信息技术之后的新科技革命会带来什么？

王宏广1，朱姝1，尹志欣1，由雷1，李文兰2

　　(1. 中国科学技术发展战略研究院;2. 天津大学)

　　46亿年前地球形成，35亿年前地球上生命起源，10万年前现代人类(晚期智人)诞生。回顾人类近2000年的历史，经历了农业经济、工业经济两次产业革命，信息技术特别是人工智能引领的第三次科技革命、产业革命，也称第三次浪潮。每一次科技革命都会引发世界科技格局、经济格局，乃至军事格局、政治格局的深刻变化。信息技术革命之后，什么技术将引领信息技术之后的新科技革命、引发第四次浪潮?什么时候会迎来新科技革命?哪个国家或地区将领跑新科技革命?新科技革命将对经济社会发展乃至人类自身带来什么变化?

　　2000年11月我们向原国家科委提交“发展生物经济，抢占网络经济之后新经济增长点的建议”，提出“生物技术将引领新的科技革命，生物经济将成为信息经济之后的新的经济增长点。2002年课题组提出“像当年抓‘两弹一星’一样抓生物经济”，2003年发表“论生物经济”(王宏广，2003年)。2005年我国政府联合7个国际组织共同举办“首届国际生物经济大会”，陈至立国务委员在大会讲话中指出“生物经济正在成为新的经济增长点”，刘延东副总理在“2009国际生物经济大会”讲话中指出“使生物产业成为国民经济的支柱产业”。2002年《时代》周刊提出“信息经济会在21世纪20年代晚期结束，接着人们将迎来下一个经济时代：生物经济时代”。2005年兰德公司提出“生物技术将在21世纪初重整全球工业”。美国著名经济学家保罗·皮尔泽在《财富第五波》中认为“生物与细胞生化科技的突破，将在10年内创造一兆亿美元的商机”。在百度搜索有关生物经济的新闻条目多达1400万条(截至2018年2月24日)。

　　第四次浪潮将带来什么?回顾历次科技革命、产业革命对人类社会的重大影响：第一次浪潮，农业技术革命催生了农业经济，提高了地球承载力，增加了人口数量，培育了地主;第二次浪潮，工业技术革命通过机械化、电气化、自动化增强了人类体力，推动了工业化和城市化，催生了工业文明，产生了大量资本家;第三次浪潮，信息技术革命通过信息化、智能化增强了人类脑力，数字成为资源，“使地球变成一个村”，创造了信息文明。第四次浪潮，生物技术革命将延长人类寿命，对人类自身的影响将超过之前任何一次科技革命，人活90岁将成常态。简而言之，第一次浪潮增加了人口数量，第二次浪潮增强了人类体力，第三次浪潮增强了人类脑力，第四次浪潮将延长人类寿命。

　　我们在近20年研究的基础上，对生物经济引领第四次浪潮的十大趋势，做一补充与完善。生物经济是建立在生物资源、生物技术基础之上，以生物技术产品、服务的生产、流通、使用为基础的经济，是继农业经济、工业经济、信息经济之后的第四个产业革命浪潮，简称第四次浪潮。生物经济主要包括生物医药、生物农业、生物制造、生物能源、生物材料、生物资源、生物安全、生物服务等领域。生物经济引领的第四次浪潮正呈现十大趋势。

　　一、 推动第四次医学科技革命，人活90岁成常态

　　医药生物技术正在推动继麻醉品、手术、公共卫生体系之后的第四次医学科技革命，将从疾病预防、疾病诊断、药物创制、生物治疗、器官移植、人类长寿等方面，大幅度提高人民健康水平，延长人类预期寿命。我国人均寿命已经从1949年的37岁提高到2016年的76岁，生物医药与疫苗、基因诊断、生物治疗等疾病预防、疾病诊断与治疗等技术发挥了不可替代的重要作用，并将发挥更大的作用。

　　一是疾病预防水平正在发生变革，一些疾病将被有效控制甚至消灭。疫苗的应用已经使我国有效控制甚至消灭了天花、脊髓灰质炎、麻疹、百日咳等重大疾病，乙型肝炎、疟疾、霍乱等疾病已得到有效控制，SARS疫苗、艾滋病疫苗、治疗性乙肝疫苗等已取得重大突破。未来疫苗，特别是癌症疫苗的应用，将大幅度提高对癌症、重大传染性疾病等的预防与控制能力。

