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珍妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）躺在床上辗转反侧。她在发明CRISPR（规律间隔成簇短回文重复序列）基因编辑技术过程中发挥的作用，使其成为加州大学伯克利分校的明星。由于新型冠状病毒肺炎（后文简称“新冠肺炎”）大流行，加州大学伯克利分校刚刚关停。珍妮弗并未遵从理性判断，开车载着她上高三的儿子安迪驶往火车站，确保安迪能前往弗雷斯诺，参加机器人开发大赛。现在是凌晨2点，珍妮弗叫醒了丈夫，坚持要求在比赛开始前把孩子接回来，因为比赛时将有超过1 200个孩子聚集在会议中心。他们穿上衣服，上了车，找到一家正在营业的加油站，加上油，然后驱车三小时到达目的地。安迪是家中独子，看见父母来了，他并不开心，但父母还是说服了他。于是他收拾好行李，跟父母回家。他们刚离开停车场，安迪就收到了团队成员发的短信：“机器人比赛取消！所有人立刻离开！” 1
杜德纳回忆道，正是此时此刻，她意识到她的世界和科学界已发生改变。美国政府应对新冠肺炎手足无措，所以对教授和研究生而言，到了握紧试管、拿起移液器，立刻挺身而出的时候。第二天，即2020年3月13日，星期五，杜德纳在旧金山湾区主持会议。她在伯克利分校的同事和其他科学家参加了会议，讨论自己在疫情期间可以发挥的作用。
十几个人穿过空空荡荡的伯克利校园，在造型优美、以石材和玻璃打造的楼内集合，杜德纳的实验室就在该栋建筑中。一楼会议室的椅子紧挨在一起，因此他们要先把椅子搬开，将椅子的间距保持在2米左右。随后，他们开启视频系统，让其他50名来自周边大学的研究人员通过Zoom软件加入会议。杜德纳一贯波澜不惊，总是将紧张情绪隐藏在平静的面色之下，而此刻，她流露出紧张情绪，站在会议室前号召大家：“在一般情况下，这并非学术界的职责，但此刻，我们需要行动起来。” 2
一位CRISPR先锋担任抗击病毒团队的领队，实乃恰如其分。2012年，杜德纳和其他研究人员以一种细菌所用的抗病毒方法为基础，开发出CRISPR基因编辑工具。该种细菌与病毒抗争方法的历史超过十亿年。细菌在它们的DNA（脱氧核糖核酸）里演化出成簇重复序列，即CRISPR。它能记住并随后消灭攻击细菌的病毒。换言之，这是一套免疫系统，它可以进行自我调节，抗击一次又一次的病毒进攻。在一个遭受各种病毒反复折磨的时代，人类仿佛依然活在中世纪，而这一工具的出现可谓雪中送炭。
杜德纳总是未雨绸缪，有条不紊。她播放了幻灯片，介绍了可用的抗病毒方法。她领导团队的方式是倾听各人的意见。她虽然已是科学界名人，但是人们与她打交道仍感到轻松愉快。杜德纳游刃有余，在百忙之中依然能抽出时间和他人联络感情。
杜德纳组建的首个团队接到任务，要创立一间新冠病毒检测实验室。她任命的其中一位领队是名叫珍妮弗·汉密尔顿（Jennifer Hamilton）的博士后。几个月前，珍妮弗·汉密尔顿用一天时间，教会我使用CRISPR编辑人类基因。发现进行基因编辑是如此轻而易举，我既心满意足，又惴惴不安。谁能想到，连我都能完成这一操作！
另一个团队接到任务，要以CRISPR为基础，开发新冠病毒检测方法。这促使杜德纳对商业化的企业青睐有加。三年前，杜德纳和手下的两名研究生便成立了一家公司，利用CRISPR检测病毒性疾病。
在为找到病毒检测新方法而努力的过程中，杜德纳与一位跨国竞争对手进行着紧张激烈却又富有成效的角逐，开辟了新的战场。张锋是一位才华横溢的年轻研究员。他生于中国，长于美国艾奥瓦州，现于麻省理工学院和哈佛大学的布洛德研究所任职。2012年，在开发CRISPR基因编辑工具的竞赛中，张锋与杜德纳棋逢对手。从那以后，两人一直在激烈竞争中有来有往，完成科学发现，创立基于CRISPR的公司。现在，随着新冠肺炎大流行，两人将在另一场竞赛中相遇。这场竞赛取胜的动力不仅源于获取专利，也来自行善济世的心愿。
