頂尖科學家眼里的星辰大海

杜康　王默玲

人工智能（AI）怎么與生物聯(lián)系到一起？未來癌癥的攻克方向有哪些？人工光合作用能緩解全球氣候變暖問題嗎？外星生命真的存在嗎？

前不久，在上海舉辦的第二屆世界頂尖科學家論壇上，“最強大腦”們——近70位諾貝爾獎、圖靈獎、沃爾夫獎、拉斯克獎、菲爾茲獎得主匯聚一堂，討論了這些關乎人類命運的話題。

AI與生命的連接之問

“我一直很好奇，怎么讓計算機科學和生物學連接在一起？比如把一個生態(tài)系統(tǒng)進行編程，或者把生物學的東西變得智能？”2018年菲爾茲獎得主考切爾·比爾卡爾提出了一個很多人都想知道的問題。

生物和人工智能有很多相似之處。無論是人工智能還是生物，都在學習中進化。人工智能學習希望用更多的計算數(shù)據(jù)、更好的計算模型，通過反饋讓錯誤率快速下降，比如使圖像的識別率越來越高。

與此類似，2013年諾貝爾化學獎得主邁克爾·萊維特則提出，“生物的DNA通過蛋白質感知真實世界，如果蛋白質有用，就可以更多地復制;否則就可以去除。”

2010年圖靈獎得主萊斯利·瓦利安特認為，“某種意義上，人工智能的算法、函數(shù)，相當于基因的表達。”邁克爾·萊維特則表示，“很多人工智能算法或者深度學習模型，其實是神經元的一個簡單模擬?！?/p>

除了結構上某種程度的相似性，人工智能已被用于改進實際的研究，如減緩耐藥性的出現(xiàn)。2013年諾貝爾化學獎得主亞利耶·瓦謝爾介紹，以艾滋病藥物為例，目前幾乎所有的藥物都面臨越來越快出現(xiàn)的耐藥性問題。亞利耶·瓦謝爾利用機器學習，對藥物作用進行分子動力模擬，并對致病體的生命活性進行預測和計算，“未來30年，計算機將有能力給我們的研究提出各種各樣的建議。”

“我不知道怎么樣能夠將推理和人工智能中的深度學習連接在一起。我覺得重新設計深度學習先要從推理開始?！?998年菲爾茲獎得主蒂莫西·高爾斯說。

“人工智能的判斷已經出現(xiàn)了人類沒有辦法理解的情況，這會不斷發(fā)展下去嗎？這會產生什么樣的影響？”邁克爾·萊維特對人工智能中存在的“黑匣子”提出疑問。

“怎么樣能夠讓機器學習變得多元化？通過隨機參數(shù)，還是其他從根本上完全不同的方式？”仿照生物進化中的“多元性”，邁克爾·萊維特還提出了人工智能的“多元性”問題。

未來攻克癌癥的方向

氧氣，這一至關重要卻又極易被人忽略的存在，也是“最強大腦”們眼里的焦點所在。2019年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者格雷戈·塞門薩和威廉·凱林發(fā)現(xiàn)的“細胞如何感知和適應氧氣供應的原理”，為癌癥、貧血、心血管疾病等開辟了新的臨床治療途徑。

格雷戈·塞門薩表示，就像人在缺氧時會拼命找到氧氣充足的地方透口氣一樣，癌細胞也是在人體組織內不斷“游走”，尋找氧氣最為充足的地方“駐扎”，“像肺部、骨頭、肝臟等處的氧氣就相對比較充足，所以癌細胞也更容易擴散到這些部位?！比T薩和凱林用一種全新的視角去觀察癌細胞擴散的規(guī)律。

塞門薩和凱林發(fā)現(xiàn)，在癌癥晚期，癌細胞被暴露在極度低氧的環(huán)境之中，這就導致癌細胞產生了缺氧誘導因子（HIF），而也正是它加速了癌細胞的轉移與入侵，甚至進一步對化療產生耐藥性。

塞門薩介紹，目前他們團隊的科研人員正在做動物試驗，希望研究出在低氧狀態(tài)就能殺死癌細胞的藥物，“我對于癌癥未來的治療充滿信心，這也是科學家們努力的方向，但前提是也需要因‘癌而異，我們希望每一位癌癥患者能得到個性化的有效治療?！?/p>

