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应用生物学知识不仅彻底改变了我们修补破损身体的本领，更能让人类整体欣欣向荣。从公元前10000年前后开始，我们的祖先开始耕种，世界人口总数有了第一次激增。人类祖先当时没有意识到，人口激增是他们运用人工选择的原则来驯化动物和植物而实现的。他们得到的回报是拥有了更大量、更可靠的食物来源。
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与史前人口激增相比，我这一生中目睹的世界人口增长甚至更为显著：自我1949年出生以来，世界人口几乎增加了两倍。换言之，每天必须多喂将近50亿张嘴，而产出所有这些额外食物的农业用地的面积和过去大致相同。这种变化的实现得益于20世纪50、60年代兴起的“绿色革命”。这一革命涉及灌溉、化肥、病虫害防治的发展，最重要的是，人类创造了新的主食作物品种。与历史上的所有育种家不同，参与绿色革命的科学家们能够利用在遗传学、生物化学、植物学和进化论方面所获得的各种知识来生产新的植物品种。这带来了惊人的成功，新的农作物产生了，且产量有了显著提高。然而，这并非没有任何代价。当今，一些集约化农业的耕作方式对土地、农民的生计以及与粮食作物共享环境的其他物种都有破坏性的影响。每天浪费的粮食数量也多到令人羞耻，成为亟待解决的问题。但是，如果20世纪的生物知识不曾被大量应用在农业实践上，现在每年还会有数百万人挨饿。
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今天，全球人口仍在持续增长，随之而来的是人们越来越关注人类活动对生物世界造成的破坏。展望未来，我们面临着严峻的多重挑战：既要设法从土地里收获更多粮食，又要努力减少对环境的影响。我想我们需要更进一步，超越20世纪推动农业复兴的老路子，设计出更高效、更有创意的粮食生产方式。
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可惜，自20世纪90年代以来，试图创造具有增强特性的转基因植物和动物的努力常常受阻。而这往往与科学证据和认知没什么关系。我见过一些有关转基因食品安全性的辩论，它们常常充斥着误解、不合时宜的游说、强行而刻意的误导。就说黄金大米吧，这种米经过基因工程改造，在水稻植物的染色体中添加了一个细菌基因，使其产生大量的维生素A。据估计，全世界有2.5亿名学龄前儿童缺乏维生素A，而这恰恰是导致失明和死亡的重要原因。黄金大米的出现可能不失为一种直接的帮助，可它却一再受到环保主义者和非政府组织的攻击，他们甚至破坏了专门为测试黄金大米的安全性及其对环境的影响而设立的田间试验。
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明明有了新发明，可以帮助穷人们得到健康和安全的食品，却偏偏不让他们得到，这真的能让人接受吗？尤其是当这种否定是基于潮流和片面的观点，而非合理的科学时。使用基因改造这一方法生产的食品并无本质上的危害或毒性。真正要紧的是，无论它们是如何被生产出来的，所有植物和牲畜都该接受类似的测试，以确定它们是否安全、有效，并预测它们对环境和经济是否有影响。我们需要考虑的是有关风险和收益的科学观点，而不该让任何公司的商业利益、非政府组织的意识形态观点，或这两类机构在经济上的考量左右我们的判断。
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我认为，在即将到来的几十年里，我们将不得不运用更多的基因工程技术。在这个领域里，“合成生物学”这一相对较新的科学分支可能会产生很大的影响。传统的基因工程倾向于使用相对而言更有针对性、更趋于渐进式的方法，但合成生物学家试图更进一步，对生物体的基因编程进行更前卫的革新。
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这会带来实打实的技术难题，如何控制和接纳这些新物种也是个问题，但潜在的回报可能是丰厚的。这是因为生物体的化学过程远比人们在实验室或工厂中能够操作的大多数化学过程更具适应性、效率更高。有了转基因和合成生物学，我们可以用强大的新方法重新组织和利用生物体的化学才华。我们或许能利用合成生物学创造出营养更高的农作物和牲畜，但其应用范围比这更广。我们可以创造出经过重新设计的植物、动物和微生物，生产出全新的药品、燃料、织物和建筑材料。
