70年前，諾貝爾物理學獎得主薛定諤提出了著名的“薛定諤之問”——生命是什么。70年后，“人造生命之父”克雷格•文特爾通過合成及時個“人造細胞”的方式給出了最的解答。
從解碼生命、開創全基因組霰彈測序法到合成噬菌體phi X174，從合成及時個完整的基因組，到把一個物種轉變為另一個物種，最終到合成及時個人造細胞，文特爾和他的團隊完成了一個又一個“不可能完成的任務”，他們在某種意義上，“扮演了上帝的角色”。
假設火星上的生命與地球上的生命都是基于 DNA 的, 假設火星有生命或者曾經有過生命,假設火星上有一 個基因測序設備,可以讀取任何有可能存在于那里的“火星人”的 DNA 序列,那么,只需要 4.3 分鐘把“火星人” 的基因序列發送回地球,我們就可以在地球上的實驗室里重造“火星人”！生命的未來值得我們每一個人期待，不是嗎？
這是一本詳細論述生命科學的基本原理的杰出著作，全景展示了分子生物學的歷史沿革和未來發展方向。更重要的是，讀者可以從中了解當今科學跨學科的融合：物理、化學、生物學以及天文學之間密不可分的關系。
21世紀，是生命科學大發展的時代，下一次科技產業革命必將發生在生命科學領域！人類正在經歷一個重大轉折點，本書講述的就是“奇點”到來之時DNA信息和計算機如何有機結合的有趣故事，不但震撼力十足，也具有說服力。人類進化一旦經過“奇點”，生命、社會以及我們關心的一切，都可能有令人震驚的事情發生。
中國科學院北京基因組研究所研究員、中國科學院精準基因組醫學重點實驗室主任曾長青、著名科幻小說作家 暢銷書《三體》作者劉慈欣，果殼網、在行創始人姬十三，中國科學院大學人文學院科學傳播教授李大光，“社會生物學之父”愛德華 威爾遜，奇點大學校長 《人工智能的未來》作者，雷 庫茲韋爾 暢銷書《從0到1》作者彼得 蒂爾聯袂推薦
湛廬文化出品。
美]克雷格 文特爾
“人造生命之父”，基因測序領域的“科學狂人”。
1946年出生于美國，加州大學圣迭戈分校生理學和藥理學博士。
1990年參與到總投資30億美元的“人類基因組計劃”的研究中，但中途退出，1998年創立“賽萊拉公司”，一人單挑6國科學家，僅用兩年時間就完成了人類基因組序列的測定。
“文特爾研究所”創始人，2003年合成噬菌體phi X174的DNA，2008年合成生殖支原體的基因組，2010年5月合成了包含110萬個堿基對的絲狀支原體基因組，然后將其移植到山羊支原體細胞中，創造了及時個“人造細胞”。
美國國家科學獎獲得者，2007-2008年，連續兩年入選《時代周刊》“全球影響力100人”榜單。2013年，被《前景》雜志評選為“最偉大思想家”。
[目錄]
前 言 我的“薛定諤演講”
引 言 合成生命時代向我們走來 /001
薛定諤認為,生命現象一定能通過物理學和化學來解 釋,染色體一定包含了“很多種能夠決定個體未來發 展的完整模式的密碼本”。1953 年,沃森和克里克發現了 DNA 雙螺旋結構,這標志著人類邁出了重要一步; 2010 年,文特爾利用合成 DNA 創造了及時個“人造細 胞”,這預示著合成生命時代向我們走來。
及時部分 生命是什么
01 “合成生命”是可能的嗎? /013
德國化學家維勒通過化學方法合成尿素,雖然并未對 “活力論”造成實質性影響,卻吹響了反擊的號角。我們需要做的就是用化學物質創造出一個人造生命。 當我們創造及時個合成細胞時,我們在某種意義上“扮 演了上帝的角色”。
合成尿素,一個對神秘生命力說“不”的故事
形形色色的“活力論”
馮 諾依曼的“細胞自動機”
合成生命時代的到來
02 數字生命的曙光 /037
我們原以為,DNA 過于簡單,不可能攜帶遺傳信息, 只有蛋白質才能在細胞分裂時將足夠多的信息從一個 細胞傳遞給另一個細胞。但實際上,正是 DNA 這個生 命的軟件,管理著我們的細胞。限制性內切酶的發現 和基因拼接技術的出現,為分子生物學的蓬勃發展奠 定了堅實基礎。
遺傳物質:蛋白質,還是 DNA ?
分子生物學的興起
蛋白質:生命的硬件
布朗運動:生命的驅動力
第二部分 生命的合成
03 解碼生命,從基因測序開始 /067
噬菌體phiX 174 的基因測序最初是用“桑格測序法”完成的。不過,桑格測序法速度慢,測序難度大。20 世 紀 90 年代,文特爾利用獨創的“全基因組霰彈測序法” 快速完成了流感嗜血桿菌和生殖支原體的基因組測序。此時,一個更大的難題擺在人們面前:怎樣合成一個 完整的基因組?
