道高一尺,魔高一丈:生命科学如何掀起新革命?| “造物者的终极三问” 直播笔记-深度-知识分子

道高一尺,魔高一丈:生命科学如何掀起新革命?| “造物者的终极三问” 直播笔记

2021/02/01
导读
来看看《知识分子》做的笔记吧~

整理 | 汤佩兰

编辑 | 陈晓雪

 

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新冠疫情已经致使全球感染人数超过了一个亿,死亡逾220万。新冠病毒是否会消失,还是会与人类继续共存?疫苗研发能否赶上病毒变异的速度?未来的生命科学革命将是怎样的图景?

 

对于上述问题,《知识分子》、科学探索奖和腾讯新闻联合推出新年特别节目 “2021造物者的终极三问” 系列直播,特邀请北大前沿交叉学科研究院执行院长、中国科学院院士汤超、北京大学物理学院教授、中国科学院院士欧阳颀和中国科学院生物物理研究所研究员、科学探索奖获奖人李栋分享各自的思考。讨论由媒体人阳燕主持。

 

这场有趣、丰富的科学盛宴,你有没有get到?来看看《知识分子》做的笔记吧。

 

病毒要跟人类共存多久?

 

作为过去一年对世界影响最大的黑天鹅事件,新冠疫情自然成为了讨论的焦点。小病毒为何会给全球带来恐慌,我们又何时可以摆脱这一狡猾的病毒呢?

 

“病毒是大自然的原住民。” 汤超指出,病毒在大自然中存在的时间,远远早于人类。而且它们拥有顽强的生命力,能够很好地适应各种各样的大自然环境和变化。因此,人类诞生之初,就一直与病毒和细菌共存,最常见的就是流感和感冒。当新的病毒传染到人体,可能产生比较剧烈地免疫反应,但是从科学的角度看,这是正常现象。

 

对此,欧阳颀表示人类并非无法应对病毒。在人类发展中,自然进化是人类对抗病毒的主要途径;另一种是依靠现代科学,通过科学的手段认识病毒,然后设计相应的药物和疫苗对抗病毒。他举例道,相比于2003年的SARS病毒,虽然这次的新冠病毒有了一些变化,但人类对病毒的认识和防治手段也在进化。

 

李栋则从生命体的生存本能角度进行分析。李栋说,病毒作为生命体的终极目标是让自己生存下去,来到人类社会后,它的进化目标是跟人类社会共存。或许一个新病毒的到来会让人类不适应,造成死亡率较高。但随着疫苗等技术手段的开发,人们最终能够应对突发传染病事件。同时,李栋还强调,任何疫苗的保护性都有一定概率,因人的免疫系统反应而异,接种疫苗并不意味着跟病毒完全绝缘。但在疫苗的保护下,人类有可能建立群体免疫的屏障。

 

对于如何应对疫情,疫情下一步将如何发展,三位学者均表现出比较乐观的态度。汤超说,病毒的变异是适应各种环境的一种手段,病毒发生了变异,人们的免疫力也在不断调整。

 

在此次疫情中表现突出的RNA疫苗也获得了三位学者的充分肯定。“RNA疫苗是一个非常有力的武器”,汤超说,经过这次新冠疫情中的发展,RNA疫苗将会更成熟,疫苗发展也会更快。欧阳颀表示,即便病毒发现新的特征,mRNA疫苗也可以针对病毒变异迅速改变。李栋也表示,RNA疫苗的优势在于可以根据病毒的基因序列变异,加快迭代疫苗开发,为人类将来更好地应对公共卫生事件,开辟了新的技术路径。

 

如何把握科技和自然的平衡?

 

科学技术可以造福人类,从而控制病毒,这无疑体现出科技有益的一面,但科学界也在时刻警惕技术可能产生的负面影响。近些年来,科技的发展突飞猛进,诸如基因编辑、合成生物、人工智能等技术的发展,给人与自然的关系带来新的挑战。

 

在北京大学物理学院做生物学研究的欧阳颀,从合成生物学角度表达了对建立科学规范重要性的肯定。他认为,合成生物学可以造福人类,也可能引起更大的麻烦。以病毒为例,现在科学家已经可以通过实验室合成新的病毒,未来对更多人来说更不是难事,因此需要及早建立相关的科学道德和科学规范。

 

汤超介绍,生殖细胞就是科学共同体划定的一条红线,这是因为人为改变生殖细胞的基因,被改变的基因也会遗传到下一代,而影响到人类的整个基因库。

 