　　二是疾病诊断技术将产生革命性变化，诊断效率有望提高数十倍。基因诊断、生物芯片、免疫诊断、代谢产物诊断等高新技术将带来疾病诊断技术的革命性变化，一些重大疾病将能实现早知道、早发现、早治疗。人类基因组测序成本已由2001年的每人份30亿美元，下降至1000美元，下降了300万倍，人类已经能准确预测1000多种单基因控制的疾病和遗传性疾病。科学家已成功用一滴血、尿、唾液实现对癌症、糖尿病、高血压、心脑血管等疾病的诊断;美国麻省理工大学的教授已研发出“用一口气”就能测血糖的技术，广大糖尿病患者测血糖可能告别抽血的历史;专家们还在利用生物芯片技术的同时检测、诊断、预测数十种疾病，疾病检测成本大幅度下降，疾病诊断效率提高数十倍。

　　三是生物药发展迅速，正在形成化学药、植物药、生物药三足鼎立的药物新格局。2016年全球十大畅销药物中有8款为生物制剂。全球生物制剂市场已由2012年的1642亿美元增长至2016年的2208亿美元，复合增长率约为7.7%。全球单抗产业市场规模已从1997年的3.1亿美元增长到2015年的916.3 亿美元，年均复合增长率高达 37.2%。从新药研发上看，2017年，全球在研的化学合成类小分子药物的数量为7855种，增幅仅为4.2%;而抗体增幅高达15.1%，蛋白类、细胞疗法类和肽类生物药物的增幅分别为24.1%、67.1%和27.0%。 2017年美国食品药品监督管理局(FDA)下属药审中心(CDER)共批准了46个新药，创20年来新高，其中生物药17个，占比达到37%，有5种生物药被预测机构认为到2022年销售额将会超过10亿美金。

　　四是干细胞技术、基因编辑技术、合成生物学，正在推动疾病治疗技术的革命。全球已有骨、软骨、皮肤、肌腱等近40种组织(器官)工程产品进入临床试验或应用阶段;基因治疗、细胞治疗有望使一些疑难病、遗传病得到根除，2017年美国FDA首次审批通过两款CAR-T细胞治疗产品，开启了基因抗癌治疗的新纪元;基因编辑技术已经成功对单基因遗传疾病进行根除，将对遗传性疾病治疗带来革命性变化;干细胞定向培育生物器官不断取得突破;美国耶鲁大学的华人教授通过干细胞技术使人体器官再生。

　　五是人类寿命延长是必然趋势，人活90岁将成常态。健康长寿一直是人类的共同愿望，从明朝皇帝炼丹到广大民众重视养生养老，人类从来没有停止过对健康长寿的追求与研究。科学家用生长期、性成熟期、细胞分裂次数与分裂周期等三种方法测算出人的寿命在100～175岁之间，而2013年全球平均寿命仅71岁。近10年来，长寿技术取得了质的飞跃。科学家已使线虫的寿命延长5倍、老鼠的寿命延长2倍。北京生命科学研究所的研究已经使老鼠寿命延长到相当于人类的128岁。美国谷歌公司投资数十亿美元成立了“人类长寿公司”，并在2015年宣布“2029年人类开始实现永生，2045年实现永生”。尽管谷歌的研究结论值得商榷，但人类长寿研究已成为生命科学研究的热点与重点。

　　二、 推动农业第二次绿色革命，人类有望告别饥饿

　　当今世界仍有近10亿人受到饥饿的威胁，但未来农业生物技术不仅有望使当前全球近10亿人口告别挨饿，而且能够保障未来新增20亿人口的粮食安全与食物安全，生物技术正在推动第二次绿色革命。

　　一是转基因植物新品种将农作物产量提高20%左右。据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)的数据，2016年全球转基因作物种植面积达1.851亿公顷，自1996年以来增长了110倍，累计达到21亿公顷，共有26个国家种植了转基因作物。美国是转基因作物的最大种植国，种植面积约7400万公顷，美国92%的玉米、94%的大豆都是转基因产品。

