生命的本質(zhì)
人的整個出生過程：一個精子在卵子表面不停地游逛，尋找一個入口沐旨，找到合適位點以后，會分泌一些酶榨婆，然后鉆進去磁携。卵子很聰明，一般不會讓第二個精子再有機會良风，所以第一個精子進來谊迄，馬上把入口封死。精子進來后就被降解烟央，然后精子的細胞核和卵子的細胞核結(jié)合统诺，形成雙倍體，受精卵開始發(fā)育疑俭，逐漸分裂為2個細胞粮呢、再分裂為4個細胞、8個細胞钞艇、16個細胞啄寡，此時受精卵還在子宮外面游逛，還沒有座床哩照。繼續(xù)分裂下去挺物，形成64個細胞、128個細胞葡秒，這時它快要找到座床地點了。座床之后嵌溢，繼續(xù)發(fā)育眯牧。
?短短四個禮拜，胎兒開始有心跳赖草。慢慢地学少，神經(jīng)管形成了，脊椎形成了秧骑，四肢開始發(fā)育版确。到四五個月的時候扣囊，胎兒開始在母親肚子里踢騰。出生之前绒疗，胎兒的大腦發(fā)育非城中快，各種神經(jīng)突觸迅速形成吓蘑。
生命開始之后惕虑，生命的歷程很漫長，在這個漫長歲月里磨镶，生命充滿艱辛溃蔫。
科學(xué)應(yīng)對生命挑戰(zhàn)
我們生命的歷程充滿挑戰(zhàn)，有很多來自于疾病琳猫，其中三類疾病對生命充滿威脅伟叛。其中心血管疾病是最重要的殺手，僅在中國每年就有300萬人死于心血管疾病脐嫂。第二種疾病就是癌癥统刮，中國每年有265萬人死于癌癥。第三類疾病就是神經(jīng)退行性疾病雹锣，死亡率不高网沾，但是對人的困擾很大，嚴重影響生活質(zhì)量蕊爵。
如何運用科學(xué)去接受這些危險的挑戰(zhàn)呢辉哥？
在古代，我們在黑暗中摸索攒射，比如說當(dāng)代的屠呦呦為找到治療瘧疾的方法醋旦，就是看了古典藥學(xué)得到靈感，導(dǎo)致了青蒿素的發(fā)現(xiàn)会放。后來弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素饲齐，已經(jīng)是用科學(xué)的方法論來探索。1985年以后咧最，由于戈爾茨坦和布朗發(fā)現(xiàn)了低密度脂肪顆粒的受體(LDL受體)捂人，開啟了真正的征服心血管疾病的歷程。人類始終用科學(xué)在應(yīng)對挑戰(zhàn)矢沿，從簡單的摸索和經(jīng)驗積累滥搭，到最后通過基礎(chǔ)研究驅(qū)使藥物的發(fā)現(xiàn)。
治療心血管疾病的藥物的發(fā)現(xiàn)
研究發(fā)現(xiàn)捣鲸，導(dǎo)致心血管形成斑塊的低密度脂蛋白和受體結(jié)合以后會被細胞內(nèi)吞瑟匆，內(nèi)吞以后低密度脂肪的顆粒會被降解，而受體會回到細胞表面栽惶，可以重生愁溜，再去把新的低密度脂蛋白拉到細胞內(nèi)去疾嗅，從而減少對人體有害的低密度脂蛋白。1985年冕象，戈爾茨坦和布朗兩位科學(xué)家代承，就是因為發(fā)現(xiàn)了低密度脂蛋白的受體而獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。在戈爾茨坦交惯、布朗和日本科學(xué)家Endo Akira等一大批人的努力下次泽，很多降膽固醇的他汀類藥物問世了。迄今為止席爽，最有名的他汀類藥物立普妥(阿托伐他汀)已經(jīng)過了專利保護期意荤。它在2011年專利過期之前，全球銷售額高達160億美元只锻，堪稱藥神玖像。我們一直在用基礎(chǔ)研究去探索最前沿的和疾病做斗爭的方式，我們雖然有很多他汀類藥物齐饮，但是很多高血脂的人僅僅靠吃他汀類藥物捐寥，并不能阻止心血管軟斑塊和硬斑塊的形成。為什么呢?科學(xué)家發(fā)現(xiàn)祖驱，是因為這些人體內(nèi)的低密度脂蛋白受體逐漸被降解得找不到了握恳，如何把他們的受體的數(shù)量恢復(fù)出來，就是問題的核心捺僻。幾年之前乡洼，科學(xué)家找到了PCSK9蛋白，它可以結(jié)合低密度脂肪蛋白的受體匕坯。結(jié)合到受體以后束昵，低密度脂蛋白顆粒被受體一起拉到細胞內(nèi)內(nèi)吞了，也就是說葛峻，低密度脂蛋白受體在被細胞內(nèi)吞的同時就犧牲了锹雏，也就不能再把流淌于血液中的低密度脂蛋白降解掉，這樣低密度脂蛋白大量堆積术奖，就形成了軟斑塊和硬斑塊礁遵，最后帶來致命的心血管疾病。這個過程是基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)的采记，而發(fā)現(xiàn)這個過程的著名科學(xué)家海倫佣耐，是一位女性，獲得了2015年的生命科學(xué)的突破獎挺庞。
