此前，我们对于知识的产生和传播有着十分单一的理解：它来自上帝，透露给不同的牧师、先知、神父、政教合一的领袖，并以教义（或世俗领域的政策）的形式传达给古代的中层管理人士，最后传播到无条件顺从的普罗大众。

这样的认知很陈腐，饱含专制的意味。马丁·路德（Martin Luther）和一些激进人士认为宗教真理来自教友团体而非天主教会，这才让人们开始发现这一认知系统的漏洞。尽管如此，这一模式在很大程度上依然未被改变。教堂依然是知识产生、整合和传播的主要来源。

随着这一认知系统逐渐退出历史舞台，一个新的系统“涌现”。新系统并没有要取代权威。我们不打算自我监管，或者成群结队进入无法无天的公社。实际上，发生改变的是人们看待信息的基本态度，是多数人向少数人传达愿望和指令方面的价值导向以及扮演的角色。互联网在其中发挥了关键作用，为大众提供了一个通道，使他们的声音能够被倾听，也推动他们参与讨论、思考和协作，而这些此前都属于政治的专业范畴。2007年，业余人士撰写的博客突然能够抗衡新闻机构的权威性。伊藤穰一当时写了一篇博文。他在文中预测，互联网催生了一种新的政治现象，一种类似于蜜蜂或者其他群体生物的集体智慧，这一集体智慧的能力远大于该集体中任何个体的能力。人们发现，尽管2011年席卷中东独裁政府的突尼斯骚乱止于政变，未能更进一步创建新政府，但是从中可以看到这种“涌现”民主的足迹。黑客组织“匿名者”或许展现出了最纯粹的“涌现”民主，它强大有力，同时又完全没有领导。“涌现”民主的特点成为2016年美国总统选举的显著特征。人们很容易感觉到，伯尼·桑德斯（Bernie Sanders）和唐纳德·特朗普（Donald Trump）都没有领导各自的选战，而是乘势“踏浪而行”，希望并祈祷选民的集体身份最终能够使他们成功“靠岸”。

科普作家史蒂文·约翰逊（Steven Johnson）曾在其著作《涌现》中向大众读者介绍过这些观点。他把新观念的演变比喻为一种单细胞生物——黏菌。当食物短缺时，它们会聚集在一起，组成超级有机体。没有大脑的黏菌怎么知道这样做呢？其实，它们就像土堆中的蚂蚁一样，遵从一系列简单的规则，无论走到哪里都会留下信息素。如果足够多的个体留下带有“我饿了”信息的信息素，这一信息便会散播至所有蚂蚁那里，它们便会聚集在最近的朽木上。约翰逊在书中指出，人的思想观念也是如此。黏菌一生中大部分时间都独立生存，永不停歇地在周边寻找食物。但当黏菌聚集在一起，强大的集体信号便会引发完全不同的信息，这是个体黏菌不会设计，甚至永远不会明白的信息。约翰逊指出，思想观点也会出现这样的情形。“把更多观点接入系统，通过在畅销书中发表观点或组建研究中心研究这些观点，让它们留下更长、更持久的痕迹。用不了多久，整个系统便会面临转型。独立的直觉和个体执念便会联合发展成为一种全新的看待世界的方式，为千万个体所共享。”1我们现在便处在这一转型的节点，一个固体突然融化成为液体的时间节点，或者空气中水分冷却到一定阶段变为暴风雨的时间节点。

当大量细微的事物通过简单的选择行为，如向左还是向右、攻击还是忽视、买入还是卖出等，表现出远超个体能力的特性时，“涌现”便会发生。蚁群是最典型的例子。这一元组织拥有比个体强大得多的能力和智慧：蚁群知道附近有没有食物，何时采取躲避动作，需要出动多少蚂蚁去寻找当天的食物或抵御攻击。2

