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王小理:展望2050年國防生物科技創新前景

文章來源:光明日報 2019-02-23  |  發布時間:2019-02-25  |  【打印】 【關閉

  

   近年來,生物科技在軍事斗爭領域的應用越來越廣泛,已經融入新興武器裝備開發與軍事能源供應、作戰主體健康與戰斗力保障、塑造未來戰場環境、戰略戰術決策支撐等方面,以生物科技為基礎的戰斗力生成模式已經初步形成,成為科技強軍不可忽視的戰略選項。伴隨正在到來的新生物學革命和國際格局的動蕩與變遷,預判未來15~30年的國防生物科技前景和演變路徑變得越發重要和迫切。 

  1.生物特性與國防科技創新的基本關系 

  生物的主體歷史演化性,啟示國防科技的攻防兼備、系統化演繹、顛覆性發展。生物學的研究對象是宇宙特定演化階段的產物,即便是最簡單的單細胞生物,也包含有38億年的豐富演化信息。38億年的演化史,也是一部生物的生存史與滅絕史,一部生物與生物、與自然的斗爭史。從軍事學角度看,每一種生物物種都是在經歷多種復雜“進化戰爭”后脫穎而出的、攻防兼備型的生物戰士。未來的國防科技,可能從生物演化中獲得更多靈感,演繹出自身的規律。

  生物作為具有信息處理功能的活體甚至“智能物質”,啟發國防科技創新的新范式。理論上,任何新穎的物質、能量或信息處理運行形式和機制,都具有形成軍事科技運用手段的潛能。生物是自然界演化形成的作為物質、能量和信息處理過程的自為型綜合體。雖然生物體對環境條件的魯棒性、適應性特征只局限在特定范圍,但與其他現代高科技軍事技術裝備相比,將“生物體”整體作為軍事科技手段,理論上會產生與單一運用物質、能量或信息行為截然不同的效果。

  生物系統機理復雜性和現階段的理論不徹底性,揭示國防生物科技創新的內在局限性。除病毒外,現有生物體都是細胞有機體,其整體復雜性依然超出當前科技的解析、建構范圍之外。例如,即便是最簡單的大腸桿菌,生物學界對其的理解還不能達到令人滿意的精準程度。生物的系統復雜性和對其運作機理理解的不徹底性,決定了目前任何直接基于“生物體”概念的軍事科技手段,都有其現實應用的不完全確定性、模糊性。

  從戰斗力生成路徑看,生物科技全面影響作戰主體、武器裝備、戰場環境以及人—機—環境的融合;從國家安全、國防安全角度看,生物科技發展與政治安全、軍事安全、社會安全、信息安全、生態安全等安全領域相互交織,對最廣泛意義上的安全產生影響。

  2.影響國防生物科技發展的重大因素 

  科技因素。根據技術類型的階段劃分,世界主要國家已經進入所謂的第六次技術創新浪潮。據俄羅斯總統顧問、俄羅斯科學院院士謝爾蓋·格拉濟耶夫預測,這一階段將在2040年達到頂峰,大約到2060年結束。生物科技是關于生物和生命存在、發展、演化的科技,與人類社會發展方向趨同。在未來,隨著生物科技的革命性突破,其自然科學屬性、工程學科屬性、社會性屬性將越發凸顯和交織,深刻改變或影響人類社會對自然、對人類自身活動、對地球文明的各類觀念和實踐。

  政治經濟因素。生物科技的發展是人類政治經濟文明發展的縮影,受到政治經濟因素的強烈驅動。當前,糧食不足、資源短缺、能源緊張、環境污染、人口膨脹等諸多全球性難題,對人類生存和發展構成嚴峻挑戰。現代生物技術之所以備受世界各國重視和關注,近年來蓬勃發展,主要還是因為它是解決人類所面臨的生存和發展問題的關鍵性技術。

  社會因素。隨著技術的普及,原本用于國計民生的生物技術被濫用或誤用可能性增加。例如不負責任或不受監管的基因操縱實驗,在引入新的創新元素的同時,無意或有意將DIY生物、各類遺傳修飾生物體向環境釋放,或許會給人類社會造成慘重的后果,甚至改變人類社會進程。美國國家科學院《合成生物學時代的生物防御》報告強調,生物黑客利用合成生物技術制造“病原體武器”成為恐怖分子致命武器,或許只是一個時間問題。

