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生物革命的精选书单: 合成生物,未来食物,微生物组,生物制造

范阳 范阳 2022-03-15

“ 让我宽慰的是,在我生病的这段时间,我的儿子里德与很多优秀的医生去学习生物与医学。我认为21世纪最伟大的创新将会来自于生物学和技术的交汇处。一个新的时代正在开启,就像我在他这个年纪,数字革命的时代刚刚开启。"

– Steve Jobs,《史蒂夫·乔布斯传》



喜欢这张苹果公司的老海报,人类创造出来最智慧最美的机器,还是没有一颗苹果伟大。


仅仅在过去20多年,从破解人类基因组计划开始,生物学从一门自然科学变成了最先进的技术,而人类的科技也变的越来越像一个生命体。


随着理解的越多,我越来越对生物学(biology) 以及生物科技 ( biology technology) 产生了极大的兴趣,我认为未来生物学主导的科技进步会比现在人类的数字技术 ( digital tech ), 加密技术 ( crypto tech )和机器文明(machinary civilzation)都更酷,不过这些技术之间也会融合与共生,就像生物群落那样。


如果现在告诉你 SpaceX 最终是一家星际生物科技公司,你觉得这听起来一定有点疯狂。但是事实确实是这样,SpaceX现在付出的所有航天技术的努力,只是实现生命的万里长征 “造船票” 的那一步。



就像乔布斯看到的,生物革命正在发生,就像70,80年代初期的计算机革命,只是看起来还是黎明前的悄无声息,却已静水流深。但是当我们面对前所未有的生命科学与生物科技的发展,我们还是应该回到生命的本质,理解生命,尊重生命,热爱生命,不只是在科技层面,还有在人文层面上,才能真正看清在发生的一切。


快速回顾一下我写过的三篇文章:


1. 自然主义的生物科技公司正在改进世界,合成生物学,微生物组学,深度学习,基因编辑技术,人类掌握了越来越多生命演化的工具箱,更重要的问题不是我们能做什么,而是我们应该做什么。


2. 一些正在改变世界的前沿科技和人文精神,Digital, Crypto, Bio, 将会是最有影响力的三股技术力量,并且在不远的将来,数字技术,加密技术和生物技术将会融合在一起 (并且也许会去平衡和融合AI主导的机器文明)。


3.两种未来世界:骇客帝国和阿凡达,技术和思想之间也是需要竞争的,如果你相信技术会越来越机器性,我们的未来会越来越像骇客帝国,如果你相信技术会越来越像生物性,我们会走向阿凡达世界。但我们应该有一个比骇客帝国和阿凡达都更美好的未来。


There will be dragons, 不只是浪漫主义的想象,在这个世纪结束前,我们也许能看到这样的景象。

生命科学的进步将会改变几乎所有我们原子世界的东西,虽然现在生物技术还不能给你阿凡达,恐龙和猛犸象,在我们看到数字世界进步的同时,希望可以有更多人了解原子世界正在发生的革新。我准备写一个有关生物革命的系列文章,第一篇先从我选出来的这份书单开始,这些书籍都是综述和科普型的,有经典也有最新出版的外文书,是一个很好的入门。



合成生物学 
Synthetic Biology

合成生物学(SynBio) 可能是这两年在生命科学领域最热的名词之一,通俗来说合成生物学就是人类可以像编程计算机一样编程生命体,然后再去让设计改造过的生命体创造我们需要的一切。就像任何一种新的技术,在它光明一面背后也有需要去了解这项技术潜在的风险。

Biology Is Technology 
生物学作为一种科技
作者:Robert H Carlson
出版日期:2010年


生物是地球上最古老的科技。为什么这么说呢?在过去40亿年生命的历史当中,地球上的有机生命体们以一种复杂的方式互相利用,共同进化,并且改造了地球的环境。应该说生命本身是宇宙中技术的结晶。

在人类文明的大部分时间,我们都是依赖“生物经济”,去获取食物,能源,材料等等。直到工业革命之后,我们才大规模开始利用火,矿物,化学等来获取我们需要的一切。而又直到近二十年,我们开始通过改造过基因组的生命体来获取我们所需,这是正在发生的新的生物经济。

而新产生的生物技术,还需要时间才会传导到每个人的生活当中,只有这样才能验证哪些技术是真正革命性且对人和环境有价值的。


Regenesis
再创世纪
How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves
作者:George M Church,Ed Regis
出版日期:2014年




这本书的联合作者 George Church 被称为 “当代基因组学教父”, 他可能也是当今思想最活跃、最疯狂的科学家之一。他任职于哈佛医学院遗传学系教授,主要研究方向是基因组测序及数据分析、合成生物学、个人基因组学等。