桑格測序法
全基因組霰彈測序法
最小基因集
新挑戰:完整基因組的合成
04 噬菌體phi X174的合成 /087
20 世紀 60 年代,阿瑟 科恩伯格利用 DNA 聚合酶在實驗室成功復制了 phi X174 噬菌體的基因組并成功激 活。那時,基因測序技術還未出現。phi X174 也成了文 特爾及時個 DNA 合成的目標。實驗表明,包含 5 384 個堿基對的 phi X174 合成 DNA,在進入大腸桿菌后,能 夠感染、復制,并且殺死大腸桿菌的細胞。人工合成 病毒取得了成功!
科恩伯格,探索生命奧秘的先鋒
精度,合成基因組的關鍵
大功告成:及時個合成傳染性病毒 phi X174 誕生
倫理問題
05 及時個基因組的合成 /113
文特爾把及時個合成基因組的目標瞄向了生殖支原體。這種生命體的基因組擁有 582 970 個堿基對,合成的 度要求是每 10 萬個堿基對中的錯誤少于一個。完 整基因組的組裝是在酵母細胞中進行的。實驗證明, 有 17 個細胞包含了完整的生殖支原體基因組,甚至連 插入的水印“文特爾研究所”都清晰可見!
目標:合成 582 970 個堿基對
準備高精度的 DNA 序列數據
合成基因組的組裝
重大突破:及時個合成支原體誕生
06 把一個物種轉變為另一個物種 /131
為了向“合成生命”再邁進一步,文特爾決定將絲狀支原體的基因組向山羊支原體移植。對“藍色菌落”的測 序結果表明,所有的序列都只與移植到受體細胞的絲狀 支原體基因組相匹配,文特爾和他的團隊成功地實現了整個基因組的移植,完成了“不可能完成的任務”。
歷史上的細胞核移植
基因組移植:從絲狀支原體到山羊支原體
藍色菌落,移植成功的重要標志
“不可能完成的任務”:改變物種!
07 及時個人造細胞的誕生 /149
若想創造出一個“合成生命”,必須解決兩大難題。一個難題 是宿主細胞中的限制性內切酶會摧毀被移植的基因組;另一 個難題是生命對合成基因組的精度要求非常高。“甲基化”和 高精度“桑格測序法”,讓兩大難題迎刃而解。培養皿中的“藍 色菌落”宣告了及時個人造細胞的誕生!正是因為這一成果, 人們稱文特爾為“人造生命”之父。
無法繞過的兩個難題
甲基化,合成基因組移植的關鍵
生死之間:一個堿基對的對錯
奇跡出現:及時個有生命的合成細胞
第三部分 生命的未來
08 “合成生命”究竟意味著什么? /171
關于什么是“合成生命”,什么是“合成細胞”,文特爾給出 了他的定義:這些細胞是由人工合成的 DNA 染色體所控制的。由于合成基因組既需要使用一個已存在的基因組,還需要使用一個自然受體細胞,因此,“合成生命”不能算是“從 頭到尾”的真正合成。創造一個“通用受體細胞”,成為擺在科學家面前的一個新課題。
什么叫“合成生命”
有個“通用受體細胞”就好了
新探索:細胞間的合作
09 設計生命 /187
未來,在創造真實的細胞之前,我們可以先設計一個 虛擬細胞,用它來對我們的設想進行檢驗。國際基因工程機器設計大賽(iGEM)吸引了無數才華橫溢的年輕人參與 “操控生命的軟件”的實踐活動。這些來自實踐的真知,提高了我們設計基因組的能力,進一步加快了我們合成新生命的進程。
生命的計算機建模
iGEM 大賽
安全與倫理
10 造福人類的“生命瞬間轉移” /213
文特爾正在完善一種技術,它可以讓我們以電磁波的形式發送數字化的 DNA 密碼,然后在一個遙遠的地方 用一種獨特的方法來接收這些數字化的 DNA 密碼,從 而重新創造生命。從目前來看,“生命瞬間轉移”技術 的近期應用,可能是流感大暴發時的疫苗分發,或者用噬菌體療法對付“超級細菌”。
瞬間轉移,人類永恒的夢想
快速提供疫苗
快速提供噬菌體
結語 只需4.3分鐘傳回基因信息，我們就能重造火星人/237
假設火星上的生命與地球上的生命都是基于 DNA 的, 假設火星有生命或者曾經有過生命,假設火星上有一 個基因測序設備,可以讀取任何有可能存在于那里的“火星人”的 DNA 序列,那么,只需要 4.3 分鐘把“火星人” 的基因序列發送回地球,我們就可以在地球上的實驗室里重 造“火星人”!
