自然界是生命之源。自然生命千千万万，千姿百态，千差万别，巧夺天工，奇妙无穷人工生命（artificial life，ALife）试图通过人工方法建造具有自然生命特征的人造系统。人工生命是生命科学、信息科学、系统科学和数理科学等学科交叉研究的产物，其研究成果必将促进人工智能的发展。9月20日，我国首只克隆猫“大蒜”正式交付到主人黄雨手中。“大蒜”是一只经代孕猫自然分娩的英国短毛猫，委托人黄雨为了纪念过世的宠物猫“大蒜”，选择了花费25万元克隆宠物。这次成功培育克隆猫是世界为数不多的成功案例之一，标志我国在克隆领域迈进一大步。
1997年英国科学家成功克隆“多利”羊以来，人类已成功克隆多种动物。克隆技术对大家来说其实并不陌生了。
“克隆”其实也可以理解为“人造生命体”。人类一直痴迷于人造生命这件事。不管是神话传说还是科幻电影，像是人造人、物种复活、生命改造，这些想法从来都不少。
大众媒体也对复活已经灭绝的物种充满了狂热的幻想，哈佛大学乔治·丘奇教授主持复活猛犸象的研究就受到了极大的关注。
如果真的能复活恐龙，我相信侏罗纪公园这个项目立刻能拿到大笔投资。但问题是，复活恐龙在科学上真的可行吗？或者我换个问题，科学家能把没有生命的东西变成有生命的吗？
你可能想，现在肯定不行。但其实还真不一定。因为第一个“人造生命”已经被做出来了。2010年5月，美国生物学克莱格·文特尔(Craig Venter)教授和他的团队就合成了一种原核生物——丝状支原体。他是怎么做的呢？
先说一下支原体，它是一种致病菌，只由一个细胞组成。文特尔教授通过计算机程序和四瓶化学物质，合成了一个完整的支原体DNA染色体。然后把这条染色体植入一个细胞空壳里，创造出了生命。他甚至给这个细胞起了一个名字，叫“辛西娅”，意思是人造儿。但是不少科学家质疑，这能算人造生命吗？而且这个结论恐怕和我们普通人直觉认为的合成生命也不太一样。直觉上我们会认为，合成生命应该是用没有生命的东西做出生命体，得能“从头到尾”制造出来一个生命。只是把一个细胞里天然的DNA换成了人造的，怎么能算呢？因为辛西娅并不是一个所有成分都由人工合成的生物，又没有改变任何遗传信息，只是抄写了一遍DNA。虽然媒体非常关注，但科学界对这项研究的评价没有那么高。
不过，恰恰是这个研究， 证明了一个科学家早就知道，却没有被科学实验证实过的事实：生命的本质就是一个信息系统。
如果把生命比作一台机器，DNA就是控制它的软件。如果这个软件被修改，这个机器就会按照新的程序去装配自己的硬件。
比如说，克隆羊多利克隆过程涉及到3只羊。但多利长得和提供细胞核的那只羊一模一样，就是因为细胞核里的DNA提供了装配多利这只小羊的软件。
虽然我们早就知道DNA是遗传物质，但现在不只是从理论上证明了这一点，而是完全可以人造一套DNA作为遗传物质了。
这些技术如果放在20年前，任谁听起来都觉得是科幻。但现在我们发现只要信息正确，DNA是天然的还是人造的，根本不重要。
这就相当于理论物理学家早就能用公式计算出黑洞的存在，但和你实实在在拿到一张黑洞的照片还是不一样的。
今天我们实实在在拿到了这个证据，生命其实和计算机一样，的确就是信息系统，而且可以被人为地写入信息。
现在，合成生物学做的事情就是在DNA这个软件上做编程。
我们再往前想一步，原核生物是地球上最早诞生的生命形态，既然我们已经能组装出40亿年前最初的生命了，那么我们是不是有机会重构出自然进化过程呢？
是不是能一点点重构出复杂的生命呢？甚至所有的物种是不是都能被重构呢？
接下来我们再思考一个问题，合成生命到底有什么用呢？难道只是为了满足人类的好奇心吗？当然不是。
人类是个相当有野心的种族，一方面，在关系到自身命运的问题上，我们总想要违背自然法则。因为自然法则告诉我们，每个人都会生老病死。但人类就是不甘心，我们想要摆脱疾病的困扰，甚至追求长生不老。
