 科技 第七大 2018年3月14日，一代科学巨星霍金逝世，享年76岁。 霍金留给我们的科学成就真是太多了，霍金辐射、黑洞蒸发、彭罗斯-霍金奇点定理、吉本斯–霍金效应，尤其是霍金试图将广义相对论与量子力学联手，来处理横跨在宏观和微观两大世界的黑洞，赫然提出了量子宇宙论。 霍金去世，意味人类最后一颗科学巨星的陨落。世间从此无霍金，科学从此无巨星。 最后一位科学巨星，很多人一定不同意我这个说法，甚至会举出杨振宁的例子来反驳我。不错，杨振宁在物理学上的成就要比霍金大得多，但杨振宁却不是巨星，他只是一个伟大的科学家而已。何谓科学巨星？就是有着极大明星般效应的科学家，他未必要伟大，但他一闪烁，必定是全世界媒体疯狂关注、狂热报道；他一出现，必定是千人追逐、万人空巷；他的形象，已经成为一种文化logo，成为科学象征。你看霍金所到之处，无不掀起“霍金风暴”，他的科普大作《时间简史》全球发行量2500万册，成为广大中学生的装B神器。“霍金旋风”不但席卷学术界、教育界、出版界和新闻界，就连工商界人士也趋之若鹜，乘势推出各种以霍金为噱头的产品。各国政要也无不以回见霍金为荣。霍金的形象早已超越了一个科学家，他是一位坐在轮椅上的大众明星。霍金歪着脑袋、坐在轮椅中的形象，犹如雕像一般深深地固化在我们的脑海之中。 当然，霍金之所以成为科学巨星，并非全因其物理学成就，很大是出于其身体原因。正当霍金20岁之时，被确诊患有“卢伽雷氏症”，全身运动神经细胞开始萎缩，并医生被“宣判”只剩两年寿命。从此他的身体失去掌控，只能禁锢在轮椅上，最终还丧失了说话功能，仅靠三根手指头操作语音合成器来进行表达。 就在这种情况下，他心怀宇宙、专情黑洞，摸索宇宙奇点、衡量黑洞面积，同时与病魔抗争，最终享年76岁，创造了卢伽雷氏症患者的奇迹。这一切，都是杨振宁、爱德华·威滕所不具备的，虽然他俩的科学成就远高于霍金，但世界上从来就没有杨振宁现象，也没有威腾现象，但全球流行霍金现象，所以，只有霍金是科学巨星。 当今唯一的一颗科学巨星的陨落，必须是2018年的重大事件。 我之所以断言霍金是最后一位科学巨星，还在于他对宇宙本源的思考，颇有牛顿和爱因斯坦的风范。比如，牛顿将第一推动力归因于上帝，爱因斯坦也说：“我想知道上帝是如何创造了这个世界。”霍金清楚, 要想从科学的角度否定上帝的存在, 就是要从用科学的方式解决宇宙的起源、物质的起源，否则就要求助于上帝。为此，霍金创立了量子宇宙学的无边界学说。引入了两大杀器：“无边界宇宙”的设想和“虚时间”概念。 霍金对科学哲学的思考，更加凸显了其科学巨星的风范。科学到底是什么？现在物理学家忙于自己的研究，根本不在关心这种形而上的问题。但霍金对此不断思考，形成了自己的观点，提出了依赖模型。在霍金看来, 科学就是人们为便于描述、解释世界而建立的理论模型；科学是人为制造的一种工具, 人们可以根据需要采用不同的科学模型, 哪种模型用着方便就选用哪种。 对于客观世界是否存在、这一重大哲学问题，霍金的回答特别意味深长：任何所谓“客观实在”都是要依赖于某种图像，或者某种模型，或者某种理论的；不要去问、是否有完全独立的客观实在，因为问这个毫无意义。这就是霍金所提出的“依赖模型实在论”。 霍金生于 1942 年 1 月 8 日，这一天，恰好是伽利略去世 300 周年；霍金去世与2018年3月14日，这一天恰恰是爱因斯坦的生日。 你们觉得，人类还会诞生霍金这样的科学巨星吗？他形而上能思考哲学、探索第一推动力，他形而下能写科普著作、与大众为友，他运动神经萎缩、却用大脑装下了整个宇宙；他没有潇洒的身躯，却成为万人迷；他不能言语，但只要是他说的，我们都爱听！ 