地球生物基因组计划：如何构建生命数字图书馆
目前的测序工作，仅覆盖了地球上约1%的动物、植物、真菌及原生生物的DNA。 Image: wirestock/Freepik
- 生物多样性正加速丧失，已然危及全球的粮食安全、人类健康和经济稳定。
- 迄今，科学家仅对不越1%的已知动植物、真菌及原生生物完成了DNA测序，导致物种适应性研究存在重要的认知空白。
- 地球生物基因组计划致力于填补这一认知空白，以促进生态保护、农业发展、医药研发及生物技术等领域的进步。
生物多样性正以前所未有的速度加速丧失，数以千计的物种濒临灭绝，这动摇了全球粮食安全、人类健康与经济稳定的根基。
尽管形势紧迫，但科学家仅完成了约1%已知真核生物（包括动物、植物、真菌及原生生物）的DNA测序。这一认知局限严重制约了我们理解物种如何适应环境、生态系统如何运作，以及遗传多样性如何在剧变中支撑生命韧性的能力。
正如我们于2025年在《科学前沿》所阐述的，这座完整的生命数字图书馆将成为推动保护、农业、医药和生物技术发展的核心驱动力。
筑就基石
在2018年启动及一期阶段，地球生物基因组计划首先致力于建立标准、制定伦理框架并协调全球数据共享，为实现开放与公平的数据访问奠定了基石。
该项目现已发展成为一项全球性合作，汇聚了来自88个国家的2200多位科学家——这个庞大网络涵盖了国家级测序计划、区域联盟以及专注于特定物种群的研究项目。过去那种小规模、零散的研究模式，如今已凝聚成一项具有全球视野、可扩展且包容开放的协同工程。
目前，地球生物基因组计划（EBP）已完成4300多个高质量基因组的测序，覆盖超过500个真核生物科。初步研究成果已展现出巨大价值——例如揭示了蝴蝶与飞蛾的染色体进化机制，以及北极驯鹿如何适应极端环境。
这项工作的另一重要贡献在于推动了生物多样性研究工具的进步，特别是环境DNA（eDNA）技术。该技术通过检测生物遗留在环境中的微量基因痕迹，便能准确判定物种的存在。
二期阶段：迈向规模化测序
面对全球生物多样性加速丧失的严峻形势，行动已刻不容缓。地球生物基因组计划为此正式开启二期阶段，该阶段将持续至2030年。
这一阶段的目标，是在四年内完成30万份样本的采集，并对其中15万个物种进行基因测序。这意味着每月需产出3000个达到参考标准的高质量基因组——这比现有速度快了十倍以上。
为应对这一挑战，该项目将围绕三大核心支柱展开：
- 自适应采样：优先测序对生态系统健康、粮食安全、疾病防控、生物多样性保护以及原住民与当地社区至关重要的物种。
- 最高质量标准：致力于让尽可能多的基因组达到严格的参考标准。
- 平等全球合作：鉴于全球绝大多数生物多样性蕴藏在南半球生态系统，项目将确保这些地区的合作伙伴主导相当比例的测序、注释与分析工作。
创新是这一阶段的核心驱动力。其中一个关键方案是推广“基因组实验室一体箱”，即一种装载于标准集装箱内、可独立运行的便携式测序工作站。借助这些设备，当地与原住民科学家将得以在本地语境下产出高质量数据。此举不仅免除了样本出口的环节，更将助力培育可持续的本土科研能力。
地球生物基因组计划面临的主要挑战
地球生物基因组计划步入二期阶段，其宏大的规模意味着艰巨的挑战。要采集并处理30万个物种样本，不仅涉及复杂的物流协调，更亟需广泛的国际合作，以及全球各方对伦理与法律标准的共同恪守。
测序技术需持续向更快速、更经济、更自动化的方向演进，才能跟上项目需求。而基因注释工作（即为DNA序列赋予生物学意义）尤其耗时，必须开发全新的计算方法来应对。
这项大规模工程所需的巨大算力，也伴随着高昂的能源代价。为减少环境足迹，地球生物基因组计划已制定明确方案：统一工作流程标准、采用云端计算平台，并大力推行“一次计算，多次复用”的数据分析原则。
确保公平性是我们面临的另一重大挑战。地球生物基因组计划郑重承诺，将严格遵循《名古屋议定书》和《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》所确立的原则，切实保障数据与成果的公平获取及惠益共享。值得关注的是，全球大部分生物多样性正由原住民与当地社区悉心守护。他们作为项目的重要合作伙伴，正深度参与科研方向的制定与数据管理决策。
虽然二期阶段的测序规模看似成本高昂，但技术革新已使费用大幅降低。一期阶段单个基因组测序平均成本约为2.8万美元，而二期阶段的目标是将单基因组成本控制在6100美元左右。
地球生物基因组计划十年期总预算约为44.2亿美元。其中包含一项专门设立的“基础影响基金”，该基金计划投入5亿美元，将全部用于支持南半球国家的科研人才培养、基础设施建设与应用研究发展。
作为参照，人类基因组计划按现今币值计算耗资60亿美元，而詹姆斯·韦伯空间望远镜的投入高达110-120亿美元。相形之下，地球生物基因组计划作为一项具有持久效益的全球性倡议，展现出极高的投资价值。
为地球构建数字“基因组方舟”
若该项目成功实施，地球生物基因组计划将构建起一座前所未有的基因组宝库。项目初期成果已在深刻改变我们对生物演化、生态系统运行机制的理解，这些认知正在为物种保护、农业革新和生物技术突破铺就道路。
这些突破将帮助我们更好地应对新兴疾病、适应气候变迁。而该项目最具前瞻性的设计在于——通过包容协作的模式，确保这些成果能真正惠及全球每个角落。
地球生物基因组计划正从两个关键路径着力：一是培育本土科研能力，二是优先测序具有生态与文化意义的物种。其长远目标，是构建一个真正基于生物多样性认知的全球生物经济。
该项目所产生的基因组数据，将成为推动地方创新、增强全球生态复原力、开拓可持续发展道路的重要基石。展望未来几十年，地球生物基因组计划将化作一艘坚实的“生命基因方舟”，不仅守护着地球生命的遗传密码，更致力于让世界公平共享这些关乎人类未来的生物资源。
本文作者：
Harris Lewin，亚利桑那州立大学，朱莉·安·瑞格利全球未来实验室教授
Mark Blaxter，英国桑格研究所，生命之树计划项目负责人
本文原载于世界经济论坛Agenda博客，转载请注明来源并附上本文链接。
翻译：黄思婕
编辑：王灿
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