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王小理:展望2050年国防生物科技创新前景

文章来源:光明日报   发布时间:2019-02-23  【字号:     】  

  近年来,生物科技在军事斗争领域的应用越来越广泛,已经融入新兴武器装备开发与军事能源供应、作战主体健康与战斗力保障、塑造未来战场环境、战略战术决策支撑等方面,以生物科技为基础的战斗力生成模式已经初步形成,成为科技强军不可忽视的战略选项。伴随正在到来的新生物学革命和国际格局的动荡与变迁,预判未来15~30年的国防生物科技前景和演变路径变得越发重要和迫切。

  1.生物特性与国防科技创新的基本关系

  生物的主体历史演化性,启示国防科技的攻防兼备、系统化演绎、颠覆性发展。生物学的研究对象是宇宙特定演化阶段的产物,即便是最简单的单细胞生物,也包含有38亿年的丰富演化信息。38亿年的演化史,也是一部生物的生存史与灭绝史,一部生物与生物、与自然的斗争史。从军事学角度看,每一种生物物种都是在经历多种复杂“进化战争”后脱颖而出的、攻防兼备型的生物战士。未来的国防科技,可能从生物演化中获得更多灵感,演绎出自身的规律。

  生物作为具有信息处理功能的活体甚至“智能物质”,启发国防科技创新的新范式。理论上,任何新颖的物质、能量或信息处理运行形式和机制,都具有形成军事科技运用手段的潜能。生物是自然界演化形成的作为物质、能量和信息处理过程的自为型综合体。虽然生物体对环境条件的鲁棒性、适应性特征只局限在特定范围,但与其他现代高科技军事技术装备相比,将“生物体”整体作为军事科技手段,理论上会产生与单一运用物质、能量或信息行为截然不同的效果。

  生物系统机理复杂性和现阶段的理论不彻底性,揭示国防生物科技创新的内在局限性。除病毒外,现有生物体都是细胞有机体,其整体复杂性依然超出当前科技的解析、建构范围之外。例如,即便是最简单的大肠杆菌,生物学界对其的理解还不能达到令人满意的精准程度。生物的系统复杂性和对其运作机理理解的不彻底性,决定了目前任何直接基于“生物体”概念的军事科技手段,都有其现实应用的不完全确定性、模糊性。

  从战斗力生成路径看,生物科技全面影响作战主体、武器装备、战场环境以及人—机—环境的融合;从国家安全、国防安全角度看,生物科技发展与政治安全、军事安全、社会安全、信息安全、生态安全等安全领域相互交织,对最广泛意义上的安全产生影响。

  2.影响国防生物科技发展的重大因素

  科技因素。根据技术类型的阶段划分,世界主要国家已经进入所谓的第六次技术创新浪潮。据俄罗斯总统顾问、俄罗斯科学院院士谢尔盖·格拉济耶夫预测,这一阶段将在2040年达到顶峰,大约到2060年结束。生物科技是关于生物和生命存在、发展、演化的科技,与人类社会发展方向趋同。在未来,随着生物科技的革命性突破,其自然科学属性、工程学科属性、社会性属性将越发凸显和交织,深刻改变或影响人类社会对自然、对人类自身活动、对地球文明的各类观念和实践。

  政治经济因素。生物科技的发展是人类政治经济文明发展的缩影,受到政治经济因素的强烈驱动。当前,粮食不足、资源短缺、能源紧张、环境污染、人口膨胀等诸多全球性难题,对人类生存和发展构成严峻挑战。现代生物技术之所以备受世界各国重视和关注,近年来蓬勃发展,主要还是因为它是解决人类所面临的生存和发展问题的关键性技术。

  社会因素。随着技术的普及,原本用于国计民生的生物技术被滥用或误用可能性增加。例如不负责任或不受监管的基因操纵实验,在引入新的创新元素的同时,无意或有意将DIY生物、各类遗传修饰生物体向环境释放,或许会给人类社会造成惨重的后果,甚至改变人类社会进程。美国国家科学院《合成生物学时代的生物防御》报告强调,生物黑客利用合成生物技术制造“病原体武器”成为恐怖分子致命武器,或许只是一个时间问题。

