./t20190714_919481_taonews.html
专题
首页  >  专题  >  媒体视点  >  名刊精选  >  《科学24小时》

《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,开拓视野。

文章数
分享到:

你,是技术么?

2019-07-14 23:25:00

  当你在阅读这本杂志的时候,你的眼睛正在捕捉从纸面反射出来的光子。光子穿过每只眼睛的晶状体和虹膜,经过聚焦和调整后到达眼底。眼底有些小小的化学光感受器,它们就像一些小开关,受到光子击打后被激活,继而激活眼底的神经元,将这些光信号图案传输到大脑,由大脑处理后促进思维的迸发,最终让你能够理解这些语句。当你意识到自己看懂了一个字,你的眼睛就会自动移动到下一个字,再下一个字……当你看到这一页的最后一个字时,又会翻到下一页阅读更多的内容。这个过程会让你想到“技术”这个词吗?

  在阿里巴巴集团的仓库里,不计其数的快递包裹正在被装备了摄像头的无人车迅速且高效地进行分类筛选。无人车上的摄像头有一个镜头,包裹上反射的光子穿过镜头被聚焦,再经过一个小孔以调整到达摄像头的数量。最终,光子着陆在摄像头后部的电耦合器件(CCD)阵列上。光子直接触发CCD阵列上的像素点,并使其产生的电信号通过导线传输到中央处理器(CPU)。CPU能够分析并理解电信号的含义,最终基于摄像头所“见”而做出决策。例如,无人车可以“读取”包裹上的信息并决定将其拿起,随后将包裹送到仓库中的指定位置。

  你也许注意到上述两段文字的描述非常相似,只不过一个例子是生物上的,而另一个例子是基于计算机硬件的。对于后者,毫无疑问我们可以称之为一项“技术”。但是对于前者,其所描述的是正在你体内发生的一个过程。你是否愿意承认,你自己也是一项“技术”呢?

  发现生物到制造生物

  人脑是个奇妙的东西。从古至今,好奇心驱使我们发现了周边万物的无数“真理”,理解生物学已经成为人类最重要的追求之一。我们带着科研的目标去解读人体,理解生物有机体是如何运作的,以回顾过往并了解生命的起源,从而改善人类的生活。“Life as we discover”,这句话反映了人类对于发现生物本质的追求。过去几个世纪,人类不断探究生物本身的运作方式,逐渐改变了“生物是不可触碰的自然力量”这种想法,为生物学研究带来了更多的可能性。从传统意义上来说,生物更多的是被视作某种天然的、需要我们去发现的东西。近年来,随着“Biology as a Tech-nology”(生物学作为技术,简称BAAT)理念的兴起,生物才被认为是一项技术并拿来使用。只有当科学家与工程师们掌握足够多的信息,能够精确地操作生物并获得可重复的结果时,生物才可以作为技术平台。这就是我想说的:“Life as wemake。”过去40年,生物已经越来越多地被用作工程与制造的平台,成为让人类进步的必备技术。

  严格来讲,直到20世纪70年代中期,生物研究仍然在发现未知领域。引领人类深入理解生物学的重要里程碑主要包括以下这些。

  安东尼·范·列文虎克(Antoni van Leeuwenhoek)发明显微镜(17 世纪)

  高质量玻璃透镜的发明催生了显微镜的发明。在显微镜发明之前,人类以为世界仅仅由我们所能看到的东西组成。荷兰显微镜学家列文虎克发明的显微镜使人类有能力看到一个完全不同的世界——微生物世界。这永久地改变了我们对于生物的看法:复杂的生命有机体可以如此之小。

  格雷戈·约翰·孟德尔(Gregor Johann Mendel)发现遗传定律(19 世纪)

  奥地利帝国生物学家孟德尔对一些植物拥有某些特别属性的事情非常感兴趣。为什么一些豌豆花是白色的,而另外一些是彩色的?为了弄清楚这些问题,他系统性地培育了一些豌豆的植株并发现了非常明确的遗传规律。看起来复杂和神秘的生物,其实是被一系列可以被了解的规则所控制的。这永久地改变了我们对生物的看法:生物拥有一套潜在的蓝图。

  埃弗里、麦克劳德和麦卡蒂(Avery-MacLeod-McCarty)实验(20 世纪)

  生物潜在的这套蓝图是什么呢?数十年间,科学家们试图搞明白是细胞里的什么分子负责储存细胞中的遗传物质。埃弗里、麦克劳德和麦卡蒂这几位科学家通过实验发现,脱氧核糖核酸(DNA)是生物体中拥有这一属性的大分子。这永久地改变了我们对生物的看法:DNA是生命有机体的蓝图,会改变生物属性。

  沃森、克里克、威尔金斯和富兰克林(Watson-Crick-Wilkins-Franklin)发现 DNA 双螺旋结构(20世纪)