这本书我刚刚开始读,我听说有很喜欢的人,也有不喜欢的人。就像作者George Church一样,他也一直是一位有争议的生物学家,因为他“张扬”的学术观点和在商业领域参与了近100家公司的孵化。但是我认为科学本身以及科学背后的社会问题,都是错综复杂没有办法非黑即白讨论清楚的,我们也不能要求在一本书中把合成生命、基因技术的利与弊都讨论清楚。我的期待是能透过George Church的大脑,看见一部分我们现在还很难想象的生物技术的未来,以及哪些是我们可以做到的,哪些是应该去做的。


Jurassic Park
侏罗纪公园
作者:Michael Crichton
出版日期:1991年


是的你没有看错,《侏罗纪公园》的原著小说其实是一本有关合成生物学与混沌理论(Chaos Theory) 的书,而后来全世界都知道的这部电影,更侧重在刺激惊险的部分,而没有办法诠释出数学家出身的作者更深刻的主题:世界的本质是混沌的每当人类想要利用我们的科学技术去控制自然界,我们就会陷入不可预知的麻烦。

1993年《侏罗纪公园》最早的海报设计之一,“人类,科学,娱乐,混乱”,是这部电影的关键词。


Strange Natures
Conservation in the Era of Synthetic Biology 
奇异自然
在合成生物学时代的自然保护
作者:Michael Crichton, Bill Adams
出版日期:2021 年


这本新书是生物科技领域的前沿孵化器 Indie Bio的合伙人推荐给我的。

Kent Redford是美国知名的生态保护学家,哈佛大学生物学博士,多年来一直致力于生态保护的工作。但是与很多自然保护工作者稍微不同的是,Kent Redford 对新的技术保持开放的态度,他提出这些需要思考的问题:这十年才逐渐为人所知的合成生物学技术,会给生态保护带来什么正面和负面的影响?当人类可以改造生物的基因组,这些“崭新”的物种进入自然界当中,意味着什么?什么是自然的什么又是人工的?新的基因组和合成生物学技术是否应该把灭绝的动物重新带回到自然界?

在过去的亿万年,地质学,天气变化和生物共生一直在改造着生态圈,而合成生物学技术将会重新定义人类在我们地球当中生态圈的位置,以及其他生物的位置。所以掌握这一技术的人群,也需要更多从生态系统(ecosystem) 的视角去理解这一技术的影响。而生态学家们与其被动的抵抗新技术对自然界的渗透,不如主动去了解这些新技术如何应用于保护我们的环境和生物多样性,这就是这本书主要在阐述的。


The Genesis Machine
Our Quest To Rewrite Life In The Age Of Synthetic Biology
创生机器
在合成生物学时代人类重写生命的追求
作者:Amy Webb, Andrew Hessel
出版日期:2022 年


这本书的主要作者Amy Webb是一位定量未来学家(quantitative futurist),她是纽约大学商学院的教授以及Future Today Institute的创始人。按照Amy Webb的介绍,在过去三年她花了大量时间阅读学术论文和采访生物领域领军的科学家和企业家,将在 2022 年出版这本有关合成生物学产业的新书。


Synthetic Aesthetics
Investigating Synthetic Biology's Designs on Nature
合成生物美学
合成生物学与自然设计
作者:Alexandra Daisy Ginsberg, Drew Endy 等
出版日期:2014 年



Before life is synthetic, it is always aesthetic. 

在生命可以合成之前,它首先是美的。Alexandra Daisy Ginsberg是一位在伦敦的跨界艺术家,在过去十年关注合成生物学,生态多样性保护,科学与艺术的结合等。Alexandra的艺术作品包括和合成生物学公司Ginkgo Bioworks合作,通过提取植物标本里的DNA, “复制”了一种灭绝了的古代植物的气味,让人们在美术馆可以重新闻到一株灭绝的植物。

Resurrecting the Sublime,“复活” 一支灭绝植物的气味分子,by Alexandra Daisy Ginsberg.

