“合成生命”究竟意味着什么

关于什么是“合成生命”，什么是“合成细胞”，文特尔给出了他的定义：这些细胞是完全由人工合成的DNA染色体所控制的。由于合成基因组既需要使用一个已存在的基因组，还需要使用一个自然受体细胞，因此，“合成生命”不能算是“从头到尾”的真正合成。创造一个“通用受体细胞”，成为摆在科学家面前的一个新课题。

LIFE AT
 THE SPEED
 OF LIGHT

生命的第一个支柱是一个程序。我在这里所说的“程序”是指一个有系统性的计划，它描述了生命系统在时间长河延续下去的过程中，生命的不同成分本身和各个成分之间相互作用的动力学机制。

——小丹尼尔·E.科什兰

在科学研究中，定义是十分重要的。但是同样重要的是，在许多情况下，我们也不能过于迷恋定义，尤其是当你承担风险、进入一个全新的领域时，因为它们可能会成为一种干扰因素，阻碍你的所思所想，干扰你采取行动。定义可能会成为一个陷阱，正如在20世纪的前半个世纪里，科学家们确信蛋白质就是遗传物质一样。关于试图对任何东西进行总结精确定义的风险，理查德·费曼曾经发出过一个著名的警告：“我们可能会陷入一种经常会出现在某些哲学家处于的‘思想瘫痪’状态中……一位哲学家对另一位哲学家说：‘你根本不知道你在说些什么！’另一位哲学家则会这样反驳道：‘你所说的[说]到底是什么意思？你所说的[你]又是什么意思？你所说的[知道]又是什么意思？’”

什么叫“合成生命”

当我们在《科学》杂志上发表论文，公开了第一个合成有机体的相关细节时，我们给已经完成的东西和我们是怎样完成它的过程下了一个明确的定义。我们以一种合理的特定方式为“合成生命”和“合成细胞”两个术语下了一个定义——这些细胞是完全由人工合成的DNA染色体所控制的。合成基因组是这种生命的软件，它指定了细胞中的每一个蛋白质机器人，从而也就确定了它们在细胞中的功能。然而我们发现，从公众对我们发布的消息和对我们发表的科学论文的反应来看，很显然，一些人很难接受“生命是一个信息系统”这个概念。

我们的成果公开发表后，世界各地狂轰乱炸般的新闻报道进一步证明了这种怀疑主义态度。大多数报道都是正面的，而且或者可以说是太过于“正面”了。一位教授曾经在评论中宣称，“文特尔吱呀一声打开了人类历史上意义最深远的一扇大门”，并且还补充说，“文特尔充当了一个接近于上帝的角色”。另一些报道表现得更为冷静和合乎情理。英国广播公司宣称，这是一个“突破”——这个词汇是一个非常常用的词汇，《时代周刊》把这项成果列入2010年顶尖的医学进步当中。《纽约时报》引用了一些研究人员的话，他们认为，即使我们这个不算是一个真正意义上的突破的话，我们也已经完成了一项科技壮举。菲利普·F.舍伟（Phillip F.Schewe）是美国新泽西州普林斯顿高等研究院中颇具影响力的物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）的传记作家，舍伟为戴森写了《怪才》（Maverick Genius）这本传记。根据舍伟的说法，生物学界对我们的研究成果的反应总体上可以用一句话来概括——“这是了不起的”。至于戴森这名物理学家本人，他也对我们的研究做出过评价，据说，戴森认为，我的实验方法是笨拙的，但是这些实验是“非常重要的，因为这朝着建立新的生命形式迈出了一大步”。紧接着，不可避免地出现了来自一些极端的环保主义者的抗议，以及一些惯于哗众取宠的英国小报的下意识般的过分炒作。有一个人曾经满腔怨怼地质问我：“你们的细胞难道不会消灭人类吗？”

