道高一尺，魔高一丈：生命科學如何掀起新革命？｜ “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)超過了一個億，死亡逾220萬。新冠病毒是否會消失，還是會與人類繼續(xù)共存？疫苗研發(fā)能否趕上病毒變異的速度？未來的生命科學革命將是怎樣的圖景？
對于上述問題，《知識分子》、科學探索獎和騰訊新聞聯(lián)合推出新年特別節(jié)目 “2021造物者的終極三問” 系列直播，特邀請北大前沿交叉學科研究院執(zhí)行院長、中國科學院院士湯超、北京大學物理學院教授、中國科學院院士歐陽頎和中國科學院生物物理研究所研究員、科學探索獎獲獎人李棟分享各自的思考。討論由媒體人陽燕主持。
這場有趣、豐富的科學盛宴，你有沒有g(shù)et到？來看看《知識分子》做的筆記吧。
病毒要跟人類共存多久？
作為過去一年對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。小病毒為何會給全球帶來恐慌，我們又何時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間，遠遠早于人類。而且它們擁有頑強的生命力，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，就一直與病毒和細菌共存，最常見的就是流感和感冒。當新的病毒傳染到人體，可能產(chǎn)生比較劇烈地免疫反應(yīng)，但是從科學的角度看，這是正常現(xiàn)象。
對此，歐陽頎表示人類并非無法應(yīng)對病毒。在人類發(fā)展中，自然進化是人類對抗病毒的主要途徑；另一種是依靠現(xiàn)代科學，通過科學的手段認識病毒，然后設(shè)計相應(yīng)的藥物和疫苗對抗病毒。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，但人類對病毒的認識和防治手段也在進化。
李棟則從生命體的生存本能角度進行分析。李棟說，病毒作為生命體的終極目標是讓自己生存下去，來到人類社會后，它的進化目標是跟人類社會共存?；蛟S一個新病毒的到來會讓人類不適應(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)對突發(fā)傳染病事件。同時，李棟還強調(diào)，任何疫苗的保護性都有一定概率，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。但在疫苗的保護下，人類有可能建立群體免疫的屏障。
對于如何應(yīng)對疫情，疫情下一步將如何發(fā)展，三位學者均表現(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者的充分肯定?！癛NA疫苗是一個非常有力的武器”，湯超說，經(jīng)過這次新冠疫情中的發(fā)展，RNA疫苗將會更成熟，疫苗發(fā)展也會更快。歐陽頎表示，即便病毒發(fā)現(xiàn)新的特征，mRNA疫苗也可以針對病毒變異迅速改變。李棟也表示，RNA疫苗的優(yōu)勢在于可以根據(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，但科學界也在時刻警惕技術(shù)可能產(chǎn)生的負面影響。近些年來，科技的發(fā)展突飛猛進，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)。
在北京大學物理學院做生物學研究的歐陽頎，從合成生物學角度表達了對建立科學規(guī)范重要性的肯定。他認為，合成生物學可以造福人類，也可能引起更大的麻煩。以病毒為例，現(xiàn)在科學家已經(jīng)可以通過實驗室合成新的病毒，未來對更多人來說更不是難事，因此需要及早建立相關(guān)的科學道德和科學規(guī)范。
湯超介紹，生殖細胞就是科學共同體劃定的一條紅線，這是因為人為改變生殖細胞的基因，被改變的基因也會遺傳到下一代，而影響到人類的整個基因庫。
李棟也表示，“任何技術(shù)可能都是雙刃劍”。他認為科研工作者需要在一定程度上了解新技術(shù)的運行規(guī)律，將其放在更加復雜的生態(tài)系統(tǒng)里進行考察，在進一步深化了認知它的規(guī)律后，制定出應(yīng)對的策略，這樣一旦出現(xiàn)某個意外事件，人類也可以有章可循。