  制度和治理因素。美國給予生物技術發展高優先級,加強戰略競爭的硬實力。美國對新興生物技術進行“放管服”的主要思路和舉措包括明確鼓勵新興生物技術發展,加強國內生物安全源頭管理、新興生物技術產品市場化服務等。美國總統生物倫理咨詢委員會《新方向——合成生物學和新興技術的倫理問題》、美國國家科學技術理事會《美國國土生物防御領域科技能力評估》等戰略報告,在強調風險管控的同時,對新興的合成生物學、基因編輯技術及其他新興生物科技領域實際上開了綠燈。

  生物國防和國際戰略競爭因素。被譽為“全球軍事科技發展風向標”的美國國防高級研究計劃局(DARPA)在2014年正式設立生物技術辦公室,預示著生物科技將成為未來科技革命和大國博弈的戰略制高點。可以說,在國防生物科技這一新興領域,誰先搶占先機和主動,誰就能謀求更大、更長遠的軍事技術優勢,誰就能在國際軍事競爭新格局、世界政治經濟大變局中占據主導地位。

  外交因素。生物武器屬于大規模殺傷性武器,但國際社會禁止生物武器的努力一波三折。美國特朗普政府重提國際社會敏感的生物武器威脅,并將其等同于核、導彈防御系統等大規模殺傷性武器,一并提出并進行戰略謀劃。對照生物科技的三次巨大變革和2000年后有關國家持續投入巨資加大生物防御能力的系統研究,可以判斷,有關國家對生物科技潛在軍事應用抱有極大的戰略耐心和戰略抱負。科技外交和軍事外交將是影響國防生物科技發展的一個大變量。

  話語權因素。戰略傳播與話語權方面,尋找國際體系漏洞,或先發制人進行規則制定或領域設定,加強戰略威懾。美國情報界持續渲染前沿生物科技的潛在軍事威脅。美國國家情報總監詹姆斯·克拉珀在2016年、2017年全球威脅評估報告中,兩次將“基因編輯”列入了“大規模殺傷性與擴散性武器”威脅清單。與此同時,美國國防高級研究計劃局對國際社會高度關注的“基因組編寫計劃”試點投資,試圖在基因編輯這一新興技術領域建立技術制高點和生物科技話語控制權。

  一般來看,科技因素是內因,是推動國防生物科技創新的動力源;政治經濟因素、社會因素、生物防御是外因,是拉動國防生物科技創新的需求側;制度因素、科技外交因素、科技話語因素,則將內因和外因統一起來,各個因素互動,形成統一體(見圖)。但綜合分析,從長時間跨度看(50~100年),科技因素、制度因素可能是國防生物科技創新第一推動因素;從中短時間跨度看(5~10年),政治經濟因素、生物防御需求因素則可能占主導地位。但國防科技創新的多因素互動,在未來很有可能演變出新的模式。

  3.國防生物科技演變的基本遵循 

  循環跳躍、效能提升是國防生物科技演變的基本歷史軌跡。從歷史上看,生物科技一直貫穿于軍事斗爭過程。軍事科技對生物概念原理的運用重點實現三次轉移,分別對應生物優勢特性的一般功能仿生、生物戰劑與基于生物新機理的新一代仿生。從運用方式和載體對象看,表現出整體直接利用—仿生間接利用的循環跳躍,載體對象從軍事科技物質載體向沖突主體雙方延伸。早期軍事斗爭將“生物體”整體作為軍事科技手段運用,改進了初級軍事裝備;近代將“生物體”的部分進化機能作為軍事科技手段運用,為研制和改進飛機、雷達、振動陀螺儀等軍事高科技裝備提供了重要啟示;生物戰劑和生物武器直接將具有殺傷力的“生物體”整體作為軍事科技手段,其殺傷面積效應極大,大大提升了戰略威懾效果,可以說是核武器的生物版本,引發國際社會強烈反對。當前,神經科學類新概念生物武器旨在提升或削弱作戰主體的態勢感知、決策評估能力和作戰機能,正在迅速崛起成為新興軍事科技力量。