  制度和治理因素。美国给予生物技术发展高优先级,加强战略竞争的硬实力。美国对新兴生物技术进行“放管服”的主要思路和举措包括明确鼓励新兴生物技术发展,加强国内生物安全源头管理、新兴生物技术产品市场化服务等。美国总统生物伦理咨询委员会《新方向——合成生物学和新兴技术的伦理问题》、美国国家科学技术理事会《美国国土生物防御领域科技能力评估》等战略报告,在强调风险管控的同时,对新兴的合成生物学、基因编辑技术及其他新兴生物科技领域实际上开了绿灯。

  生物国防和国际战略竞争因素。被誉为“全球军事科技发展风向标”的美国国防高级研究计划局(DARPA)在2014年正式设立生物技术办公室,预示着生物科技将成为未来科技革命和大国博弈的战略制高点。可以说,在国防生物科技这一新兴领域,谁先抢占先机和主动,谁就能谋求更大、更长远的军事技术优势,谁就能在国际军事竞争新格局、世界政治经济大变局中占据主导地位。

  外交因素。生物武器属于大规模杀伤性武器,但国际社会禁止生物武器的努力一波三折。美国特朗普政府重提国际社会敏感的生物武器威胁,并将其等同于核、导弹防御系统等大规模杀伤性武器,一并提出并进行战略谋划。对照生物科技的三次巨大变革和2000年后有关国家持续投入巨资加大生物防御能力的系统研究,可以判断,有关国家对生物科技潜在军事应用抱有极大的战略耐心和战略抱负。科技外交和军事外交将是影响国防生物科技发展的一个大变量。

  话语权因素。战略传播与话语权方面,寻找国际体系漏洞,或先发制人进行规则制定或领域设定,加强战略威慑。美国情报界持续渲染前沿生物科技的潜在军事威胁。美国国家情报总监詹姆斯·克拉珀在2016年、2017年全球威胁评估报告中,两次将“基因编辑”列入了“大规模杀伤性与扩散性武器”威胁清单。与此同时,美国国防高级研究计划局对国际社会高度关注的“基因组编写计划”试点投资,试图在基因编辑这一新兴技术领域建立技术制高点和生物科技话语控制权。

  一般来看,科技因素是内因,是推动国防生物科技创新的动力源;政治经济因素、社会因素、生物防御是外因,是拉动国防生物科技创新的需求侧;制度因素、科技外交因素、科技话语因素,则将内因和外因统一起来,各个因素互动,形成统一体(见图)。但综合分析,从长时间跨度看(50~100年),科技因素、制度因素可能是国防生物科技创新第一推动因素;从中短时间跨度看(5~10年),政治经济因素、生物防御需求因素则可能占主导地位。但国防科技创新的多因素互动,在未来很有可能演变出新的模式。

  3.国防生物科技演变的基本遵循

  循环跳跃、效能提升是国防生物科技演变的基本历史轨迹。从历史上看,生物科技一直贯穿于军事斗争过程。军事科技对生物概念原理的运用重点实现三次转移,分别对应生物优势特性的一般功能仿生、生物战剂与基于生物新机理的新一代仿生。从运用方式和载体对象看,表现出整体直接利用—仿生间接利用的循环跳跃,载体对象从军事科技物质载体向冲突主体双方延伸。早期军事斗争将“生物体”整体作为军事科技手段运用,改进了初级军事装备;近代将“生物体”的部分进化机能作为军事科技手段运用,为研制和改进飞机、雷达、振动陀螺仪等军事高科技装备提供了重要启示;生物战剂和生物武器直接将具有杀伤力的“生物体”整体作为军事科技手段,其杀伤面积效应极大,大大提升了战略威慑效果,可以说是核武器的生物版本,引发国际社会强烈反对。当前,神经科学类新概念生物武器旨在提升或削弱作战主体的态势感知、决策评估能力和作战机能,正在迅速崛起成为新兴军事科技力量。

