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袁越:進化論太過時,DNA也被拉下神壇,當代生物學追問起了生命的意義?

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2024年諾貝爾獎啟示了當代生物學的新進展

2024年的3項諾貝爾科學獎都引起了不小的爭議,一些人認為物理獎和化學獎事實上都獎給了人工智慧,這是對人類智慧的不信任。還有一些人則指出這3項科學獎居然都和生物有關,似乎意味著傳統意義上的物理學和化學都日漸式微了。

但對於菲利普·鮑爾(Philip Ball)來說,所有這些爭議都早在預料之中。這位出生於1962年的英國科普作家在牛津大學拿到了化學學士學位,然後在布里斯托大學拿到了物理學博士學位。之後他並沒有直接從事科學研究,而是去著名的《自然》(Nature)雜誌當了20多年的編輯。其間他出版過十幾本科普著作,包括已經翻譯成中文的《化學元素發現史》、《牛津通知讀本:分子》和《水:中國文化的地理密碼》等等,題材範圍相當廣泛。

英國科普作家菲利普·鮑爾(Philip Ball)。(The University of Chicago Press)

生物學也是鮑爾非常關心的領域,他發現今天的主流社會在描述當代生物學時的敘述方式過於簡單,沒能體現出生物學的複雜性。2019年他去哈佛大學醫學院做了幾個月的訪問學者,和全世界最頂尖的生物學家進行了多次深入的交談,發現關於生物學的主流傳統敘事比他想像的還要過時,於是他決定寫一本書,修正普通人對生物學的錯誤印象。

2023年底,鮑爾的新書《生命是如何運作的》(How Life Works)終於問世。他在這本書里介紹了當代生物學的新進展,很多內容都和2024年的這3項諾貝爾科學獎有關。比如,醫學或生理學獎給了基於RNA的基因調控,再次證明生命並不是依照DNA藍圖按部就班組裝起來的一部"機器",這個過程遠比大家想像的要混亂得多。

舉例來說,人類只有大約1.9萬個編碼蛋白質的基因,這個數字只是香蕉的一半,但因為mRNA剪切方式的不同,人類細胞可以用這1.9萬個基因合成出8萬~40萬種不同的蛋白質!此前人們認為一種蛋白質只能摺疊成一種三維結構,但實際上大部分蛋白質並不具有固定的三維結構,而是會隨著與之相結合的分子的不同而呈現出完全不同的狀態和性質。不但如此,這個過程不是0和1的差別,而是線性的,這就從根本上杜絕了蛋白質的數碼化模擬,把細胞內的蛋白質相互作用變成了一個極度複雜和混亂的線性網絡。

不但如此,大約有37%~50%的人類蛋白質屬於無序蛋白質(disordered protein),這些蛋白質沒有固定的三維結構,可以根據所處環境的不同隨時改變其構象和功能。因為無序蛋白質無法被結晶,難以用傳統實驗方法解析其結構,所以人工智慧在預測無序蛋白結構的問題上有其獨特優勢。從這個意義上說,預測蛋白質結構的人工智慧技術獲得本屆諾貝爾化學獎可謂實至名歸。

生物獎和化學獎都和複雜系統有關,而經典物理學也正是在研究複雜系統時遇到了最大的瓶頸。物理學家喜歡把物理學定義為"負責解釋一切的科學",但經典物理學只擅長解釋特別簡單的事情,比如大尺度的星體運動或者微尺度的原子結構。一旦我們把目光放到中等尺度的複雜世界,比如氣象預報或者地震預警,就會發現經典物理學是無能為力的。

生命更是經典物理學研究的禁區,物理學家們至今仍然無法從還原論的角度解釋生命的起源和生命運作的機理,因為生命系統的複雜性超越了經典物理學的解釋範圍。

責任編輯: 李廣松  來源:RFA 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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