穿过时间无涯的荒野，我们与生命相遇。当天空掠过飞鸟，大海亲吻鲨鱼，婴儿悄露欢颜，总有一个瞬间，生命的脉动让你心生欢喜，甚至泫然而泣。在拥抱生命与被生命拥抱的历史中，我们不断向更深处探问：生命的形态为何如此？生命的本质究竟是什么？人类是否可以创造生命？

　　在科幻作品中，人们一面渴望一面颤栗地勾勒出人造生命的未来图景：侏罗纪公园里复活的恐龙、美丽新世界里的定制胚胎，甚至还有弗兰肯斯坦的尸体怪物……而在现实中，科学家的脚步也从未停歇。8年前，科学史上第一个人工合成的细胞诞生。“生存、犯错、倒下、战胜，用生命创造生命。”作家詹姆斯乔伊斯（James Joyce）的名句被当作“水印”标注在这个人造生命体中。

电影《侏罗纪公园》（1993）

　　8年后的现在，我们迎来了合成生物学的又一个里程碑。与第一个人工合成细胞所实现的“复制生命”不同，中科院覃重军团队此次进行的是“简化生命”的工作。他们将酿酒酵母16条天然染色体融合为1条超级染色体，创建出国际首例人造单染色体真核细胞。酿酒酵母在漫长进化中被大自然赋予的“冗余”遗传信息载体，就这样奇迹般地消失了。

　　当科学家们注视着这个自然界中从未有过的生命，他们在思考些什么？11月4日，腾讯WE大会有幸请到该项目的负责人、植物生理生态学权威专家覃重军，为我们讲述他对生命的理解。

简化生命，对抗衰老与癌症

　　自然界的生命分为两大类：真核生物与原核生物。真核生物如人类、动植物、酵母菌和真菌等，通常拥有多条线型染色体；而像细菌这样的原核生物，通常只有1条环型染色体。

　　在真核生物中，染色体的数量因物种而异。例如，人类有46条染色体，猿类有48条，狗有78条，酵母则有16条。为什么会存在这种区别，特定的染色体数量是否给物种提供了某种优势？每个物种进化出多少条染色体才合适？

　　想解开这样的生命之谜，必须要选择适当的研究对象。覃重军把目光放在了酵母和细菌上。酵母和细菌都是人类熟悉的微生物，但一个是16条染色体的真核生物，另一个却是只有1条染色体的原核生物，这种差异令人好奇。覃重军提出了一个大胆的想法：能不能把酵母的染色体简化成跟细胞一样的单条染色体？如果把所有的遗传物质都放在这条染色体上，细胞功能是否会受影响？

　　为了创建这个“极简”酵母细胞，从2013年开始，覃重军率领中科院团队埋头苦干了近5年。他们利用基因编辑技术CRISPR-Cas9，切掉酿酒酵母基因组内大量的重复序列，并敲除原染色体的多个着丝粒和端粒，最终将酿酒酵母的16条染色体首尾拼接合成为1条超级染色体——它的长度接近原染色体的10倍。

　　更令人惊奇的是，尽管人工酵母的染色体3维结构发生了巨大变化，但它依然具有代谢、生理、繁殖等细胞功能。当然也有一点不能忽视：虽然它在独自培养的条件下生长良好，但在与野生酵母共同培养的竞争环境中，明显处于劣势——人工酵母的有性繁殖效率比野生型低，孢子存活能力也稍差。通过分析背后的原因和机制，我们或许可以推演酵母如何进化，并用这种极简生命来理解如人类般更为复杂的生命，这为研究生命本质开辟了新的方向。

　　人工酵母带给人类的还有更多。在染色体的两端，有一种被称为“端粒”的保护结构。随着细胞分裂次数的增加，端粒长度会逐渐缩短，当缩短到极限时，细胞就会死亡。人类衰老、基因突变、肿瘤形成等都与端粒长度有关。覃重军表示，人体细胞的46条染色体有92个端粒，实验药物到底作用在哪个端粒上，很难确定。而人工菌株仅有1条染色体的2个端粒，发现特定端粒的机会将大为提高。这意味着，人工酵母有望成为寻找衰老和癌症治疗方法的利器。

↑酵母染色体融合过程示意图。两端红色处即端粒。

　　独辟蹊径，领先国际同行

　　2018年8月2日，覃重军团队的重大突破发表于国际顶尖科学期刊Nature。同期发表的，还有来自合成生物学老将、纽约大学教授杰夫o博克（Jef Boeke）的研究成果。但博克团队只将酵母菌的16条染色体缩减到2条，穷尽努力也没能合二为一。中国团队的成就令所有人大吃一惊。审稿人要求覃重军研究组完整重复几乎所有的实验，并补充大量额外实验。团队不仅耐心地重复了整个实验，还进一步提高了效率，把整个周期从6个月缩减到3个月。

覃重军（中）指导学生实验（杨正行摄）

　　覃重军认为，两个团队的实验从一开始就存在差异，博克团队没敢删除酵母基因组中一些冗余的DNA序列。把酿酒酵母一改到底，打破真核生物与原核生物的界限，“只有像我这样的‘外行’才敢去做，成千上万和酿酒酵母打交道的科学家一定被这个大胆的想法吓坏了。”覃重军笑说。

↑覃重军团队将16条染色体融为1条（左）VS.博克团队融为2条（右）

　　称自己为“外行”，是因为在2013年之前，覃重军的主要研究对象并不是酵母这种真核生物，而是链霉菌、大肠杆菌等原核生物。他在该领域深耕了30年，不管是学术上还是产业化上，均硕果累累。但由于研究技术框架由国外科学家提出，很难再有新突破。

　　于是覃重军毅然决定改为研究作为真核生物的酿酒酵母，“因为人类就是真核生物，和人靠得越近，研究意义越大”。但酵母菌的研究同样数不胜数，他只能独辟蹊径、敢为人先才能突围——把无数“内行”不敢想不敢做的酵母菌染色体精简到极致。“技术领先常常是短暂的、容易模仿的，只有创新思想领先，一般人才不容易赶上”。

　　要放弃过往荣光，转战陌生领域，难度不言而喻，但覃重军做到了。“一开始没有多少人觉得我能做出来，要走别人没走过的路就需要冒险。”在他的办公桌上，堆着厚厚一摞、近2000页的A4纸，记录了这5年的艰难历程。上面密密麻麻地写满了他的思索、设计、修改和遭遇的挫折。

　　“想象力帮人们打开一扇扇未来之门，但要靠理性来选择其中正确的一扇。”实验手稿的每一页笔记都见证了过程的曲折，而激发覃重军持续前行的是对未知强烈的好奇心。“照亮我前进道路并不断给我勇气去正视失败的，是对科学的热爱，对揭示生命世界奥秘的向往以及科学发现给我带来的纯真快乐。”

　　覃重军及其实验手稿（杨正行摄）

　　生命的本质是什么？生命未来的形态会是如何？覃重军等人的研究又为我们开启了一扇扇未来之门。对酿酒酵母的成功简化，意味着天然复杂的生命可以人为变简，人类可以打破自然生命的界限，甚至可以创造全新的自然界不存在的生命。合成生物学的目标之一，是通过人工构建理想化和简约化的体系来发现生命规律，然后运用这些规律，像组装机械一样组配新生物——也许，终有一日，人类将能够拥有造物者的超能力……

　　11月4日，腾讯WE大会现场，我们将在这般大胆而美妙的想象力引领下，一窥生命的未来。