2021年2月1日，《知識分子》、科學探索獎和騰訊新聞聯合推出新年特別節目 “2021造物者的終極三問” 系列直播第一講：叩問生命：從格物致知到建物致知。

整理 | 湯佩蘭

編輯 | 陳曉雪

新冠疫情已經致使全球感染人數超過了一個億，死亡逾220萬。新冠病毒是否會消失，還是會與人類繼續共存？疫苗研發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？

對於上述問題，《知識分子》、科學探索獎和騰訊新聞聯合推出新年特別節目 “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、科學探索獎獲得者李棟分享各自的思考。討論由資深媒體人陽燕主持。

這場有趣、豐富的科學盛宴，你有沒有get到？來看看《知識分子》做的筆記吧。

01

病毒要跟人類共存多久？

“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，遠遠早於人類。而且它們擁有頑強的生命力，能夠很好地適應各種各樣的大自然環境和變化。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，可能產生比較劇烈地免疫反應，但是從科學的角度看，這是正常現象。

對此，歐陽頎表示人類並非無法應對病毒。在人類發展中，自然進化是人類對抗病毒的主要途徑；另一種是依靠現代科學，透過科學的手段認識病毒，然後設計相應的藥物和疫苗對抗病毒。他舉例道，相比於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，來到人類社會後，它的進化目標是跟人類社會共存。或許一個新病毒的到來會讓人類不適應，造成死亡率較高。但隨著疫苗等技術手段的開發，人們最終能夠應對突發傳染病事件。同時，李棟還強調，任何疫苗的保護性都有一定機率，因人的免疫系統反應而異，接種疫苗並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。

對於如何應對疫情，疫情下一步將如何發展，三位學者均表現出比較樂觀的態度。湯超說，病毒的變異是適應各種環境的一種手段，病毒發生了變異，人們的免疫力也在不斷調整。

在此次疫情中表現突出的RNA疫苗也獲得了三位學者的充分肯定。“RNA疫苗是一個非常有力的武器”，湯超說，經過這次新冠疫情中的發展，RNA疫苗將會更成熟，疫苗發展也會更快。歐陽頎表示，即便病毒發現新的特徵，mRNA疫苗也可以針對病毒變異迅速改變。李棟也表示，RNA疫苗的優勢在於可以根據病毒的基因序列變異，加快迭代疫苗開發，為人類將來更好地應對公共衛生事件，開闢了新的技術路徑。

02

設計生命還處於非常初期的階段

近些年來，科技的發展突飛猛進，使得我們對抗疾病和病毒時的手段越來越多，包括應對新冠病毒這樣的全球性疫情時能找到相應的策略。同時，科學界也在時刻警惕科技的“雙刃劍”作用，希望科技在造福人類的同時，避免引起更大的麻煩。例如，近年來備受關注的合成生物學。

2016年3月，《科學》雜誌釋出了一項研究，美國生物學家克雷格·文特爾（Craig Venter）設計並製造出一個僅有473個基因的細菌，這在當時被認為是具有最小基因組卻能夠自我複製的人工生命體，引發巨大轟動。

對此，湯超解讀認為，這一工作本質上用化學手段合成了一種細菌的DNA，並將這個DNA放到另一個細菌母體裡培養，另一種細菌讀取這段DNA之後就變成了第一種細菌，這在技術上是一種進步，但並不能認為是合成了一個新生命，而是“移植了一個新生命”。

在北京大學物理學院做生物學研究的歐陽頎評論說，或者可以認為，文特爾團隊是 “複製” 了生命。他們將一個細菌的序列測完以後，用合成技術將其DNA合成，並放入另外一個細菌裡，另外一個細菌就按照第一個細菌的遺傳密碼成長起來了。“實際上在這個過程中，並不理解知道里面的機制…… 這裡面有個問題，你複製以後能不能改造它？你能不能有目的地改造它？實際上這才是合成生物學的（關鍵）。”

歐陽頎還指出，合成生物學有兩大任務，從基礎研究層面說，儘可能瞭解合成生命的定量規律是什麼；從應用的層面看，根據已有的知識，現在無法解決預測的問題，也就是能夠設計出什麼樣的東西，“還有很多基礎問題需要解決”。

李棟對歐陽頎的觀點表示贊同。他表示，從頭開始設計生命，這肯定是人類努力的目標，但確實我們距離此目標還很遠。

他解釋說，目前的合成生物學，引入了分子生物學、基因組學的概念以及工程化的概念，使得生命體具有可程式設計性，以及有大型的知識儲備和資料作為驅動。但囿於我們目前對於生命體的理解有限，哪怕是單細胞或者一個細菌這樣的生物，沒有對其執行邏輯的徹底瞭解，就無法從頭開始設計出一個完整的生命體。