人类的大脑是另外一个蕴含“涌现”理论的令人震惊的例子。组成人类基因组的2万个不同基因中，大约有1/3出现在大脑中，并且掌管着数百亿个神经细胞的生死。每一个神经细胞尽管相对复杂，但自身没有意识，或者说不够聪明。然而，当这些神经细胞相互连接时，便会形成一个令人惊讶的网络，该网络不仅比神经细胞总和更强大，而且能够意识到自己在思考。尽管人们热烈讨论的话题仍然是“大脑真正的工作机理”，但很明显，以正确的方式将不太复杂的部分相互连成网络，便可以涌现思考和意识。

自然界还有其他表现集体认识过程的例子。鱼群、鸟群、蝗虫都显现出了“涌现”的特质。生命本身便是“涌现”而来的，是包括碳水化合物、脂类、蛋白质、核酸等在内的分子各自发挥作用的结果。脂类从来不会对蛋白质说：“我们需要组织和聚集起来组成一个像杰夫一样笨拙的、谢顶的两足动物。”脂类只想要存储能量，或者与其他脂类相互连接创造细胞膜。

当然，“涌现”系统并不是什么新鲜事物，对于它的研究可以追溯至古希腊时代。“涌现”也并不只是自然现象。从整座城市的规模来看，人类就像是蚂蚁，匆匆忙忙地奔来走去，做出小小的决定，不会想到会给公民社会带来什么影响。这事实上也是城市具有如此魔力的原因所在。任何个体都无法引起新奥尔良傍水区的骚乱，也无法制造出东京涩谷区的时尚。环形交通枢纽依靠“涌现”，人类通信持续发展也依靠“涌现”。同样，或许除了莎士比亚，没有任何人能够在语言学方面持续创新，凝聚成任何一种语言的多样形式。人类创造出的最显而易见的“涌现”系统便是经济，它清楚地表现出了任何个人都无法掌控的特点。我们总是认为，市场不过就是买家与卖家会面和交易的地方。但正如奥地利经济学家弗里德里希·哈耶克（Friedrich Hayek）在1945年的论文中所说的，市场会做一些更有价值的事情，它会搜集并利用“个人拥有”的知识。哈耶克在这篇被视为信息理论奠基作之一的论文中写道：“每一名社会成员只能拥有整体知识的一小部分。因此，每个人都不知道社会运转所依赖的大多数事实。”在哈耶克看来，市场是一个人类创造的偶然集结的机器，旨在“征服智力”。3

哈耶克认为，一只股票的价格体现了任意时刻这家公司所有已知信息的集合体，加上对世界相对稳定性的认识。股票市场是在互联网出现之前最伟大的信息系统。在我们所处的这个时代，互联网使得数十亿人4有机会获得与市场相同的能力，累积大量信息，并据此做出有根据的决定。由于世界的相对稳定性越来越多地取决于数十亿人口的担忧或信心，股票价格与公司潜在价值之间的联系便越来越弱。这样一来，股票波动的风险就被放大了。

然而，从权威到“涌现”的转变正在改变许多机构的未来。在前一种系统内，机构就像轮船一样，少数几个高高在上的人决定行驶的航线是否明智；而在后一种系统内，许多决定并不是这样产生的，而是从大量员工或股东中间“涌现”出来的。许多公司起初对这种现象持恐惧或不屑一顾的态度，但它们现在意识到，“涌现”系统或许会让它们提供的服务不再必要。当然，“涌现”系统也可以获得更大的回报，就像我们现在已经开始看到的一样。

从《不列颠百科全书》到维基百科的出现便是这一转型阶段的绝佳例证，前者的作者是权威的专家团队，后者的作者则是出于公益目的自发写作的读者群体。2005年，《自然》（Nature）杂志发表的一项研究表明，二者在质量方面相差无几。5自此之后，我们便见证了维基百科的稳步发展。它不仅能够及时更新信息（名人死亡、两个敌对的派系之间爆发冲突），而且还能引发不同意见，促使人们思考，并最终就信息的呈现达成共识。