所有最严肃的批评都集中在了这个问题上：创造出一个由DNA软件所控制的细胞的真正意义何在？我们真的能把它算作是一个合成生命吗？有人正确地指出，我们的合成基因组基本上是完全建立在一个现有的基因组基础上的，因而还不能算作是真正的合成，因为它有一个天然祖先——丝状支原体。但是正如舍伟所指出的那样，也有一些生物学家非常肯定地说，我们根本没有创造出一个合成生命，因为我们使用的是一个自然受体细胞，他们认为“合成”这个术语应该专门用来指那些“从头到脚”都是新创造出来的活体。事实上，奥巴马总统的生物伦理委员会也认可这种对我们工作的评价，该委员会的官方说法是这样的：我们的工作“尽管从许多方面来看都是非凡的”，但是从工作原理上来看，并不能算是创造生命，因为我们使用的是一个现有的自然宿主，一个已经活着的细胞。还有许多类似于这种观点的较为温和的说法，企图贬低我们已经取得的成就。一份在其他方面都是非常积极和极有助益的梵蒂冈报纸《罗马观察报》得出结论说，我们的研究团队并没有创造出生命，只是“改变了其中一个生命的动力”。

这些来自各界的各不相同的观点告诉了我们许多东西。关于那个颇让人感到困扰的单词“生命”的实际含义，目前还没有一个大家一致公认的定义，更遑论“合成生命”“人造生命”或者“全新的生命”等术语了。当然根据传统的做法，谁创造了它们，就应该由谁来给出定义。在20世纪90年代的科学界，“人造生命”这个术语含有完全不同的含义，它主要被用于指在计算机内部完成的复制。我们能够在托马斯·S.雷写于1996年的那篇论述“在数字化介质内自由发展，就像通过自然选择以碳作为媒介所产生的地球生命的演化一样”的系统论著中找到这种例证。关于这类研究工作的一个主要目标，他解释说，“就是激发数字演化以在数字媒体内产生复杂的事物，其复杂性程度能与有机生命相比”。

在一个“湿漉漉”的生物体内合成染色体的工作与在“硬邦邦”的硅晶体内模拟人造生命两者之间无疑存在着天壤之别。“人造生命”这个术语在传统意义上通常用来描述在数字世界中所出现的东西，然而“合成生命”这个术语虽然源自数字世界，但是无疑也包括生物世界中的生命。即便如此，活体内的生命与硅晶体内的生命都可以统一定义为“由信息驱动的系统”，我们的合成细胞工作事实上提供了两者之间的第一个直接联系。

我们现在已经知道，正确的DNA代码，如果呈现为正确的顺序，并放置在正确的化学环境中，那么就能够从现有的生命中产生新的生命。细胞的演化经过了35亿年的时间，随着我们合成细胞的诞生，如今我们无须再重复这个漫长的过程了：因为我们已经修改了基因组，我们创造出来的这个细胞在自然界中是找不到它的直接祖先的。随着我们合成代码的出现，我们为生命的河流添加了一条新的分支。

而且，现在我们已经知道了如何重新编写代码，在计算机的帮助下，它让我们有可能去设计几乎所有类型的生物，因为我们已经发现了有关生命机制的更多细节。紧随我们在实验室里完成的这项工作而来的是，我们要将这个基于一个合成基因组和一个合成代码的、能够自我复制的生物定义为“合成生命”。当我正写下这部分内容的时候，我的研究团队已经尝试着对最小的基因组给出最初的定义，主要基于第一原则，最小的基因组由我们认为对生命来说是非常必要的基因所组成。正如我在本书前面的章节中已经讨论过的那样，我们现在仍然无法确定基因组中许多基因的功能，而且除此之外，通过一些具体的实验我们知道，活细胞绝对需要这些我们尚不知道功能的那些基因。正如我们在第一个合成细胞中所做的那样，我们正使用一个受体细胞来启动这个新的生命的软件。

我们掌握了设计生命的能力，这一事件影响是深远的。由于罗伯特·胡克的开创性研究工作，在17世纪我们已经知道，所有活的生物都是由一个或多个细胞构成的。如今，通过调整它们的基因程序，我们有可能可以随心所欲地改变任何一个细胞，去创造大量的多种多样的生命，从小小的酵母细胞到快速繁殖的鱼类，无一例外。我们也探索了过去常常用于从一维的基因软件里生成三维的细胞组织的机制。