因为今天的技术都是在人类商业欲望的框架之下发展的,所以适时跳出商业看技术十分有必要。在这本书中作者采访了合成生物学领域知名的科学家还有哲学家和社会科学家,探讨合成生物学和微生物科学带给设计师和艺术家什么样新的工具、材料和可能性,而设计、美学与人文思考又能带给科学家和工程师们什么样的视角去创造新的自然。


微生物组科学
Microbiome Science

人类本身是一个超级共生体,我们的身体是一个巨大的微生物生态系统。除了我们自己的身体细胞和基因组,每个人还携带着一个庞大而丰富的微生物群落,这些微生物也是组成“你我”不可分割的一部分,它由成千上万种细菌,真菌,病毒和其他微生物组成,所以叫做微生物组(microbiome),而这些微生物的基因加起来,也是人类基因组的一部分,影响着我们全身上下的健康,以及生存繁衍。

如果说合成生物学是技术和工具,那微生物组这门科学研究也刚刚在这十年有越来越多的认知突破。有很多有关微生物的新的知识对我们日常的每一天都很重要。

I Contain Multitudes
The Microbes Within Us and a Grander View of Life
我包罗万象
我们体内的微生物以及宏大的生命图景
作者:Ed Yong
出版日期:2016 年



去年最早看到这本书是因为比尔盖茨在年度书单里的推荐,作者埃德·扬是《大西洋月刊》的科学记者,专注于生物医学报道和生命科学传播工作,也曾获得普利策奖。这本科普书籍深入浅出的为普罗大众打开了微生物世界的大门,我们体内的微生物组直接影响着我们的身体健康和心理状态,还有我们的喜好,人际关系,后代的健康甚至我们的意识。因为人类体内和体表的微生物组 (microbiome),本来就是和我们共生的不可分割的一部分,读完这本书你也会重新思考“我”意味着什么,原来这个“我”还包括我们看不见的无数微生物。


10% Human
How Your Body's Microbes Hold the Key to 
Health and Happiness
我们只有10%是人类
认识主宰你健康与快乐的90%微生物
作者:Alanna Collen
出版日期:2016 年



这也是一本适合普罗大众了解微生物对人体和环境重要性的科普书籍,书名 “我们只有10%是人类” 的意思是,组成我们的基因组不只包括人体细胞的基因组,还包括与我们共生的微生物的基因组,他们共同决定了我们的生命代码,如果从基因组数量的比例来看,“我” 作为一个人类,人类基因组数量和微生物基因组数量的比例接近于1:9,所以作者做了一个类比我们只有10%是人类,90%是微生物共生体。虽然微生物和人类共生的关系还有很多没有完全研究清楚的地方,但是作为一本科普书籍,这本书会颠覆很多我们以前认为的有关健康的知识。


生命科学的前沿
Frontiers of Life Science

Evolving Ourselves
How Unnatural Selection and Nonrandom Mutation are Changing Life on Earth
重写生命未来
加速进化:重新编码世界和我们的身体
作者:Juan Enriquez, Steve Gullans
出版日期:2015 年


为什么自闭症、哮喘、肥胖和过敏等疾病的发病率在以前所未有的速度激增?为什么人类活得更久、变得更聪明了,生的孩子却更少了?如果达尔文今天还活着,他会如何解释这个新世界?或者你有想过我们的孩子最终会变成不同的物种吗?作者胡安·恩里克斯是一位知名的生物科技风险投资人,以及另一位作者史蒂夫·古兰斯是一位科学家,这本书是一本很好的了解生命科学在各个领域正在发生变革的概览,人类的进化正处在一个交叉点上,从自然选择和随机变异走向人类驱动的进化,这会在未来二三十年改变许多事情。

Next Nature
How Technology Becomes Nature
预见下一代自然
科技如何重塑我们的未来
作者:Koert van Mensvoort
出版日期:2021 年 (中文版)




这本书的作者 Koert van Mensvoort 是一位关注科技的哲学家和艺术家,他创办的 “下一代自然网络(Next Nature Network)”是一个国际性的研究、设计和开发(R&D&D)网络,通过跨学科的项目、出版物和活动,激发人们对人、自然和技术之间不断变化的关系的讨论。

随着科学家掌握了重写基因密码的工具箱,人类的野心和欲望也在不断增长。人工的( artificial )和自然的(natural )逐渐融为一体,作为整体加速进化,不断成为“下一个自然”。而对于人类这又意味着什么?

未来食品
Future Foods Technology

在未来的20年,我们吃的食物将会和现在有很大的不同。

首先我们应该有一个更可持续的食物生产体系用来支持地球上日益增长的人口,以及占用更少的自然资源,用来生产更多优质健康的食物 ( less land for more healthy foods),并且这个食物系统能和我们的自然系统兼容共生。为了达到这个目标,我们应该发展不同种类的技术,而不应该只发展单一的技术(比如植物肉等新型合成食品或者细胞农业技术),最终我们生产食品的技术多样性和供应链本地性,将会让更多人享用美味,健康而环保的食物。这是未来的食品技术在努力的方向。

