更多跨学科、数字化和数据丰富的生命科学方法，
正在加速对生命物质的理解和可预测地操控未来。高菲 文
几个世纪以来，我们在农业、医学和制造业中，利用和操控生命过程的进展一直在逐步推进，突破性的理解是由关键发现带来的，例如孟德尔遗传学、生物理论和DNA等。这些飞跃的发展离不开对于检测、成像和操控生物系统的新型工具和算法的发展和接受。
未来，生命科学将更加跨学科，并高效且密集获得数据，从而更能加强对生物物质的理解与操控。科学家越来越把遗传指令视为一种计算代码，并且将来自不断发展的计算科学领域的见解和新工具纳入其中。这些学科与认知科学、纳米技术、物理学等的结合，推动了我们对这些技术理解的新飞跃。预计这些不同技术在生命科学领域的集体应用，即所谓的“生物融合”，将加速生物技术设计和生产的发现和可预测性。
这种跨学科方法，能在分子尺度上可视化、测量、识别和操控生物系统，把DNA、RNA和氨基酸中的遗传指令视为一种语言，可以高精度地编写、编辑和执行，从而合成有用的材料或生物体。收集、数字化、存储和分析来自成千上万个个体的遗传指令，称为“基因组”，以及他们的身体、心理和健康特征，以相关特定遗传指令如何与环境相互作用产生不同特征等，从而结合复杂的生物和非生物过程。
2019年，全球生物经济，即所有由生命科学和生物技术的研究和创新推动的活动，占全球GDP的约6%，约为5万亿美元。根据每年10-15%的收入增长趋势，到2030年，世界生物经济可能会超过20万亿美元。同时，启用技术成本的降低，可能会推动生物技术应用更广泛，提高其全球可及性和普及性。
在未来二十年内，科学家们和行业专家们预计生物技术可能会实现以下成果。这些应用有望改善健康和生活条件，然而，它们同时伴随着潜在的社会动荡、道德关切或安全挑战。每一种应用可能都需要技术进步和人类决策同时来决定其实际的应用。让我们和大家简单分享一些目前可见的生物科技内容、应用，以及可能产生的负面因素。
数字化医疗保健和精准医学
医务人员、医学诊断和个人物联网(IoT)设备已经收集了越来越多的健康数据。这些信息与其他个人信息、数字记录的行为以及网络指标融合在一起，从而大大提高了对新疾病的预测以及其治疗结果。尽管如此，这种数据融合可能会令运用者能够根据其生物特征、评估或预测的健康状况，或推断出该被评估者的遗传特征，从而也极有可能产生个人针对或歧视。一些国家的法规限制了这种技术的发展，因为有产生社会和人权的不平等的可能性。
生物器官和其他个性化治疗的生物印刷
利用基因和细胞工程，治疗特定个体的疗法，也就是所谓的定制医疗疗法，已经可以用于治疗某些疾病，这些技术将能把解决的疾病和治疗方法的范围继续扩大，包括组织的3D打印，和创造出适合移植的人体器官的基因定制动物。尽管这些治疗方法很昂贵，受众将会非常之小，但它们可能比数十年的慢性疾病治疗更经济更有效。
因此，这种因为财富多寡而影响其对最先进技术的接触的不平等，可能会使国家的医疗保健平等成为公共争论的话题。
生殖工程以增强人类特质和性能
目前已经存在的技术，已经能够根据所需的基因特征，来选择或拒绝受精人类胚胎，并且在这些胚胎阶段，对人类生命进行基因的修饰变得越来越可能。目前，该领域的实践大多集中在避免不良健康结果和选择理想的胚胎上。
但随着这些程序的成本降低，以及可靠性的增加，人和社会可能无法拒绝诱惑，会以保护他们的孩子的竞争优势，或者改变整个人口的健康和生产力优势为理由而挑选和修饰胚胎基因。预测在2030年前，身高、眼睛或头发颜色，甚至可能会包括智力或个性等特征能在胚胎阶段得以选择和修饰。
这些实践可能会与重大的文化和道德分歧相交汇，可能会在特定的人群中被运用，也可能造成国家内部和国家之间不平等。
生态工程
植物、动物和微生物可以被选择和修改，用以稳定环境、减少人类痕迹影响，或提高生产力。生态系统可以被设计成如：消耗更少淡水、需要更少可耕地，或是在以前无法生产或效率低下的环境中实现食物、材料、甚至能源生产。基因改造已经使得能在海水侵蚀、或从未进行过农作业的地区里，实现作物生产。这种生物技术的应用，已经展示出了其解决需求和减少冲突的巨大潜力。
反观之，基因改造的有害应用当然也是可能的。未来的风险包括了：对脆弱生态系统施加更大压力，原生植物和动物物种的置换，以及对消费者健康的影响等。能够克服监管、垄断技术和市场的大型工业行为者，更有可能为利所趋，或者是出于某种垄断目的的国家行为。
人机增强界面