就我们目前所知，存在于我们地球上的所有细胞生命都起源于早期的某些种类的细胞。这些生命的基本单元，包括存在于地球上的大约5000 000 000 000 000 000 000 000 000 000个细菌，它们每一个都是生活在距今大约40亿年前的最初细胞的子孙。无论这些细胞是否来自另一个星球，智能生命形式都是通过一种被称为泛种论（panspermia）或者被弗朗西斯·克里克称为“定向泛种论”（directed panspermia）的过程传播开来的，最初细胞的最终起源现在仍然是一个谜。

因为生命的起源仍是一个谜，这就给了活力论和宗教的蓬勃发展提供了机会。然而，当我的团队在一个细胞内成功地启动了合成DNA软件时，我们就已经证明，我们对细胞生命基本机制的理解已经推进到一个重要的关口。在回答埃尔温·薛定谔提出的那个至关重要的“小”问题——“生命是什么？”——的时候，我们已经能够提供令人信服的答案了：DNA是软件，它是所有生命的基础。

然而，由于我们是在一个现有的细胞以及这个细胞的所有蛋白质机制的基础上开始的，所以针对以下问题，我们仍然存疑：即实际上作为数十亿年演化结果的现代细胞是不是真的能够从基础的生命元件中重新被创造出来呢？我们能够在无须最初的细胞膜的保护下诱导所有的复杂细胞功能运行起来吗？如果可以的话，我们能够利用这些独立的蛋白质和化学元件来启动一个合成染色体，并在此过程中创造一种能够进行自我复制的新细胞吗？我们能够在实验室中培养出代表着在生命之树上的一个全新分支的有机体吗（有人喜欢把这个分支叫作合成王国）？至少从理论上讲，我们能够做到这些。21世纪的科学将由我们创造合成细胞和操纵生命的能力来定义。

我的信心部分是建立在自1965年以来已经取得的一系列巨大进步的基础上的。正是在1965年，活细胞的合成第一次被确立为美国的国家目标。在过去的几年内，我们已经看到了合成生物学的兴起，这是分子生物学进入了一个全新研究阶段的标志。这个领域代表着一个巨大的转变，它说明我们已经开始偏离了过去占主导地位的还原主义实验。数十年来，通过揭示细胞的成分、动力和周期变化，还原主义实验一直是一种帮助我们理解细胞的强有力的方法。现在，我们必须着手弄明白，我们是否能够用一种全新的创新方法把所有这些数量庞大的细胞元件组装起来去创造出一个全新的细胞。当我们实现了这一里程碑式的壮举时，我们将翻开理解生命的新篇章，我相信，到那个时候，我们将会对薛定谔的问题给出一个完整的答案。

即使我们从一个无细胞系统中创造了生命，它仍然不能被认为是“全新的生命”，无论这个术语到底具有什么意义。我很怀疑，每一个曾经使用过这个术语的人是否都认真思考过，他们使用这个术语时真正要表达的意思是什么。接下来，让我们以“从头至尾”地烘焙蛋糕的过程为例来阐明我的意思。有人可能认为，从外面买回一个蛋糕，然后保存在家里的冰箱里，吃的时候再拿出来烘焙一下，就算是“从头至尾”做一个蛋糕了。或者，有人会购买一些蛋糕粉，然后往蛋糕粉里加入一些鸡蛋、水和油，然后做成一个蛋糕。不管怎样，大多数人都会认可，“从头至尾”烘焙蛋糕只不过是把个别成分，如发酵粉、糖、盐、鸡蛋、牛奶和起酥油等，全部混合在一起制作一只蛋糕而已。

因此，我并不认为，在这种语境下，当一个人说要“从头至尾烘焙一个蛋糕”这句话时，他的意思是按照自己创造的烘焙方法，把钠、氢、碳和氧组合到一起，制成碳酸氢钠；同时还制造出自制的玉米淀粉，它是一种由包含有大量的通过糖苷键连接而成的葡萄糖单元所组成的支链型高分子碳水化合物。而且，就其成分而讲，葡萄糖还是由碳、氢和氧组成的。

