人造水母

（文 / 袁越）

( 凯文·帕克和他制造的人造水母（下） )

美国哈佛大学和加州理工学院的科学家们联手制造了全世界第一个人造水母，虽然它只有一枚硬币那么大，看上去像一朵有8个花瓣的透明塑料花，却真的可以像水母一样在水里游泳，动作也像水母那样优雅。但其实这个人造水母从里到外都和水母没啥关系，它的底盘是用硅胶做的，负责收缩的是小鼠的心肌细胞。

“从外表看，我们造了一只水母。从功能上看，我们造了一只水母。可从遗传上看，这玩意儿其实是一只小鼠。”研究小组的负责人、来自哈佛大学的凯文·帕克（Kevin Parker）博士这样评价自己的新作品。

帕克是一名生物工程师，研究方向是人造心肌泵。从工程学的角度讲，心脏就是一台肌肉组成的泵，需要时刻不停地泵血，其重要性是不言而喻的。心肌泵看似简单，但人工制造心肌泵尚有很多困难有待克服。帕克认为，原因就在于生物工程学太过粗糙，目前还停留在定性阶段，生物工程师们只知道凭感觉盲目地模仿生物的组织和器官，没有从原理上搞清楚为什么，所以才会有那么多失败。

这方面一个经典案例就是人造髋关节。髋关节属于“硬件”，比较容易仿造，这是最早应用于人体内部的人造器官，但早年的人造髋关节质量很差，寿命极短，用两年就得换。英国整形外科大夫约翰·查恩雷（John Charnley）改变了这一状况，他没有盲目地模仿天然髋关节，而是通过分析髋关节的受力情况，以及人造髋关节所用材料和骨头之间的物理化学性质对比，发现新材料改变了关节的特性，因此就必须减少关节的大小才能使它更加牢固。他通过计算，修改了髋关节参数，把关节头和关节面的大小减少了大约1英寸，效果和原来一样，但却更加耐用了。

那么，心肌泵都有哪些特性呢？帕克陷入了深深的思考。2007年的某一天，他去波士顿水族馆参观，被水母迷住了。他突然意识到水母游泳的姿态和心肌泵很相似，如果能想办法用心肌细胞制造一只水母，就能更好地研究心肌泵的工作原理了。于是，他和加州理工学院的一名生物工程师约翰·达比利（John Dabiri）合作，开始研制人造水母。

基本思路很早就定下来了，即先用某种有弹性的材料制成一个底盘，再在上面铺一层心肌细胞，想办法让这些细胞在同一时间收缩，改变底盘形状，把水压出去，水的反作用力就可以让人造水母向前移动了。

这个思路说起来很简单，做起来很难。两人试验了很多材料，最终选择了硅胶。这东西弹性适中，而且非常轻薄。他们仔细分析了水母细胞的分布情况，研究了每一个细胞的形状和收缩模式。之后，两人在硅胶上铺一层蛋白质作为细胞附着生长的涂层，想办法让心肌细胞按照设计的方向生长。最后，他们把人造水母放入生理盐水池，再在水池两端通上电，心肌细胞在电的刺激下开始同步收缩，人造水母终于制成了。

今年7月22日出版的《自然/生物工程卷》（Nature Biotechnology）报道了这个消息，吸引了很多媒体的注意。帕克解释说，他之所以想制作这样一个人造水母，并不是为了好玩，而是为了从工程师的角度研究基础科学。工程界有句谚语：要想证明某个原理是正确的，那就想办法按照这个原理造一件东西出来。帕克想通过制造水母的过程了解心肌细胞的工作原理，以及心肌泵的工作模式，以便将来能制造出人造心肌泵，挽救心脏病人的生命。

这项研究还对“合成生物学”（Synthetic Biology）领域产生了深远的影响。“过去一提合成生物学，大家立刻就会想到基因，大多数人都在尝试把新的基因注入细胞，让细胞长出新的东西。”帕克解释说，“我们这个实验证明，合成生物学可以和基因没什么关系，我们只要好好研究一下生物的形态和功能，然后用我们的方式加以模仿，同样可以造出和生命近似的东西。我们的座右铭是：拷贝大自然，但别太过分。”

这句话背后的含义相当深远。人们常常喜欢把大自然加以神话，认为生命的背后肯定有某种神秘的力量在控制着，人类的智慧无法理解，只能全盘照搬。但有越来越多的科学家不信邪，在他们眼里，生命只是一件精良的物品而已，不见得一定是最完美的。只要找出其内部规律，完全可以通过人工手段对生命加以改造，使之更加符合人类的需求。 人造水母