38位顶尖学者联名示警：停止这类研究，它带来“前所未有的风险”

一批生命科学领域的科学家焦急地发声，呼吁叫停本领域内一类前沿研究——创造“镜像生命”。因为他们看到，尽管这类研究具有重要的科学意义和潜在的工业应用，但其带来的风险可能远远大于其潜在的收益。镜像微生物最令人担忧的风险在于，它们可能逃避人类和其他多细胞生物的免疫系统，从而对人类健康、动植物以及整个生态系统构成前所未有的威胁。

撰文 | 王新凯

2024年12月，由24位诺贝尔奖获得者和国际专家组成的科学家团队发布一份长达299页的技术报告，深入分析了当前镜像生命的技术障碍、技术前景，以及前所未有且很大程度上被忽视的风险。与此同时，包括报告作者在内的38位顶尖科学家还联名在《科学》杂志发表题为《面对镜像生命的风险》的评论文章，对创造镜像生命的研究发出警告。

他们指出，尽管对镜像生命的研究充满热情且意义深远，但构建一个可行的镜像微生物可能至少还需要十年的时间，他们担心这些人工合成的生物可能会给地球上的生命带来“前所未有的风险”。因此，敦促停止一些研究人员创造镜像生命的研究，并呼吁资助方明确表示不再支持这类研究。

创造镜像生命研究中前所未有的风险主要体现在，由自然界天然分子的镜像结构所构建的镜像微生物，可能会在环境中生存，并绕过自然生物的免疫防御机制，进而使人类、动物和植物面临致命感染的风险。

与此同时，他们还呼吁全球科学界、政策制定者、研究资助者、民间社会和公众进行更广泛的讨论，以制定适当的前进道路。

生命为何会有手性青睐？

手性分子是指那些与其镜像不能重叠的分子。手性现象这一概念最早由法国化学家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）于1848年发现。当时，巴斯德在研究酒石酸盐晶体时注意到它们的形状呈现两种不同的镜像结构，分别为“左旋”和“右旋”，但两者的化学性质几乎完全相同，他由此推断分子结构具有镜像对称性。

手性分子具有不可叠加的镜像 | 来源：报告

如今，手性分子的研究在化学、医药、生物学等领域占据重要位置，许多生物分子（如氨基酸和糖类）具有手性。这些在生命体内互为手性异构体的分子，其功能却可能截然不同。例如，药物中的不同手性异构体可能产生完全不同的生物效应，甚至一种有疗效，另一种可能有毒。

最著名的例子是“反应停”（Thalidomide，沙利度胺）药物事件，也是20世纪医学史上最严重的药物灾难之一。

20世纪50年代后期，沙利度胺作为一种新型的镇静剂和止吐药物，广泛用于治疗孕妇的早期妊娠反应。由于当时药物在多国销售（并未经过严格的临床安全测试），尤其是对孕妇使用时的良好镇静效果，使其在市场上大受欢迎。然而，从20世纪60年代初期开始，全球各地逐渐出现大量新生儿严重肢体畸形的病例。这些婴儿出生时肢体发育不全，甚至完全缺少四肢。经过调查发现，这些畸形儿与孕妇在怀孕早期服用沙利度胺密切相关。

研究进一步揭示，沙利度胺具有手性结构，其两个镜像异构体在体内表现出截然不同的作用：一种异构体有镇静效果，而另一种则具有致畸性，影响胎儿的正常发育。到这一药物下架时，它已导致15000名畸形胎儿出生，这是药物发现史上的重大悲剧，也是制药史上的重要转折点。

“反应停事件”也促使越来越多的科学家将目光投向了手性分子这类神秘的物质。随着研究的深入，科学家们发现了越来越多神奇且令人费解的现象。比如在地球的自然环境中，左、右旋的氨基酸都有存在，结构也都稳定，但是构成地球生命的所有蛋白质都是右旋的，而构成蛋白质的氨基酸却几乎都是左旋氨基酸（除了甘氨酸）；再比如生命遗传物质DNA和RNA都是由右旋核苷酸组成。

