第22届引进版优秀图书 未来500年：迈向太空的生命工程之旅

生命浩茫连广宇

我从出版社接到The Next 500 Years：Engineering Life to reach new worlds这本书的样章时，这本书尚未在美国出版。我问在约翰斯·霍普金斯大学读神经科学的女儿：“你怎么评价这本书？”她答道：“非常震撼！”

本书英文精装版于2021年4月上市。到了2021年11月，我和作者Christopher Mason博士次在Zoom进行了视频会议，Mason博士给我发来了本书平装本的封面设计方案——在红色的火星暮霭中，一个宇航员面向星辰大海的背影。由于这本书的精装本大受欢迎，负责即将出版的平装本的编辑说：“我们给橘色的空间增加了两个星球，看起来有趣极了，这本书一定能大卖！”据我所知，这是本将航天医学、基因组学和生物工程相结合的科普作品，作者Mason博士曾担任七个NASA任务的首席研究员。这本书以翔实的手资料和前沿的生物科技为基础，把科学家的严谨务实和星辰大海的愿景通过10年、20年、50年、10年的跨度铺开，铺陈每一个阶段面临的生物科学、宇航科学和围绕人类身体的诸多挑战和应对之道，其中的挑战远多于任何一部硬科幻作品中描述的内容。

在翻译这本书的过程中，我们发现，书中有大量关于生物信息学、基因组学和基因工程的专业论述，有很多是近些年来诺贝尔生理学或医学奖表彰的突破性成就，具备相当强的专业性。为便于读者阅读和体会到Mason博士在讲述过程中的故事性，我们添加了必要的译者注。在目录部分，我们用易于理解的比喻，帮助读者形成自己的故事逻辑，这一点在本书第4章，围绕CRISPR革命性的基因剪刀的论述中，表现得为突出。在新冠肺炎疫情依然威胁着人类健康和公共卫生的当下，RNA新冠疫苗的研发，让全世界更多的人了解到生命科学和生物制药的重要性。这个时候，阅读这本独一无二的“生命科学 宇航科学 500年人类太空探索硬科学（幻）”著作，有助于读者在星辰大海的畅想中，系统学习现代生命科学和基因组学的相关知识。

难能可贵的是，这本书除了具备时间和宇航医学上的深度与广度，Mason博还拥有科学家宏大的人类共同体视野。2021年4月，本书英文版出版，书中统计的全球发射的人造天体数目，尚未涵盖中国近两年发射的天宫系列飞行器。为此Mason博士承诺，一定会在下一版中对此进行补充，他还赞扬了中国宇航事业为火星计划带来的积极作用。在本书中，他在多处提及中国科学家在癌症CAR-T基因治疗方面的实践，华大基因的人类基因组计划，以及对“那个猛犸象”雕塑的赞叹。在视频会议中，Mason博士表示，他非常希望能够来中国和同行们交流，讲述这个未来全人类的构想。“我有十年的中国签证，我之前常去上海和杭州。”说这句话的时候，Mason博士仿佛忘了我们都还身处疫情之下，而他可爱的女儿突然在视频中出现，从他后面做了个鬼脸。

感谢约翰斯·霍普金斯医学院生物物理学与生物物理化学教授肖杰，她拿到本书电子版全文后，对全文内容进行了批注、审校。感谢Mason的博士Li Sheng教授，他在百忙之中对部分章节提出了修改建议。拿到本书预印本的浙江大学王立铭教授，看完后和我说：“Fantastic，我正计划写一本与本书讨论的话题类似的书。”王立铭教授在得到上的系列医学课和《巡山报告：如何理解一种全新疾病》都非常精彩，我非常期待这本书能催生更精彩的内容。华大集团的CEO尹烨博士阅读完本书预印本电子版后，第二天一早就洋洋洒洒写下“在元宇宙概念大火的当下，这部从生命科学角度思考、探索真实宇宙的作品，着实让我耳目一新”的赞誉。本书的其他几位预读推荐人，科普作家卓克、计算生物学家潘麓蓉博士、爱太空科技创始人、航天科普作家白瑞雪，以及北京师范大学生命科学学院教授窦非，分别从科普、宇航科学和生命科学的专业范畴，给出了专业的点评。在流量经济的阅读时代，我们坚信，一本严肃、有趣、烧脑的科学著作，更需要专业的解读和推荐。