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尽管突尼斯骚乱和黑客组织“匿名者”在这个依旧充斥着威权权力架构的世界中似乎仍属少数，但它们却是一个已经明确存在现象的单独的、生动的体现。范式、信仰体系、偏见等都呈现出了“涌现”的特征。某个个体能够实现突破，被我们称为“知识模型”的思想观念体系来自大众，而个体则对此却浑然不知。重力是一个概念，伊萨克·牛顿（Isaac Newton）希望借此向伽利略致敬。然而，科学革命是对人类认识论理念的彻底改造——我们如何获取知识，如何证明我们的信念合理。简而言之，它是一系列新的原则，不是某个人的心血之作，同时又是每个人的心血之作。

当前的历史时刻，人们对于“涌现”的痴迷并非偶然。在理解“涌现”系统如何在自然系统内发展变化方面，我们取得了巨大的进步，这反过来又帮助我们更好地了解人类所赖以生存的“涌现”系统。还记得蚂蚁吗？两位斯坦福大学教授最近合作研究蚂蚁如何寻找食物，其中一位是计算机科学家，另外一位是生物学家。他们发现，蚁群其实早于人类数百万年便发明了传输控制协议/互联网协议（TCP/IP），而这是信息在互联网上传输的核心方法。6

人类在无意识的情况下复制了自然界已存在的模式，这并不鲜见。事实上，一些不可简化的模式，如定义雪花形状的分形曲线，不断重复的趋势本身便是“涌现”的属性。近20年来，我们一直用“根本性变化”形容互联网的发展，将其称作“彻底的”、“革命性的”新媒介。这并不是夸大其辞。然而，网络的发展，将在“人类如何思考”这一最深层次领域对我们产生影响，其结构由一个充满节点和神经元的“涌现”系统组成，不服从任何明显的线性命令，我们不应该对此感到吃惊。

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生物学是最初的“涌现”系统，这一事实不证自明，但即使在直觉层面我们对此也难以把握。我们本能地倾向于相信，每一个奥兹国背后都存在巫师，正是他在指挥行动。几乎每一种文化的核心都会讲述地球和大部分物种是如何产生的，它们认为最初这个世界上只有上帝，或者古希腊时代的大地女神，或中国古代神话中的盘古。

这一核心认知假设塑造了我们构造世界的方式。我们相信，蚁群会接收蚁后的指令，某些组织会负责应对我们周遭世界的复杂性。我们将这一根本性误解写入我们的社会组织——每一个部落都有自己的首领，每一家公司都有自己的首席执行官。直到最近我们才开始明白下面这个解释：蚁后并不比最低级的工蚁拥有更多的能力。这颠覆了数个世纪以来人们心中的认知，持续不断地创造我们周围多样化的、差异化的生命形式的物种形成背后并没有权威的支配力量。“涌现优于权威”的原则优先于其他原则，因为它是其他原则赖以存在的基石。要是我们基于这一原则建立机构和政府，而非一错再错，将会如何？事实是，我们已经在这样做了。治疗肺结核的努力便是如此。

结核菌是通过空气颗粒物传播的。一个简单的喷嚏能够包含4万个传染性微粒，而10个微粒便会让人感染肺结核。结核杆菌寄生在感染者的肺部。人类的免疫系统会追踪这种细菌。大多数细胞会死亡，但狡猾的结核菌会等待时机。据估计，全球1/3人口感染了结核菌，它们的潜伏期可能是一个月、一年或者一生。然而，在10%的病例中，结核菌会逃脱免疫系统在它们周围设立的防护屏障，快速繁殖，最终填充到肺部，使感染病人中大约一半因此丧生。7