天然氨基酸色氨酸的化学结构模型（左）及其镜像（右） | 来源：Science

而且，许多生物过程对于分子的手性非常敏感。左右手性分子即使化学组成相同，在生物系统中却常常具有截然不同的作用。例如，右旋的葡萄糖是细胞的主要能量来源，而左旋葡萄糖几乎不被人体代谢。手性分子在生物识别和信号传递中也扮演着关键角色。酶、受体和抗体等生物大分子往往具有高度的手性专一性，只能识别与自己手性匹配的分子。这种“锁与钥匙”的手性配对机制，赋予了生命系统高效的、独特的自我调控能力。

因此，生物分子的“手性”被认为是地球生命的基本特征之一。

但是，为什么地球上的生命在起源时会选择一种特定的手性形式？是否在地球之外存在着与我们使用相反手性分子的“镜像生命”？

其实这些问题长期以来一直困扰着科学家，至今仍没有明确的解释和答案。而进一步研究“生命的手性偏好”这一神秘现象，不仅能够加深我们对生物学和医学的理解，也引发了人们对于生命起源和宇宙中其他可能形式的生命的无限遐想。

如果创造一个镜像生命呢？

既然地球上现有生物体对于构成生命的重要大分子如蛋白质、糖类，都有着单一选择偏好，那么理论上讲，是否存在一个平行世界，那里的所有生命是和地球生命“互为镜像”的呢？又是否存在一种可能，我们可以人为创造一个由左旋DNA、右旋氨基酸、左旋蛋白质和左旋糖构成的生物呢？

其实，自从发现手性现象以来，科学家们一直在考虑创建镜像细胞（包括镜像微生物）的可能性。在前文提到的报告中，科学家们也详细探讨了创造镜像微生物的技术可行性。即通过合成生物学技术，将自然界中构成生命的具有特定手性的分子，替换为它们的镜像形态，形成一种全新的生命形式。

虽然创建镜像微生物的技术挑战巨大，但并非不可实现。比如目前我们的蛋白质合成方法，原则上已足以合成构建镜像细胞所需的大部分镜像蛋白，而且镜像酶也已经被用来构建千碱基长度的镜像RNA和DNA，并且朝着构建镜像核糖体的方向发展，目前已经取得了一系列进展。所以随着生物技术的进步，在未来十年内创建镜像微生物将逐步变得更可行。

中心法则的镜像过程 | 来源：报告

报告同时分析了两种创建镜像微生物可能的路径：

·自上而下的方法：这种方法将现有的自然微生物逐步转变为镜像微生物。通过逐渐“翻转”其分子构成，一步一步地将自然微生物中的蛋白质、核酸等替换为手性异构分子，最终获得完全镜像化的微生物。

·自下而上的方法：这是一个更为基础的路径，即从无生命的镜像分子开始组装细胞。这一方法需要先合成镜像版的基因组、转录和翻译机制，再进一步构建其他镜像细胞成分。这种方法虽然技术难度较高，但具有更重要的科学研究意义。

目前，已有一小群研究人员和资助者开始明确致力于通过“自下而上”的方法来创造镜像生命。尽管最早期的镜像微生物可能在自然界外的生存力有限，仅能在实验室条件下存活，但如果再通过基因工程技术，科学家可以进一步增强其代谢能力和环境适应性，使其在外部环境中更为坚固和持久。因此报告预测，随着技术的进展，未来可能会出现具备强大生存能力的镜像微生物。

