本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
本周，一个科学家团队在《自然-生物技术》*杂志上发表了一项研究，解释了他们如何创造出一种被称为“拟水母体”的人造水母。我们需要明确的是：科学家们并没有从零开始构建一个完全功能性的活水母。相反，他们构建了一个薄的、花状的由大鼠心肌细胞和硅胶组成的薄片，当受到电流作用时，它可以模仿幼年海月水母的游泳行为。由于拟水母体在没有辅助的情况下无法移动、无法进食也无法繁殖，因此它不符合真正水母或任何其他动物的资格。尽管如此，这项成就表明了在实验室中模仿自然的新方法，甚至可能拼凑出一个功能性的合成生命形式。
“我们尚未构建出真正的动物或生物体，但我们制造的东西在某种意义上是活着的，”哈佛大学的凯文·基特·帕克解释说，他与加州理工学院的詹娜·纳沃斯和约翰·达比里及其同事一起设计了拟水母体。“如果你不断地将改良细胞组合在一起，你就可以制造出一种完全独特的生命形式。”
那么，让我们尝试一个小的思想实验。要制造一个真正的人造水母，一个在各方面都模仿真实水母的人造水母，需要什么呢？
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起源
水母在地球海洋中已经繁衍生息了至少5亿年。与地球历史上较晚进化的动物（如爬行动物、鸟类和哺乳动物）相比，水母是极简主义者：它们只需相对较少的器官就能很好地生存。像大多数水母一样，海月水母（Aurelia aurita），帕克和他的同事们在新研究中模仿的物种，没有心脏、肺、鳃、循环系统或骨骼。相反，海水就足够了，它支撑着水母的凝胶状身体，并通过其嘴流动，通过辐射管分配扩散的氧气和消化的食物。这种不受束缚的身体的优雅之处使得制造人造海月水母比重建更复杂的动物不那么令人畏惧——但这并不容易。
移动
水母不是海洋中最强壮的游泳者——它们经常随波逐流——但它们也可以控制自己。为了在海洋中推进，海月水母首先通过收缩其透明的钟状体（像雨伞闭合一样）来对抗水，然后放松其肌肉，直到其钟状体向上漂浮形成一个扁平的碟子。收缩，放松，重复。拟水母体也做着完全相同的事情，但有一个关键的区别：真正的水母产生电脉冲来刺激其肌肉细胞，而拟水母体完全依赖于其水箱中电极产生的电压。海月水母的身体中部散布着八个起搏细胞（几乎每个水母身体部位都是四的倍数）。起搏细胞使水母的肌肉有节奏地搏动。我们的心脏中也有起搏细胞，作用相同。大鼠也是如此。詹娜·纳沃斯认为，有可能将大鼠心脏的起搏细胞编织到构成拟水母体的心肌组织中，这可能使人造水母能够自行浮动，而无需电极。这种升级将依赖于一种称为“共培养”的技术，其中不同类型的细胞一起生长。让一种细胞类型在实验室中快乐地生活通常已经足够困难了，更不用说不同种类细胞的混合物了。可以将它们想象成高维护的室内植物，它们对邻居很挑剔，如果它们不喜欢自己的环境就会枯萎。尽管科学家们尚未掌握共培养技术，但他们已经取得了令人印象深刻的进展，例如，培养了肠道组织和细菌的小花园，以及上皮细胞和免疫系统细胞。
进食
即使你让拟水母体能够自行游泳，它也会很快死亡，除非它有一种滋养其细胞的方法。人造水母也必须进食。作为其游泳行为的自然结果，活的海月水母在其钟状体下方产生微小的涡流——微小的漩涡状水流，有助于其四个“口腕”和刺细胞触手将营养丰富的浮游生物拖向其嘴中，并进入充满海水和消化酶的中央胃中。从那里，水将营养物质带入封闭的管道，这些管道上升并遍布水母的身体，就像树枝一样。
由于拟水母体的游泳方式与真正的海月水母相似，因此它也在其钟状体下方产生涡流，但它没有触手，没有分解食物的方法，也没有将食物分配到其不同组织的管道。目前，帕克的拟水母体是由大鼠细胞和硅胶组成的双层生物。活的水母有三层：外表皮、内胃层，以及适当地，一个称为中胶层的半透明凝胶状中间层。人造水母需要所有三层才能正确地容纳胃和辐射管。在实验室中重建活的管道、管和血管是出了名的困难，但组织工程中的巧妙策略——特别是3D打印——表明复制水母的消化系统并非遥不可及。被称为纤毛的微小毛发状结构排列在水母体内的管道内，不断来回扫动以移动水和营养物质。研究人员实际上已经构建了人造纤毛，其工作效果几乎与真的一样好。用消化酶或合成胃液填充胃很容易；让胃持续分泌这种酶将需要真正的胃细胞或基因改造的细胞。如果涡流吸入足够的水和浮游生物，触手不是必需的——但是，没有刺细胞裙边的水母算什么水母呢？
