yù)測(cè)在未來(lái)幾十年里，生物工業(yè)將取代化學(xué)工業(yè)的半數(shù)市場(chǎng)份額。所以，隨著化學(xué)家們啟動(dòng)的向大自然和技術(shù)靠攏的合成方法逐漸蔓延到生物學(xué)領(lǐng)域，化學(xué)工業(yè)也受到了新的生物工業(yè)的威脅，使得許多化學(xué)工業(yè)不得不轉(zhuǎn)向生物合成以謀求生存。
合成化學(xué)和合成生物學(xué)之間的另一個(gè)重要共同特征是通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)的理念。基因工程背后的一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力是想知道把新堿基順序引入基因組后會(huì)有什么情況發(fā)生。雖然研究者們一般都是從結(jié)果開(kāi)始進(jìn)行反向思考的，但他們還是常常會(huì)被意外結(jié)果嚇到。預(yù)測(cè)結(jié)果和真實(shí)結(jié)果之間的這種不一致其實(shí)可以提供非常有用的信息，這一點(diǎn)剛好類似于有機(jī)化學(xué)研究，其中許多關(guān)鍵的合成技術(shù)都是從未預(yù)料到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中總結(jié)得來(lái)的。
為了將實(shí)驗(yàn)活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化和一體化，合成生物學(xué)家研究出一種方法，他們將生產(chǎn)過(guò)程分解以便識(shí)別出合成過(guò)程中的“單元操作”。在這方面，生物學(xué)家們似乎采取的是一個(gè)世紀(jì)以前由化學(xué)工程師發(fā)明的化學(xué)合成方法。ー旦用這些單元操作來(lái)重新定義DNA片段，那么就可以把這些片段組裝成一個(gè)具有特定行為方式的模塊、比如這個(gè)模塊可以用作為一個(gè)振子或者開(kāi)關(guān)。這種方法的總目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化和可互換的建造模塊（“生物功能磚塊”）庫(kù)，稱為《標(biāo)準(zhǔn)生物部件注冊(cè)表》（Registry of Standard Biological Parts）。原則上，每一個(gè)操作單元不論在一條DNA鏈的哪個(gè)位置都可以用于執(zhí)行特定的功能，這樣便可以累積無(wú)數(shù)的功能。這些技術(shù)的潛在應(yīng)用幾乎是無(wú)限的，但是修復(fù)損壞細(xì)胞是技術(shù)啟動(dòng)者們引用最多的目標(biāo)用途。
有不少具有科學(xué)遠(yuǎn)見(jiàn)的預(yù)言家，他們看到的不止是醫(yī)學(xué)使命這個(gè)最謙卑的用途，像克萊格?文特爾（Craig Venter）這樣的合成生物學(xué)的忠實(shí)擁護(hù)者們已經(jīng)開(kāi)始討論利用這些技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)生物有機(jī)體。這些人工生物將擁有全套的人工基因組，它們采用DNA合成技術(shù)從頭開(kāi)始合成。同時(shí)，還有望把各種納米技術(shù)融合成一種技術(shù)，通過(guò)融合后的技術(shù)可以觀看人工分子機(jī)器生產(chǎn)人工生物，以及最終可以實(shí)現(xiàn)生物的自我復(fù)制。因此，合成生物學(xué)家們?cè)诓杉{合成化學(xué)家方法的同時(shí)也重新開(kāi)啟了對(duì)一貫的活力論的攻擊，企圖打破仍然存在于生命和非生命物之間的那些障礙。在制造人工生物的嘗試中，合成生物學(xué)家們并非只是試著復(fù)制生物有機(jī)體，他們現(xiàn)在已經(jīng)把目標(biāo)上升到完善自然上，企圖創(chuàng)造他們自己的新物種。鑒于21世紀(jì)的科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)取得了革命性的發(fā)展，那么科學(xué)家們有可能抵制住以同樣的方式來(lái)扮演上帝這個(gè)誘惑嗎？
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