纳米与生命

绪论 科学融合于生物学，重塑健康（节选） 生物学是现代科学中被研究得zui为深刻的学科。健康、死亡、我们在宇宙中的位置与身份……除了这些人类永恒关注的生命话题之外，隐藏在生物学复杂性背后的力量，正在让几乎所有科学技术的分支都被吸引到对生命的研究中去。生物学不再是生物学家、生化学家以及药物学家的自留地；在21世纪，物理学、数学以及工程科学都在与更为传统的生物学科融合，在其多面而动态的结构与功能中，寻找对生命更深层的理解。在我们这个激荡不已又失去方向的年代，生物学内在的运转模式，以及它对生命意义的独到见解，已经成为人类创造力的焦点，孕育着技术与文化上的创新。这也许会让我们更好地生存，又或者会加速我们的灭亡。 科学对生物学的诉求，是要在所有生物学的空间尺度上获得满足——从纳米尺寸的分子，到微米大小的细胞，再到以米作为单位的真核生物1；对于所有的表现形式也是如此，从生物中各种分子令人难以置信的形态与功能的多样性，到驱动复杂蛋白质、脂膜或DNA（脱氧核糖核酸）螺旋精密组装的作用力与过程。科学寻求有关单个分子、细胞、组织、器官以及生态系统的知识，这包括了对生物学结构如何催生个体以及集体“智慧”2的研究，而这一智慧又让活着的生命得以在地球上继续生存。 除了对知识纯粹的探索，经济收益和社会影响力也是科学界的日常驱动力（甚至更多的是因为科研基金）；因此，人们会注意到，目前科学界希望所有事情都和生物学挂钩的动力，通常是技术方面的。从生物学获取的潜在技术回报十分丰富，一如新的学科从生物学中汲取知识产生的演变。比如，计算机科学家热衷于学习人类大脑组织的精确细节，以便他们在算法结构中反映出神经元之间的层状连接。他们希望这可以带来AI（人工智能）的大幅提升，同时有助于更好地理解人类自身的思考能力。材料科学家和机器人科学家观察生物结构的组装，以激发设计新型仿生材料和机器人的灵感。在物理领域，科学家研究负责光合作用的植物蛋白质，寻找可应用于未来的量子计算机的生物配方。 无论这些参与生物学研究的新加入者多么活跃和专注，医学始终占据着生物研究的中心位置，是主要的智力、社会及经济引擎。医学研究有助于吸引基金的注入，而且更为重要的是，它扮演着知识整合者的角色。被吸引到生物领域的科学技术，出于不同的目的，以不同的路径抵达此处，但是医学可以消除学科间的文化障碍，加速它们的融合，从而寻找更好的策略以发现本质的发病原因，并采取更好的干预措施以保持或恢复健康。 认识疾病并进行治疗，这是一个无比复杂的挑战，需要“携手共进”——把所有可用的技术和科学知识都集合起来。尖端医疗研究已经融入了AI、材料技术、机器人技术的zui新发展成果，而且毫无疑问会在量子计算机成熟之后就得到应用。去过现代医院的每个人都可以见证，大多数人类技术都以这样或那样的形式被改造，以便适应医院的使用条件：从毫不起眼的温度计，到用来给肿瘤成像的PET（正电子发射断层成像）扫描仪背后的正电子物理学；从用来控制生育的手机应用软件，到用于根除疾病的基因编辑技术。医院就是zui富营养的文化载体，为科学技术知识的融合与生长提供了土壤。 当前研究的广度、强度以及发展速度，充分说明我们还生活在生物学与医学发生大变革以前的时代。那些长期困扰人类的问题，比如生命的起源与多样性，还有我们智力与意识的来源，可能远远得不到明确的答案。然而，以前所未有的强度加速进行的跨学科融合，让我们感觉自己正处在一个转折点，即将不可逆转地奉迎新技术的降临。这些技术将会改变我们对生物学的理解与控制，它们将以非常新颖又有效的方式，赐予我们力量治疗自身，从而延长或改造我们的生命。