  生生不息、巧奪天工是未來國防生物科技的典型特征。圍繞“生”和“命”主題,以認識生物、模仿生物、尊重自然為主干,從生命起源與演化、遺傳發育、新陳代謝、免疫調控、腦與意識等經典生物命題,到生命過程微觀結構、機制與中宏觀功能、形態的貫通耦合,從單一的物質、信息模擬,再到物質、能量和信息的新融合、再融合,創生、再生、仿生、強生、共生、制生、新生等成為國防生物科技創新主題。生物科技理論與工具深度變革,開啟未來生物軍事斗爭的“潘多拉魔盒”。系統生物學和工程生物學作為綜合理論指導,以高性能基因編輯技術、超高分辨率成像技術、光遺傳學技術、生物大數據技術等為代表的新一代研究工具,將觀測、分析、調控、還原、轉化生命過程提升到前所未有的精細度,大幅度提升未來軍事生物科技操控手段。生物科技應用范圍加速擴展,釋放國防生物科技巨大能量。38億年的生物演化信息,為科技創新提供了“先天”的自然藍圖,而生命科學與工程機械、納米科學、信息科學、材料科學等學科不斷深入交叉,則為科技創新提供了“后天”的無限可能。

  出其不意、攻其不備是未來國防生物科技的典型應用場景。與其他高科技手段特別是信息技術和人工智能相比,生物科技具有自然性、社會性、可持續性等特性。在“快戰爭”制勝哲學背景下,生物科技既可以作為配角支撐武器裝備研發和后勤保障,也可以獨當一面撐起“慢”戰爭的制勝哲學,通過對相關軍事人員進行身份替換、意識轉換,通過精確影響特定參戰對象、生態微環境或者削弱受影響武器裝備的性能,賦予既有的陸海空天核磁戰爭空間新的內涵,并開辟更具隱蔽性的各種未來戰場“盜夢空間”,將戰爭化為隱形、隱性的潛伏戰、持久戰、超限戰。

  大國必須牢牢掌握生物防御戰略主動權。作為一個負責任的大國,必須擁有生物國防戰略主動權。保持對生物科技變革前沿的感知,提高生物科技發展方向重大議程設置能力、戰略傳播能力,避免戰略方向被誤導、空間被擠壓、體系被技術突襲;保持對生物安全與防御體系的態勢感知,建立穩態、高效的對重大生物事件應急反應能力,提高對生物國防發展態勢的戰略管控能力;必須超前謀劃,在新興生物技術領域建立技術制高點,形成自己防御體系的“一招鮮”和“撒手锏”等。

  4.2035年或將是國防生物科技突變的臨界點 

  考慮到生物科技演進的速度和加速度(特別是以交叉會聚為特征的第三次生物科技變革正在加速推進)、潛在的國防和軍事應用情景、國際政治經濟格局動蕩的幅度,可以大致推算,至2035年,國防生物科技發展遵循“控”“仿”“計”“探”四大趨勢,實現從微觀量子到宏觀生態系統各個層次全面提升國防防御能力。屆時,國防生物科技將完成從量變到質變的積累,邁入國防科技創新的核心地帶。

  操“控”有機體和微生態系統,建立對生物有機體運作機理的精準認知和轉化應用。國防和軍事應用情景是應對新質生物武器威脅和軍事人員身份危機等新型生物安全,更早、更快、更精準識別和預防潛在風險。大致方向是建構新一代工程生物學基礎性工具箱或非致命性武器,如納米尺度生物結構(基因編輯工具)或人工機械(納米生物機器人),在納米-毫米-米-千米跨尺度更精確表征、模擬、控制和操控特定生物大分子(基因、蛋白質)、細胞器、細胞、生物神經網絡、微生物以及人造生物顆粒、組織與器官、生態微環境的結構和功能。預計到2035年,實現定向功能改造或可編程逆轉物種的基因組、生物體的感知功能和體能以及其他優勢性狀,影響生物的時空觀念和在生態系統中的生態位,進而影響特定物種的生命進程和演化進程,用于識別、開發、利用和防御全天候、隱蔽性更強的生物“特工隊”。

  “仿”生。千變萬化的生物特性是軍事科技創新的天然寶藏。國防和軍事應用情景是武器裝備性能持續優化,更加注重環境適應性和打擊的隱蔽性、可持續性,防備“戰爭突襲”。大致方向是生物啟發和系統生物仿生,在能量仿生和信息計算仿生及其系統耦合方面還有巨大,甚至更重要的開發空間,也是影響特定武器裝備研發方向的參照。預計到2035年,將有一定比例的仿生武器裝備甚至生物化的武器裝備,實現作戰目標與作戰手段的雙重生物啟發。例如,“鯊魚一樣的低耗能、蝦一樣的悄無聲息、魚一樣的低速操縱性”的仿生自主水下載具,打造近海水下持續監視網絡,有望變革海底戰爭。

