生命科学发展历程

生命科学实验室里一个不起眼的小发现，有可能成为大药企销售额过百亿美元的药物；人类自认为对世界丰富的感知，加在一起却不超过1000种蛋白；自闭症有可能跟寄生在人们肠道里的细菌有直接关系；父亲的饮食习惯有可能决定孩子是否会得糖尿病；小伙看到姑娘流泪不知所措，有可能是因为一种特别的气体物质……

近日，中国科学院院士、清华大学生命科学学院院长施一公走上了科技部的“讲台”，以生动案例和新鲜信息带领大众了解生命科学——这个21世纪被全球争抢的“香饽饽”。

距离大众“一纸之隔”

不少人对生命科学的第一感觉是“遥不可及”。施一公用一个亲身经历的故事来扭转这种“偏见”。

在15年前，施一公解析了一个细胞凋亡抑制因子的结构。这种因子会让细胞不能正常凋亡从而引起癌症，所以可以简单地理解为致癌因子。一物降一物。施一公在解析过程中发现，只要把SMAC蛋白（存在于线粒体并调节细胞凋亡的蛋白质）的一段含有4个氨基酸的小肽嵌进致癌因子，癌细胞就能恢复正常凋亡。这个看似非常简单的基础研究发现，很快让“眼尖”的制药公司围了上来。

药企代表对施一公说，如果把这个小肽变成一个不被降解的、在血液里自由流动的药物分子，这个小分子就会自然进入癌细胞里面，攻击其中的细胞凋亡抑制因子，这不就能发明出一个抗癌药了吗？

于是，施一公带领实验室的学生先后帮制药公司解析了几十个结构，通过几十轮设计，寻找到了非常好的小分子，也就是抗癌药的前体物。现在，以这个研究成果为基础的药物刚刚在美国完成了300多人的二期临床试验，对好几种癌症都有相当不错的效果。就这样，从未学过药学，没到药学实验室做过一次实验的施一公，却推动了一项抗癌药的发明。

不单单是这种抗癌药，结构生物学的神奇力量还展现在很多重要药物的创制上。施一公介绍说，现在市场上有30多种治疗艾滋病的药，它们中有一大半是在结构生物学的帮助下研制的。而且，现在国际上大药企的研发总监，大部分都是来自大学的科学家。这些人可能昨天还是研究所的所长、大学教授，今天就成为掌管上万人研发团队的总监。

“可见，基础研究是一切的根本。我认为整个美国的制药完全是由基础研究引领的。其实基础研究和转化可谓厚积而薄发，我们千万不能拔苗助长，这样效果会极差。基础研究做到极致的时候，一定能引领世界上的很多行业。但如果基础研究不扎实，一味地往前做大项目，大楼地基不稳就不可能成为摩天大楼。”施一公说。

“结构生物学就是通过原子尺度对结构的理解来解释生命现象。你想象不出来哪项人类活动最后是不需要结构作基础的。所有生命的研究只有两方面，一方面叫功能，另一方面叫结构，结构决定功能。就像刘翔跨栏，一定个儿比较高，腿比较长，如果腿短个儿低，就不适合跨栏。”施一公解释说。

无穷无尽的探索之路

如此强大的“结构生物学”已具有无穷能量，但其实，它只是浩大的生命科学的一部分。微观生命科学包括遗传、发育、细胞等，而宏观生命科学则包括大家熟知的农业、林业、海洋、净化、生态等。“整个世界面临的问题，一半甚至以上都是生命科学的问题，包括天文学的问题最后都可以归结为生命科学的问题。”施一公说。

如今，生命科学成为21世纪最重要的自然及应用科学，也是比例最大的学科。美国政府大约50%左右的科研经费用于生命科学研究。美国民间投资最多的工业之一就是现代生物制药业。美国科学院2000余名院士中，大约一半都属于生命科学领域。

为什么会有这么多的人力物力涌向生命科学呢？就是因为人们对生命的认识还十分有限。在施一公看来，生命科学博大精深，生命科学进展已经给世界带来了很多福利。但是，它的探索不仅没有止境，而且到探索的最后，是否看到的是客观世界，都有待商榷。

“眼见不一定为实。我们所谓的眼见为实，只不过是来自视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉——这五种感官对于客观世界的印象。而实际上，这些印象不过是来自区区1000种蛋白。”施一公说。

比如，人们自信地认为看到了无比缤纷多彩的世界，实际上，所看到的世界从根本上讲仅是三种蛋白。“因为我们的眼睛里主要有三种感光蛋白。视觉仅仅是人眼对390纳米到700纳米的电磁波的接收，无法感受到这一狭窄波长范围之外的电磁波。我们看到的宇宙，看到的世界，有可能完全是这样一个主观的偏见，是真实世界的一小部分。人的客观世界只是人的，只局限一个物种，仅此而已。”

意识到认识的局限，更让科学家探索热情高涨。施一公介绍，清华大学图书馆统计了1998年到2008年的SCI科学论文发表情况，在全世界范围内，大生命科学的论文占50％左右；美国的数字和世界基本吻合，但在排名前十的美国综合性大学里这一比例是61％；中国则是20％。“这个就是区别。这个数字反映出中国当时的现状，有它的真实性和客观性，而且是需求造成的。我觉得，要重视生命科学，但不能拔苗助长。”施一公说。

稀奇古怪的“酷”科学

在施一公眼里，生命科学实在太“酷”。“它是如此的博大精深，你能想到的东西，生命科学都在做；你想不到的东西，生命科学也在试图去做。随着生命科学的发展，会有很多稀奇古怪的发现。”施一公举了几个有趣的例子——

你知道人类肠道里面细菌的总数超过人体细胞总数吗？这已被科学家证实。细菌的总数和代谢物的产生速度，会影响人的脑神经活动，甚至会引发自闭症。于是，科学家们通过进一步研究发现，解决胃肠道问题的益生菌疗法可以减轻小鼠自闭症的症状，而且这种疗法对人类同样有效。

你知道父亲的饮食习惯可能决定将来孩子是否会得糖尿病吗？来自《细胞》杂志的论文表明，人们的健康不仅由自己的饮食决定，也由其父亲的饮食决定。研究人员发现，父亲的不良饮食习惯，比如高脂肪饮食，会增加孩子得糖尿病、心脏病的几率，这是表观遗传学研究的又一新成果。

“有的小伙子说他就怕女孩子流泪，一流泪，他就不知所措了。其实这并不全是不知所措。”施一公又举了一个“稀奇古怪”的例子。科学家相信在眼泪中存在可以挥发的气体物质，可以直接影响到人的行为。于是，科学家不断在寻找这种物质。他们把女孩子组织起来，让她们看悲情电影，然后搜集眼泪，再在眼泪里提取一些物质做实验，看男孩子怎么反映。果然，这些物质会影响男孩子的行动。

施一公说：“宇宙有多少奥妙，生命就有多少未知，而且这种未知一定不会被我们完全知道，你不管怎么探索，能探索出很小的一部分就很了不起了。所以说，生命科学真的很酷。”

“我小时候，在河南农村驻马店，想的是成为科学家，而不是电影明星；听的都是陈景润、张广厚、华罗庚的故事。现在的年轻人崇拜财富，但很少崇尚科学，这是很可怕的。中国目前最需要的是针对中小学生进行大规模的普及教育，要让孩子们在成长过程中觉得科学很酷，而不是赚钱很酷。”施一公表示。