直到18世纪，与人类历史一样悠久的肺结核才成为流行病。8随着寄主的大迁徙，它进入人口稠密的城市贫民窟，一个简单的喷嚏就可以感染全家人。9当时这种病被称为“肺痨”，到1820年，“肺痨”已经夺走了1/4欧洲人的生命。第一次世界大战后，由于卫生条件不断改善以及更为复杂的抗生素的出现，肺结核患者大幅减少。到1985年，美国平均每10万人中感染肺结核的病例不超过10例。10肺结核似乎已经处于被消灭的边缘。

然而，结核菌再一次击败了我们。有时，医生会开错抗生素的处方；一些病人可能会忘记医嘱，发展中国家的囚犯和结核病人更是容易不按医嘱服药。这些不完善的治疗将会淘汰那些最弱的结核菌，而那些较强的结核菌则会存活下来并且变得更活跃，它们已经实现了基因突变，能够抵御抗生素。这种具有抗药性的结核菌成功繁殖了后代，它们都拥有相同的突变。11

肺结核并不是唯一经历这条进化之路的疾病。世界卫生组织表示，抗药性疾病是未来最大的公共健康危机之一。世界卫生组织负责健康安全的助理总干事福田敬二（Keiji Fukuda）博士说：“如果利益相关方不采取紧急、协调一致的行动，世界就会迎来后抗生素时代，数十年来可以被治愈的普通感染和小伤病将会再一次置人于死地。”12

2013年，欧洲9个国家的一组研究人员实施了一项紧急的协调行动。他们宣称：“为了攻克现代疾病，人们需要现代化武器。”13其中一项武器便是全新、“涌现”式的研究组织方式。

在搜索栏中输入噬菌体，你会发现，这是一种吸收细菌的病毒。它们的形态很像长有细长腿的登月舱。如果不是得到有效的利用，它们或许早已成为你的噩梦。

这些欧洲研究人员以项目所在的巴黎机构将组织命名为“贝当古小组”，他们重新编辑噬菌体来做一些有益的事情。他们将噬菌体置于蛋白质中，可以借此检测到结核菌对抗生素产生免疫的原因。这种蛋白质切断包含抵抗序列的双螺旋线中的一段，就像我们删掉（键盘上）敲下的一句话这么简单。经过对结核菌DNA（即它的源代码）所做的小调整，药物可以再次控制住这种细菌。“贝当古小组”还展示了他们制作的一种用于即时诊断疾病的特殊组织，使那些深受结核病影响的地区大为受益。通过改变细菌DNA中的几行代码，这种致命病菌便走上了像天花一样的灭绝之路。

或许还需要几年时间，普通民众才能够使用“贝当古小组”的疗法。目前，上述尝试只限于在试管中进行，使用的也是安全的、类似结核菌的细菌。“贝当古小组”开发这种开创性疗法是为了参加国际遗传工程机器大赛14，其中大多数研究员仍在攻读自己的学位。

国际遗传工程机器大赛并非传统的科学活动，合成生物学也并非传统的科学，合成生物学能够为带有新特性和新功能的生命体创造新的基因序列，就像是新型巧克力或者生产抗疟药的酵母菌。帮助创办国际遗传工程机器大赛的前麻省理工学院科学家兰迪·雷特贝格（Randy Rettberg）说：“以前，科学是通过把小组研究人员锁在实验室中直至他们实现微小突破来实现进步。未来，科学不会再以这种模式取得进展，合成生物学现在的研究方式已经不是这种模式了。”15出现在开源软件和维基百科时代的合成生物学，正在成为学生、教授以及大量自称“生物黑客”的平民科学家之间进行激进合作的练习场。“涌现”已经闯入实验室。

从学科发展看，合成生物学仍然处在初始阶段，但它有可能以我们难以想象的方式影响人类。硅片之后，可能会出现分子计算机，将一部超级计算机注入一个大头针的顶端。整个人类都有可能被重新编程，对所有病毒免疫。重新再造后的大肠杆菌或许能够排出大量燃料，足以驱动一架飞机飞越大西洋。16想象一下细菌的巨大收集池，它能够满足全世界对化石燃料的需求。或许你想要一个舶来宠物？试试当地基因实验室里时髦、身材娇小的大象吧！或者你也可以自己编程，创造自己想要的宠物。