“現在來說的話，我們要設計一個全新的細胞，我覺得是不可能的。哪怕現在是隻設計一條染色體，把它放到現有的細胞裡面，讓它經過有絲分裂期，這都還非常非常困難。” 李棟說。

李棟說，要真正實現從頭設計生命，還有很多基礎研究工作要做，比如發展新的觀測手段或解析技術，可以使得我們全景式地揭示整個生命過程，“這個應該說是合成生物學道路上必須要邁過的坎”。

“生命科學（的發展）可能不僅僅是（基於）原來自己的一個領域，可能要整合像人工智慧、工程學，以及其他物理學的手段等，真正做到解構生命。解構之後，我覺得再做真正的合成和建物致知，這個才有可能。” 李棟說。

雖然三位學者都贊同合成生物學還在解決一些基本的問題，距離真正設計生命還很遠，但他們不約而同地談到科學技術在發展過程中，相關倫理問題需要前置考慮，以防止技術對人類的破壞。

“人類在運用新的技術來改變人類社會的時候，人類社會進化到今天，乃至於大自然進化到今天，可能要心存一點敬畏之心。有的事情不要太操之過急，否則可能帶來的後果的話，不一定是我們能夠應對的。”李棟表示，推進技術的應用，需要做兩手準備，不僅要看到其有利的一面，更要看到弊的地方。比如，“當你沒有完全瞭解腦的時候，你一旦把腦機介面做到真的可以遙控什麼東西，等等，我覺得可能在實驗室階段能夠做一些嘗試，但推廣的話一定要慎之又慎。這樣我們才能夠跟現有的人類社會或者自然界，達到一個更加平衡發展的過程。”

湯超介紹，在基因編輯領域，嚴禁編輯人類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。

李棟還提到，現在的很多擔憂很可能是技術進步的還不夠好，科學界對技術瞭解的還不夠透徹，因此需要更多對生命體本身的基礎研究。不過，技術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”，或許能夠克服現有的擔憂。

03

第三次生命科學革命意味著什麼？

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於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，其標誌性成果是用X射線發現了DNA雙螺旋結構。第二次生命科學革命興起始於20世紀90年代開始的基因組學，基因組學是數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，是基於技術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展帶來機遇和挑戰。” [1]

對於第三次生命科學革命，湯超給出了三個關鍵詞：“技術進步”、“學科交叉融合”、“生命科學的定量化”。

他對此解釋說，技術進步，就是指現在的新技術發展非常快，比如成像技術、基因編輯技術、幹細胞技術、腦機介面技術等等。

關於“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。對於生命科學領域的複雜現象，一個學科遠遠不夠，很多新技術需要融合物理學、化學包括資訊科學等。“不同的學科帶來新的東西進入生命科學，這件事非常關鍵，這也是第三次生命科學很大的一個標誌。” 他還強調，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。

至於第三個關鍵詞—— “定量化”，湯超表示，如今在生命領域內，不像物理和化學，已經發現和總結出方程式規律。“定量化” 即 “普適的定量規律”，就是要搞清楚生命系統的原理，向定量可預測的科學轉變。

歐陽頎和李棟對這三個關鍵詞表示贊同。歐陽頎談到，融合可能是未來的大趨勢。“以後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，以交叉科學為主要特徵的第三次生命科學革命，對未來的學生提出很大挑戰，也對學校培養適應未來需求的複合型人才，提出了很大挑戰。關於未來人才的培養，他建議首先是以自己的興趣為驅動，有發現問題的能力，不是為了交叉而交叉，而是以生命科學本身的問題為驅動，進行多學科交叉研究；其次是學習能力的構建，在大學培養更廣泛的科學基礎興趣，以及具備進入各個學科進一步學習的能力。

歐陽頎說，三個關鍵詞中最關鍵是“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象；另一種是大資料，透過海量的資料訓練模型，比如下棋的AlphaGo和預測蛋白質的AlphaFold。“目前已經看到定量描述生命的可能性和發展方向……（但）到現在為止，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。”

最後，李棟談到，以新技術為驅動帶來更加客觀定量的描述，再認知其中的規律，抽象歸納後再反向迭代，做逆向工程。這一思路在科學共同體內頗受認可，但仍處於起步階段。“能怎麼演化或者未來到哪個時間節點會怎麼樣，我覺得現在還很難說”，李棟說。

注：文章內容已由嘉賓審閱，直播及影片中個別表述以後續文字為準。

參考資料

湯超：第三次生命科學革命為何是現在？ | 科技史

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