而另一方面，在处理人类与自然关系的时候，我们又希望人类文明能够与自然法则相融合。工业革命之后，人类疯狂地消耗有限的化石能源、释放了太多的二氧化碳、制造了无尽的垃圾和污染，都是因为人类工业文明与自然是两套割裂的系统，这种割裂造成了所有的麻烦。
可是摆脱自然的束缚和融入自然的系统，这完全是两个相反的方向，这两个需求很难同时被满足。合成生物学恰好有能力在这两个方向上同时满足人类的野心。
因为生命系统本来就是自然的一部分，现在人类终于可以定制生命系统了，所以这些问题也就有了同时解决的可能。
举个例子，比如说糖尿病是人类的困扰之一。要有效地控制糖尿病，就离不开胰岛素。
但在自然法则限制下，人类能获得胰岛素的途径是非常有限的。比如说只能从猪和牛的胰脏里提取，数量极少，成本很高。1吨猪胰腺只能提取100g胰岛素，所以这种特效药，曾经是糖尿病患者可望不可及的贵重药。而且，胰岛素几乎没办法用化学方法合成，因为它的结构过于复杂。
但用合成生物学的方法却很好解决，理论上只要有合成胰岛素的基因，就能在任何生命体上合成胰岛素。
1978年，科学家就研究了一种胰岛素的合成方式——用大肠杆菌合成胰岛素。1982年这项技术成功商业化，到今天全世界所有胰岛素都是用这种方式生产的。
自然状态下，大肠杆菌无论如何都不会进化出合成胰岛素这种功能，这不就是人为打破自然的法则吗？
糖尿病曾经是不治之症，有了这样的方法，它就变成可以被很好控制的慢性病了。另一方面，我们需要找到一种方法，让人类文明与自然系统重新融合。
比如说，像混凝土、塑料，这都是塑造当今人类文明的重要发明，在人类文明系统里价值非常高。但一旦放进自然系统里却格格不入，反而变成了大麻烦。
所以是要去生命系统里寻找替代方案，才能让这两套系统重新融合。这也是为什么我在发刊词里告诉你，我们正在用生命系统重构你熟悉的物质世界。
2018年的时候，我去旧金山参加合成生物学领域的产业峰会，看到了舞台上非常特殊的背景墙，它们是由蘑菇做的砖搭建而成的。
这是一家美国合成生物学公司（Ecovative）的产品，他们可以让一种特殊的蘑菇菌丝体生长成任何形状，可以做成砖块、椅子，甚至鞋子。
SynBioBeta SF 2018（图片来源：李腾）
砖墙前面正在发言的两位嘉宾，一位是和乔布斯一起创立苹果公司的史蒂夫·沃兹尼亚克，另一位是刚才提到的生物学家乔治-丘奇教授。
他们当时正在讨论，1975年个人电脑刚刚被发明时候的情景，与今天合成生物学风潮真的是出奇的相似。
像胰岛素、蘑菇砖，这样的产品，在合成生物学领域非常多。在这门课里，你还会听我讲到更多违背自然法则，或者融入自然系统的应用。第一，要理解什么是合成生命，最重要的就是要知道生命其实是一套信息系统。DNA是操控它的软件，是代码。只要代码信息正确，这些DNA是来自天然的还是人造的，根本不重要。
第二，搞懂了生命的底层代码，科学家就可以在这套系统上开发各种各样的APP。合成生物学最大的目标，就是推动这些APP的开发，也就是研究如何让DNA软件变得更有用。
第三，合成生物学家特别喜欢引用物理学家费曼的一句名言：“我不能创造的东西，我就不能理解”，但其实在探索合成生命的过程中，我们发现就算是“我们能创造的东西，我们也不见得就理解”。
虽然文特尔能合成完整的基因组，但不等于能解析基因组所携带的全部信息，其实还差得很远。这就像你拿到一本外语小说，虽说这种语言你从来没学过，也一样可以抄写。但不等于你能明白每句话什么意思，离自己能用这种语言写一本小说就差得更远。这就是合成生物学当前的处境。
所以，合成生物不但任重道远，还要非常慎重对待。但时空通讯确信，人类掌握生命密码，完全制造出生命的那一天终将到来。