杜德纳敲定了十个项目，为每个项目推荐领队，同时告诉其余人员自行组队。其余人员应与同自己职能相同的研究人员组合，形成战地晋升体系：任何人感染病毒，都会有人立刻顶上，继续工作。这是他们最后一次彼此面对面相见。自此，所有团队将使用软件Zoom和Slack，在网络上开展合作。
杜德纳说：“时间紧迫，我希望大家尽早开工。”
其中一位参与者向杜德纳保证：“别担心，所有人都会坚守阵地。”
与会者们并没有讨论更为长远的设想：使用CRISPR改变人类遗传基因，进而提高我们子孙后代的抗病毒能力。这些基因改良可以永久改变人类。
会后，我提到这一话题。杜德纳一脸不屑地说：“那是科幻小说的内容。”此言不虚，我赞同她的看法。这类内容与小说《美丽新世界》（Brave New World）或电影《变种异煞》（Gattaca）中的描述有些相似。但是，正如所有优秀科幻小说的内容一样，人类基因编辑所需要素已出现在现实之中。一位年轻的中国科学家曾数次参加杜德纳的基因编辑大会。2018年11月，该科学家使用CRISPR技术编辑胚胎，移除了一个产生HIV（人类免疫缺陷病毒）受体（HIV会引发艾滋病）的基因。一对双胞胎姐妹由此诞生，成为世界首对“设计婴儿”。
人们对此立刻心生敬畏，随即深感震惊。有人遭到惩罚，相关委员会相继成立。在生命进化延续了30多亿年后，地球上有一个物种（我们人类）已培养出才能，以不计后果的方式，掌控了自身基因的未来。我感到我们跨入了一个全新时代，也许像偷食禁果的亚当和夏娃或从众神处盗取火种的普罗米修斯所处时代一样，这个全新时代是一个美丽新世界。
我们拥有了编辑自身基因的能力。这种能力引发了一些问题，而这些问题令人着迷。我们应该编辑自身基因，以降低感染致命病毒的风险吗？如果可以，那将是多么美妙绝伦的恩惠啊！对吗？我们应该使用基因编辑技术，消灭诸如亨廷顿病、镰状细胞贫血、囊性纤维变性等可怕疾病吗？这听起来也不错。失聪和失明呢？身材矮小呢？抑郁症呢？嗯……我们应该如何考虑这些问题呢？往后数十年，在保障安全、条件允许的情况下，我们应同意让父母提高孩子的智商、增强孩子的肌肉吗？我们应该让父母决定孩子眼睛和皮肤的颜色及身高吗？
且慢！我们要先暂缓片刻，避免径直陷入灾难。编辑自身基因可能会对社会多元化产生何种影响？在天资方面，如果不再听天由命，我们的共情与认可等的感受是否会弱化？如果在需付费（以后肯定需要支付费用）的基因超市出售此类能力，是否将极大加剧不平等，甚至使这种不平等永远与人类相伴相生？对于这些问题，应该仅由少数人展开讨论，还是让全社会发表意见？也许，我们应该制定一些规定。
刚才我所说的“我们”，是指包括你我在内的全人类。我们是否需要及何时编辑自身基因？这将是21世纪最具影响力的问题之一。因此我认为，理解如何实现对人类基因的编辑将大有裨益。无独有偶，由于疫情反复出现，因此理解生命科学也变得至关重要。在理解事物原理的过程中，人们内心会迸发出一种快乐，理解关乎我们人类自身的原理时尤为快乐。杜德纳乐此不疲，我们同样可以像她一样享受此种快乐。这正是本书的主旨所在。
CRISPR的发明和新冠肺炎大流行将推动我们过渡到第三次现代大革命。此类革命在一个多世纪前才刚刚开始，发源于与我们人类的存在相关的三个根本性核心发现：原子、比特和基因。
20世纪上半叶，物理学发展掀起革命，成为这一时期的显著特点。阿尔伯特·爱因斯坦于1905年发表关于相对论和量子理论的论文，革命大幕由此拉开。在爱因斯坦创造奇迹后的50年里，原子弹、核武器、晶体管、太空飞船、激光和雷达在其理论引领下横空出世。
20世纪下半叶则是信息技术时代。这一时代基于一个概念，即可通过二进制数字（比特）为所有信息编码，可通过开关电路执行所有逻辑进程。20世纪50年代，信息技术推动了微芯片、计算机和因特网的发展。这三项发明一经结合，数字革命便接踵而至。
现在，我们已经进入第三个时代。这一时代甚至更为重要，它是一场生命科学革命。研究遗传密码的孩子们将加入研究数字编码的孩子们，共同推动历史进程。