如果在如此苛刻的意义上来定义“从头至尾”地创造生命这个术语，那么就意味着必须从最基本的化学物质，或者甚至必须从基本元素（如碳、氢、氧、氮、磷、铁等）开始，生产出生命所需的所有分子、蛋白质、脂质、细胞器和DNA。这真的有必要吗？

生命的基本物质起源于有机化学物质这个认识并没有错，但是它也没有抓住生命起源中最关键的东西，尽管它与生命的起源这个大问题确实是有关联的。生命之初的化学性质——生命起源之前的化学——这个问题把我们带回到了1952年，当时芝加哥大学的斯坦利·米勒（Stanley Miller）和哈罗德·尤里（Harold Urey）完成了一个非常著名的实验。他们的实验证明，复杂的有机分子，包括糖和氨基酸，它们是当水、氨气、氢气和甲烷被暴露于一定的条件下时自发形成的，这种条件被认为是对早期地球环境的一种模拟（早期地球环境是一个封闭的、无菌的系统，在这个系统中有电极产生的热量和火花。）几年后，在休斯敦大学，琼·奥罗（Joan Oró）发现，核苷酸碱基腺嘌呤和其他RNA和DNA碱基可能是由水、氰化氢和氨气自发形成的。

许多人认为，RNA是第一个重要的能进行复制的遗传物质，它是以DNA为基础的生命的先驱；这些人还描绘了一个“RNA世界”。1967年，卡尔·乌斯是最早的一批认为RNA有可能具有催化性质的人之一，他们认为RNA既携带着遗传信息（像DNA一样），还可能表现出像蛋白质（酶）一样的性质，这一点是非常重要的，因为事实上发生在活细胞内的几乎所有化学反应都需要催化剂。直到1982年，科罗拉多大学的托马斯·切赫（Thomas Cech）才表明，RNA分子能够自拼接出一个内含子；同时，耶鲁大学的悉尼·奥尔特曼（Sidney Altman）也发现，核糖核酸酶P具有催化性质，它能够切断RNA。由此我们确切地知道了，这些具有催化作用的RNA——“核酶”（ribozymes）——实际上是存在的。切赫和奥尔特曼因为他们的发现分享了1989年的诺贝尔化学奖。

核酶或许是试图回答所有最基本问题的关键。第一个细胞是如何演化的，无论是在地球上还是在外星上？人们为了理解生命的起源，曾经采用过许多方法，但是，以前从来没有出现这样一位研究人员，他试图通过实际制造一个原始“生命”（从零开始）而去了解生命的起源，直到一个人的出现。这个人就是诺贝尔奖得主杰克·W.绍斯塔克（Jack W.Szostak），他是哈佛大学的教授，有一个自己的实验室。与那些致力于研究由脂质囊泡中的蛋白质系统所组成、但缺乏任何生命的软件分子的“人造细胞”的人不一样，绍斯塔克认识到，生命需要一个能够进行自我复制的“信息基因组”。绍斯塔克的观点介于从事研究生命起源的两大阵营之间。一个是认为“软件是第一位的”阵营，这个阵营认为，作为信息载体和催化分子的RNA复制的出现，是生命形成之初最重要的一步。另一个阵营则指出，在最初的生命演化过程中，关键的因素是能够进行自我组装和自我复制的囊泡样细胞膜的出现。

这些囊泡是一种被叫作胶束（micell）的泡状结构物，它们是由脂质分子达到一定浓度后自发形成的。最早的脂质分子被认为是脂肪酸，它们广泛存在于早期的史前地球上，甚至曾经在陨石中被发现过。在分子水平上，它们有一个疏水端（多脂肪的、憎水的）和一个亲水端（喜水的），而且它们能够连接起来形成某种结构形式。脂质分子可以把尾端与尾端（多脂肪端与多脂肪端）连接起来，而让喜水的那一端暴露在细胞膜表面上的内层和外层上。这种组装方式能够发挥一种屏障作用，有效保护细胞内的水溶性分子，从而创造了一个独特的环境。