这本书是我和在美国约翰斯·霍普金斯大学就读的女儿，隔空合作翻译的第二本书。我们既是翻译者，也是受益的读者。对我而言，高性能计算和人工智能的结合，对生命科学中药物发现和基因组科学具有推动作用，需要更系统地理解未来人类自身和生命科学的挑战，而女儿所学的专业刚好属于生命科学的范畴。我们合力将这本烧脑、专业、有趣的书翻译出来，相信这本书无论对国内生命科学、航天科学还是科幻领域的读者来说，都能产生一种可遇而不可求的阅读体验。

本书的编辑曾问我：“如果用一句话推荐本书，您会选择哪句话呢？”我想起了自己2014年次在HPC China上分享“三体和高性能计算”时引用的那个出自鲁迅先生的句子，于是，我改动了其中的两个字：

生命浩茫连广宇，

于无声处听惊雷！

何万青

    无论由于突发的气候或地质灾难、战争、传染病，还是数十亿年的太阳灭亡，地球上的生命都会不可避免地走向终结。为了避免灭绝，我们将不得不寻找一个新的居住星球，甚至可能是一个新的太阳系。在这本引人入胜的书中，梅森教授认为，这样做是我们的道义责任。他提出了一项雄心勃勃的详细科学计划，即人类500年太空基因计划。
    梅森教授曾担任7个NASA空间任务的首席研究员，通过对太空宇航员血液、骨骼、基因等变化的研究，以翔实的一手资料和前沿的生物科技为基础，把科学家的严谨务实和星辰大海的愿景通过10年、20年、50年、100年、500年的跨度铺开，铺陈每一个阶段面临的生物科学、宇航科学和围绕人类身体的诸多挑战和应对之道，其中的挑战远多于科幻作品中描述的内容。这项计划，不仅会对世代飞船中的人类产生深远影响，也反哺着我们今天和未来的地球人类。
    本书知识密集而深刻，设想大胆而烧脑，你准备好接受一场头脑风暴的挑战了吗？

 无论由于突发的气候或地质灾难、战争、传染病，还是数十亿年的太阳灭亡，地球上的生命都会不可避免地走向终结。为了避免灭绝，我们将不得不寻找一个新的居住星球，甚至可能是一个新的太阳系。在这本引人入胜的书中，梅森教授认为，这样做是我们的道义责任。他提出了一项雄心勃勃的详细科学计划，即人类500年太空基因计划。
 梅森教授曾担任7个NASA空间任务的首席研究员，通过对太空宇航员血液、骨骼、基因等变化的研究，以翔实的一手资料和前沿的生物科技为基础，把科学家的严谨务实和星辰大海的愿景通过10年、20年、50年、100年、500年的跨度铺开，铺陈每一个阶段面临的生物科学、宇航科学和围绕人类身体的诸多挑战和应对之道，其中的挑战远多于科幻作品中描述的内容。这项计划，不仅会对世代飞船中的人类产生深远影响，也反哺着我们今天和未来的地球人类。
 本书知识密集而深刻，设想大胆而烧脑，你准备好接受一场头脑风暴的挑战了吗？

作者

克里斯托弗·梅森（Christopher E. Mason）

著名遗传学家和生物信息学家，曾担任过7个NASA任务的首席研究员。他是康奈尔大学威尔医学院（Weill Cornell Medicine）教授，并在Meyer癌症中心、斯隆·凯特琳癌症中心、耶鲁法学院ISP项目及哈佛医学院的空间遗传学联盟任职。

