今年9月是首個全國科普月，主題是“科技改變生活，創(chuàng)新贏得未來”。9月20日下午，上海交通大學(xué)主動健康戰(zhàn)略與發(fā)展研究院執(zhí)行院長吳家睿教授做客上海楊浦區(qū)圖書館，通過分享《新科學(xué)時代的思考》一書，帶領(lǐng)聽眾了解當(dāng)代科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀、展望未來。

吳家睿教授

(相關(guān)資料圖)

“20世紀(jì)科學(xué)研究的主流思想是‘還原論’，即將復(fù)雜系統(tǒng)拆解為簡單部分進(jìn)行研究，以追求對自然界的深刻理解與控制。” 吳家睿以生命科學(xué)領(lǐng)域的探索為切入點(diǎn)展開話題。當(dāng)時科學(xué)家們認(rèn)為，由于生物體內(nèi)部發(fā)生的事件同樣遵循嚴(yán)格的物理學(xué)定律、化學(xué)定律，只要把對生命的研究延伸至組成生命活動的分子層面——DNA、蛋白質(zhì)，就能從分子水平推及細(xì)胞水平，進(jìn)而推及個體水平。基于還原論的生命觀，今天的醫(yī)學(xué)也常常在分子的層面上來解決問題：找到引起疾病的基因或分子，針對性地治療。

吳家睿教授帶領(lǐng)聽眾了解當(dāng)代科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀、展望未來。

“然而，這個傳統(tǒng)的、上個世紀(jì)經(jīng)典的生命科學(xué)分子生物學(xué)，是碎片化的，它專門研究個別的基因、個別的蛋白質(zhì)，而非從一個整體的角度、從一個完整的生命體的角度來理解生命活動。因此具有很大的局限性。” 吳家睿舉例，其局限性最突出的表現(xiàn)之一，就是我們在“消滅腫瘤”這場“戰(zhàn)爭”中奮斗40年卻未獲勝。

如今，科學(xué)家已充分認(rèn)識到，生命體并非零件拼湊，而是由多層次、多維度相互作用構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜性思維的興起推動了研究方法革新。吳家睿幽默地稱為“十八般武器”——即科學(xué)家要用傳統(tǒng)的武器如分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)，新的武器如基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等組學(xué)，以及另類的武器如計算機(jī)分析建模等多種方式進(jìn)行研究。“總之，科學(xué)家正試圖從全局視角解析生命規(guī)律。而人類基因組計劃也推動了整體化研究策略的實施。中國科學(xué)家也在積極參與這一變革，并建立了系統(tǒng)生物學(xué)重點(diǎn)實驗室等研究平臺。”

《新科學(xué)時代的思考》書封

對復(fù)雜生命體的全面研究產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，人類基因組計劃推動了生物學(xué)大數(shù)據(jù)時代到來。大數(shù)據(jù)時代又催生了研究范式從假設(shè)驅(qū)動向大數(shù)據(jù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)變。過去一名科學(xué)家建立科學(xué)假設(shè)，加以研究探索，一篇科學(xué)論文獲得一個科學(xué)結(jié)果、解決一個問題，知識增長是線性的；而在大數(shù)據(jù)時代，一篇研究論文、一項科學(xué)研究結(jié)果的數(shù)據(jù)或能產(chǎn)生n項成果、解決n個問題，效率大為提升。

吳家睿舉例，英國花了若干年的時間、收集50萬名志愿者的身體健康信息所建立的英國生物銀行（UK Biobank）數(shù)據(jù)庫，從2011年至今，支持了全世界6000多個研究項目，發(fā)表的研究論文上萬篇，促進(jìn)了生命科學(xué)研究的進(jìn)展。

如今，吳家睿承擔(dān)的中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項也在做這樣的工作，項目計劃積累100萬人中國人基因組、蛋白質(zhì)組和代謝組的數(shù)據(jù)，以多維大數(shù)據(jù)驅(qū)動中國人群精準(zhǔn)健康研究。吳家睿介紹，大數(shù)據(jù)驅(qū)動的科學(xué)研究呈現(xiàn)出開放性，一方面是大型研究成果的出現(xiàn)是開放式的，例如，基因組計劃從草圖完成到僅其中一條染色體被精確制圖，歷時約20年，余下還有待完成；人類細(xì)胞圖譜聯(lián)盟計劃旨在建立人體30萬億細(xì)胞中每種細(xì)胞類型的生物學(xué)圖譜，工程浩大，從2016年到2024年，僅完成“草圖的草圖”，但仍能宣告是重大的勝利。另一方面，研究成果的發(fā)表是開放式的，如現(xiàn)在有“預(yù)印本”這種新的發(fā)表形式，允許科學(xué)家在不完備的情況下提前公布研究成果，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流與合作，加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程。

人工智能是當(dāng)今社會的熱點(diǎn)話題，那么人工智能對科學(xué)研究會產(chǎn)生怎樣的影響？“人工智能技術(shù)為科學(xué)賦能帶來了豐碩成果。” 吳家睿表示，人工智能能幫助科學(xué)家預(yù)測已有的蛋白質(zhì)的結(jié)果，比實驗室中一個一個做實驗研究快得多；也能設(shè)計自然界中不存在的蛋白質(zhì)，用于科研、醫(yī)療；還能虛擬實驗、虛擬細(xì)胞，甚至虛擬如線蟲那樣的完整生命體，研究神經(jīng)活動對行為的影響。

吳家睿認(rèn)為，面對日益復(fù)雜化的世界，人類也要提升自己的思維能力，“‘互聯(lián)網(wǎng)+’已使我們的世界天翻地覆，隨著大數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能的出現(xiàn)，未來的世界還會出現(xiàn)天翻地覆的變化。對此，我們需要認(rèn)識到，世界是非常復(fù)雜的，我們要養(yǎng)成復(fù)雜的思維習(xí)慣，才能應(yīng)對日新月異的世界。”

本場活動由楊浦區(qū)圖書館“靜思講壇”和上海科技教育出版社“哲人石七堂課”共同主辦。

關(guān)鍵詞： 科學(xué) 細(xì)胞 生命 組學(xué) 思維習(xí)慣 分子生