中国科学院院士、西湖大学校长石在未来论坛年会上做了题为“生命科学认知的极限”的演讲。
与以往不同的是，这一次，并没有局限于生命医学。他从心血管疾病、癌症、神经退行性疾病三大挑战入手，描述了人类如何通过科学接受生命挑战。但最终人类对生命认知的极限，将他的科学思维从生物医学带到了量子力学，向我们展示了一个生物学家对生命奥秘的不懈探究。
今天，我想和你们讨论一下生命的本质和生命的极限。
我们先来看看人从哪里来。人的整个出生过程是这样的:一个精子在一个鸡蛋的表面不停的徘徊，寻找一个入口。找到合适的地点后，它会分泌一些酶，然后钻入其中。卵子很聪明，一般不会再给第二个精子机会，所以只要一个精子进来，就立刻封入口。精子进来的时候被降解，然后精子的细胞核和卵子的细胞核结合形成二倍体。受精卵开始发育，逐渐分裂为2细胞，然后分裂为4细胞、8细胞、16细胞。此时受精卵还在子宫外徘徊，尚未着床。继续分裂，形成64细胞和128细胞。这个时候，它很快就会找到着床点。植入后，继续发育。
你可能知道也可能不知道，仅仅四周，胎儿就开始有心跳了。慢慢的，神经管形成了，脊椎形成了，四肢开始发育，通过凋亡，手指开始形成。到了四五个月，胎儿开始在妈妈肚子里踢来踢去。出生前，胎儿大脑发育非常快，各种突触迅速形成。但是，不要忘了，这样鲜活的生命来自于一个受精卵。
人生开始后，人生的历程很长，有很多烦恼在里面。记得看过一首打油诗是这么说的:0岁出道，10岁茁壮成长，20岁为爱茫然，30岁拼搏，40岁基本定向，50岁回首，60岁回到故乡， 70岁打麻将，80岁晒太阳，90岁在床上，100岁的时候
石在演讲现场。
科学如何应对生命挑战？
我们的生命历程受到挑战，其中许多挑战来自疾病，其中三种疾病与人类密切相关。其中，心血管疾病是最重要的杀手。仅在中国，每年就有303万人死于心血管疾病，占32%。第二种病也很可怕，就是癌症。我们周围的人经常被癌症夺去生命。中国每年有265万人死于癌症，占28%。第三类疾病死亡率不高，但对人的困扰很大，严重影响生活质量。是神经退行性疾病，很多世界名人都患过这种病。此外，34%的人死于其他原因，大部分是传染病，少数是交通事故和意外伤害。
今天我想告诉你的是我们如何利用科学来迎接生活的挑战。
在古代，我们在黑暗中摸索。比如当代的屠呦呦，为了找到治疗疟疾的方法，通过阅读经典药学得到启发，导致了青蒿素的发现。后来，弗莱明发现了青霉素，这已经用科学的方法学进行了探索。1985年后，Goldstein和Brown发现了低密度脂肪颗粒的受体，开启了真正征服心血管疾病的进程。人类一直用科学来迎接挑战，从简单的探索和经验积累，到最终通过基础研究驱动药物发现。我这里有三个例子可以分享。
第一个例子是心血管疾病。发现导致心血管斑块的低密度脂蛋白(LDL)与受体结合后会被细胞吞噬。内吞后，LDL的颗粒会被降解，受体回到细胞表面，获得新生。然后，新的低密度脂蛋白会被拉入细胞，从而减少对人体有害的低密度脂蛋白。1985年，戈德斯坦和布朗两位科学家因发现低密度脂蛋白受体而获得诺贝尔生理学或医学奖。
由于戈尔茨坦、布朗和日本科学家远藤明的努力，许多降胆固醇的他汀类药物问世，包括1987年的第一个心血管药物。到现在最著名的他汀类药物立普妥已经过了专利保护期，这里应该有人吃过这个药。2011年专利到期前，其全球销售额高达160亿美元，堪称药神。
我们一直在用基础研究探索最前沿的方法来对抗疾病。虽然我们有很多他汀类药物，但是很多高脂血症患者仅仅服用他汀类药物并不能阻止软硬心血管斑块的形成。为什么科学家会发现？是因为人体内的这些低密度脂蛋白受体逐渐降解，找不到了。如何恢复它们受体的数量是问题的核心。