译者

何万青

博士，阿里云高性能计算负责人，曾在英特尔公司长期从事高性能计算对科研和工程客户的技术支持工作，热衷科普，有公众号“四维碎片”。

何佳茗

毕业于北京四中，现就读于约翰斯·霍普金斯大学。

引言  人类的萌芽    

01批基因宇航员

宇航员的基因损伤    

太空旅行的意外反应   

回到地球   

未来任务    

基因防护    

02工程师的职责召唤

熵眼镜    

蓝图    

生存道义伦理    

星际移民批判    

03阶段：功能基因组学全貌（2010—2020年）    

生物遗传密码——基因组    

基因：生命遗传因子    

细胞与基因组   

由微生物群落绘制元基因组图谱   

太空基因测序  

太空诊断设备    

人类基因组的终图谱    

04第二阶段：初步设计基因组（2021—2040年）    

人类细胞设计   

基因组设计    

裁剪基因——CRISPR革命   

疾病和表观基因组编辑   

编辑灭绝物种的基因    

胚胎编辑与设计   

展望未来   

05第三阶段：人类和细胞工程的长期试验（2041—2100年）

逆转失明的基因疗法   

重编程细胞的基因疗法    

面向太空的基因防御    

地球之外   

通过基因抵御辐射   

通过表观遗传学抵御辐射    

人类的个备份   

06第四阶段：为太空孕育新人类（2101—2150年）    

细胞混合疗法   

绿叶海天牛——跨物种基因混合   

人类光合作用——足有两个网球场大的绿巨人    

生物间移动基因和半基因   

细胞七十二变   

摆脱生育之痛——完全的父母自由    

为太空设计人类    

07第五阶段：新家园合成生物学（2151—2200年）    

宇航员的微生物   

未知的一半    

合成生物学的根源   

限度的生活必需品   

重新编码基因组和新的遗传密码   

跨物种器官    

道德抹消   

增强感知   

为新星球设计新眼睛    

08第六阶段：拓展生命的极限（2201—2250年）    

生命的极限   

人造夜与昼    

原生代人类   

娱乐性基因增强    

09第七阶段：测试世代飞船，栖居严酷世界（2251—2350年）

世代飞船的挑战   

距离、能源和介质   

生理和心理风险    

选择我们的新家   

世代飞船伦理学   

光速下的生物学    

遥远的食物    

原材料    

医疗和药物    

废物回收处理    

10第八阶段：定居新地球（2351—2400年）

驱动发现的双引擎：行星与基因   

系外行星地狱   

原子光谱搜星    

炼狱行星   

天堂般的宜居星球    

德雷克、费米和大过滤理论   

西格方程、生物标记和光谱探测   

定居土卫六    

新地球上的基因守护   

成功的定向进化    

机械生命获得知觉    

11第九阶段：向第二个太阳进军（2401—2500年）    

遵守生存道义的社会    

普适而持续的生物工程    

守护根基——基因信托    

基因正道——区分治疗与增强   

个体、代际和行星际的风险评分    

基因增强的危险    

面向行星和细胞的基因选择自由    

太空中的胚胎发育    

宜居行星匹配App    

我们的类地行星伴侣    

行星基建工程   

星际之间的定向进化    

12第十阶段：乐观的未知（2500年后）

新视野    

地球家园谢幕    

离开太阳系    

凝望宇宙尽头    

无限的潜力   

终的使命    

    无论由于突发的气候或地质灾难、战争、传染病，还是数十亿年的太阳灭亡，地球上的生命都会不可避免地走向终结。为了避免灭绝，我们将不得不寻找一个新的居住星球，甚至可能是一个新的太阳系。在这本引人入胜的书中，梅森教授认为，这样做是我们的道义责任。他提出了一项雄心勃勃的详细科学计划，即人类500年太空基因计划。
    梅森教授曾担任7个NASA空间任务的首席研究员，通过对太空宇航员血液、骨骼、基因等变化的研究，以翔实的一手资料和前沿的生物科技为基础，把科学家的严谨务实和星辰大海的愿景通过10年、20年、50年、100年、500年的跨度铺开，铺陈每一个阶段面临的生物科学、宇航科学和围绕人类身体的诸多挑战和应对之道，其中的挑战远多于科幻作品中描述的内容。这项计划，不仅会对世代飞船中的人类产生深远影响，也反哺着我们今天和未来的地球人类。
    本书知识密集而深刻，设想大胆而烧脑，你准备好接受一场头脑风暴的挑战了吗？