治療癌癥新藥物方向-“免疫療法”
2015年8月20日晰赞，美國前總統(tǒng)卡特向所有世界上關(guān)心他的人宣布稼病，自己得了晚期黑色素瘤选侨，而且當(dāng)時已經(jīng)有4個2毫米大的腫瘤在腦子里掖鱼，已經(jīng)擴散了，他認為自己的時間不多了援制。然而短短3個月以后戏挡，2015年12月6日，他再次出現(xiàn)在大家面前晨仑，告訴人們褐墅，通過分子療法，他腦子里的4個腫瘤已經(jīng)完全找不到了洪己。他的分子療法就包括一個很有名的免疫療法妥凳，就是針對PD-1表面受體的單克隆療法。免疫療法從根本上改變了人類對疾病的斗爭方式答捕。這種療法的創(chuàng)始人逝钥，也是這一概念的發(fā)現(xiàn)者James Allison同樣獲得了生命科學(xué)突破獎。
治療神經(jīng)退行性疾病用藥
非常遺憾拱镐，至今人類根本不知道病因艘款，我們只是大概知道這個病是怎么回事。現(xiàn)在世界上有4700萬人飽受這種疾病的困擾沃琅，預(yù)計2050年時哗咆，每3秒鐘就有一個新的病人出現(xiàn)，我們會有超過一億三千萬人受它的困擾益眉。神經(jīng)退行性疾病中最有名的就是老年癡呆癥癥晌柬，也叫阿爾茨海默綜合癥。得這個病的病人很痛苦呜叫，因為生活不能自理空繁。老年癡呆晚期的患者大腦里面有一個個很可怕的洞，大腦被吞噬掉了朱庆。雖然不知道到底是什么原因?qū)е铝死夏臧V呆癥盛泡，但是大家公認，如果從分子水平上認識老年癡呆癥娱颊，也許會為治療帶來曙光傲诵。在這方面科學(xué)需要不斷探索。
認知生命的極限
不要說我們對老年癡呆癥的病因不清楚箱硕，對大腦這樣一個神秘的器官我們也知之甚少拴竹，我們基本上可以說什么都不知道。盡管我們有很好的學(xué)習(xí)記憶的模型剧罩，我們可以模擬出學(xué)習(xí)記憶的過程栓拜，但究竟是不是這樣?我們真的不知道。因為我們是一個生物人，是一堆原子構(gòu)成的人在理解生命幕与。我們在用我們的五官挑势，就是視覺、嗅覺啦鸣、聽覺潮饱、味覺、觸覺理解這個世界诫给。這個過程是不是客觀的呢香拉，肯定不是客觀的。我們的五官感受世界以后中狂，把信息全部集中到大腦凫碌，但是我們不知道大腦是如何工作的，所以我們的認知也不能叫客觀胃榕。人是怎么樣處理信息的呢?我們先來對信息做一個定義证鸥。有三個層面的信息物質(zhì)：第一個物質(zhì)是宏觀的，就是我們可以感知到的勤晚，直覺可以看到的東西枉层，比如人是一個物質(zhì)，房子也是一個物質(zhì)赐写。第二個層面是微觀的鸟蜡，包括眼睛看不到的東西也叫微觀，我們可以借助儀器感知到挺邀、測量到揉忘，比如說原子、分子端铛、蛋白泣矛，很遠的一百億光年以外的星球。第三個層面禾蚕，就是超微觀的物質(zhì)您朽。對這一類，我們只能理論推測换淆，用實驗驗證哗总，但是從來不知道它是什么，包括量子倍试，包括光子讯屈。盡管知道粒子可以有自旋和能級、能量县习，但是我們真的很難通過直覺理解涮母，這就是超微觀世界谆趾。 這個世界是超微觀世界決定微觀世界，微觀世界決定宏觀世界叛本。我們?nèi)耸鞘裁?人就是宏觀世界里的一個個體棺妓，所以我們的本質(zhì)一定是由微觀世界決定，再由超微觀世界決定炮赦。所以，我們?nèi)司褪且欢延闪Ｗ訕?gòu)成的原子样勃，如此之簡單吠勘。我們有多少原子?大約有6×10^27個原子，形成大約60種不同的元素峡眶，但真正的比較多的元素剧防，不過區(qū)區(qū)11種。原子通過共價鍵形成分子辫樱，分子聚在一起形成分子聚集體峭拘，然后形成小的細胞器、細胞狮暑、組織鸡挠、器官，最后形成一個整體搬男。但是你會覺得拣展，不管你怎么做研究，都無法解釋人的意識缔逛。因此备埃，要到量子力學(xué)層面去考察。