虽然他自己被病魔所困扰，但他却无时无刻不关心着人类的命运。 他警告我们，人工智能可能使人类灭绝；他建议我们，早日做好移民火星的准备；他叮嘱我们，不要主动和外星文明交往。霍金虽然去世了，但他心属黑洞，魂归宇宙，他在虚时间中，默默地注视着我们，关怀着我们。 在我们缅怀霍金之时，也难免感慨，难道霍金病是不治之症？现代医学为什么不能让霍金从轮椅上再次站立起来？卢伽雷氏病的患者中，大约10%有家族遗传史。那么霍金也有可能从其家族中继承了不健康的基因片段，从而导致发病。难道，我们不能对这个不健康的基因片段进行相应的处理，让它不再发挥作用吗？ 科技 第六大 由中心法则我们知道，所谓病，就是生物体的形态特征和生理生化特征有毛病、有缺陷，就是生物体的性状不正常。而生物的性状是由蛋白质来体现的、来表现的，所以病最终就体现在了蛋白质。 所谓遗传病，就是对应那个性状的基因有问题，那段DNA有毛病，有毛病的DNA转录成有毛病的RNA，有毛病的RNA又翻译成了有毛病的蛋白质，有毛病的蛋白质对应着有毛病的性状，这就是病，而且是遗传病，有病就得治，但遗传病不好治，因为它的根子在DNA上。 当然有人就会想着干脆把DNA这个根子问题解决，给它剪切一下，这就是贺某某的思路；但还有一种想法，在信息传递的通路上想法子，能否把你有毛病的DNA片段不要去转录，或者有毛病的RNA片段不要去翻译，把你屏蔽掉，让你沉默，让你shut up，这样遗传病不就阻止了吗？ 这个思路的成果就是基因沉默药物！这个思路早就有，为什么直到今年才上市，直到如今FDA（Food and Drug Administration）才批准。因为这真是太不容易了。 为了阻止有毛病的基因合成蛋白质，我们就要对RNA进行干扰，让它不能正常工作。但这里必须要注意，基因沉默（Gene Silencing)绝非人类所发明，乃是大自然的创造。基因沉寂是真核生物细胞基因表达调节的一种重要手段，是为了保护自己、更好地生存。 比如有外来的DNA侵入、病毒侵染，就必须要屏蔽它们，因为它们是外来的、有害的，所以要它们沉默。又比如，生物体对其内在的DNA信息，也会加以选择、进行屏蔽。就拿植物来说，每一个植物细胞中都存在着完整的遗传信息，那这个细胞是负责成为花朵呢、还是绿叶呢？是成为根、还是茎呢？如果所有DNA信息都翻译成了蛋白质，很难想象这个植物是个什么样子，简直就不成样子，所以必须要屏蔽。每个细胞根据自己最终的目标，屏蔽那些无关的基因，让它们保持沉默，所以每个细胞中只有很少一部分能够表达、能够形成蛋白质，大多都被沉默了。 科学家发现了生物体这种沉默基因的本领，于是就想主动利用，由我们的意志来决定哪些基因需要沉默，从而治疗遗传病。 首先我们要知道，就是每个mRNA只是转录了整个DNA的一个基因片段，所以通过对DNA的转录，产生了大量mRNA，其中有毛病的mRNA就应该被沉默掉 目前，医学界发展出多种基因沉默的手段，我在这里介绍两种最重要的： 其一，我们先人工合成一些小片段RNA，然后让这些小片段RNA通过碱基互补配对原则，结合到有毛病的mRNA上；注意，这些小片段RNA在和mRNA结合的时候，自己还带着一些蛋白质，专门用来切割RNA的，所以一旦小片段RNA与mRNA结合，这些蛋白质就会把所结合的mRNA片段切得粉碎，这样它就永远沉默了，再也不会用于翻译成蛋白质，这是第一种沉默功能。 