作者

克里斯托弗·梅森（Christopher E. Mason）

著名遗传学家和生物信息学家，曾担任过7个NASA任务的首席研究员。他是康奈尔大学威尔医学院（Weill Cornell Medicine）教授，并在Meyer癌症中心、斯隆·凯特琳癌症中心、耶鲁法学院ISP项目及哈佛医学院的空间遗传学联盟任职。

译者

何万青

博士，阿里云高性能计算负责人，曾在英特尔公司长期从事高性能计算对科研和工程客户的技术支持工作，热衷科普，有公众号“四维碎片”。

何佳茗

毕业于北京四中，现就读于约翰斯·霍普金斯大学。

离开太阳系

大约10亿年后，地球表面会变得非常热，阳光也将发生巨大变化。由于核聚变反应中使用很多较重的原子，太阳的亮度将提升大约10%，这将进一步推动热量激增。海洋、空气和地球将吸收更多热量，而这可能引发温室效应，使未来的地球呈现出类似于金星的地狱景观。对于如今开始关注气候变化的人们来说，可怕的应该是10亿年后，因为那时我们需要掌握所有所需技术来设计属于我们自己的星球，以避免过热的气温抹杀我们曾经熟悉的一切。

随着时间的推移，问题只会越来越严重。大约30亿年后，太阳的亮度将提升35%，届时太阳的能量将使海洋沸腾，冰帽融化，中上层大气中的大量水蒸气会漂浮到太空。这个阶段，尽管火星将突然变得温和，但生命将很难在地球表面生存。到了那时，保护地球的磁场很可能会消失，因为地球核心内的铁将不再移动。

我们自己的太阳将在大约50亿年后变成红巨星，有些人猜测太阳需要55亿年才会变成红巨星。不管何时发生，那时，地球上的所有东西都将成为焦炭，大部分会被还原成原子。地球绕太阳的轨道将向外漂移，但即使半径扩大，地球也可能非常接近新的红巨星太阳的外半径。那时，地球的剩余大气层都将蒸发到太空中，变为熔岩球体，上面漂浮着密实的铁质“冰山”，它们会在2130℃的熔岩中漂流。

地球被遗忘的一个意想不到的好处是，在太阳演变的后期，一个新的太阳系将会出现。土卫六的寒冷气候将会突然变得温和，类似于21世纪的火星（大约-73℃）。这意味着，即使我们在50亿年后没有解决危机并逃离太阳系，我们可能还有几亿年甚至十亿年的时间去解决太阳系外围的问题。但即使在外围，我们也不可能永远这样持续下去。

在大约70亿年后，火星和地球将被潮汐锁定，星球的一面将永远朝向太阳。但是，太阳将不断变大，从现在起约80亿年后将达到，必将吞噬内行星（水星、金星、地球，很可能还有火星）。此后不久，太阳将会熄灭，成为一个白矮星，其质量约为目前的54%，而亮度则低得多。这将是太阳的后一次活跃迹象，如果人类那时还没有乘坐世代飞船离开太阳系，他们将不得不生活在外行星（土星和木星）及它们的卫星上，或者找到一种生活在白矮星中的方法。

固然，并非所有人都能穿越星际，但这不妨碍我们集体仰望星空。

在元宇宙概念大火的当下，这部从生命科学角度思考、探索真实宇宙的作品着实让我耳目一新。虽然地球生命还能依仗太阳很多年，但人类如果不能离开地球成为多行星物种，我们的后代终究会面临末日来临的一天。如果光速仍然是恒定且不可突破的，如果我们造不出1/10光速的飞船，那么，即使去距离地球近的可能宜居的类地行星，我们也必然要考虑在太空中完成生命延续，以及在新行星上完成生态环境改造的问题，甚至在地球上，当下争议的一系列技术，比如人造子宫、胚胎基因编辑和人类克隆，也面临着技术和伦理的双重挑战。人类如果真有一天可以在宇宙中穿梭，我们能否确保人性中的真善美同步传播？技术如何确保在星际中依然向善？这些问题或许现在还没有答案，但星夜给了我们黑色的眼睛，我们要用它去寻找光明。   

——华大集团CEO  尹烨

我是个研究生命现