感知
一个被称为神经网的神经元网络包围着海月水母的身体。除了协调肌肉运动外，这些细胞还与受体进行通信，这些受体检测光、重力、触觉和溶解在水中的化学物质。水母不一定需要所有这些感觉才能生存，但它们肯定有帮助。此外，动物——以及大多数生物——的一个决定性特征是感知和响应环境变化的能力。检测光线并相应地确定自身方向的能力——朝着光线移动以寻找食物或远离捕食者的阴影——对于人造水母来说将是一个巨大的优势。构成拟水母体身体的大鼠心肌细胞无法感知光线，但科学家们开发了一种相对较新的技术，赋予细胞这种能力：光遗传学。
藻类、细菌和一些水母具有光激活的离子泵和通道——允许带电粒子穿过细胞膜的蛋白质。科学家们使用病毒将编码这些蛋白质的基因运送到盲细胞中，也可以使这些细胞对光敏感。仅光遗传学不足以使自由游动的拟水母体对光做出有意义的行为反应。人造水母仍然需要以某种基本方式处理这些信息，这需要起搏细胞、心肌细胞和感觉神经元之间的通信和协调。而这仅仅是为了给人造水母提供一种简单的视觉形式。赋予它味觉和触觉将需要不同的感觉神经元，这些神经元也需要与肌肉细胞进行通信。尽管缺乏大脑和复杂的中央神经系统，但水母令人印象深刻的感觉阵列将尤其难以复制。
繁殖
然而，创造真正的人造水母的最大障碍是性。繁殖和将自己的基因传递给新一代的能力也许是地球上所有生命最基本的特征。拟水母体是无菌的。它没有生殖器官。
海月水母有四个这样的器官，称为性腺，位于其胃下方。当一些水母繁殖时，雄性将精子从嘴中挤入水中，雌性再将其从嘴中吸回卵巢中。在其他物种中，雌性通过嘴喷出卵子，这些卵子与开放水域中的精子结合。海月水母将受精卵保存在围绕其嘴的四个口腕上，形成一种临时的育儿所。由此产生的幼虫游入海洋，将自己固定在海底并长成珊瑚状水螅体。这些水螅体开始出芽，形成一列倒立的幼年水母，它们像一堆麦片碗一样相互嵌套。最终，这些幼小的水母一个个脱落并游走。
从理论上讲，人们可以尝试在拟水母体上设计功能性性腺，但这不会取得多大成就。即使你制造出一个雄性和雌性拟水母体并哄骗它们交配，它们也不会产生更多的拟水母体。相反，它们会制造出普通的海月水母宝宝。毕竟，它们的性腺产生精子和卵子，其中包含活的海月水母的基因，而不是拟水母体的基因。拟水母体没有功能性基因组。成功地拼接出一个工作正常的拟水母体基因组，该基因组编码大杂烩般的大鼠心肌细胞和对光敏感的神经元，这超出了当前的能力范围。此外，硅胶或人造纤毛没有基因。只要拟水母体仍然依赖于人类工程和合成化合物，它们将永远是某种程度上的弃儿，被放逐到生命王国的边缘。这可能是一件好事。
创造一种能够以某种方式制造自身可行副本的人造水母是一个令人兴奋的前景——但它也绝对可怕。实验室中的一些合成水母起初可能看起来不是一个巨大的威胁。但是，如果——由于善意的实验出错或真正的罪恶——它们最终出现在海洋中怎么办？如果它们在竞争中胜过其他动物怎么办？野生水母的大量繁殖已经囤积食物供应并破坏生态系统平衡。人们可以想象到这些标题：科学家创造了可爱的人造水母。人造水母首次游泳。哇，人造水母表现得非常好！势不可挡的合成水母群淹没了世界海洋。人类领导人向勇敢、慷慨、黏糊糊的霸主投降。准备好迎接《你认为你能摇摆吗？》的季首映...
现在不会发生，很快也不会发生。然而，合成生物学和组织工程领域的显著进步不断地将制造功能性人造生物的可能性从不可能的领域推向可行的开放领域。尽管帕克意识到了这种可能性，但他明确表示，真正的、能够产生后代的人造动物不是他的目标。“那不是我的意图，”他说。“我对制造能繁殖的东西没有兴趣。我确实希望我们开发的东西能够引发一些关于什么是负责任的和合乎道德的讨论。”
纳沃斯表示同意。“制造出如此复杂程度的生殖动物是非常有野心的。我们应该只是让它们保持在青春期，停留在调情阶段。”
*大众科学是自然出版集团的一部分