有些学者认为,20世纪的科学技术是以物理学和化学的成就占主导地位,而21世纪的科学技术是以生物学的成就占主导地位。无论这种说法是否得到普遍的认同,但生物技术是当今高技术中发展最快的领域似乎是不争的事实。
生命的革命
科学家预测,生命科学到2015年会取得革命性进展。这些进展可以帮助人类解决很多目前无法医治的疾病的治疗问题,彻底消除营养不良,改善食品的生产方式,消除各种污染,延长人类寿命,提高生命质量,为社会安全和刑侦提供新的手段。有些成果还可以帮助人类加速植物和动物的人工进化以及改善生态环境对人类的影响等。产生新的有机生命的研究也会取得进展。其中有可能取得突破的领域包括:
1.人类生命的质量和数量
随着生活质量的提高,人类的寿命到2015年可以明显延长。疾病控制、定制药物、基因疗法、延缓衰老和返老还童术、记忆药物、修复医学、仿生学移植、动物移植等诸多领域的进展可以继续改善人类的生命质量并延长人类的寿命。有些领域的进展(例如人造传感器)可以使人类的生理机能超过目前的水平。在这些领域中,发达国家要比发展中国家受益更大。
2.优生学与克隆技术
人类到2015年大概有能力利用遗传工程技术改良人类和克隆人类。这无疑是人类历史上争议最大的一个焦点。到2015年是否会广泛开展这项研究目前还难以预料,而且克隆人类的技术也许到2015年仍然还不够成熟。不过我们至少可以预见到会有一些利用基因疗法治疗遗传疾病的研究和带有恶作剧性质的克隆试验。目前关于克隆人类的争议最迟到2015年会达到高峰。
生物技术的革命不可避免地要带来一些问题,也可能出现目前还无法预见的改弦更张。目前在转基因食品、克隆技术和基因组图谱方面已经出现了有关伦理、道德、宗教、隐私和环境的强烈争议。这些问题的出现不应该影响生物技术的革命,不过随着受到生物技术威力影响的人群的不断扩大,生物技术在今后15年内会不断修改自己的发展历程。
生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展,而且依赖于很多相关领域的技术走向,例如微机电系统、材料科学、图像处理、传感器和信息技术等。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测,但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。
基因组学
2015年生物技术会在有关遗传基因的下述研究领域取得新的进展。
1.遗传图谱和DNA(脱氧核糖核酸)分析
DNA分析机和DNA芯片系统的出现可以提高遗传分析能力,改进药物研制过程,加速生物传感器的成熟。
到2015年,人类大概能够对植物(从大米和玉米等粮食作物到作为纸浆原料的生产性植物)和动物(从细菌到昆虫和哺乳动物)的基因组进行解码和描述。由于基因与功能和行为有关,所以人类可以利用动植物的基因图谱更准确地进行人类疾病的诊断,根据患者的具体症状和系统反应设计有针对性的药物,精确预测疾病的发展趋势并在全球范围内跟踪疾病的发展动向。值得注意的是,基因与功能之间的联系已经得到普遍认可,但是环境和表现型等其他因素也发挥着重要的修改作用。基因疗法也会取得进展,但也许到2015年仍然不够成熟。
遗传图谱在安全、刑侦和法律方面会发挥重要的作用。DNA识别在安全系统(例如计算机、安全区和武器)的介入控制,通过犯罪现场遗留的DNA残留物识别罪犯以及艺术品的真伪鉴别等方面可以弥补现有生物计量技术(例如视网膜和指纹鉴别)的不足。遗传识别有可能成为处理绑架、亲子关系认定和诈骗案件的最常用工具。生物传感器(其中有些是利用遗传方法制造的)也会在探测生物武器威胁、改进食物和水的质量测试手段、健康实时监测和医学实验室分析等方面发挥重要的作用。这些技术可以显著改善疾病诊断、了解疾病发展趋势和提高监测能力,从而使健康服务的方式发生根本的变化。
尽管如今有很多人持乐观态度,但是到2015年仍然还会存在不少影响基因组学发展的技术障碍。对于测序编码、传导、异构体调整、激活和最终功能的片面题解都会成为影响生物工程发展的技术障碍。对基因代码拥有过分的权利也会拖延研究的进展和研究成果的最终应用。但是也不能走另外一个极端,如果不能对测序编码进行得力的专利保护,也会影响生物技术的商业投资,拖延研究的进展和研究成果的最终应用。
2.克隆技术
通过克隆技术人为地产生遗传性状相同的有机体对于培育农作物、牲畜和试验动物具有重要的意义。
克隆技术可能会成为迅速把人造特性推向市场、继续保持这些特性以及在研究开发方面生产相同有机体的主要手段。克隆人类的研究在没有被禁止的国家仍然会继续,或许到2015年会取得进展。但是世界上大部分国家会出于对伦理和健康的考虑而限制大规模克隆人类。
3.转基因有机体
除了记录遗传代码和精确克隆有机物和微生物之外,生物学家还可以操纵动植物的遗传代码,从而给生命赋予某些人工特征以满足特定需要。遗传操作的传统技术(例如交叉授粉、选育和射线照射)会扩展到在实验室直接插入、删除和修改基因。这项技术的应用目标包括粮食作物、生产性植物、昆虫和动物。
4.基因组学带来的问题
基因组学的巨大潜力为人类带来了新的机遇,也带来了不少问题。当人类可以为越来越多的有机物进行解码并且对基因的功能了解得越来越多时,人们就会越来越关注基因序列的知识产权和隐私权。
制作个人DNA图谱的能力出现之后已经引起公众对个人隐私和过度监管的关注,例如公安部门利用DNA签名数据库进行犯罪调查,保险公司或雇主利用遗传基因进行健康倾向预测从而排斥某些人等。根据遗传信息确定是否接受保险或雇用的做法已经引发了某些政策问题。倘若遗传代码与功能之间的作用机理更加明确,这类问题就会带来更大的困扰。