至此，我们就会产生一个疑问，既然镜像生命似乎可以和我们一样稳定存在，那为什么自然界中似乎没有出现过我们的镜像生命呢？

其实，就地球上发生的生命起源而言，在宇宙中究竟是极其罕见的事件，还是一定会发生的事件，当前科学界也没有足够的证据作出明确结论。如果生命起源是非常罕见的一次偶然事件，那么一种生命形式在地球上出现两次的可能性非常低。所以，另外一种镜像生命形式虽然理论上可以存在，但从未在地球上真正出现过，也就很好理解了；如果生命起源曾经在地球早期发生过不止一次，以现在掌握的证据，我们也不清楚其他生命体是否会与现代生命有很大的相似性，无论是镜像生命还是其他形式的生命。

因此，最有可能的情况是，地球上从未诞生过类似于镜像微生物的生命。那么，在地球现有生命的漫长演化过程中，有没有可能自然翻转出现镜像生命呢？

其实也不会，因为进化是一个逐步积累有利突变的过程。如果突变能够一次性逆转一个分子的手性，而每次逆转都会带来一定的抗性，那么我们可能会在自然生物中看到这样的变化。然而，手性翻转往往是“全有或全无”的。自然细胞无法通过一系列逐步的变化来构建功能性镜像蛋白质，而不会严重损害其制造正常蛋白质的能力，更不用说同时反转所有生物分子了。因此，通过现有的细胞自然演化出另外一套镜像细胞，几乎是不可能的。

也就是说，在我们现在生活的地球上，镜像生命体可能只能通过实验室被创造出来。既然创造一个镜像生命在理论上和技术上都是可行的，且无法自然演化而成，需要依靠人工创建，那么，现在我们要这么做吗？

为什么不要去创造镜像生命？

首先要说的是，镜像分子具有一定的潜在应用价值，例如，可以转化为慢性和难以治疗疾病的新疗法或药物，镜像微生物也可以用来抵抗污染等。尽管如此，科学家们在报告中仍然强调，呼吁停止创造“镜像生命”的研究，并且指出镜像微生物最令人担忧的风险在于，它们可能逃避人类和其他多细胞生物的免疫系统。

免疫系统的工作原理很大程度上依赖于分子手性，通过检测病原体上特定的手性分子来启动免疫反应。然而，镜像微生物的分子结构是自然手性病原体的镜像，免疫系统可能无法识别或攻击这些“翻转”的病原体，进而使得镜像微生物在环境中失控扩散，从而威胁多细胞生物的健康与生态平衡。

镜像微生物一旦进入人体，可能会引发全身性感染，导致严重的免疫失调甚至死亡。此外，现有的抗生素大多依赖于对微生物手性分子的靶向作用，因此对镜像病原体无效。而开发针对镜像微生物的新型药物和疫苗将是一项复杂且耗时的任务。

镜像细菌对人类健康的风险 | 来源：报告

镜像微生物不仅对人类健康构成威胁，还可能对整个生态系统造成灾难性破坏。

报告还指出，镜像微生物特殊的手性结构使其能够抵抗许多自然界中的捕食者。例如，噬菌体（专门攻击细菌的病毒）无法感染镜像细菌，因为它们无法识别镜像结构的受体。同样，许多原生动物（如变形虫）通过识别细菌表面分子来捕食细菌，但它们也很可能无法识别或消化镜像细菌。

如果镜像微生物在自然环境中失控，它们可能会迅速扩散，侵入各种生态系统。由于镜像微生物无法被常规捕食者控制，它们可能会在生态系统中达到非常高的数量，导致局部生物多样性下降，并扰乱重要的营养循环。报告指出，镜像微生物的入侵可能会对陆地和海洋生态系统造成不可逆的破坏，特别是通过影响关键物种的生存而导致生态失衡。

报告还特别强调了生物安全和滥用的问题。

尽管目前创造镜像微生物的技术障碍很高，但这些障碍将随着时间的推移逐渐减小。一旦技术成熟，意外的事故或故意滥用将成为主要风险来源。镜像微生物的独特属性使得它们比普通病原体更加难以控制，即便是最先进的生物遏制措施也可能存在漏洞。因此，恶意利用镜像微生物的潜在风险将不可忽视。与自然病原体不同，镜像细菌可以通过基因工程被赋予新的能力，使其难以预测和应对。