绍斯塔克与他的学生艾琳·陈（Irene Chen）以及加州理工学院的理查德·J.罗伯茨（Richard J.Roberts）通过实验表明，在脂肪酸囊泡内，只有存在RNA的时候，才能够通过占用来自含有较少的RNA或者根本没有RNA的邻近囊泡的膜分子促进它们的生长。这个生长过程之所以会发生，是因为囊泡内的RNA对这些液囊施加了渗透压。这种内部压力让细胞膜产生了张力，这样它就能够通过吸收周围的那些因为缺乏遗传物质而很少会膨胀起来的囊泡的脂肪酸而获得生长。细胞膜内的RNA越多，原始细胞的生长速度也就越快；事实上，它已经快到了这样的地步，即只要有一点点的扰动（在原始地球上，只要有一点点的风吹草动或者波动），它们都会分裂出子细胞膜。

绍斯塔克下一步要做的是再次植入RNA，但是这一次他为这个软件赋予了一些对它的原始细胞有用的指令。具体地说，这些指令编码了一些制造磷脂质的方法。磷脂质是现代细胞膜所特有的一种脂质。这将是从基于脂肪酸的原始细胞膜转变为基于磷脂的现代细胞膜的一个关键步骤。这也就意味着，从理论上说，只要简单地把RNA软件导入原始细胞，就有可能产生能够进行自我复制的系统。这是一项激动人心的研究，我相信科学家将会证明，用生命起源之前的化学物质“制造出”能够进行自我复制的细胞确实是可行的。

如果我们能够设计出一个合成遗传物质，它能够在一个人工的细胞膜内催化其自身的繁殖，那么我们就能够在实验室里创造出一个原始生命。或许这些细胞将会组装出地球上的大约40亿年前的最初生命形式，但是更有可能的是，它们将代表一些非常新的东西。重要的是，这些早期的合成细胞，更像是那些生命的曙光，拥有无限的发展潜力：它们会出现突变并进行达尔文式的演化。我相信，针对把DNA变为一个细胞这个宏伟目标来讲，它们必定能够提供一些与我自己的团队以及其他探索该问题的研究团队目标相一致的有价值的见解。

有个“通用受体细胞”就好了

为了配合对生命起源的研究工作，我们又开展了一项新的研究，当然，这个项目也有自己的长期目标，那就是，创造一个“通用受体细胞”。这个受体细胞能够接受任何按照我们自己的意愿随心所欲地创造生命、设定物种的合成DNA软件。目前，在我们的实验室里，我们能够用于基因组移植的受体细胞类型是非常有限的。为了创造一个通用受体细胞，我们正在重写支原体细胞的遗传密码，以便使它能够转录和翻译任何被移植的DNA软件。这项研究应该能够完善和扩展我们对下面这个重要问题的认识，即为什么生命源于我们称之为“细胞”的这个小小的“包裹”之中。

还有一种更激进的方法。我们正在研究我们要怎样做，才能让我们的合成基因组不需要一个现有的细胞作为它的受体细胞。我们的希望是，我们能够创造出合成细胞，而且这个创造过程是这样的：从无细胞系统开始，然后逐步把基础生命元件添加进去，最终构造出一个完整的细胞。虽然这个研究项目应该说是开创历史先河的，但是与它相关的研究可以向前追溯很长一段时间。早在20世纪50年代DNA革命开始时，就已经有好几个研究小组独立地证实了，在进行一些生命的基础运动过程中，细胞并不是绝对必要的。他们发现，甚至在细胞膜破裂后，蛋白质的制造还是能够进行的。

