道高一尺，魔高一丈：生命科学如何掀起新革命？

整理 | 汤佩兰

编辑 | 陈晓雪

转载自知识分子

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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