机器与人类能力的融合，在以不同的形式和不同的整合水平发生。是一种通过手套、眼镜和头戴式设备，进行的非侵入性或虚拟的物理、视觉、触觉和听觉等感觉的刺激或增强。这在游戏、学习、和远程办公中已经很常见。
例如，佩戴在头部的脑电图仪、电或磁传输器，可以使得通过刺激和检测大脑活动，来进行所需要的调节和操纵，目的是能增强感知、记忆和注意力。
另外，现在也已有了能直接连接脑部或神经组织到微型机器的，这种侵入性神经接口通常用于矫正神经疾病，即便目前所有形式的脑机交互都以非常低的数据传输速率进行。例如在2022年4月，在上海瑞金医院已经实现通过链接外部设备来调节电流的刺激位置和参数，持续采集和导出抑郁症患者的脑部深度数据，实现对抑郁症愿者的精准刺激治疗，而患者则利用手机app来远程控制自己右胸内的脑起搏器，进行工作模式和休息模式的切换，患者自己则可以根据自己的需求和强度调节参数。
持续研发的人机网络，未来的目标是大幅提高数据传输速率，扩展人类感知和认知能力的范围和深度。尽管这些混合系统最初可能用于医疗治疗以克服神经疾病，但非医疗用途也已经开始探索。
新用途可能包括新形式的社交互动、娱乐和为“高级用户”提供竞争优势的工具，这些用户能够使用这些系统来迅速解决难题，或在市场上获得优势。随着人机增强界面“拥有者”和“未拥有者”的差距的增大，可能会引发新的文化、社会和劳动力紧张局势。
生物材料和设备的生物制造
自动化和数据驱动，被越来越多地纳入生物技术中。例如使用DNA和其他生物分子的自动分子组合技术，会进一步将工程和设计能力推进到纳米级的应用领域，加速生物和数字技术的融合。
在一些当前的工业过程中，如化学原料的制造、发酵、酶处理和药品生产，自动化已经成为例行工作。在工业和农业中使用的转基因生物(GMO)作为食品被消费，尽管通常受到标签或监管限制。大多数发达国家已经实施了要求标识转基因产品的政策，但并非所有国家都如此，这表明全球转基因产品的监管政策仍在不断发展。
就像基因改造可能会使得在使用更少淡水或土地的情况下进行生产一样，它也可以增强或调整在富饶环境中的产量，例如可减少对化学肥料和杀虫剂的依赖，或者使得创造出更少大气温室气体的新的环保生产方式变得可能。例如，经过生物改造的植物或真菌可以用作人造肉类、奶酪或皮革的原材料，从而减少了时耗和资源消耗。
但我们也一直留意到，这些生物工厂可能会增加对其他资源的压力，如水或耕地，以及潜在的不可预测的生态风险，会同时受到监管、市场需求、技术限制以及新兴替代品的竞争的影响。
创新的医疗技术的新途径
各种技术正在改善既有的医疗技术和疾病治疗方法。人工智能和机器学习技术正在通过医学成像和医学记录的自动化，来加速诊断和治疗。微型机器人、无线传感器和药物释放系统等新型设备，已经可以在体内执行精确的治疗和监测任务。但是，这些新技术也可能引入新的风险和不平等，例如对远程医疗保健访问的依赖，和新形式的医疗决策的自动化，可能会导致民众们在健康和医疗保健方面的利益与福利不平等。
新型制造和建造材料的生物材料
生物材料和生物制造技术，已经在研究和商业化过程中得到了应用，用于制造各种材料，包括可降解聚合物、酶、纤维素和木材等替代品。生物材料可以用于高强度、低成本的产品，例如纤维板和塑料，以及新型产品，如可生物降解的电子器件，和生物打印的组织和器官。这些材料的制造和使用将有助于减少对石油、金属和其他有限资源的依赖。但也有数据显示与传统的塑料相比，新型生物塑料的降解会释放更多的温室气体，和一些还未知的对健康的影响。
垂直农业
在垂直农业中，作物生长在大型建筑物内，其环境受到精确控制，有LED灯光模拟日照和无土栽培系统。这可以减少对土地、水和化学品的需求，还可以减少与传统农业相关的碳排放。此外，垂直农业可以实现在离城市更近的地方生产作物，从而减少运输距离和食浪费。然而，垂直农业可能需要大量的能源，尤其是电力，这可能会加剧对化石燃料的依赖，从而对环境造成不利影响。此外，由于设备和基础设施成本高昂，垂直农业可能会导致农业生产的进一步垄断化，从而损害小型农场主的利益。
写在最后
生物技术的发展可能会对个人、社会和全球产生深远影响，这些影响会在未来20年内显现出来。生物技术有望提高医疗保健的效率、减轻环境压力，并推动新型材料和能源的开发，但它也可能会引发道德争议、社会不平等和环境风险。在解决这些问题的过程中，国际社会将面临一系列挑战，包括规制技术的应用、确保公平平等的利用、以及促进国际合作和知识的共享等。经济、社会和政治因素都会影响到生物技术研究的进度和重点以及产品的可用性。