譯者后記 /249
[精彩樣章]
我的“薛定諤演講”
2012 年 7 月 12 日,我應圣三一學院的邀請到都柏林發表演講,這次演 講時值著名物理學家、諾貝爾獎得主薛定諤初次發表他的《生命是什么》系 列演講整整 70 年之后。主辦者要求我再次論述薛定諤當初提出的偉大主題, 并且希望我在現代科學的基礎上,就有關“生命的定義”這一深奧的問題提 出新的洞見和答案。顯而易見,對于這個問題,幾乎每個人都非常有興趣, 個中原因可謂不言自明。我本人也不例外,不過我還有一些個人的原因。我 年輕時曾在越南當過醫護兵,在那個時候,我無比驚異地發現,“有生命的” 與“無生命的”兩者之間的區別竟是如此的微妙:一張小小的紙巾就能把活 著的、有呼吸的人與死人區分出來;甚至在良好的醫療護理下,存活下去的 可能性也仍然部分依賴于病人積極向上的思想和樂觀開朗的心態。這就證明, 高度的復雜性源于活細胞的組合。
在一個美好的星期四晚上,時間是下午 4 :30,得益于數十年來分子生 物學的發展,我終于走上了薛定諤曾經站過的那個講臺。像他一樣,我也是 在愛爾蘭總統面前發表演講的。不同的是,現在這個禮堂已經成了圣三一學院的考試大廳,但是講臺仍然是那個無與倫比的講臺。在巨大的枝形 吊燈的照射下,站在威廉 莫利紐茲(William Molyneux)和喬納森 斯威夫 特(Jonathan Swift)等人的肖像畫下面,我注視著講臺下 400 位聽眾,所有 人的臉上都浮現出翹首以待的表情;數不盡的式樣各異的攝像機閃耀著令人 眩目的亮光。當然,我還知道,與薛定諤當初發表演講時不一樣的是,我這 個演講將會被錄音、被現場實況轉播、被寫進博客,還將會在 Twitter 上被大 量推送,盡管我所要回答的問題,就是我的前輩們已經付出過許多努力試圖 給出答案的那同一個問題。
在演講開始后的 60 分鐘時間里,我向聽眾詳細地解釋了 DNA 是如何驅 動生物機器運行并最終組成生命的。所有活的細胞都在運行著 DNA 這個“軟 件”,它指揮著成千上萬個“蛋白質機器人”。自從我們人類及時次搞清楚如 何通過對 DNA 進行排序來解讀這個“生命的軟件”以來,我們對生命進行數 字化操作的歷史已經有幾十年了。現在,我們可以從計算機數字代碼出發, 走到另一個方向,即我們能夠設計出一種新的生命形式,用化學的方法合成 它的 DNA,然后用它來“生產制造”出實實在在的生命有機體。這是因為, 我們現在可以對所有的信息進行數字化處理,并且能夠將它們以光的速度發 送到任何地方,并且最終能夠重組 DNA,再造生命。坐在愛爾蘭總統恩達 肯 尼(Enda Kenny)旁邊的是詹姆斯 沃森 ,沃森一直自稱是我的老牌競爭對 手。在我的演講結束之后,沃森走上講臺,握著我的手,大方地祝賀我發表 了“一個非常美妙的演講”。
《生命的未來》這本書的部分內容就是在圣三一學院演講的基礎上寫成的。 本書的宗旨是,將我們現在已經取得的令人難以置信的進展描述清楚。自薛定諤發表《生命是什么》系列演講到現在,才過了 70 多年,說起來這只不 過相當于一個人的生命周期。但是在這段時間里,我們確實已經取得了極大 的進展。從薛定諤的“非周期性晶體”(aperiodic crystal)到對遺傳密碼的正 確理解,再到及時個合成染色體的成功構造,又到制造出及時個人造細胞, 從而最終證明 DNA 就是生命的“軟件”,這些偉大成就是建立在過去半個多 世紀以來的各項巨大進展的基礎之上的,也是來自世界各地的許多杰出科學 家在各自的實驗室里不斷努力的共同成果。
在本書中,我將對分子和合成生物學領域中的進展進行一個綜述,一方 面是對這個史詩般的事業和成就的致敬,另一方面是對那些為這個偉大事業 做出杰出貢獻的無數重要科學家的致謝。當然,我的目的并不是對合成生物 學的發展歷史做一個、完整的描述,而是希望借此闡明,被我們稱為“科 學”的這項事業,它的力量固然無比巨大,但是它也極其需要所有人齊心協 力進行合作。
現在,作為數字化信息的 DNA 不僅能夠在計算機數據庫中實現不斷的 積累,而且能夠通過生物傳送器以一種電磁波的 形式以光速或者接近光速進行傳輸,從而在一個 遙遠的地方重新創造出蛋白質、病毒和活的細胞, 或許這將永遠地改變我們對生命的看法。隨著這 個對生命的全新理解以及我們駕馭生命的能力的 逐步擴展,我們有力地敲開了一扇全新的蘊含著無限可能性的大門。這是極其激動人心的。
