道高一尺，魔高一丈：生命科學(xué)如何掀起新革命？｜ “造物者的終極三問” 直播筆記
整理 | 湯佩蘭
編輯 | 陳曉雪
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新冠疫情已經(jīng)致使全球感染人數(shù)超過了一個(gè)億，死亡逾220萬。新冠病毒是否會(huì)消失，還是會(huì)與人類繼續(xù)共存？疫苗研發(fā)能否趕上病毒變異的速度？未來的生命科學(xué)革命將是怎樣的圖景？
對(duì)于上述問題，《知識(shí)分子》、科學(xué)探索獎(jiǎng)和騰訊新聞聯(lián)合推出新年特別節(jié)目 “2021造物者的終極三問” 系列直播，特邀請(qǐng)北大前沿交叉學(xué)科研究院執(zhí)行院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士湯超、北京大學(xué)物理學(xué)院教授、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽頎和中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所研究員、科學(xué)探索獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人李棟分享各自的思考。討論由媒體人陽燕主持。
這場(chǎng)有趣、豐富的科學(xué)盛宴，你有沒有g(shù)et到？來看看《知識(shí)分子》做的筆記吧。
病毒要跟人類共存多久？
作為過去一年對(duì)世界影響最大的黑天鵝事件，新冠疫情自然成為了討論的焦點(diǎn)。小病毒為何會(huì)給全球帶來恐慌，我們又何時(shí)可以擺脫這一狡猾的病毒呢？
“病毒是大自然的原住民?！?湯超指出，病毒在大自然中存在的時(shí)間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于人類。而且它們擁有頑強(qiáng)的生命力，能夠很好地適應(yīng)各種各樣的大自然環(huán)境和變化。因此，人類誕生之初，就一直與病毒和細(xì)菌共存，最常見的就是流感和感冒。當(dāng)新的病毒傳染到人體，可能產(chǎn)生比較劇烈地免疫反應(yīng)，但是從科學(xué)的角度看，這是正?，F(xiàn)象。
對(duì)此，歐陽頎表示人類并非無法應(yīng)對(duì)病毒。在人類發(fā)展中，自然進(jìn)化是人類對(duì)抗病毒的主要途徑；另一種是依靠現(xiàn)代科學(xué)，通過科學(xué)的手段認(rèn)識(shí)病毒，然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的藥物和疫苗對(duì)抗病毒。他舉例道，相比于2003年的SARS病毒，雖然這次的新冠病毒有了一些變化，但人類對(duì)病毒的認(rèn)識(shí)和防治手段也在進(jìn)化。
李棟則從生命體的生存本能角度進(jìn)行分析。李棟說，病毒作為生命體的終極目標(biāo)是讓自己生存下去，來到人類社會(huì)后，它的進(jìn)化目標(biāo)是跟人類社會(huì)共存?；蛟S一個(gè)新病毒的到來會(huì)讓人類不適應(yīng)，造成死亡率較高。但隨著疫苗等技術(shù)手段的開發(fā)，人們最終能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)傳染病事件。同時(shí)，李棟還強(qiáng)調(diào)，任何疫苗的保護(hù)性都有一定概率，因人的免疫系統(tǒng)反應(yīng)而異，接種疫苗并不意味著跟病毒完全絕緣。但在疫苗的保護(hù)下，人類有可能建立群體免疫的屏障。
對(duì)于如何應(yīng)對(duì)疫情，疫情下一步將如何發(fā)展，三位學(xué)者均表現(xiàn)出比較樂觀的態(tài)度。湯超說，病毒的變異是適應(yīng)各種環(huán)境的一種手段，病毒發(fā)生了變異，人們的免疫力也在不斷調(diào)整。
在此次疫情中表現(xiàn)突出的RNA疫苗也獲得了三位學(xué)者的充分肯定?！癛NA疫苗是一個(gè)非常有力的武器”，湯超說，經(jīng)過這次新冠疫情中的發(fā)展，RNA疫苗將會(huì)更成熟，疫苗發(fā)展也會(huì)更快。歐陽頎表示，即便病毒發(fā)現(xiàn)新的特征，mRNA疫苗也可以針對(duì)病毒變異迅速改變。李棟也表示，RNA疫苗的優(yōu)勢(shì)在于可以根據(jù)病毒的基因序列變異，加快迭代疫苗開發(fā)，為人類將來更好地應(yīng)對(duì)公共衛(wèi)生事件，開辟了新的技術(shù)路徑。