这种可能性是由保罗·查尔斯·查美尼克（Paul Charles Zamecnik）率先提出来的，他是哈佛医学院的一名医学教授，也是位于哈佛大学附近的马萨诸塞州总医院的资深科学家。查美尼克最初对这个课题产生兴趣是在1938年的某个时候，当时在对一名重度肥胖的女人进行尸检的过程中，他对这具女尸的组织内“存在着大量的脂肪但蛋白质又相对贫乏”这种情况感到非常震惊。在这种“莫名惊诧”的驱动下，他决定设法搞清楚蛋白质究竟是如何制造出来的，自此之后，他的职业生涯的大部分时间都离不开这个问题了。查美尼克从一开始就认识到，为了弄清楚蛋白质合成的中间活动过程，他需要开发出一个无细胞系统。经过几年的努力，在他的同事南希·布赫尔（Nancy Bucher）的帮助下，查美尼克最终实现了这一目标，从而为许多重要的发现铺平了道路。在这个领域中，查美尼克取得了很多成就，其中包括揭示出了蛋白质合成需要ATP以及发现核糖体是蛋白质组装的场所等。

许多研究小组都致力于研究从独立的元件中去重构生物过程。海茵茨·弗兰克尔—卡纳特（Heinz Fraenkel-Conrat）和罗伯利·C.威廉姆斯（Robley C.Williams）是第一个做这种实验的人，那是在1955年，他们在实验中利用的是烟草花叶病病毒，这是一种能够在纯化的RNA和蛋白质外衣中创造出来的功能性病毒。此后不久，基础遗传密码被解密了，从DNA软件到蛋白质的众多信息也被翻译了出来，在很大程度上，这些都是马歇尔·尼伦伯格和他的博士后研究人员J.海因里希·马特哈伊（J.Heinrich Matthaei）在1961年进行的开创性研究实验带来的结果。在他们的实验中，他们准备了一个即使在没有完整的活细胞存在的情况下也能制造出蛋白质的细胞提取物。通过使用合成的RNA和放射性标记的氨基酸，他们发现三个尿嘧啶的组合UUU能够形成氨基酸苯丙氨酸的密码子。

从那时起，采用DNA或RNA在试管内制造蛋白质就已经成为一种常见的做法。由此而引发的一个结果是，无细胞蛋白质的合成已经成为分子生物学家的重要工具。虽然这些方法在传统上需要细胞提取物，但是，随着所谓的“利用重组元素进行蛋白质合成”系统（protein synthesis using recombinant elements, PURE）的出现，我们已经能够在无细胞系统中进行蛋白质的合成，再加上能够利用纯化的化学“元件”和核糖体重构大肠杆菌的翻译机器的引入，这一切都发生了根本性的改变。现在，我们正在尝试着在不需要预先有一个细胞存在的情况下，使用酶、核糖体和化学物质（包括脂质）的混合而成的基因组来创造一个新的细胞和生命形式。在未来几年内，以下这种现实可能性将变得无限巨大：在一个无细胞系统中，或者在一个通用受体细胞中，根据计算机设计的生命的软件创造出各种各样的细胞。

“从头至尾”地创造出一个细胞，这个壮举将会开创出无数非同凡响的全新可能性。首先，在我们探讨有生命和无生命之间的界线时，这将能够完善我们对“生命”的定义。这项工作也可能受到我们如何定义如“机器”以及“有机体”这样的术语的影响。另外，在没有预先存在细胞的情况下，创造生命的能力也拥有非常现实的意义，因为这能够增加我们设计新生命形式的自由度。另外，这也将有助于我们对一些古老的生命形式进行探索，因为我们既可以通过从它们活着的子孙后代的基因组中推导出已经灭绝的生物基因组，也可以利用合成细胞去探索这个古老物种的软件性能。

新探索：细胞间的合作

我们还将开始探索用合成细胞构成生命组件的潜力。人的身体就是其自身的各种组件经集体努力而形成的一个了不起的系统。单单在你的身体的消化系统内，就“驻扎”着大约100万亿个微生物，这个数字大约相当于你的身体内的所有主要器官细胞数目的10倍。在这些微生物当中，绝大多数都是友好的，它们与我们的生物化学过程是协同工作的。细胞相互之间协同工作的这个特点开始于生命历史上一个相对较早的时期。细菌的多细胞串出现在距今大约35亿年前。正如我在本书前面的章节中已经提到过的那样，还有其他形式的微生物之间的合作。例如，已故知名科学家、马萨诸塞大学的林恩·马古利斯（Lynn Margulis）指出，特化的真核细胞是通过一种共生起源，即两个古老细胞的有益结合而获得光合作用和制造能源的线粒体的。