20世纪90年代杜德纳还是一个研究生时，其他生物学家正争先恐后地绘制我们DNA中基因的图谱。但是，杜德纳对DNA的知名度更低的“兄弟”RNA（核糖核酸）更感兴趣。在细胞中，RNA这种分子负责传递由DNA编码的具体指令，从而制造蛋白质，进而在细胞内发挥作用。为理解RNA，杜德纳孜孜不倦，进而驱使自己提出最根本的问题：生命是如何开始的？她研究了能自我复制的RNA分子，提高了证明一种理论的可能性，即40亿年前，在混沌地球的各类物质中，在DNA出现之前，RNA就已开始进行自我复制。
作为一名在加州大学伯克利分校研究生命分子的生化学家，杜德纳将研究重点放在了解析分子结构上。假如你是一名侦探，那么在生物学探秘中的主线是：发现一个分子如何通过扭转和折叠决定分子间的作用方式。对杜德纳而言，这意味着需要研究RNA的结构。这是罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）开展DNA研究的延续。1953年，詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）借助富兰克林的研究成果，发现了DNA的双螺旋结构。无巧不成书，老练复杂的人物沃森一直影响着杜德纳的人生。
杜德纳在RNA方面的专业知识引得加州大学伯克利分校的一位生物学家向她致电。当时，该生物学家正在研究细菌在抗病毒过程中形成的CRISPR系统。结果表明，与许多基础科学发现一样，该系统具有实际应用价值。虽然一些应用平平无奇，如保护酸奶中的细菌。但是在2012年，杜德纳和其他研究人员发现了CRISPR的一种更加震撼世界的用途：将CRISPR变为基因编辑工具。
现在，人们将CRISPR应用于治疗镰状细胞贫血、癌症和失明。2020年，杜德纳及其团队开始探索CRISPR发现并消灭新冠病毒的方法。杜德纳说：“CRISPR之所以能在细菌中形成，是因为细菌与病毒间旷日持久的战争。我们人类没有时间等待自身细胞的演化，形成对该病毒的天然抵抗力。因此，我们必须借助自己的智慧。而其中一个工具正是这种叫作CRISPR的古老的细菌免疫系统。使用这一工具难道不是恰逢其时吗？大自然也因此而美丽迷人。”啊，此话不错。记住这句话：大自然美丽迷人。这是本书的另一个主题。
在基因编辑领域，还有其他明星成员。其中大部分可当之无愧地成为传记主人公，甚至电影主人公。（简而言之，就是《美丽心灵》和《侏罗纪公园》的结合。）他们在本书中具有至关重要的作用，因为我想说明，科学是一项团队活动。但是我也想说明，一名团队成员坚持不懈、聪明好学、坚持己见、不为人后，能够产生巨大影响。珍妮弗·杜德纳的微笑偶尔让她眼中透着谨慎，结果证明，她是一位出类拔萃的核心人物。她具有科学家必备的、寻求合作的直觉，但是与大多数伟大创新者一样，她不甘落后，这一点已深入她的骨髓。她通常会小心地控制情绪，并未因自己的明星身份而自视甚高。
杜德纳是研究员，是诺贝尔奖得主，是公共政策智库成员。其生平事迹将CRISPR的故事与某些更为重大的历史元素相连，其中包括女性在科学领域的作用。像列奥纳多·达·芬奇一样，珍妮弗的成绩也表明，创新的关键在于，把对基础科学的好奇心与发明创新的实际工作联系起来，制造出可应用于生活的工具，把实验台上的发现变为日常生活中的发明。
通过讲述杜德纳的故事，我希望对科学如何发挥作用一探究竟。在实验室里，实际发生了什么？新发现在多大程度上取决于个人的聪明才智？团队合作在什么阶段更具有决定性意义？争夺奖项和专利是否削弱了团队的合作？
最为重要的是，我想要说明基础科学的重要意义，阐释基础科学的研究动力并非源自追求应用，而是好奇心。在好奇心的推动下，对自然奇观的研究会为未来的创新播下种子，有时其方式出人意料。 3 表面物理学研究最终催生了晶体管和微芯片。对细菌抵抗病毒的惊人方法的研究同样催生出一个基因编辑工具和数项技术，供人类在自己与病毒的抗争中使用。
从生命起源到人类未来，最为重大的问题在故事中处处可见。故事开头描写了一位六年级女孩儿，她喜爱搜寻含羞草，在夏威夷火成岩间寻找引人入胜的奇景。某一天，她放学回家，发现床上放着一本书，书中讲述了一个侦探故事：一群人有了一个发现，他们略显夸张地将该发现称为“生命的秘密”。