量子糾纏
1935年褐奴，當(dāng)愛因斯坦(Einstein)和波多爾斯基(Podolsky)以及羅森(Rosen)一起按脚，寫出了著名的EPR佯謬之后，提出了量子糾纏敦冬。實際上“量子糾纏”這個詞并不是愛因斯坦提出來的辅搬，而是薛定諤（埃爾溫·薛定諤（Erwin Schr?dinger，1887年8月12日－1961年1月4日）脖旱，生于奧地利維也納伞辛，奧地利理論物理學(xué)家，量子力學(xué)的奠基人之一）提出來的夯缺，當(dāng)時看來是很不可思議的蚤氏。量子糾纏的意思是說，兩個糾纏的量子不管相距多遠踊兜，它們都不是獨立事件竿滨。當(dāng)你對一個量子進行測量的時候，另外一個相距很遠的量子居然也可以被人知道它的狀態(tài)，可以被關(guān)聯(lián)地測量于游，很不可思議毁葱。但這樣一個簡單的現(xiàn)象既然存在于客觀世界，它會無處不在贰剥，包括存在于我們的人體里倾剿。量子糾纏怎么樣影響我們的生命，其實我們不知道蚌成，為什么?因為這不是我們可以用直覺去感受的前痘。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)著名的理論和實驗物理學(xué)家Matthew Fisher就篤信，人的意識担忧、記憶和思維是量子糾纏的芹缔，要用量子理論來解釋。那怎么證明呢?他說我一定要在實物上證明瓶盛，要尋找量子糾纏的實體最欠。很多科學(xué)家找了很長時間，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞里面的微管可以形成量子糾纏惩猫，但是微管的時間尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒芝硬，遠遠小于人的記憶和意識的形成時間。但是他通過理論的實踐轧房，以模擬的方式找到了吵取，他正在進行實驗驗證。比如把磷和鈣放在一起锯厢，也就是磷酸鈣皮官，當(dāng)磷酸鈣以波斯納分子集群(Posner molecule or cluster)形式存在的時候，它的量子糾纏時間可以長達105秒!能把這樣一個極其脆弱的实辑，對聲捺氢、光、電剪撬、熱都極其敏感的量子糾纏現(xiàn)象的持續(xù)時間提高15個數(shù)量級摄乒，那么如果再提高5個數(shù)量級，就可以達到年的水平残黑，以年為單位來保存量子糾纏現(xiàn)象馍佑。那么依此類推，有一天我們?nèi)祟悤l(fā)現(xiàn)量子糾纏也是一個可以進化的現(xiàn)象梨水，它可以保存一百年拭荤、一千年、一萬年疫诽。也就是說舅世，量子糾纏旦委，它在遠古的時候就存在了，在進化過程中被保存了下來雏亚。那么我們?nèi)司烤故鞘裁?我們只不過是由一個細胞走過來的缨硝，就是受精卵，所有受精卵在35億年以前罢低，都來自于同一個細胞查辩，同一團物質(zhì)，一個處于復(fù)雜的量子糾纏的體系网持，就這么簡單宜岛。我們每呼吸一次會攝入10^22次方的氧原子進入身體，進入共價結(jié)構(gòu)翎碑。這一口呼吸至少有10^4次方以上的氧原子，被處在世界上一個很遙遠角落里的之斯，我們沒有見過的人呼吸過至少一次日杈，這在一個月內(nèi)就會做到，人一輩子一直在這么做佑刷。而兩個人在一個房間里的時候莉擒，一天可以有63克的氧氣在彼此的肺當(dāng)中交換√毙酰科學(xué)發(fā)展到今天涨冀，我們看世界完全像盲人摸象一樣，我們看到的世界是有形的麦萤，我們自己認為它是客觀的世界鹿鳖。其實我們已知的物質(zhì)的質(zhì)量在宇宙中只占4%，其余96%的物質(zhì)的存在形式是我們根本不知道的壮莹，我們叫它暗物質(zhì)和暗能量翅帜。那么盲人摸象般地認識世界是科學(xué)嗎?一定是科學(xué)。每個人摸的都是真實存在命满，而且都是客觀存在的涝滴。因此人類的認知極限就在于，我們是一堆原子胶台，我們處在宏觀世界歼疮，我們希望去探索超微觀世界。那是一個最美好的诈唬、極其美妙的世界韩脏。
本文根據(jù)施一公教授公開演講稿編輯。