  生物“計”算。生物信息和生物計算技術是破解生命之謎不可或缺的手段,貫穿未來國防生物科技創新的全鏈條。國防和軍事應用情景是鍛造和發展新型感知、新型計算、新型生物學規則、新型生命形態、新型博弈理論的加速器和力量倍增器。大致方向是將生物信息和生物計算技術中的“信息”和“計算”屬性進一步物質化轉化,生物的信息載體屬性將得到深度開發。預計到2035年,突破生物大分子存儲、細胞存儲等特定用途的信息保藏、交換和加密應用瓶頸。DNA計算、蛋白質計算及人工生物分子等生物分子計算、生物啟發計算將得到進一步拓展,從概念證明階段邁入原型機階段,工程生物學的“生物設計—建造—測試—學習”周期全面加速,解析重大生物學問題的基礎原理成為可能。

  “探”生命起源和意識起源兩大科學難題。生命起源、意識本質與物質結構、宇宙演化并列為人類四大科學難題,是軍事強國戰略博弈的前置性環節和天然賽場。大致方向是參照生物有機體的運作方式,實現生命的半合成、生命組成的高效利用和認知記憶等高級神經功能的有意義解析。預計到2035年,具有戰略監測、自主可控等國防應用價值的合成生物體,將全面迎來實驗室研究水平上的高峰,而讀腦、仿腦、腦控、控腦在局部場景得到應用。

  5.至2050年國防生物科技發展預判 

  受世界秩序調整等大趨勢影響,可以大致推算,至2050年,國防生物科技發展的演進方向將面向“人-機-環境”三元融合、武器裝備多元耦合仿生、軍事環境生物技術、認知革命等領域。通過技術融合和理念融合,達到人與自然、人與社會、人與自身的和諧與融會貫通,達到以戰止戰、消弭可能的生物戰爭。

  “人-機-環境”三元融合。生物的計“算”、智能屬性將得到全面開發。同時,欲提升或削弱作戰主體的態勢感知和研判決策能力,需要將未來戰士、新一代武器裝備、具有高級人工智能的戰爭研判系統及整個國家防御體系各要素單元,以更加安全、高效的方式耦合起來,并將遵循內在系統演化規律,逐步從分散、機械整合、信息整合向集群、功能整合、人機融合轉變,從人人互動向人機互動、機-機互動轉變,推動戰爭形態向體系化對抗方向演進,未來戰爭法則得以改寫。

  武器裝備多元耦合仿生。如果第一代武器裝備仿生遵循的是功能上的類似、單元仿生法則,第二代武器裝備仿生遵循的是結構上和形態上的近似法則,那么第三代武器裝備仿生遵循的是機制上的神似、多元耦合仿生法則,能夠根據任務需求實現材料、形態結構與信息的最佳耦合,環境的自適應和任務/能量的高效比,彌補現有國家防御體系的薄弱環節。

  與地球共生的軍事環境生物技術。現代高科技戰爭迷霧下,是不可忽視的化學污染、放射性污染、電磁輻射污染、噪聲污染和可能的生物圈、地球圈和大氣圈生態災難與自然資源浪費。國防生物科技的不正確引導與生物軍備競賽,同樣將誘發生態環境災難。在聯合國《禁止生物武器公約》和《禁用改變環境技術公約》框架下,具有軍事價值的環境修復生物技術有望得到充分發展,人與地球實現共生。

  認知革命和人類新生。“生”和意識的本質取得決定性突破。特別是認知革命將成為“改變生物物種和生存方式”的分水嶺事件,改變未來的戰爭方式和戰爭準備方式。標志性成果是納米-生物-信息-認知-工程科技(NBICE)的全面會聚和實現,實現思維與認知的理解和變革,達到“如果認知科學家能夠想到它,納米科學家就能夠制造它,生物科學家就能夠使用它,信息科學家就能夠監控它”,以及工程學家就能夠操控它,從根本上提高人類生存能力,改變生存和生活基本狀態。這將使人類跳出生物演化的地理困境、自然環境資源的有形束縛和意識思維的無形羈絆,全球性重大問題得到有效治理,全球政治軍事經濟秩序進入新一輪穩定期,人類社會跨越生物“核陷阱”得到新生。

  (作者:王小理,系中國科學院上海生命科學研究院副研究員、遠望智庫特約研究員)

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