  又过了几十年,世界各地的科学家都在试图搞明白DNA的物理结构,因为不知道它长什么样子也就无法对其进行操控。1953年,DNA的结构被上述几位科学家阐明,它的化学结构现在可以用化学方法进行操控。

  弗雷德里克·桑格(Frederick Sanger)完成 DNA 测序(20 世纪)

  20多年过去了,在这期间DNA的一般化学组成被搞明白了,然而解码并理解一个特定DNA的序列仍然不容易。20世纪70年代,英国生物化学家弗雷德里克·桑格使用了“链终止法”技术来测定DNA序列。DNA测序逐渐发展成为基因组学并永久地改变了我们对生物的看法:科学家能够开始系统性地解码许多生物有机体的DNA序列。

  科恩和波义耳(Cohen and Boyle)发明转基因技术(20 世纪)

  1972年,斯坦福大学的伯格教授成功地将一段来自SV40的DNA片段和一段来自噬菌体λ的DNA片段融合起来,完成了人类历史上第一项遗传工程。1973年,化学家科恩和波义耳用质粒代替λDNA,将外源基因转入细菌的质粒中,质粒大量复制,转进去的基因就可以趁机大量表达。这就造就了遗传工程领域的兴起,通过对细胞中的DNA进行特定的设计改造使其具有新的物理特性。随着基因工程与DNA测序的发明,一个将生物学视作技术的新时代开启了,即BAAT(Biologyas a Technology)时代。

  为了改造生命,无数卓越的科学家花费了数百年的研究时间才深入了解了生物的运作模式。由此可见,科学与文明的进步只有站在巨人的肩膀上才能实现。20世纪70年代以来,BAAT理念的兴起促进了全球生物技术产业的迅速发展。人类可以利用基因工程和基因组学,非常精确地修改生物的DNA。同时,衍生出了更前沿的新技术和更深远的探索发现。如今,生物制造在医药、食品和工业等领域已经得到广泛应用。事实上,作为全球生物经济的一部分,这些项目每年能够产生超过1万亿美元的利润,每天有超过10亿人正在以某种方式使用生物技术产品。

  BAAT 理念的培养

  尽管BAAT理念为全球产业提供了一个能够产生高利润的技术平台,每年为数百万人提供了工作机会并提高了数十亿人的生活质量,但是只有少数专家真正了解BAAT理念。不仅大多数学术研究仍然围绕“发现生命”这个主题,更重要的是,中小学教育几乎完全专注于这方面。这种情况下,有抱负的BAAT创新者越来越少,广大公众和研发BAAT创新成果的科学家之间的知识差距日益增大,BAAT的实施也会受到影响。因为如果一个国家的民众不相信BAAT的产品和创新,那么BAAT对经济增长与繁荣的驱动作用也就微乎其微了。

  例如,你知道有多少人害怕GMO(转基因生物)?他们知道GMO代表什么吗?他们知道并非所有的转基因生物都是一样的吗?他们为什么害怕转基因生物?

  多数情况下,公众害怕转基因生物仅仅是因为对其缺乏了解,同时缺乏了解的渠道。因此,民众会对转基因生物产生恐慌,自然而然就会对其回避。

  那么,怎样才能改变民众的想法?将他们从认为生物是“受自然规律支配的、不可触及的力量、自然的事物是更好的”这种思维模式,转变到对生物技术有理性认识。我们认为这种转变需要进行BAAT的教育和技能培养,因此将其纳入中小学“发现生命”的教授内容中,势在必行。

  虽然“教育”听起来简单,但这其实是一项难以想象的复杂任务。如果想要真正理解BAAT理念,我们必须既要学习以“发现生命”为基础的生物学原理,理解基因工程中的交互作用和技能构建,又要学习有逻辑的、机械化的生物技术。

  此外,虽然我们可以通过书本来阅读和理解生物学的基本概念,但只有通过实践教育才能真正实现理念的转变,我曾亲眼目睹了无数实验者在实践过程中发出“啊哈”的惊叹。

  这就如同计算机程序员在学习编程时进行的第一个演示程序——“Hello,World!”,用非常简单的程序在屏幕上输出“Hello,World!”字样,即使是这样简单的练习,也是新手程序员从书本中所不能获取的独特体验。

  20世纪60年代,世界著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼有一句名言:“我不能创造的东西我就不了解。”这句简单而又富有哲理的话,预示了1974年出现的“Hello,World!”程序对于计算机的重要性,同样也预示了实践学习在BAAT理念下的基础基因工程学习中的重要性。

  而且,真正理解生物学的人,不也应该是一个会创造生物的人吗?

本文来自《科学24小时》

上一篇: 高科技助力俄罗斯世界杯
下一篇: 厉害了,合成生物学
©2011-2019 版权所有:中国数字科技馆
未经书面许可任何人不得复制或镜像
京ICP备11000850号 京公网安备110105007388号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台