几年前，科学家发现了PCSK9蛋白，它可以与低密度脂肪蛋白的受体结合。低密度脂蛋白颗粒在与受体结合后，被受体拉入细胞内并被吞噬，也就是说，低密度脂蛋白受体在被细胞吞噬的同时被牺牲，血液中流动的低密度脂蛋白无法再被降解，使低密度脂蛋白大量堆积，形成软斑块和硬斑块，最终带来致命的心血管疾病。这个过程是基础研究发现的，发现这个过程的著名科学家海伦是女性，获得了2015年生命科学突破奖。
第二个例子，我们来说说癌症治疗的新曙光，也就是你听过很多遍的“免疫疗法”。这种免疫疗法最著名的例子是，2015年8月20日，美国前总统卡特向世界上所有关心他的人宣布，他患有黑色素瘤晚期，而当时他的大脑中已经有4个2mm大小的肿瘤，并且已经扩散。他认为他的时间不多了。然而，仅仅三个月后，2015年12月6日，他再次出现在大家面前，告诉人们，通过分子治疗，他大脑中的四个肿瘤已经完全消失。
他的分子疗法包括一种众所周知的免疫疗法，即针对PD-1表面受体的单克隆疗法。免疫疗法从根本上改变了人类对抗疾病的方式。这种疗法的创始人和这一概念的发现者詹姆斯·艾利森(James Allison)也获得了生命科学突破奖。在为这一进程做出巨大贡献的科学家中，还有一位中国人，那就是陈列平博士。
第三个例子是神经退行性疾病。遗憾的是，直到现在，人类根本不知道这种疾病的病因。虽然我可以告诉你很多理论，数据和实践，但我们只知道这个病大概是怎么回事。现在世界上有4700万人患有这种疾病。预计2050年，每3秒钟就有一个新患者出现，我们将有超过1.3亿人受其折磨。
最著名的神经退行性疾病是阿尔茨海默病，也称为阿尔茨海默综合征。这个病人很痛苦，因为他不能照顾自己。老年痴呆症晚期患者的大脑有可怕的洞，大脑被吞噬。虽然我们不知道阿尔茨海默病的病因，但普遍认为，如果我们在分子水平上了解阿尔茨海默病，可能会给治疗带来曙光。
我自己的实验室也在朝这个方向努力。去年，我们首次在原子分辨率上报道了与阿尔茨海默病直接相关的人γ-分泌酶的结构。这种人类γ-分泌酶被认为是导致阿尔茨海默病的必需致病蛋白，因此或许我们可以通过进一步的研究找到治疗阿尔茨海默病的方法。
认知生活是有极限的。
我举了心血管疾病、癌症和老年痴呆症的例子，最后过渡到了大脑。不要说我们不知道老年痴呆症的病因，对大脑这样一个神秘的器官也知之甚少。基本上我们可以说什么都不知道。虽然我们有一个很好的学习和记忆的模型，我们可以模拟学习和记忆的过程，但我们真的不知道是否是这样。我甚至认为，神经冲动电位，包括我们的电信号，只是一种表象，不一定是学习记忆的本质。因为我们真的是这样一个生物人，一群理解生命的原子。
我们正在使用我们的五种感官，即视觉、嗅觉、听觉、味觉和触觉来了解世界。这个过程客观吗？当然不是。我们的五官感受到世界后，把所有的信息都集中在大脑上，但我们不知道大脑是如何工作的，所以在这方面我们无法做到客观。
我们是什么？仔细想想。人们是如何处理信息的？我们先把信息定义为物质。我们有三个层次的物质:第一个物质是宏观的，也就是我们能直观感知和看到的东西。例如，人是一种材料，房子也是一种材料，天安门广场和故宫都是材料。第二个层次是微观，包括眼睛看不到的，也叫微观。我们可以借助仪器感知和测量，直观地认为它是存在的，比如原子、分子、蛋白质，比如一百亿光年外的星球。第三个层次是超微观物质。对于这一类，我们只能从理论上推测，通过实验来验证，但我们永远不知道它是什么，包括量子和光子。虽然我们知道粒子可以有自旋，可以有能级，可以有能量，但是我们真的很难直观的理解。这是亚微观世界。
尽管如此，我们还是要考虑一下。这个世界是超微观世界，超微观世界决定微观世界，微观世界决定宏观世界。我们是谁，是宏观世界中的个体，所以我们的本质必然是由微观世界，再由超微观世界决定的。我毫不怀疑我是一个薛定谔方程，一个生命形式，一个能量形式，但是我不知道这个方程怎么解，也不知道思维是怎么产生的，就这样。我相信，你也应该相信，我们每个人不仅仅是一堆原子，而是一堆粒子。