如何把握科技和自然的平衡？
科學(xué)技術(shù)可以造福人類，從而控制病毒，這無疑體現(xiàn)出科技有益的一面，但科學(xué)界也在時(shí)刻警惕技術(shù)可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。近些年來，科技的發(fā)展突飛猛進(jìn)，諸如基因編輯、合成生物、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，給人與自然的關(guān)系帶來新的挑戰(zhàn)。
在北京大學(xué)物理學(xué)院做生物學(xué)研究的歐陽頎，從合成生物學(xué)角度表達(dá)了對(duì)建立科學(xué)規(guī)范重要性的肯定。他認(rèn)為，合成生物學(xué)可以造福人類，也可能引起更大的麻煩。以病毒為例，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)可以通過實(shí)驗(yàn)室合成新的病毒，未來對(duì)更多人來說更不是難事，因此需要及早建立相關(guān)的科學(xué)道德和科學(xué)規(guī)范。
湯超介紹，生殖細(xì)胞就是科學(xué)共同體劃定的一條紅線，這是因?yàn)槿藶楦淖兩臣?xì)胞的基因，被改變的基因也會(huì)遺傳到下一代，而影響到人類的整個(gè)基因庫(kù)。
李棟也表示，“任何技術(shù)可能都是雙刃劍”。他認(rèn)為科研工作者需要在一定程度上了解新技術(shù)的運(yùn)行規(guī)律，將其放在更加復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)里進(jìn)行考察，在進(jìn)一步深化了認(rèn)知它的規(guī)律后，制定出應(yīng)對(duì)的策略，這樣一旦出現(xiàn)某個(gè)意外事件，人類也可以有章可循。
李棟還提到，現(xiàn)在的很多擔(dān)憂可能是技術(shù)進(jìn)步的還不夠好，科學(xué)界對(duì)技術(shù)的了解還不夠透徹，因此需要更多對(duì)生命體本身的基礎(chǔ)研究。不過，技術(shù)的進(jìn)步也是不停迭代的，等到“迭代出更安全或者更高效的版本”，或許能夠克服現(xiàn)有的擔(dān)憂。
對(duì)此，歐陽頎表示贊同。他說，合成生物學(xué)有兩大任務(wù)，從基礎(chǔ)研究層面說，盡可能了解合成生命的定量規(guī)律是什么；從應(yīng)用的層面看，根據(jù)已有的知識(shí)，現(xiàn)在無法解決預(yù)測(cè)的問題，也就是能夠設(shè)計(jì)出什么樣的東西，“還有很多基礎(chǔ)問題需要解決”。
第三次生命科學(xué)革命意味著什么？
熟悉當(dāng)代科技史的湯超認(rèn)為，人類將迎來第三次生命科學(xué)革命。第一次生命科學(xué)革命開始于20世紀(jì)50年代。這次革命在方法上將大量物理學(xué)、化學(xué)工具和觀念帶入生命科學(xué)，如X射線、核磁共振、電子顯微鏡等，其標(biāo)志性成果是用X射線發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。第二次生命科學(xué)革命興起始于20世紀(jì)90年代開始的基因組學(xué)，基因組學(xué)是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與生命科學(xué)的交叉。而第三次生命科學(xué)革命正在開始，是基于技術(shù)進(jìn)步和全面的學(xué)科交叉融合，“這次生命科學(xué)革命不僅給生命科學(xué)本身，還會(huì)給其他定量學(xué)科的發(fā)展帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)?！?nbsp;[1]
對(duì)于第三次生命科學(xué)革命，湯超給出了三個(gè)關(guān)鍵詞：“技術(shù)進(jìn)步”、“學(xué)科交叉融合”、“生命科學(xué)的定量化”。
他對(duì)此解釋說，技術(shù)進(jìn)步，就是指現(xiàn)在的新技術(shù)發(fā)展非常快，比如成像技術(shù)、基因編輯技術(shù)、干細(xì)胞技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)等等。