哈佛大学、麻省理工学院遗传学者乔治·丘奇（George Church）说：“你无法预测一个科学领域的未来。”丘奇经常因为夸大合成生物学的做法而饱受批评，他曾提出要逆转尼安德特人和猛犸象的灭绝。17但就个人而言，他看上去并不像是一个煽动者，而更像是一个现实主义者。当被问到合成生物学的一些观念是否离谱时，他耸了耸肩并指出，没有人曾预测会出现简便、快速绘制人类基因图谱的科技。丘奇说：“基因测序的价格在下降，增长速度则是摩尔定律的6倍。10年前，没有人能够预测到会这样。”18（摩尔定律认为，计算机处理速度每18个月会增长一倍。）

尽管“贝当古小组”的项目很出色，但它在很大程度上依然停留在理论层面。如果投入大量的专业知识、时间和资金，应该有可能创造出一种能够重新编写肺结核的病毒。基因编辑技术的快速应用使得运用这一疗法的概率得到了很大提升。现在，基因编辑技术已经成为世界各地不断涌现的生物学爱好者的标准操作程序。发明了合成生物学领域众多应用技术的丘奇说：“科技的发展速度迅猛。许多奇思妙想或许在我们有生之年就会成真。”他脸上露出了讽刺的笑容说：“某个无聊的13岁少年可能会设计出一种病毒，消灭整个人类。一切皆有可能。问题是，我们会感到幸运吗？”

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外来的科学学科并非人类努力向全新发现和创新路径转变的唯一领域。我们可以把它称为平民科学，或众包，或开放创新。然而，合成生物学的崛起表明，不久之后我们就要把它称为标准操作程序。“涌现”对于权威的胜利意味着知识生产和传播的结构性转变，专业和知识开始从互联网等分散式的网络中涌现。“涌现”时代已经取代了权威时代。国际遗传工程机器大赛之类的机制对于学术领域而言并非无足轻重，而是成了不可或缺的一部分。

在传统的体系中，从制造业到政府部门，大多数决定都由顶层做出。尽管雇员们或许被鼓励提出产品和项目建议，但处于权威地位的经理和其他人会咨询专家，再决定采纳哪些建议，这个过程通常很缓慢。想要突破官僚体系的重重包围，会受到保守派的阻挠。

“涌现”系统假定系统内的每一个人都拥有独特的、让整个组织受益的聪明才智。当人们做出支持哪一个观点或项目的选择时，这一信息会被共享，或者更重要的是，可以利用这一信息进行创新。

随着新工具逐渐普及，创新成本呈现直线下降趋势，使这一转变成为可能。廉价、高效的3D打印机让原型机制造成为轻而易举的事情。以往只有大型企业或学术机构才能获取的知识现在可以通过在线课程或“生物DIY”（DIYbio）之类的网络社区获得。“生物DIY”是平民科学家的社区，他们在此可以参与此前只在费用高昂、特殊的实验室才能进行的基因试验。19

最后，Kickstarter和Indiegogo等众筹平台建立了无缝对接的平台进行筹款，研发项目既有小型艺术项目，也有大型消费电器，这些都是实时的“涌现”例子。创造者可以利用大量潜在客户群体对这一独特信息的有效性进行测试——一个水瓶变成了超级水枪。这种隐性的社交特点使得众筹变得格外有用，即使对那些已经引来风险投资或其他资金的项目来说也是如此，而对那些没有获得其他任何资金的项目来说则是无价的。众筹网站的初步成功还向职业投资者发出了信号：项目与公众产生共鸣，将给予创新者一个获得资金来源的机会，否则，根本无人问津。20