隨著工業化時代接近尾聲,我們有幸見證了“生物設計時代”的來臨。 人類即將進入一個全新的演化階段。
[各方贊譽]
克雷格 文特爾(J Craig Venter)，發明了先進的“霰彈測序法”，創造了及時個真正合成意義的人造生命。從人類基因組測序的先驅之一，到合成生命及時人，在他那一系列幾乎令人眼花繚亂有些甚至是跨領域的不懈探索和巨大成就中，領軍其中任何一項就是了不起的科學家了。他一次次特立獨行的壯舉讓他有了“測序狂人”“科學狂人”的雅號。《生命的未來》這本書又把我們引至激動人心的合成生物學前沿。
曾長青
中國科學院北京基因組研究所研究員
中國科學院精準基因組醫學重點實驗室主任
薛定諤的《生命是什么》影響了一代又一代生物學家，并開啟了生物學新時代。克雷格 文特爾追隨薛定諤的腳步，在破譯生命密碼方面更進一步，他創造的及時個“人造細胞”震驚了世界！我希望，對生命奧秘的探索，既能造福人類，又能幫助我們探知無邊的宇宙。
劉慈欣
著名科幻小說作家 暢銷書《三體》作者
孩子都會拆鬧鐘，但只有能拼回去的時候才算真正理解了它的運作原理。人類拆開生命已經有漫長的歷史，但文特爾也許將是及時個把它拼回去的人！
姬十三
果殼網、在行創始人
及時次“結識”克雷格 文特爾是在大約10年前的法國戴高樂機場。《時代周刊》的封面人物似乎在對視著上帝，標題是《玩弄上帝？》。從那時起，我開始追蹤這個爭議、也傳奇色彩的科學家 ，他的新書《生命的未來》詳細論述了生命科學的基本原理，更重要的是，讀者可以了解當今科學跨學科的融合：物理、化學、生物學以及天文學之間密不可分的關系。看完后，你一定會想：如果文特爾有24小時獲得諾貝爾獎，會是哪個領域的呢？
李大光
中國科學院大學人文學院科學傳播教授
國際科學素養促進中心中國研究中心主任
克雷格 文特爾是一位出類拔萃的科學家，他的《生命的未來》不但清晰地勾畫了分子生物學的發展史，也展示了他和他的團隊在 “合成生命”領域的成就。這是繼詹姆斯 沃森的《雙螺旋》之后，生物學領域的又一部杰作！
愛德華 威爾遜
哈佛大學教授，
“社會生物學”之父
“普利策獎”獲獎圖書《論人性》《螞蟻》作者
人類正在經歷一個重大轉折點，因為克雷格 文特爾根據計算機設計的合成DNA創造出了新生命！《生命的未來》這本書講述的就是“奇點”到來之時DNA信息和計算機如何有機結合的有趣故事，不但震撼力十足，也具有說服力。人類進化一旦經過“奇點”，生命、社會以及我們關心的一切，都可能有令人震驚的事情發生。
雷 庫茲韋爾
奇點大學校長，
谷歌公司工程總監
人工智能的未來》《奇點臨近》作者
下一次科技產業革命將發生在生命科學領域。
彼得 蒂爾
暢銷書《從0到1》作者
慢慢看，有壓痕
非常好，期待文特爾的書
學生用書，質地和印刷均不錯，正版有保證。支持當當。
開啟科技之旅。沒有科技，我們生活的這個世界將會是一種什么樣的景象？
超超超超級喜歡，孩子喜歡，大人喜歡。都不知道先看哪一本了。爭取抽時間一周過一本，需要多久時間啊。娃，書要看，飯要吃，作業要做，覺還要睡的啦
一起買的有點多，還沒一一看完
內容挺好的
內容經典，好……
書本很好，當當自營，正版保證。
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精品圖書,慢慢拜讀!!
未來就是現在
包裝完好，物流很快！
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很棒的一本書!
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很實用，很滿意！
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非常有意思的一本書，值得推薦閱讀
感覺很不錯 值得買
在當當買書很開心，價格很實惠，最后再夸一夸云南萬象的快遞大叔，很有敬業精神
為了生活的環境更好，為了這個世界更加光明與溫暖，為了未來的孩子們，努力創造與奉獻。實現這一生的價值。
生導課推薦的書。大概瀏覽了一下，很具體地介紹了克雷格?文特爾的幾項研究。挺有趣的，但似乎有點難？
裝幀不用說 無可挑剔 內容還沒看 科普類的得慢慢看 不急