  生生不息、巧夺天工是未来国防生物科技的典型特征。围绕“生”和“命”主题,以认识生物、模仿生物、尊重自然为主干,从生命起源与演化、遗传发育、新陈代谢、免疫调控、脑与意识等经典生物命题,到生命过程微观结构、机制与中宏观功能、形态的贯通耦合,从单一的物质、信息模拟,再到物质、能量和信息的新融合、再融合,创生、再生、仿生、强生、共生、制生、新生等成为国防生物科技创新主题。生物科技理论与工具深度变革,开启未来生物军事斗争的“潘多拉魔盒”。系统生物学和工程生物学作为综合理论指导,以高性能基因编辑技术、超高分辨率成像技术、光遗传学技术、生物大数据技术等为代表的新一代研究工具,将观测、分析、调控、还原、转化生命过程提升到前所未有的精细度,大幅度提升未来军事生物科技操控手段。生物科技应用范围加速扩展,释放国防生物科技巨大能量。38亿年的生物演化信息,为科技创新提供了“先天”的自然蓝图,而生命科学与工程机械、纳米科学、信息科学、材料科学等学科不断深入交叉,则为科技创新提供了“后天”的无限可能。

  出其不意、攻其不备是未来国防生物科技的典型应用场景。与其他高科技手段特别是信息技术和人工智能相比,生物科技具有自然性、社会性、可持续性等特性。在“快战争”制胜哲学背景下,生物科技既可以作为配角支撑武器装备研发和后勤保障,也可以独当一面撑起“慢”战争的制胜哲学,通过对相关军事人员进行身份替换、意识转换,通过精确影响特定参战对象、生态微环境或者削弱受影响武器装备的性能,赋予既有的陆海空天核磁战争空间新的内涵,并开辟更具隐蔽性的各种未来战场“盗梦空间”,将战争化为隐形、隐性的潜伏战、持久战、超限战。

  大国必须牢牢掌握生物防御战略主动权。作为一个负责任的大国,必须拥有生物国防战略主动权。保持对生物科技变革前沿的感知,提高生物科技发展方向重大议程设置能力、战略传播能力,避免战略方向被误导、空间被挤压、体系被技术突袭;保持对生物安全与防御体系的态势感知,建立稳态、高效的对重大生物事件应急反应能力,提高对生物国防发展态势的战略管控能力;必须超前谋划,在新兴生物技术领域建立技术制高点,形成自己防御体系的“一招鲜”和“撒手锏”等。

  4.2035年或将是国防生物科技突变的临界点

  考虑到生物科技演进的速度和加速度(特别是以交叉会聚为特征的第三次生物科技变革正在加速推进)、潜在的国防和军事应用情景、国际政治经济格局动荡的幅度,可以大致推算,至2035年,国防生物科技发展遵循“控”“仿”“计”“探”四大趋势,实现从微观量子到宏观生态系统各个层次全面提升国防防御能力。届时,国防生物科技将完成从量变到质变的积累,迈入国防科技创新的核心地带。

  操“控”有机体和微生态系统,建立对生物有机体运作机理的精准认知和转化应用。国防和军事应用情景是应对新质生物武器威胁和军事人员身份危机等新型生物安全,更早、更快、更精准识别和预防潜在风险。大致方向是建构新一代工程生物学基础性工具箱或非致命性武器,如纳米尺度生物结构(基因编辑工具)或人工机械(纳米生物机器人),在纳米-毫米-米-千米跨尺度更精确表征、模拟、控制和操控特定生物大分子(基因、蛋白质)、细胞器、细胞、生物神经网络、微生物以及人造生物颗粒、组织与器官、生态微环境的结构和功能。预计到2035年,实现定向功能改造或可编程逆转物种的基因组、生物体的感知功能和体能以及其他优势性状,影响生物的时空观念和在生态系统中的生态位,进而影响特定物种的生命进程和演化进程,用于识别、开发、利用和防御全天候、隐蔽性更强的生物“特工队”。

  “仿”生。千变万化的生物特性是军事科技创新的天然宝藏。国防和军事应用情景是武器装备性能持续优化,更加注重环境适应性和打击的隐蔽性、可持续性,防备“战争突袭”。大致方向是生物启发和系统生物仿生,在能量仿生和信息计算仿生及其系统耦合方面还有巨大,甚至更重要的开发空间,也是影响特定武器装备研发方向的参照。预计到2035年,将有一定比例的仿生武器装备甚至生物化的武器装备,实现作战目标与作战手段的双重生物启发。例如,“鲨鱼一样的低耗能、虾一样的悄无声息、鱼一样的低速操纵性”的仿生自主水下载具,打造近海水下持续监视网络,有望变革海底战争。