一旦拥有了资金，我们的“创新家/企业家”便可以轻易地扩充其资源，通过众包发现那些他们此前无意中错失的东西。初创公司和个人无须雇用大量工程师、设计师和程序员，而是可以直接借助全球自由职业者和志愿者群体，弥补所欠缺的技能。21

由权威向“涌现”的转变中，另外一个重要因素便是免费和便宜的在线教育和社区教育的普及。这不仅包括edX等正式课程，也包括可汗学院（Khan Academy）等教育网站、创客空间（hackerspaces）的实践课、通过网络开展的或面对面的非正式同伴辅导等。人们学习新技能的机会越多，创新能力就越强。22

所有这些进步都正在创造一个现实的系统，让世界各地的人们都有能力去学习、设计、开发和参与创造性的叛逆行为。与只能推动渐进式改革的权威体系不同的是，“涌现”系统会促进非线性创新，对塑造网络时代特性的快速变革做出快速反应。

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一名伟大科学家最难得的品质之一便是愿意让自己看上去有些愚蠢，尽管这一点并未得到普遍认可。1995年秋天，汤姆·奈特（Tom Knight）还是麻省理工学院一名高级研究人员，他发明了推动计算机发展的几项关键技术，还创办了一家上市公司。然而，9月的一天，在一节生物入门课上，他发现自己周围都是大二的学生。奈特笑着说：“我想他们一定想要知道，这个奇怪的老头到底是谁。但生物学的知识，我必须从头学起。”23奈特意识到了即将到来的新世纪的一个核心事实：生物学就是科技。不过他只是少数意识到这一点的人之一。

奈特因设计集成电路取得了博士学位。集成电路可以操控从你的汽车到电脑再到闹钟的所有事物。到1990年，他意识到自己的寿命可能会超过硅片。“你应该预测到，到2014年，摩尔定律将会达到天花板。”一块芯片上的晶体管数量每18个月便会翻一番，这一定律已经稳定存在了50年，但“最终将会与物理学定律相冲突”。换句话说，晶体管可能变得只有数个原子的宽度。奈特的预言已经成真。近年来，摩尔定律开始进入停滞期。

“很明显，我们应该从物理组装阶段转换到化学组装阶段。我们此前一直都是通过物理组装的方式制造半导体。”奈特意识到，世界上最好的化学发生在细胞层面。奈特决定，最有可能“继承”集成电路板的是活细胞。“我已大致决定了我要攻读生物学硕士学位。”

奈特此前一直认为生物学一片混乱。“我的假设是生命如此令人难以置信，我认为世界上所有工程师都这么想，任何有脑子的人都会举起双手说‘没希望’。”一个偶然的发现使他改变了想法。一名同事给他看了生物学家哈罗德·莫洛维茨（Harold Morowitz）写的一篇论文。24生物学中存在啄食顺序：“我的有机体比你的有机体要复杂得多。”资金和声望似乎也同样按照等级分配。莫洛维茨对真核、多细胞、生命形态等都不感兴趣，大部分职业生涯都在研究地球生物起源，这意味着他一直观察最简单的生命形态，即卑微的、单细胞的支原体。

人类基因组共包含有32亿个碱基对（人类遗传密码最小的基本单位）。科学家在基因测序领域取得了巨大进展。但鉴于篇幅所限，我们对于读过的东西依然一知半解。与之相比，结核菌只包含50万个碱基对。奈特说：“相较而言，人类基因组要比结核菌复杂约3 000倍。因此，你至少可以自欺欺人地认为，你知道所有可以了解到的事情。”

1996年夏天，奈特参加了一场由美国国防部高级研究计划局（DARPA）主办的会议。他提议对“细胞计算”进行研究。他认为，可以将细胞编程，让细胞做一些有益的事情，包括接替最终将要退出舞台的硅片。不到几年，他便在其所在的麻省理工学院计算机科学系建起了一个实验室，里面带有孵化器和试管，以及一座高压炉。他大笑说：“我的同事都认为我是个傻子。电脑实验室中间便是所有这些神秘的生物化学设备。”