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经过基因编辑的新型生物系统甚至可能帮助我们应对气候变化。科学界已达成明确的共识：整个地球已进入加速变暖的阶段。这对我们的未来，以及更广大的生物圈——我们只是其中的一部分——都是一个严重的威胁。日益紧迫的一大挑战是减少我们排放的温室气体总量，降低变暖的程度。如果我们能够重新设计植物，让它们比现在更有效地进行光合作用，或者超出活细胞的限制，进行工业规模的光合作用，就有可能制造出碳中和的生物燃料和工业原料。科学家们还能研发出可以在边缘环境中茁壮成长的植物新品种，例如在退化的土壤上或容易干旱的地区，以前，那些地方都无法发展种植业。这些新植物不仅可以作为世人的口粮，还能吸收和储存二氧化碳，帮助我们应对气候变化。它们还可以成为以可持续方式运作的生物工厂的基础。与其依赖化石燃料，不如试着打造能够更有效地利用废物、副产品和阳光的生物系统。
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除了这些经由基因编辑设计过的生命形态，还有一个目标需要同步达成，即增加地球表面能自然发生光合作用的生物的覆盖面积。这个提议看起来简单明了，实则不然。要产生真正有意义的影响，就需要大规模的切实行动，还要考虑植物死亡或收割后的长久时间里的碳储存问题。这可能涉及培育更多森林，在海洋中培育藻类和海草，以及促进形成泥炭沼泽。但是，不论什么样的干预措施，但凡想取得足够有效和迅速的成果，我们都不得不尽力而为，把我们对生态动力学的理解推进到极限。正在世界各地发生的、基本上无法解释的昆虫数量下降就是一个典型的例子。我们的未来与昆虫这一物种息息相关，因为它们为我们的许多粮食作物授粉，还有构建土壤等其他贡献。
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这些应用的进展都需要我们更好地理解生命及其运作方式。所有领域的生物学家们——分子和细胞生物学家、遗传学家、植物学家、动物学家、生态学家等——都该精诚合作，协力确保人类文明与生物圈的其他部分共同繁荣，而不是以牺牲其他部分为代价。要想取得任何成功，我们都必须正视自己的无知。尽管我们在理解生命运作的方面取得了很大进步，但目前的理解仍是不全面的，有时甚至是非常片面的。如果我们想建设性地并且安全地干预生命系统，以实现一些更宏伟的、切实的目标，我们仍有许多东西要学习。
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开发新应用，和努力深入了解生命的运作方式，这两件事应该齐头并进。正如诺贝尔奖得主、化学家乔治·波特（George Porter）[1] 曾说过的：“为了养活应用科学就饿死基础科学，就好比在建筑物的地基上节省开支，以便把楼造得更高。整栋楼倒塌只是迟早的事。”但出于同样的原因，纵容自己的科学家们也没有认识到，有用的应用应该在任何可能发展的领域产生。只要我们发现有机会将知识用于共同利益，就必须付诸行动。
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不过，这又带来了新的问题和进一步的质疑。我们该如何界定“共同利益”的含义，并达成一致？如果治疗癌症的新方法非常昂贵，那么，谁该得到治疗，谁不应该？在没有充分证据的情况下呼吁大家拒绝接种疫苗，或者滥用抗生素，是否该算刑事犯罪？如果某些人因受基因的强烈影响而做出犯罪行为，惩罚这个人是否正确？如果编辑生殖系统基因就可以让后代摆脱亨廷顿病，他们是否应该不加犹豫地使用基因改造工程？克隆一个成年人是可以被接受的做法吗？如果应对气候变化意味着要在海洋中散播数十亿株基因改造过的藻类，是否应该这样做？
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随着对生命的理解不断深入，我们也不得不面对那些日益紧迫但往往很私人的问题，以上这些问号只是冰山一角。找到大家都能接受的答案的唯一途径就是持续而诚实的公开辩论。在这样的讨论中，科学家们承担着特殊的角色，因为他们必须清楚地解释每一种进展的好处、风险和危害。但在讨论中发挥主导作用的必须是整个社会。政治领导人必须参与，完全投入对这些问题的讨论中。而当今的政治领导人中，很少有人充分注意到科学和技术对我们的生活和经济产生的巨大影响。
