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你,是技術麼?

2022-06-22由 中國數字科技館 發表于 漁業

質粒的描述是什麼

當你在閱讀這本雜誌的時候,你的眼睛正在捕捉從紙面反射出來的光子。光子穿過每隻眼睛的晶狀體和虹膜,經過聚焦和調整後到達眼底。眼底有些小小的化學光感受器,它們就像一些小開關,受到光子擊打後被啟用,繼而啟用眼底的神經元,將這些光訊號圖案傳輸到大腦,由大腦處理後促進思維的迸發,最終讓你能夠理解這些語句。當你意識到自己看懂了一個字,你的眼睛就會自動移動到下一個字,再下一個字……當你看到這一頁的最後一個字時,又會翻到下一頁閱讀更多的內容。這個過程會讓你想到“技術”這個詞嗎?

在阿里巴巴集團的倉庫裡,不計其數的快遞包裹正在被裝備了攝像頭的無人車迅速且高效地進行分類篩選。無人車上的攝像頭有一個鏡頭,包裹上反射的光子穿過鏡頭被聚焦,再經過一個小孔以調整到達攝像頭的數量。最終,光子著陸在攝像頭後部的電耦合器件(CCD)陣列上。光子直接觸發CCD陣列上的畫素點,並使其產生的電訊號透過導線傳輸到中央處理器(CPU)。CPU能夠分析並理解電訊號的含義,最終基於攝像頭所“見”而做出決策。例如,無人車可以“讀取”包裹上的資訊並決定將其拿起,隨後將包裹送到倉庫中的指定位置。

你也許注意到上述兩段文字的描述非常相似,只不過一個例子是生物上的,而另一個例子是基於計算機硬體的。對於後者,毫無疑問我們可以稱之為一項“技術”。但是對於前者,其所描述的是正在你體內發生的一個過程。你是否願意承認,你自己也是一項“技術”呢?

發現生物到製造生物

人腦是個奇妙的東西。從古至今,好奇心驅使我們發現了周邊萬物的無數“真理”,理解生物學已經成為人類最重要的追求之一。我們帶著科研的目標去解讀人體,理解生物有機體是如何運作的,以回顧過往並瞭解生命的起源,從而改善人類的生活。“Life as we discover”,這句話反映了人類對於發現生物本質的追求。過去幾個世紀,人類不斷探究生物本身的運作方式,逐漸改變了“生物是不可觸碰的自然力量”這種想法,為生物學研究帶來了更多的可能性。從傳統意義上來說,生物更多的是被視作某種天然的、需要我們去發現的東西。近年來,隨著“Biology as a Tech-nology”(生物學作為技術,簡稱BAAT)理念的興起,生物才被認為是一項技術並拿來使用。只有當科學家與工程師們掌握足夠多的資訊,能夠精確地操作生物並獲得可重複的結果時,生物才可以作為技術平臺。這就是我想說的:“Life as wemake。”過去40年,生物已經越來越多地被用作工程與製造的平臺,成為讓人類進步的必備技術。

嚴格來講,直到20世紀70年代中期,生物研究仍然在發現未知領域。引領人類深入理解生物學的重要里程碑主要包括以下這些。

安東尼·範·列文虎克(Antoni van Leeuwenhoek)發明顯微鏡(17 世紀)

高質量玻璃透鏡的發明催生了顯微鏡的發明。在顯微鏡發明之前,人類以為世界僅僅由我們所能看到的東西組成。荷蘭顯微鏡學家列文虎克發明的顯微鏡使人類有能力看到一個完全不同的世界——微生物世界。這永久地改變了我們對於生物的看法:複雜的生命有機體可以如此之小。

格雷戈·約翰·孟德爾(Gregor Johann Mendel)發現遺傳定律(19 世紀)

奧地利帝國生物學家孟德爾對一些植物擁有某些特別屬性的事情非常感興趣。為什麼一些豌豆花是白色的,而另外一些是彩色的?為了弄清楚這些問題,他系統性地培育了一些豌豆的植株並發現了非常明確的遺傳規律。看起來複雜和神秘的生物,其實是被一系列可以被瞭解的規則所控制的。這永久地改變了我們對生物的看法:生物擁有一套潛在的藍圖。

你,是技術麼?