關(guān)于“學(xué)科交叉融合”，湯超說，學(xué)科本來就是人為定義的，而不是大自然定義的。在研究大自然的過程中，隨著研究的細(xì)化，分成了學(xué)科，但這樣的分類有很大限制。對(duì)于生命科學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜現(xiàn)象，一個(gè)學(xué)科遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，很多新技術(shù)需要融合物理學(xué)、化學(xué)包括信息科學(xué)等?！安煌膶W(xué)科帶來新的東西進(jìn)入生命科學(xué)，這件事非常關(guān)鍵，這也是第三次生命科學(xué)很大的一個(gè)標(biāo)志。” 他還強(qiáng)調(diào)，學(xué)科交叉融合在推動(dòng)第三次生命科學(xué)革命的同時(shí)，還會(huì)影響其他學(xué)科，帶來新的物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等等。因此，這次革命不僅是單一學(xué)科的革命，還是學(xué)科交叉融合的革命。
至于第三個(gè)關(guān)鍵詞—— “定量化”，湯超表示，如今在生命領(lǐng)域內(nèi)，不像物理和化學(xué)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出方程式規(guī)律?！岸炕?即 “普適的定量規(guī)律”，就是要搞清楚生命系統(tǒng)的原理，向定量可預(yù)測(cè)的科學(xué)轉(zhuǎn)變。
歐陽頎和李棟對(duì)這三個(gè)關(guān)鍵詞表示贊同。歐陽頎談到，融合可能是未來的大趨勢(shì)?！耙院蟮目茖W(xué)可能是以解決問題為主，而不是分這個(gè)是物理界的問題，這個(gè)是天文界或者數(shù)學(xué)界的問題，（而是）越來越融合?！?/span>
學(xué)科的融合意味著知識(shí)的融合，而知識(shí)的融合離不開人才。李棟強(qiáng)調(diào)，以交叉科學(xué)為主要特征的第三次生命科學(xué)革命，對(duì)未來的學(xué)生提出很大挑戰(zhàn)，也對(duì)學(xué)校培養(yǎng)適應(yīng)未來需求的復(fù)合型人才，提出了很大挑戰(zhàn)。關(guān)于未來人才的培養(yǎng)，他建議首先是以自己的興趣為驅(qū)動(dòng)，有發(fā)現(xiàn)問題的能力，不是為了交叉而交叉，而是以生命科學(xué)本身的問題為驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行多學(xué)科交叉研究；其次是學(xué)習(xí)能力的構(gòu)建，在大學(xué)培養(yǎng)更廣泛的科學(xué)基礎(chǔ)興趣，以及具備進(jìn)入各個(gè)學(xué)科進(jìn)一步學(xué)習(xí)的能力。
歐陽頎說，三個(gè)關(guān)鍵詞中最關(guān)鍵是“定量化”，定量描述有兩種方式，一種類似解析式，像牛頓第二定律可以解釋一些現(xiàn)象；另一種是大數(shù)據(jù)，通過海量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，比如下棋的AlphaGo和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的AlphaFold?！澳壳耙呀?jīng)看到定量描述生命的可能性和發(fā)展方向……（但）到現(xiàn)在為止，實(shí)際上只是對(duì)某些特定的生命過程可以定量描述，這都是鳳毛麟角?！?/span>
最后，李棟談到，以新技術(shù)為驅(qū)動(dòng)帶來更加客觀定量的描述，再認(rèn)知其中的規(guī)律，抽象歸納后再反向迭代，做逆向工程。這一思路在科學(xué)共同體內(nèi)頗受認(rèn)可，但仍處于起步階段。“能怎么演化或者未來到哪個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)會(huì)怎么樣，我覺得現(xiàn)在還很難說”，李棟說。
參考資料：
[1] 湯超：第三次生命科學(xué)革命為何是現(xiàn)在？ | 科技史
http://zhishifenzi.com/depth/depth/10462.html