　　转基因作物安全问题是一个全球争论的问题，但全球转基因植物的种植面积在激烈争论中不断扩大。有科学家明确指出“转基因争论20年后再看会是一场笑话”。全球100多位诺奖获得者联合发表公开信，支持转基因技术和转基因农作物，重申其安全可靠，我国也有60多位科学家签名支持转基因作物。

　　我国推广抗旱、抗寒、抗盐碱植物品种，仅在10亿亩旱地、5亿亩盐碱地、3亿亩易受冻害的土地上就能多生产1000多亿公斤粮食，年产值增加近2000亿元。2014年我国转基因棉花种植率就达到93%，每年为农民增收200多亿元。

　　二是生物肥料、生物农药将部分替代化学肥料、化学农药。中商产业研究数据显示，我国2016年微生物菌肥年产量达到900万吨，生物农药制剂年产量近13万吨，生物肥料、生物农药正在逐步替代化学肥料和化学农药，保障在化肥、农药使用量不增加的同时，不断实现粮食的增产，减少环境与食物污染，降低生产成本，增加农民收入。

　　三是新型食品添加剂、饲料添加剂将加速第四代食品的形成，大幅度提升食品安全水平。全世界数十亿人口面临各种类型的食品安全问题，亟需运用现代生物技术开发新型消毒剂、添加剂，解决食品、饲料中添加剂污染等问题。

　　四是开发可降解塑料薄膜，解决塑料薄膜等对环境的污染问题。可降解生物塑料薄膜的生产技术已经成熟，正在逐步替代化学塑料，有望从根本上解决“白色”污染问题。

　　五是培育超级动物品种，大幅度提高畜产品产量。胚胎移植技术、克隆技术的应用将加速动物品种的更新换代，培育出的超级猪、转基因鱼、高产奶牛等新品种，将大幅度提高动物产品的数量与质量。

　　三、 推进化学工业第三次革命，发展绿色制造

　　化学工业是推动经济发展、改善人民生活的重要产业之一，但造成的污染问题已成为环境公害，现代工业生物技术能够有效改造传统化工产业，提高经济效益，减少环境污染。

　　一是生物质替代石油成为化工的新材料，从根本上改变化学工业对石油产品的依赖，迎来生物化工时代，推动第三次化工技术革命。许多国家已经利用玉米、大豆和农作物秸秆生产“绿色塑料”。

　　二是利用生物催化替代化学催化，将大幅度减少纺织、造纸、皮革、化工等领域的化学废物产出量，提高产品纯度，走出一条低资源消耗、低污染物排放、高效益的新型工业化道路。

　　三是应用先进的发酵工艺，将大大提高我国酒类、味精、酱油、醋等传统发酵产品的质量与效益，有望使生产成本下降50%左右。

　　四是生物材料将成为材料工业的新品种，医用生物材料将形成千亿元的生物材料产业，预计在未来20年内，医用生物材料的市场份额将赶上药物市场，成为支柱产业。

　　四、 发展生物能源，创造几个“绿色大庆”

　　全球生物质能的储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油。我们估计，将我国生物质能转化为生物能源相当于7个大庆的当量。目前燃料酒精、生物柴油、生物燃汽、生物发电等技术已经进入产业化阶段。

　　一是利用10亿亩荒地、南方10亿亩草地、5亿亩盐碱地等发展生物质能，不与人争粮、与粮争地。2016年我国进口原油3.81亿吨，进口额高达1164.7亿美元，发展生物能源不仅能将进口石油费用的一部分从国外石油商手中转给我国农民，还将起到保障能源安全、增加农民收入、改善生态环境“一举三得”的作用。