奈特并不是想成为一名工程师，但他的渴望、热情、原则和信念体系促使他这样做。他说，工程师的思考方式与生物学家不同。“我的生物学家朋友会说，汤姆，我们已经学习了所有关于大肠杆菌的知识，你为什么还要研究它？”换句话说，“我已经学完了我将要学习的一切知识，其他的都是我不感兴趣的细枝末节”。

奈特说，工程师的思维不一样。他说：“如果你的目标是要学习复杂的生物学，没问题。但如果你的目标是研究这些十分简单的生物学系统，理解有关它们的一切以便能够深入了解并修正它们，并以此为基础做些不同的事情，这就是完全不同的角度了，需要不同程度的了解。”对于一名工程师而言，理解意味着要进行拆解，然后再整合在一起。

1998年，奈特开始研究费式弧菌，这是在短尾鱿鱼体内发现的一种会发光的细菌。鱿鱼为这种细菌提供糖分和氨基酸。而费式弧菌则会发出媲美月光的光亮，让鱿鱼在夜晚“隐身”。

但让奈特感兴趣的是，生物为什么会发光，因为费式弧菌只有在鱿鱼体内才会发光。他解释说：“费式弧菌会排泄出少量的特定化学物质。在海洋中，这种化学物质会被冲走。但在鱿鱼体内，它的数量会不断增加。一旦达到特定的密度，便会引发发光现象。”换句话说，细胞在相互发送信号。奈特指出，他可以分离出控制生物发光的基因序列，并“用一种自然界从未使用过的方式利用它”。重现受控制的细胞通信被证明是一个大难题。

目前，奈特已经吸引了一大批有同样想法的年轻科学家。他的两位合作伙伴，德鲁·恩迪（Drew Endy）和罗恩·魏斯（Ron Weiss）将会继续研究合成生物学（这也是奈特有时被称为“合成生物学之父”的原因所在）。像奈特一样，将编程原理应用于遗传学这一项目令人兴奋的前景吸引了恩迪和魏斯。他们也同奈特一样没有生物学知识背景。恩迪最初想当一名环境工程师。魏斯这个编程天才就是通过“智能微尘”工作接触到生物学的，这项工作把超微型计算机嵌入涂料或马路等柔性材料。奈特笑着说：“我想，公平地说我们目前还是业余选手，但我们学得很快。”

随着新千年的到来，合成生物学更多的是一种理论层面而非应用层面的工程学科。越来越多的计算机科学家、工程师、物理学家开始意识到，合成基因材料有朝一日将会带来革命性的应用，但能够证明这一点的证据却很少。

2000年1月，这一局面发生了变化。波士顿大学生物工程学家詹姆斯·柯林斯（James Collins）和他的同事证实大肠杆菌中存在“遗传学开关”。25通过发出外部信号的方式，科学家们可以促使一个基因开始转录［基因表达的第一步，DNA转录为RNA（核糖核酸），之后转变为蛋白质］。再次发出信号，细胞便会关闭，就像是电灯开关一样，但不一样的是这一切是在细菌中进行的。

同月，《自然》杂志发表了另一篇具有里程碑意义的论文。科学家设计出了能够以有序的间隔制造出蛋白质的振荡电路。他们把这种能够协助控制交替基因表达的抑制基因称为“压缩震荡子”。26两篇论文都表明，复杂的生物进程可以从零开始合成。

2001年，奈特和魏斯成功地实现了费式弧菌的细胞通信，这意味着它们能够“打开开关”。现在，这一项目可以在高中科学中实施。奈特说，这在当时的生物学领域根本算不上重大进展，“但它在工程学意义上是影响深远的。一位生物学家看了我们做的事情，问我们为什么要做这个。而在工程师看来，我们是朝着全新方向迈出了一小步”。