李栋也表示,“任何技术可能都是双刃剑”。他认为科研工作者需要在一定程度上了解新技术的运行规律,将其放在更加复杂的生态系统里进行考察,在进一步深化了认知它的规律后,制定出应对的策略,这样一旦出现某个意外事件,人类也可以有章可循。

 

李栋还提到,现在的很多担忧可能是技术进步的还不够好,科学界对技术的了解还不够透彻,因此需要更多对生命体本身的基础研究。不过,技术的进步也是不停迭代的,等到“迭代出更安全或者更高效的版本”,或许能够克服现有的担忧。

 

对此,欧阳颀表示赞同。他说,合成生物学有两大任务,从基础研究层面说,尽可能了解合成生命的定量规律是什么;从应用的层面看,根据已有的知识,现在无法解决预测的问题,也就是能够设计出什么样的东西,“还有很多基础问题需要解决”。

 

第三次生命科学革命意味着什么?

 

熟悉当代科技史的汤超认为,人类将迎来第三次生命科学革命。第一次生命科学革命开始于20世纪50年代。这次革命在方法上将大量物理学、化学工具和观念带入生命科学,如X射线、核磁共振、电子显微镜等,其标志性成果是用X射线发现了DNA双螺旋结构。第二次生命科学革命兴起始于20世纪90年代开始的基因组学,基因组学是数学和计算机科学与生命科学的交叉。而第三次生命科学革命正在开始,是基于技术进步和全面的学科交叉融合,“这次生命科学革命不仅给生命科学本身,还会给其他定量学科的发展带来机遇和挑战。” [1]

 

对于第三次生命科学革命,汤超给出了三个关键词:“技术进步”、“学科交叉融合”、“生命科学的定量化”。

 

他对此解释说,技术进步,就是指现在的新技术发展非常快,比如成像技术、基因编辑技术、干细胞技术、脑机接口技术等等。

 

关于“学科交叉融合”,汤超说,学科本来就是人为定义的,而不是大自然定义的。在研究大自然的过程中,随着研究的细化,分成了学科,但这样的分类有很大限制。对于生命科学领域的复杂现象,一个学科远远不够,很多新技术需要融合物理学、化学包括信息科学等。“不同的学科带来新的东西进入生命科学,这件事非常关键,这也是第三次生命科学很大的一个标志。” 他还强调,学科交叉融合在推动第三次生命科学革命的同时,还会影响其他学科,带来新的物理学、数学、计算机科学等等。因此,这次革命不仅是单一学科的革命,还是学科交叉融合的革命。

 

至于第三个关键词—— “定量化”,汤超表示,如今在生命领域内,不像物理和化学,已经发现和总结出方程式规律。“定量化” 即 “普适的定量规律”,就是要搞清楚生命系统的原理,向定量可预测的科学转变。

 

欧阳颀和李栋对这三个关键词表示赞同。欧阳颀谈到,融合可能是未来的大趋势。“以后的科学可能是以解决问题为主,而不是分这个是物理界的问题,这个是天文界或者数学界的问题,(而是)越来越融合。”

 

学科的融合意味着知识的融合,而知识的融合离不开人才。李栋强调,以交叉科学为主要特征的第三次生命科学革命,对未来的学生提出很大挑战,也对学校培养适应未来需求的复合型人才,提出了很大挑战。关于未来人才的培养,他建议首先是以自己的兴趣为驱动,有发现问题的能力,不是为了交叉而交叉,而是以生命科学本身的问题为驱动,进行多学科交叉研究;其次是学习能力的构建,在大学培养更广泛的科学基础兴趣,以及具备进入各个学科进一步学习的能力。

 

欧阳颀说,三个关键词中最关键是“定量化”,定量描述有两种方式,一种类似解析式,像牛顿第二定律可以解释一些现象;另一种是大数据,通过海量的数据训练模型,比如下棋的AlphaGo和预测蛋白质的AlphaFold。“目前已经看到定量描述生命的可能性和发展方向……(但)到现在为止,实际上只是对某些特定的生命过程可以定量描述,这都是凤毛麟角。”

 

最后,李栋谈到,以新技术为驱动带来更加客观定量的描述,再认知其中的规律,抽象归纳后再反向迭代,做逆向工程。这一思路在科学共同体内颇受认可,但仍处于起步阶段。“能怎么演化或者未来到哪个时间节点会怎么样,我觉得现在还很难说”,李栋说。 


 参考资料:

[1] 汤超:第三次生命科学革命为何是现在? | 科技史

http://zhishifenzi.com/depth/depth/10462.html

 


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