李棟還提到，現(xiàn)在的很多擔憂可能是技術(shù)進步的還不夠好，科學界對技術(shù)的了解還不夠透徹，因此需要更多對生命體本身的基礎(chǔ)研究。不過，技術(shù)的進步也是不停迭代的，等到“迭代出更安全或者更高效的版本”，或許能夠克服現(xiàn)有的擔憂。
對此，歐陽頎表示贊同。他說，合成生物學有兩大任務(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，現(xiàn)在無法解決預(yù)測的問題，也就是能夠設(shè)計出什么樣的東西，“還有很多基礎(chǔ)問題需要解決”。
第三次生命科學革命意味著什么？
熟悉當代科技史的湯超認為，人類將迎來第三次生命科學革命。第一次生命科學革命開始于20世紀50年代。這次革命在方法上將大量物理學、化學工具和觀念帶入生命科學，如X射線、核磁共振、電子顯微鏡等，其標志性成果是用X射線發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。第二次生命科學革命興起始于20世紀90年代開始的基因組學，基因組學是數(shù)學和計算機科學與生命科學的交叉。而第三次生命科學革命正在開始，是基于技術(shù)進步和全面的學科交叉融合，“這次生命科學革命不僅給生命科學本身，還會給其他定量學科的發(fā)展帶來機遇和挑戰(zhàn)。” [1]
對于第三次生命科學革命，湯超給出了三個關(guān)鍵詞：“技術(shù)進步”、“學科交叉融合”、“生命科學的定量化”。
他對此解釋說，技術(shù)進步，就是指現(xiàn)在的新技術(shù)發(fā)展非?？?，比如成像技術(shù)、基因編輯技術(shù)、干細胞技術(shù)、腦機接口技術(shù)等等。
關(guān)于“學科交叉融合”，湯超說，學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，隨著研究的細化，分成了學科，但這樣的分類有很大限制。對于生命科學領(lǐng)域的復雜現(xiàn)象，一個學科遠遠不夠，很多新技術(shù)需要融合物理學、化學包括信息科學等?！安煌膶W科帶來新的東西進入生命科學，這件事非常關(guān)鍵，這也是第三次生命科學很大的一個標志?！?他還強調(diào)，學科交叉融合在推動第三次生命科學革命的同時，還會影響其他學科，帶來新的物理學、數(shù)學、計算機科學等等。因此，這次革命不僅是單一學科的革命，還是學科交叉融合的革命。
至于第三個關(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，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)測的科學轉(zhuǎn)變。
歐陽頎和李棟對這三個關(guān)鍵詞表示贊同。歐陽頎談到，融合可能是未來的大趨勢。“以后的科學可能是以解決問題為主，而不是分這個是物理界的問題，這個是天文界或者數(shù)學界的問題，（而是）越來越融合。”
學科的融合意味著知識的融合，而知識的融合離不開人才。李棟強調(diào)，以交叉科學為主要特征的第三次生命科學革命，對未來的學生提出很大挑戰(zhàn)，也對學校培養(yǎng)適應(yīng)未來需求的復合型人才，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，有發(fā)現(xiàn)問題的能力，不是為了交叉而交叉，而是以生命科學本身的問題為驅(qū)動，進行多學科交叉研究；其次是學習能力的構(gòu)建，在大學培養(yǎng)更廣泛的科學基礎(chǔ)興趣，以及具備進入各個學科進一步學習的能力。
歐陽頎說，三個關(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)訓練模型，比如下棋的AlphaGo和預(yù)測蛋白質(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，實際上只是對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)動帶來更加客觀定量的描述，再認知其中的規(guī)律，抽象歸納后再反向迭代，做逆向工程。這一思路在科學共同體內(nèi)頗受認可，但仍處于起步階段?！澳茉趺囱莼蛘呶磥淼侥膫€時間節(jié)點會怎么樣，我覺得現(xiàn)在還很難說”，李棟說。
參考資料：
[1] 湯超：第三次生命科學革命為何是現(xiàn)在？ | 科技史
http://zhishifenzi.com/depth/depth/10462.html