然而，重复任何以上试验都艰难得令人难以想象。制造实验室如雨后春笋般出现，可以合成必要的基因序列，让奈特和他的团队将精力放在手边的试验，但这些实验室都太昂贵了。此外，作为工程师，奈特和他的伙伴们并不只想要复制一次试验，而是要试验一遍又一遍，直至达到工程学其他领域一样的水平。这意味着，要创建一系列标准。

他们的想法是，通过创立一系列DNA序列执行已经确定的、为人所理解的功能。它们可以进行无限组合，就像是砖块一样。2003年，奈特发表了一篇论文，提出创立遗传密码基础目录。27他所称的这些“生物砖”将被收入标准生物组件登记册（Standard Biological Parts）。一块生物砖，作为“启动子”会启动DNA片段的转录，另一块能产生特定的蛋白质。这些可以预见的部分永远都具有可预见的功能。

他们的灵感来自两个完全不同的来源。一个是被称为TTL数据手册的电路元件清单，它记录了数千个电路元件和它们的功能。“你想查找你那部分，只要记下编号就可以调用，非常快。”另一个灵感则更加贴近生活。“早期的思考，早期的隐喻，喜欢修修补补的人以及喜欢拆东西的人，如玩乐高一样。这一隐喻主要以那些重复使用的零件、那些能够搭建起来的乐高积木为核心。”

或许有人会说，奈特和他的合作伙伴像其他工程师那样对待生物学研究：将物体拆解，发现它的组件，然后再研究如何通过重新配置来改善其表现。不过这忽略了国际遗传工程机器大赛更加大胆的目标。创建一系列标准化生物砖首先是一项社会行动。你无须是建筑师，只要有乐高积木便可以表现出形式与空间的独特交叉景象。尽管合成生物学依然处于初期阶段，但它已经被打上了平等主义的印记。奈特、恩迪和雷特贝格并没有“打造”或“创建”一个全新的学科。从一开始，他们便花时间为促进合成生物学的有机增长创造条件，他们此前未曾预料到的人和观念不断推动着该学科的发展。远远超过之前的所有领域，合成生物学才是“涌现”的成果。

著名年轻科学家戴维（David Sun Kong）曾作为麻省理工学院媒体实验室的博士生参加过最初几届国际遗传工程机器大赛。他说，这在预料之中。从某种意义上来说，合成生物学的出现就像某人的巧克力掉在了另一个人的花生酱上。“先驱们是土木工程师、计算机科学家和电子工程师。”先驱们或许不认可这个类比，但正如黏菌细胞一样，合成生物学大于组成它的各个部分的总和。

通过降低入门门槛以及模仿游戏的方式，奈特和其他伙伴鼓励更多样化、更具创新性的参与者为合成生物学做出贡献。戴维在麻省理工学院附近运营一家叫作EMW的艺术、科技和社区中心。他说：“有一个基本的信念是，生物学应该是大众化的。要让人们理解生物学是如何研究的，不仅仅是了解相关生物学知识，还要知道如何去操控。”EMW的项目之一——街头生物学便是要探索工程生物学和街头的关系，即探索促使生物学离开实验室、走入日常生活的人、文化和生物产品之间的关系。“我们这个领域有一个共识——生物学，尤其是生物科技太重要了，不能只依靠专家。”28

提出登记册的建议远比真正制作登记册容易得多。与钢筋、伺服电动机或集成电路不同，组成生命体的部分并未标准化。每一块生物砖都包括一个基因序列，它们的特征都是已知的，如触发邻近细胞发光的能力。该序列则是由核苷酸一个碱基一个碱基合成而来。在当时，很少有基因组已经定性、确定或为人所知，即便是真核生命形态的简单基因组。奈特和他的合作伙伴不需要更多的实验室或更多资金，他们需要一支“军队”，而很快他们就将拥有。