Technically Food
Inside Silicon Valley’s Mission 
to Change What We Eat
技术型食品
探究硅谷想如何改变我们的饮食
作者:Larissa Zimberoff
出版日期:2021 年6月




这本书的电子书我正在阅读中,十分推荐。作者是一位资深的科技记者,因为自己是先天性糖尿病患者,所以从小需要打胰岛素的她对自己摄入的食物和营养都需要了如指掌。作者还有一个substack英文博客也推荐对食品科技感兴趣的朋友去阅读。这本书分别探究了目前“科技创业公司”正在开发的不同的未来食品路线,从细胞培养肉,植物基肉蛋奶,菌丝体蛋白,藻类蛋白到精准发酵生产工艺和农业科技等等,作者对新的技术持开放但是也批判的态度,认为未来的食品不应该是一些新时代的科技大公司和资本主导的,技术和供应链也不应该是单一的,而应该是多样性发展的。

看起来很像是牛排,但是这一盘是食品科技公司 The Better Meat Co.做的一种菌丝体蛋白做的“真菌蛋白肉”。

一家新型替代蛋白公司的“精准发酵”工厂,未来很多肉蛋奶用到的蛋白会由这种机器化控制的发酵工艺来生产。

Future Foods
How Modern Science Is Transforming the Way We Eat
未来食品
现代科学如何改变我们的饮食方式
作者:David Julian McClements
出版日期:2019年




这本书我还没有开始阅读,看起来是一本专业性知识很高的科普书籍。作者是美国麻州大学的食品科学系教授,专注于食品设计,系统生物学和纳米技术领域的研究。

作者认为未来食品科技主要解决的问题有三个层次:

最基础的,是为全人类提供足够的营养供给。
在这个过程中需要同时解决的:减小环境破坏,保证食品安全,减少食物浪费,保障人类健康。
最终高级的追求是精神需要和饮食文化培养。

如果要系统的了解食品技术和行业前沿,以上两本书非常适合深入学习。

以下三本书可以作为兴趣延伸阅读。

《Billion Dollar Burger》主要是写细胞培养肉,而《发酵圣经》的两本书我翻阅了一下觉得非常有意思,发酵也是人类掌握的最古老的生物技术,喜欢酸奶,奶酪,泡菜,红酒这些发酵食品的朋友应该值得看一看。






生物制造
Bio-Fabrication

人是一个活着的生物机器,你的运动是由骨骼和肌肉支持的,就像一辆汽车的动力是由发动机系统提供的。但是生物体还可以自愈和生长,这是机器做不到的。如果我们越来越深入的理解生物是如何运作的,我们就可以从自然界学到最好的工程学知识,通过生命体和生命零件去建造和生产,这就是生物制造最基本的出发点。而今天生物制造正在朝着第四次工业革命的方向发展。

Biofabrication
The MIT Press Essential Knowledge series
生物制造
MIT出版社核心知识系列图书
作者:Ritu Raman
出版日期:2021年9月


这本书是麻省理工学院出版的新书,作者是一位年轻的MIT工程学系教授,前半部分她介绍了生物制造的整体概念,然后分别介绍了生物制造在近期会实现的主要技术领域:1. 组织工程学(tissue engineering), 器官芯片 (organs-on-a-chip), 细胞培养肉以及生物质皮革 (lab-grown meat and leather), 生物混合机器人( biohybrid machines)。这些现在听起来还陌生和奇怪的名词,在不久的将来会变成新的技术生产范式。


未来我们很多物品可能是“长出来的”,而不是被造出来的。

延伸阅读
Extended Reading List

从生物学我们不仅能学到技术,还能收获很多人生的智慧。Life Finds A Way, 生命总会找到出路,这是我非常喜欢的一句话。以下三本书也在我的待读清单里,推荐给大家,以后有机会我来分享读后感。









系统而快速的了解一个领域,最好的方式就是阅读这个领域有深度和前沿的书籍。过去生物技术听起来非常遥远和艰深,但是人类也是 biology的一部分,今天人类社会面临最大的危机也是生物性的危机,理解更多生物学,近能帮我们照顾自己的健康和预防疾病,远能让我们理解大自然的智慧,热爱生活,过好我们的人生。希望这份书单能让一部分人深入的了解生物技术世界正在发生的事情,让更多人会开始对生物开始感兴趣。

如果你也有想分享的有关生物革命与生物经济的内容,也欢迎通过微信找到我:2871981198

Happy Reading, 国庆假期快乐!


我拍摄于北京西山大觉寺,亿万年的进化,树与虫不可名状的美。

深圳南头古城公园里的树,我拍摄于十一假期,南方树木的美。


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