2012年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者約翰·格登的關注領域，則是如何讓細胞分化和基因表達維持穩(wěn)定，“如果這種穩(wěn)定狀態(tài)被打破，就會出現(xiàn)健康問題，比如說癌癥。未來我們覺得比較有希望的研究方向，就是希望可以找到能夠降低基因和細胞經受不良影響的相應分子?！?/p>

人工光合作用能否解決氣候問題

“氣候變化已經成為關乎人類生死存亡的關鍵問題。”2011年沃爾夫農業(yè)獎獲得者哈里斯·李文說。2010年諾貝爾物理學獎得主安德烈·海姆則指出，“地球人口過多是氣候變暖的重要原因之一。”

“能不能把大氣中的二氧化碳收集起來，通過人工光合作用，轉化為化學能呢？”這一在普通人看來有點天方夜譚的想法，2015年麥克阿瑟天才獎獲得者楊培東卻已為之奮斗了十多年。

據(jù)楊培東介紹，他的團隊所構建的是一套由納米線和細菌催化劑組成的獨特系統(tǒng)。他指出，人工光合作用是將太陽能轉化為化學能，把能量儲存在化學鍵當中，實現(xiàn)“碳中和”，從而吸收二氧化碳。

對二氧化碳進行轉化后，甚至可以產生制造出更高級別的材料?！八鳛橐环N中間物，可以成為汽車的燃料，可以制成可分解材料，甚至是藥品。”楊培東指出，這幾乎是一種全新系列的化學領域——它完全依靠光能，并且創(chuàng)造出的各種材料產品也僅僅依靠二氧化碳和光能，這是和傳統(tǒng)材料理念完全不一樣的邏輯和出發(fā)點。

“6年前人工光合作用中太陽能的轉換效率只有0.4%，現(xiàn)在能夠基本達到10%左右?？梢韵胂笠幌?，未來化學、能源、醫(yī)藥行業(yè)所需的能量都來自于可再生的陽光，而非完全依賴于傳統(tǒng)的化學燃料，這樣就能很好解決二氧化碳排放問題，應對全球變暖和氣候變化?！睏钆鄸|表示，目前人工光合作用還停留在基礎科學的階段，“我希望看到新型能源能盡快實現(xiàn)從科學到技術的轉移，再從技術到產品的體現(xiàn)?！?/p>

到底有沒有外星生命

關注過人類、人工智能和我們所處的地球，我們再來關注一下，到底有沒有外星生命？

兩位2019年諾貝爾物理學獎得主迪迪埃·奎洛茲和米歇爾·馬約爾都不否認外星生命的存在。1995年，米歇爾·馬約爾和迪迪?！た迤澮黄鸢l(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類日恒星運行的系外行星飛馬座51b，有人形容是他們“讓我們在太陽系外看到地球的影子”。

迪迪?！た迤澱J為，對宇宙其他行星的觀察，讓我們對地球的認識有了參考系。“現(xiàn)在有一些人希望能夠倒推出生命出現(xiàn)之初地球的原始狀態(tài)，我覺得這種做法有局限性，很多東西很難回到真正原點。但是我們可以研究觀察上千個類似地球的行星。”

“系外行星發(fā)現(xiàn)后，關于生命的理論也在不斷發(fā)展。這時候就不僅僅是地球的生命，而是宇宙的生命。隨著地理、物理、生物、化學，甚至天文學的發(fā)展，到后來我們必定會得到一些關于生命的答案?！钡系习！た迤澱f。

但迪迪埃·奎洛茲也表示，外星上面即使有生命，我們可能也觀測不到?！拔覀兡芊裾娴恼业絼e的星球上的生命，這是不確定的。除非某個星球跟地球一模一樣，否則上面的生命形式可能跟地球非常不一樣，也許就被我們錯過了。因為我們根本不知道該觀察什么，該關注什么?！?/p>

米歇爾·馬約爾則提出了一個更復雜的問題?！罢麄€宇宙當中，有數(shù)百億數(shù)千億顆星球，我們其實確定，很多星球都擁有讓生命出現(xiàn)的合適條件。但我覺得，歸根到底我們要思考，生命是宇宙演變中一定會出現(xiàn)的一部分嗎？還是非常獨特的情況？這聽上去是哲學的問題，但是在我們看來是科學維度的問題?！?/p>

（水云間摘自《環(huán)球》2019年第23期）