其二，DNA翻译成那个信使RNA以后，人工制作的小片段RNA把蛋白质带到mRNA，但它不搞切割，只是干扰它，干扰mRNA被翻译成蛋白质的过程，搞得你不能好好合成，也就是相当于把你给沉默了。这是第二种沉默功能。 原理的确不难，操作方式是我们来自己设计小片段RNA，然后将这种小RNA注入患者体内，让它与患者的信使RNA结合，去干扰蛋白质的合成。这就是基因沉默药物。 此番FDA批准的药物，名曰帕西兰，就是RNA干扰药物，专门针对的是一种病，一种罕见的遗传病，这种疾病会导致畸形蛋白质在病人的神经、组织和器官中积累，导致感觉丧失、器官衰竭甚至死亡。现在有了帕西兰，有了人工设计的小RNA，你患者体内的信使RNA就别想再翻译有毛病的片段，畸形蛋白质就会再被制造，患者一下子就OK了。 这个RNA干扰技术，意味着我们可以用精心合成RNA片段来人为操纵基因的活性，让你沉默你就得沉默。那以后遗传病不就慢慢都搞定了吗？未来的卢伽雷氏病患者，如果的确是基因所导致，那在发病前期就讲设计好的RNA片段注入患者体内，专门与那个有毛病的信使RNA结合，那它就不能翻译成相应的蛋白质，也就别再想得卢伽雷氏病。我相信这种药物很快被发明出来，以后就不再会有面临霍金的命运；所以说，霍金是最后一颗巨星。 帕西兰是世界第一种上市的基因沉默药物，具有里程碑的意义，因此我将之列为2018年第六大科技事件。 科技 第五大 人类能否创造生命？早在2010年，美国科学家文特尔用实际行动回答了：yes。他造出了一个完全由人造基因控制的原核细胞，引起了巨大轰动，人竟然可以创造生命，人简直成神了。 这一回，有个人要改造生命，巨大的改造，要讲酵母天然的16条染色体人工创建为单条染色体，而且还具有完整功能的，等于创造了另一种生命，一种自然界本来就不存在的生命体。 覃（qin）重军，中科院植生生态研究所研究员，他就想打破原核生物和真核生物之间的界限，去创造1个单染色体的真核生物。一旦想法出现，就开始大胆实验，拿谁开刀呢？酿酒酵母，就用酿酒酵母，这不涉及伦理问题，还有前人的经验：截至2017年3月，酿酒酵母有16条染色体已人工合成了6条。 覃重军要做的是，要将之进一步地融合为一条。如何将16条染色体融合成一条染色体呢？那当然是要用基因编辑技术，将两条染色体的两个端粒去除后相互连接起来，这样反复进行了15次，最终成功创建了只有1条线型染色体的酵母。这也是国际首例人造单染色体真核细胞。 我们关心的是，这种单染色体的酵母活着吗？还有正常的功能吗？与正常的16条染色体的酵母有啥独特之处呢？ 覃重军的实验一一都回答了，首先新型酵母生机勃勃，没有生长缺陷，不但长相没有区别，而且功能也几乎一样。 这一点好像有些令人惊讶，但也不奇怪，虽然16条变成了一条，但只是把把十六条染色体上的所有的遗传信息放在一条上了，所以长相和功能也没变。但也令人奇怪的是，16条融合为一条，这极大地改变了三维染色体的结构，按理说应该改变其功能。因为传统理论认为，染色体的三维结构决定了基因的时空表达。 所以说，这个融合的成功，还说明了过去对染色体三维结构与细胞功能的关系的认识，是有误区的，染色体的结构可能没有那么重要。 覃重军还厉害在打破了原核生物与真核生物的界限，愣生生地把一个真核生物打回到了原核生命的形式。人真的太厉害了，覃重军只是用酿酒酵母开了个头，他的下一个目标会是哪个生物体呢？如果这种实验做到哺乳动物的头上，又会怎样呢？实在不敢想下去。 下篇将继续前四大 |
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