  生物“计”算。生物信息和生物计算技术是破解生命之谜不可或缺的手段,贯穿未来国防生物科技创新的全链条。国防和军事应用情景是锻造和发展新型感知、新型计算、新型生物学规则、新型生命形态、新型博弈理论的加速器和力量倍增器。大致方向是将生物信息和生物计算技术中的“信息”和“计算”属性进一步物质化转化,生物的信息载体属性将得到深度开发。预计到2035年,突破生物大分子存储、细胞存储等特定用途的信息保藏、交换和加密应用瓶颈。DNA计算、蛋白质计算及人工生物分子等生物分子计算、生物启发计算将得到进一步拓展,从概念证明阶段迈入原型机阶段,工程生物学的“生物设计—建造—测试—学习”周期全面加速,解析重大生物学问题的基础原理成为可能。

  “探”生命起源和意识起源两大科学难题。生命起源、意识本质与物质结构、宇宙演化并列为人类四大科学难题,是军事强国战略博弈的前置性环节和天然赛场。大致方向是参照生物有机体的运作方式,实现生命的半合成、生命组成的高效利用和认知记忆等高级神经功能的有意义解析。预计到2035年,具有战略监测、自主可控等国防应用价值的合成生物体,将全面迎来实验室研究水平上的高峰,而读脑、仿脑、脑控、控脑在局部场景得到应用。

  5.至2050年国防生物科技发展预判

  受世界秩序调整等大趋势影响,可以大致推算,至2050年,国防生物科技发展的演进方向将面向“人-机-环境”三元融合、武器装备多元耦合仿生、军事环境生物技术、认知革命等领域。通过技术融合和理念融合,达到人与自然、人与社会、人与自身的和谐与融会贯通,达到以战止战、消弭可能的生物战争。

  “人-机-环境”三元融合。生物的计“算”、智能属性将得到全面开发。同时,欲提升或削弱作战主体的态势感知和研判决策能力,需要将未来战士、新一代武器装备、具有高级人工智能的战争研判系统及整个国家防御体系各要素单元,以更加安全、高效的方式耦合起来,并将遵循内在系统演化规律,逐步从分散、机械整合、信息整合向集群、功能整合、人机融合转变,从人人互动向人机互动、机-机互动转变,推动战争形态向体系化对抗方向演进,未来战争法则得以改写。

  武器装备多元耦合仿生。如果第一代武器装备仿生遵循的是功能上的类似、单元仿生法则,第二代武器装备仿生遵循的是结构上和形态上的近似法则,那么第三代武器装备仿生遵循的是机制上的神似、多元耦合仿生法则,能够根据任务需求实现材料、形态结构与信息的最佳耦合,环境的自适应和任务/能量的高效比,弥补现有国家防御体系的薄弱环节。

  与地球共生的军事环境生物技术。现代高科技战争迷雾下,是不可忽视的化学污染、放射性污染、电磁辐射污染、噪声污染和可能的生物圈、地球圈和大气圈生态灾难与自然资源浪费。国防生物科技的不正确引导与生物军备竞赛,同样将诱发生态环境灾难。在联合国《禁止生物武器公约》和《禁用改变环境技术公约》框架下,具有军事价值的环境修复生物技术有望得到充分发展,人与地球实现共生。

  认知革命和人类新生。“生”和意识的本质取得决定性突破。特别是认知革命将成为“改变生物物种和生存方式”的分水岭事件,改变未来的战争方式和战争准备方式。标志性成果是纳米-生物-信息-认知-工程科技(NBICE)的全面会聚和实现,实现思维与认知的理解和变革,达到“如果认知科学家能够想到它,纳米科学家就能够制造它,生物科学家就能够使用它,信息科学家就能够监控它”,以及工程学家就能够操控它,从根本上提高人类生存能力,改变生存和生活基本状态。这将使人类跳出生物演化的地理困境、自然环境资源的有形束缚和意识思维的无形羁绊,全球性重大问题得到有效治理,全球政治军事经济秩序进入新一轮稳定期,人类社会跨越生物“核陷阱”得到新生。

  (作者:王小理,系中国科学院上海生命科学研究院副研究员、远望智库特约研究员)




(责任编辑:侯茜)

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