“我们所讨论的威胁是前所未有的，”报告作者之一、匹兹堡大学进化生物学家沃恩·库珀（Vaughn Cooper）教授说，“镜像细菌很可能会逃避人类、动物和植物的许多免疫系统反应，并在很多情况下都可能引发不受控制的致命感染。”

“一旦镜像细胞制成，想要把那个精灵放回瓶子里就会变得非常困难。这是我们在任何潜在的实际风险之前就考虑预防和监管的一个重要动机。”《科学》文章作者之一、犹他大学生物化学教授、镜像药物专家迈克尔·凯（Michael Kay）博士说道。

“除非出现令人信服的证据表明镜像生命不会带来极大的危险，否则我们认为不应创造镜像细菌或其他镜像生物，即使它们具备工程化的生物遏制措施。”科学家们在《科学》文章中写道。

需广泛讨论以寻找未来路径

在讨论镜像生命的未来道路之前，需要区分的是手性分子诸多有价值的应用和镜像生命的风险。

目前，手性分子的研究热点包括手性合成、手性识别、手性催化等方向。科学家们也在不断探索如何通过催化剂和化学反应精准合成出特定手性的分子，并寻找高效的手性识别和分离技术，以用于制药、材料科学等领域。比如许多手性分子药物，由于它们是通过化学方式制造的，因此不会带来类似创造能够自我复制的镜像微生物那样的风险。

但是对于镜像生命，报告最终得出结论，尽管镜像微生物的创建具有重要的科学意义和潜在的工业应用，但其带来的风险远远大于其潜在的收益。镜像微生物的特殊性使其对人类健康、动植物以及整个生态系统构成前所未有的威胁。

因此，报告敦促一些研究人员停止创造镜像生命的研究，并呼吁资助方明确表示不再支持这类研究。同时他们呼吁全球科学界、政策制定者以及公众共同努力，制定强有力的监管框架和生物安全标准，以防止镜像细菌技术的滥用和意外释放。

不过，对于报告中提及的镜像生命的风险，也不绝对。首先，我们假设这些异手性的镜像细菌在实验室里被创造出来了，并且意外地泄露出去了，那这些镜像细菌由于缺乏人工合成的各种分子，也很难在自然环境中生存下去，更不要说不受控地大量繁殖；其次，就算是镜像细菌在自然界中能够存活，它们也需要足够的时间通过突变和自然选择，来适应现存生物，如果时间足够，或许现存生物也能适应它们。

所以，虽然风险不一定会发生，但担忧仍是必要的。正如科学家们在报告中所强调的那样，面对未知的镜像细菌技术所带来的复杂问题，一方面我们需要通过全球范围内的协调与合作，来进一步应对未知风险；另一方面，在当前科学界和公众之间应该开展更广泛的公开讨论，我们是否应该发展镜像生命的创造？如何发展？如何有效管理这些技术的潜在风险？这些都需要社会各界共同参与讨论。

当然最重要的是，报告特别呼吁在科学家、政策制定者和公众之间建立良好的沟通渠道，确保在镜像细菌技术的发展过程中，能够及早采取预防措施，避免灾难性后果的发生。

参考资料

[1] https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.ads9158

[2] https://purl.stanford.edu/cv716pj4036

[3] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6396334/

[4] https://www.mdpi.com/2075-1729/14/3/341

[5] https://www.theguardian.com/science/2024/dec/12/unprecedented-risk-to-life-on-earth-scientists-call-for-halt-on-mirror-life-microbe-research

[6] https://news.qq.com/rain/a/20230516A03GCQ00

[7] https://scitechdaily.com/mirror-bacteria-warning-a-new-kind-of-life-could-pose-a-global-threat/

[8] https://www.zhihu.com/question/7264957859/answer/60096425328

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