所以，我们其实就是一堆由粒子组成的原子，如此简单。我们有多少个原子？大约有6×10 ^ 27个原子，形成大约60种不同的元素，但元素真的更多，但只有11种。原子通过共价键形成分子，分子聚在一起形成分子聚集体，然后形成小的细胞器、细胞、组织和器官，最后形成一个整体。但你会觉得，无论你怎么做研究，都无法解释人的意识，这是我们说不出来、感受不到的。我觉得要解释意识，必须超越前两个层面，去量子力学的层面。我也这么认为
量子纠缠是一种进化现象吗？
所以我想给你们上一堂关于量子纠缠的课。1935年，爱因斯坦在和波多尔斯基、罗森一起写著名的EPR佯谬时，提出了量子纠缠。其实“量子纠缠”这个词不是爱因斯坦提出来的，而是薛定谔提出来的，这在当时看来是不可思议的。量子纠缠是指无论两个纠缠的量子相距多远，都不是独立的事件。当你测量一个量子的时候，不可思议的是，另一个离你很远的量子可以知道它的状态，并且可以用关联来测量。但既然这么简单的现象存在于客观世界，我相信它会无处不在，包括在我们人体内。不是这样的吗？当然是了。其实我们不知道量子纠缠对我们的生活有什么影响。为什么？因为这不是我们能直观感受到的。
美国加州大学圣巴巴拉分校著名的理论和实验物理学家马修·费希尔(Matthew Fisher)确信，人类的意识、记忆和思维在量子中纠缠在一起，应该用量子理论来解释。怎么证明？他说我必须实物证明，寻找量子纠缠实体。很多科学家找了很久，发现神经细胞中的微管可以形成量子纠缠，但是微管的时间尺度是10秒到10秒，远远小于人类记忆和意识的形成时间。但他是通过理论实践和模拟发现的，正在进行实验验证。
比如把磷和钙放在一起，就是磷酸钙。当磷酸钙存在于波斯纳分子团中时，其量子纠缠时间可长达105秒！如果这样一个对声、光、电、热极其敏感的极其脆弱的量子纠缠的持续时间可以增加15个数量级，那么如果再增加5个数量级，就可以达到年的水平，量子纠缠可以以年为单位保存。所以以此类推，你觉得有一天我们人类会不会发现量子纠缠也是一种进化现象，可以持续100年，1000年，10000年？换句话说，量子纠缠，这个存在于远古时代的东西，在进化的过程中被保留了下来。
我想问你四个问题。第一个问题，你相信有第六感官吗？很多人会说不会，第二个问题，有没有可能两个人会以一种未知的方式交流？你会说也许，但不会像第一个问题一样肯定地说不相信。第三个问题是量子纠缠是否存在于人类的认知世界和大脑中。相信听了我的讲座，你会觉得很有可能。第四个问题，量子纠缠是否适用于地球上的物质？你肯定会说是，因为我们已经证明了。但其实简单来说，这四个问题是一模一样的。往后推，就是一定有第六感官，只是我们感觉不到，所以叫“第六感官”。
那我们是什么？我们只是来自一个细胞，也就是受精卵。所有受精卵都来自同一个细胞，相同质量的物质，一个复杂的量子纠缠系统，就这么简单。
其实我也不知道是什么，但是我相信。每次呼吸都会把10 ^ 22次方的氧原子吸入体内，进入共价结构。这种呼吸至少含有10 ^ 4次方的氧原子，而且在世界的某个遥远的角落里，有一个我从未谋面的人至少呼吸过一次。这个一个月之内就搞定了，人这一辈子都在这么干。两个人在一个房间里，一天可以在对方肺部交换63克氧气。
科学发展到今天，我们看世界完全像瞎子摸象。我们看到的世界是有形的，我们认为是客观的世界。事实上，我们已知的物质质量在宇宙中只占4%，其余96%的物质以我们根本不知道的形式存在。我们称之为暗物质和暗能量。
那么盲人像大象一样认识世界是科学吗？一定是科学。每个人的感动都是真实的，都是客观的，都是看得见摸得着的，我们现在也是。我们只是不知道该摸大象的背、尾巴还是耳朵。我觉得人类认知的极限是，我们是一堆原子，我们在宏观世界，但我们想看到跨越两个世界的超微观世界。这是一个最美好的世界。谢谢大家！
来源:石在未来论坛年会上做了题为《生命科学认知的极限》的演讲，赛先生根据录音编辑。