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但是，政治应该出现在科学之后，而不是科学之前。这个世界已经目睹过太多次悲剧，政治先于科学就会出现可怕的错误。冷战期间，苏联能够制造出核弹，并将第一个人类送入太空。但在遗传学和作物改良方面的工作却遭到严重破坏，因为出于意识形态的原因，斯大林支持李森科（Lysenko），而后者是个拒绝接受孟德尔遗传学说的冒牌货。结果就是苏联人民忍饥挨饿。最近，我们眼看着否认气候变化的人拖了后腿，他们无视科学，甚至蓄意破坏，导致挽回气候变化的行动被延怠了。关于共同利益的讨论需要由知识、证据和理性思维来推动，而非意识形态、不确凿的盲信、贪婪或走极端的政治。
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但请你不要误解我的意思，科学本身的价值是不存在争议的。世界需要科学及其带来的进步。作为有自我意识、富有创造力和好奇心的人类，我们有独一无二的机会，可以利用我们对生命的理解去改变世界。我们应该尽一己之所能让生活变得更美好。这不仅是为了我们的家人和邻里，也是为了子孙后代，为了我们也身在其中、不可分割的整个生态系统。我们周围的生物世界不仅为人类提供了无穷无尽的奇迹，也维持着我们的生存。
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注释：
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[1] 乔治·波特（1920—2002），英国化学家，因发明测定快速化学反应的技术，于1967年获得诺贝尔化学奖。
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五堂极简生物课 生命是什么？What is Life
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这是个大问题。我在学校得到的答案是生物必考题MRS GREN[1] 清单之类的东西——生物体会表现出如下特征：运动（movement）、呼吸（respiration）、应激反应（sensitivity）、生长（growth）、繁殖（reproduction）、排泄（excretion）和吸收营养（nutrition）。这番简洁明了的总结确实概括了生物体的行为表现，但对于“生命是什么”，却算不上令人满意的解释。我想换一种思路。根据我们已经逐步理解的五个生物学的重要概念，我将总结出一套可以用来定义生命的基本原则。这些原则将让我们更深入地了解生命是如何运作、如何开始的，以及将我们星球上的所有生命联系在一起的关系的本质。
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当然，很多人都试图回答这个问题。薛定谔在1944年出版的极富先见之明的著作《生命是什么》中，阐述了他对遗传和信息的看法。他提出了“生命密码”的构想，现在，我们都知道那就是写在DNA中的信息。但在书的结尾，他暗示了一种近似活力论的结论：要真正解释生命是如何运作的，我们可能需要一种全新的、尚未被发现的物理法则。
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几年后，激进的英裔印度籍生物学家J.B.S.哈尔丹也写了一本题为《生命是什么》的书，并在书中宣称：“我不会回答这个问题。事实上，我很怀疑这个问题会不会有完整的答案。”他把活着的感觉与我们对颜色、痛苦或努力的感知相比较，以示“我们无法用别的说法来描述它们”。我对哈尔丹的说法深有共鸣，但这也让我想起了美国最高法院法官波特在1964年定义色情时所说的话：“我看到就知道了。”
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诺贝尔奖获得者、遗传学家赫尔曼·马勒（Hermann Muller）[2] 就没这么犹豫了。他在1966年用简单的一句话将生物单纯定义为“具有进化能力的东西”。马勒正确地指出了思考“生命是什么”的关键，就在于确立达尔文的通过自然选择进化的伟大思想。进化论是一套机制——事实上也是我们所知的唯一机制——能在不借助超自然的造物主的情况下，产生出多样的、有组织、有目的性的活的实体。
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拥有通过自然选择进化的能力，这是我用来定义生命的第一个原则。正如我在自然选择那一章中所说的，它取决于三个基本特征。为了进化，生物体必须能够繁殖，必须有一套遗传系统，并且，遗传系统必须表现出变异性。任何具有这些特征的实体都可以且必将进化。
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