埃弗裡、麥克勞德和麥卡蒂(Avery-MacLeod-McCarty)實驗(20 世紀)

生物潛在的這套藍圖是什麼呢?數十年間,科學家們試圖搞明白是細胞裡的什麼分子負責儲存細胞中的遺傳物質。埃弗裡、麥克勞德和麥卡蒂這幾位科學家透過實驗發現,脫氧核糖核酸(DNA)是生物體中擁有這一屬性的大分子。這永久地改變了我們對生物的看法:DNA是生命有機體的藍圖,會改變生物屬性。

沃森、克里克、威爾金斯和富蘭克林(Watson-Crick-Wilkins-Franklin)發現 DNA 雙螺旋結構(20世紀)

又過了幾十年,世界各地的科學家都在試圖搞明白DNA的物理結構,因為不知道它長什麼樣子也就無法對其進行操控。1953年,DNA的結構被上述幾位科學家闡明,它的化學結構現在可以用化學方法進行操控。

弗雷德裡克·桑格(Frederick Sanger)完成 DNA 測序(20 世紀)

20多年過去了,在這期間DNA的一般化學組成被搞明白了,然而解碼並理解一個特定DNA的序列仍然不容易。20世紀70年代,英國生物化學家弗雷德裡克·桑格使用了“鏈終止法”技術來測定DNA序列。DNA測序逐漸發展成為基因組學並永久地改變了我們對生物的看法:科學家能夠開始系統性地解碼許多生物有機體的DNA序列。

科恩和波義耳(Cohen and Boyle)發明轉基因技術(20 世紀)

1972年,斯坦福大學的伯格教授成功地將一段來自SV40的DNA片段和一段來自噬菌體λ的DNA片段融合起來,完成了人類歷史上第一項遺傳工程。1973年,化學家科恩和波義耳用質粒代替λDNA,將外源基因轉入細菌的質粒中,質粒大量複製,轉進去的基因就可以趁機大量表達。這就造就了遺傳工程領域的興起,透過對細胞中的DNA進行特定的設計改造使其具有新的物理特性。隨著基因工程與DNA測序的發明,一個將生物學視作技術的新時代開啟了,即BAAT(Biologyas a Technology)時代。

為了改造生命,無數卓越的科學家花費了數百年的研究時間才深入瞭解了生物的運作模式。由此可見,科學與文明的進步只有站在巨人的肩膀上才能實現。20世紀70年代以來,BAAT理念的興起促進了全球生物技術產業的迅速發展。人類可以利用基因工程和基因組學,非常精確地修改生物的DNA。同時,衍生出了更前沿的新技術和更深遠的探索發現。如今,生物製造在醫藥、食品和工業等領域已經得到廣泛應用。事實上,作為全球生物經濟的一部分,這些專案每年能夠產生超過1萬億美元的利潤,每天有超過10億人正在以某種方式使用生物技術產品。

BAAT 理念的培養

儘管BAAT理念為全球產業提供了一個能夠產生高利潤的技術平臺,每年為數百萬人提供了工作機會並提高了數十億人的生活質量,但是隻有少數專家真正瞭解BAAT理念。不僅大多數學術研究仍然圍繞“發現生命”這個主題,更重要的是,中小學教育幾乎完全專注於這方面。這種情況下,有抱負的BAAT創新者越來越少,廣大公眾和研發BAAT創新成果的科學家之間的知識差距日益增大,BAAT的實施也會受到影響。因為如果一個國家的民眾不相信BAAT的產品和創新,那麼BAAT對經濟增長與繁榮的驅動作用也就微乎其微了。

例如,你知道有多少人害怕GMO(轉基因生物)?他們知道GMO代表什麼嗎?他們知道並非所有的轉基因生物都是一樣的嗎?他們為什麼害怕轉基因生物?

多數情況下,公眾害怕轉基因生物僅僅是因為對其缺乏瞭解,同時缺乏瞭解的渠道。因此,民眾會對轉基因生物產生恐慌,自然而然就會對其迴避。

那麼,怎樣才能改變民眾的想法?將他們從認為生物是“受自然規律支配的、不可觸及的力量、自然的事物是更好的”這種思維模式,轉變到對生物技術有理性認識。我們認為這種轉變需要進行BAAT的教育和技能培養,因此將其納入中小學“發現生命”的教授內容中,勢在必行。

雖然“教育”聽起來簡單,但這其實是一項難以想象的複雜任務。如果想要真正理解BAAT理念,我們必須既要學習以“發現生命”為基礎的生物學原理,理解基因工程中的互動作用和技能構建,又要學習有邏輯的、機械化的生物技術。

此外,雖然我們可以透過書本來閱讀和理解生物學的基本概念,但只有透過實踐教育才能真正實現理念的轉變,我曾親眼目睹了無數實驗者在實踐過程中發出“啊哈”的驚歎。

這就如同計算機程式設計師在學習程式設計時進行的第一個演示程式——“Hello,World!”,用非常簡單的程式在螢幕上輸出“Hello,World!”字樣,即使是這樣簡單的練習,也是新手程式設計師從書本中所不能獲取的獨特體驗。

20世紀60年代,世界著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼有一句名言:“我不能創造的東西我就不瞭解。”這句簡單而又富有哲理的話,預示了1974年出現的“Hello,World!”程式對於計算機的重要性,同樣也預示了實踐學習在BAAT理念下的基礎基因工程學習中的重要性。

而且,真正理解生物學的人,不也應該是一個會創造生物的人嗎?

本文來自《科學24小時》