在这些早期的例子出现之后，紧随而来的是另外一个合作浪潮，那就是，这些复杂的细胞本身联起手来形成各种各样的“团体”。有意思的是，这种演化过程在历史上独立地出现过好几次。在距今6亿多年前，栉水母门动物出现了，这标志着多细胞生命开始走上了多样化历程（这种水母很常见，它们拥有发育得良好的组织，但是身体仍很脆弱）。海绵动物是另一个在更复杂的身体内进行合作的孤立细胞的早期例子。它们由各种不同类型的细胞所组成，这些细胞包括消化细胞、分泌针状体细胞（这是它们的身体骨骼的片段）等。这些细胞能够相互进行沟通，同时也能够作为单一的个体与其他细胞一起发挥作用。

在海绵动物中，有一种堡礁海绵（Amphimedon queenslandica），它是一种生活于大堡礁的寻常海绵纲动物，它的基因组序列揭示出一些允许单个细胞一起工作的基因机制。在它身上，多细胞化的六大标志性特征都出现了：规律的细胞周期和生长、程序性细胞死亡（凋亡）、细胞基质黏附（它能够使组件细胞紧紧地粘在一起）、发育信号和基因调节、抵御入侵的病原体的机制和细胞类型的特化。事实上，这也就是为什么我们会有神经细胞、肌肉细胞等不同细胞的原因。考虑到这种多细胞化过程要独立进行许多次，因此我们似乎不太可能对它的起源进行单一化的解释，于是细胞的合作也就成了我们解释“生物如何更成功地把基因传递给下一代”这个演化问题的最佳解决方案了。无论“基因传递给下一代”这种说法到底是意味着成功抵御特定的寄生虫，还是意味着拥有一种更加有效的到处走动的方法，抑或是意味着高效地利用食物和能源这类可获得资源。

随着合成细胞的出现，我们能够搞清楚导致多细胞化机制的一些具体细节。我们能够剥开合成细胞并且精简它，然后再仔细地审视上面列出的每一个多细胞化的因素是如何影响细胞的交流和合作能力的。这将使我们拥有前所未有的工具，从而能够更好地理解发生在多细胞生物内细胞之间的非常复杂的相互作用模式，无论是线虫类动物还是人类均是如此。同时，我们还将尝试着利用包含有合成细胞器的细胞自下而上地构建出多细胞生物，然后就可以研究这种“无比亲密”的合作形式了。

其实，早在20世纪60年代末期，纽约州立大学的一个研究团队就已经成功地利用其他变形虫的主要细胞成分创造出了一个比较大的有机体阿米巴变形虫（Amoeba proteus）。他们报告说：“我们重组实验的成功意味着，我们现在已经拥有了组装包含有任意组合成分的变形虫的技术能力，因此我们拥有了一个优秀的测试系统。”我们能够赋予这些被制造出来的细胞一些更有效的细胞“电池”，或者创造出一个合成的内质网，把核糖体嵌入到细胞器内，并且在细胞器内进行蛋白质的合成和折叠。

从我们对支原体和其他生物的研究中，我们已经确定了一个活细胞的基本组成成分，那是一种由大约300～500个蛋白质组成的混合物，这个数字大致上与露西·夏皮罗（Lucy Shapiro）在研究新月柄杆菌（Caulobacter cres-centus）这种细菌时确定的“基础基因组”的数字相当。读者不妨想象一下，如果我们能够系统地探索生命机器的变异体，了解哪些成分是至关重要的，哪些成分是不必要的，并且能够梳理出它们协同工作的方式，那又会如何呢？随着生物成分、软件子程序的应用范围不断扩大，这必将成为合成生物学领域的一个福音。