　　二是利用陈化粮、高梁、甘蔗、甘薯等生产燃料酒精的技术已基本成熟，在石油价格45美元以上时，已经能够做到不需要国家补贴，就能规模化生产生物质能。

　　三是我国有7亿吨农作物秸秆，经过转化可以生产1亿多吨燃料酒精，仅此一项就相当于3个绿色大庆。在我国石油资源短缺的形势下，发展生物质能已经是一个必然的战略选择。

　　五、 采用生物技术，改善生态环境

　　生物技术对解决环境污染、土地沙化、草地退化、气候变暖等环境问题具有独特且不可替代的作用。应用抗旱、抗盐植物新品种，发展防风固沙植物，将有可能使旱地、盐碱地变为良田，土地荒漠化的趋势有望得到遏制;通过微生物对有毒有害污染物的降解，提高污水处理的技术已经进入应用阶段。生物处理方法已成为城市污水和工业废水处理的主要方法。

　　六、 开发生物资源，将生物资源转化为生物经济

　　一是利用生物技术将生物资源转化为生物经济，发展药用生物，如能源植物、纤维植物、油脂植物、芳香植物等，在我国就能形成万亿元新产业;如利用12000中药材资源，就能创造出万亿元的保健品和第四代食品产业。二是大规模筛选和提取微生物活性物质，研制抗肿瘤、抗真菌等药物，开发新型生物肥料、生物农药。三是发展海洋生物产业，开发一批海洋食物、药物及保健品，开发海洋生物材料、海洋生物酶等新产品。

　　七、 防御生物恐怖、保障生物安全

　　生物武器或制剂具有易传播、难控制、易生产、难监测的特点。全世界有数十种的生物战剂和数百种的危险生物，对人类安全构成了巨大威胁。必须依靠现代生物技术建立健全防御生物恐怖、防治重大疫病的应急技术体系，研制针对主要生物恐怖因子的疫苗与治疗药物，开发生物芯片、生物传感器等生物检测技术，为国家安全提供技术支撑。“9·11”恐怖事件之后，特别是SARS之后，生物安全已经引起越来越多国家的重视，美国政府已投入58亿美元用于反生物恐怖的研究。

　　八、 揭示生命规律，探索未知世界

　　人类对生物世界的认识水平正在发生质的飞跃，2001年6月人类基因组工作图的完成，被称为是人类科技史上的第三个里程碑。人类已经完成对大鼠、小鼠、大猩猩、水稻等数十种动植物以及酵母等近百种微生物的全基因组测序，我国科学家已经完成了哺乳动物的细胞图谱。基因组学、蛋白质组学、代谢组学等学科将进一步揭示生命的奥秘。人类对生命规律的认识，对人类自身的了解与调控能力正在迅速提升。

　　九、 创造新型生物，冲击伦理观念

　　植物组织培养、克隆技术、组织工程、器官移植等技术与产品的应用，可使人体携带他人甚至动物的组织与器官，如皮肤、肌腱、骨骼、肝脏、肾脏等，这将对传统的人体观念、伦理观念产生强烈的冲击。而基因编辑技术，特别是生物合成技术，则能够创造新的生物个体或群体，对人类与自然产生不可预见的影响。生物技术是一把双刃剑，克隆技术、基因编辑技术、合成生物技术等的不正当应用，如出现克隆人、人与动物基因的结合、重组超级生物等，必将会产生违犯人类道德与法规的行为，甚至会对人类安全造成重大威胁或破坏。

　　十、 催生交叉学科，推进科技革命

　　现代生物技术与信息、材料、先进制造等技术的集合与融合，将推进新的科技革命与产业变革。如基因组学、蛋白组学、代谢组学、脂类组学、生物芯片、生物合成、分子分型、个体化治疗、干细胞和组织工程、基因治疗和细胞治疗等生物技术不断取得重大突破，并与一些学科结合，产生交叉学科。如生物技术与信息技术结合，特别是脑机接口技术，将形成人工智能技术与产业革命，将引发第四次工业革命;生物技术与制造业技术结合，将使机器人成为继汽车、飞机等之后的又一个制造业产品。这些学科交叉，将进一步加速新一轮科技革命的形成。

　　尽管专家们对新的科技革命、生物经济来临的时间还存在分歧，有专家认为是15年左右，有的则认为是25～30年。但对生物经济的作用与趋势，则有比较一致的看法：21世纪是生物技术、生物经济的世纪，谁拥有生物经济的优势，谁就拥有综合国力的优势。