生物学家能修好收音机吗？

席鹏

北京大学

2017年5月8日

各位有听说过，发表了的文章还能再发表吗？而且，还不是一稿多投或者学术不端？今天给大家讲的，就是这样一个故事。

Lazebnik, Y. (2002). Can a biologist fix a radio?—Or,what I learned while studying apoptosis. Cancer cell, 2(3),179-182.

http://link.springer.com/article/10.1007/s10541-005-0013-7

在这篇二次发表中，编辑在摘要里提到：虽然这篇文章已经在Cancer Cell和UspekhiGerontologii分别以英文和俄文发表，但是，我们有不同的读者群。而且，这体现了Yuri Lazebnik这篇文章的非凡意义。

This article by Yu. Lazebnik, “Can a Biologist Fix aRadio? — or, What I Learned while Studying Apoptosis” has already beenpublished in English (Cancer Cell, 2002, 2, 179–182) and in Russian (Uspekhi Gerontologii, 2003, No. 12, 166–171). Nevertheless, we have undertakenits secondary publication in our journal for two reasons: first, our journalhas different readers, and, second, the great significance of this manifest ofYuri Lazebnik.

好吧，歪果仁的世界我们看不懂，让我们还是回到文章的内容吧。

在这篇文章里，作者从一个全新的角度，来审视目前生物学家做科研的方法。为了让大家都能明白，他用修收音机来进行类比。概念上，收音机和生物信号传递通路非常类似，均是将一类信号转换为另一种形式。

   对于修收音机的这个任务，生物学家会采用什么研究手段呢？作者提到：

1.       首先，争取经费买一堆收音机；拆开观察其不同形状；

2.       然后，拆掉其中一个元件（产生一个phenotype）。在这个过程当中，一个幸运的博士后拆掉一根导线，发现完全阻止了电磁波-声波的转换。他会将其命名为Serendipitous Recovered Component(Src)。同时，他发现Src是整个装置必要的，因为它是唯一一个连接长条状物体（天线）和其余部分的通路。这个长条状物体于是被命名为Most Important Component(Mic)。由此可以展开一系列的研究，显示这一物体应该由金属构成，且可伸缩，比收音机本体还长，长度越长越具有优越性；并从进化论的角度，解释为何将这一结构进化为可伸缩结构。Mic的研究进入了鼎盛时期。

3.       然而过了一段时间，从另一个实验室走出的一名执着的研究生发现，在收音机内部还有一种长条状的物体，对于这一转换也是至关重要的。让发现者非常兴奋，同时也让热火朝天的Mic领域的研究者们严重质疑的一个现象是，这一长条状结构由石墨构成，同时改变它的长度将不会明显改变整个系统的表现。这个研究生接着证明，Mic其实并不是完全必要的；因此将他的发现命名为Ric (Really ImportantComponent).这一争论将分为两派，一派通过实验证明在某些收音机型号中Mic的存在，而另一派则在同一型号的收音机中，发现了Ric。

4.       这个争论会一直延续，直到有一天，一个非常聪明的博后发现，有一个红色的装置一按就会彻底停止电磁-声转换，他会将这一开关命名为Undoubtly Most ImportantComponent (U-Mic)。

5.       受到这些争论的启发，许多科学家参与进了这一研究。为了系统地研究，其中一个军团将这些收音机全部打碎，并检测其中所有片段，将这些片段读出（基因组测序），并给出其在组学中的作用。

图1  收音机的生物学研究方法。缩略语所代表的意义见文中解释。

之所以会有这样一个研究的套路，作者给出的解释是：生命学家缺乏一套基本的语言，而由于电子学家采用了统一的语言，因此他们的沟通更高效，描述也更精确。

图2  收音机的生物学描述(A)和电子学描述(B)。

我认为，这一研究方案之所以如此，其根本原因在于，物理学家和生命学家对于问题的思路是截然不同的：物理学是自底向上的，先有了最基本的力热光电，然后才有更先进的原子力、光谱、微波等，然后是量子科学。这就像是盖房子，先打好了地基，然后是柱梁，一层层往上。以手机为例，我们先掌握了基本的电容电阻，然后是晶体管-电子管-三极管-逻辑电路，接下来是大规模集成电路，最后把主板、触摸屏、微型化相机、蓝牙、陀螺仪、GPS等集成起来，才成为现有的手机。

而生物学家呢？他们研究的主体，是人体和模式动物（如鼠、猴等）。刚开始就是最复杂的东西。哪怕对于鼠脑这样一个五毛硬币大的组织，由于其高度复杂性，我们现在一是不知道它是怎么连接的（硬件层面），二是不知道它是怎么运作的（软件层面）。

由于一无所知，我们在看到这个东西时，其研究方法就会和原始人拿到一部手机非常类似：

1.      我们先对其进行解刨（有螺丝刀就可以部分拆解，没有就直接用石头砸开），发现手机可以分为不同的部件；

2.      对每一个部件，我们发现其中有物理的线连着（类似神经）；

3.      每一个部件由很多元器件构成（类似细胞），但这些元器件既有共通点，又有很大的区别（细胞的差异）；

4.      这些部件之间的连接具有逻辑性（正在发展的脑连接组学）。

原始人对于一部手机的认识，可能会随着螺丝刀的水平进化（更精确的分解手段）而不断提升；但是，根本的核心，是能够把这些装回去，或者更进一步，能够制造一个简单的电路，并了解其功能。

幸运的是，现在生命科学已经开始朝着正确的方向迈进了。

l  “抄作业”时代：1996年7月5日，英国科学家伊恩·威尔穆特博士成功克隆出小羊多利。多利是用已经分化的成熟的体细胞核（乳腺细胞），通过核移植技术，将基因转移到卵细胞中克隆出的羊。

图3克隆羊多利的产生过程。

这个技术说白了，就是上帝写了一份DNA密码，科学家能够从细胞核里把它扒拉出来，然后放进上帝创造的卵细胞里面，再放进自然的子宫里面进行借腹生子。这个DNA密码是什么，或者用的什么语言，我们一无所知。

l  “组词造句”时代：在2016年3月24日，美国加州的“科学狂人”克雷格·文特尔(Craig Venter)博士在Science上发表重磅论文，描述了他们用473个基因构成的Syn3.0合成生命。

图4 Syn3.0---人造生命的始祖。

这个技术开始通过精简、重设计上帝给的DNA，实现了一种以前从未有过的生命---虽然它仅仅是一种非常低级的生命体，但是这表明，我们人类开始能够设计生命了。

l  “混合生命体”时代：发明无人驾驶车特斯拉(Tesla)、太空探索科技公司SpaceX的美国企业家马斯克(Elon Musk)于2017年3月27日宣布，将成立一间新公司Neuralink，这一次他希望可以让人脑与机器结合，把人脑当作一部机器，或许在不远的将来可以上传和下载人们的思想。

图5  未来科学家Elon Musk的Neuralink，将人脑和机器连接在一起。

这一新闻本身没有太大的新意，因为脑机接口这样的概念早就出现过。可是，当这条新闻与人工智能AI---AlphaGo完胜世界各地围棋高手结合在一起时，这真正代表着一个新的时代的开启。

这是因为，过去机器就是一傻子，谁会愿意跟它接在一起？现在，机器的智力超越了人类，我们是否愿意与它连接？因为一旦实现连接，我们将拥有超高速的思维“超能力”，将能够把眼所见的、心所想的、梦里看到的全都记录下来，甚至超越肉体的死亡所带来的局限。

听上去好诱人的样子。它的代价是，你的思维将会有机器的影子----如果机器产生善恶、美丑、对错，这些会直接变成“你的决定”。对于另一个比你聪明的个体，你是否愿意交出控制权呢？

参考文献：

原文请见：http://www.cell.com/cancer-cell/abstract/S1535-6108(02)00133-2

多利：https://www.nature.com/nature/journal/v385/n6619/abs/385810a0.html

Syn3.0: http://science.sciencemag.org/content/329/5987/52

Neuralink: https://www.technologyreview.com/s/604037/meet-the-guys-who-sold-neuralink-to-elon-musk-without-even-realizing-it/

Google AlphaGo:

https://www.nature.com/nature/journal/v529/n7587/full/nature16961.html