第二屆「世界頂尖科學家論壇」是由上海市人民政府主辦、世界頂尖科學家協會發起,中國科協為指導單位,紅杉中國慈善基金會為全球戰略合作夥伴。共有44位諾貝爾獎得主,21位沃爾夫獎、拉斯克獎、圖靈獎、麥克阿瑟獎、菲爾茲獎等獎項得主,100多位全球優秀青年科學家和中外院士參與。
在10月31日舉辦的莫比烏斯論壇上,44位諾貝爾獎得主,21位沃爾夫獎、拉斯克獎、圖靈獎、麥克阿瑟獎、菲爾茲獎等獎項得主,每人獨立發言3分鐘,或暢想和預判未來20年的科學、宇宙和人類的樣態,或推演人類科技未來圖景,或提出對當下科學研究的建議與意見。
其中,部分嘉賓也對當前自己所研究方向的難題、未來可能的發展方向進行了分享。比如,2012年拉斯克基礎醫學研究獎得主麥可·希茨很關注是否可以可以通過機械的方式殺死癌細胞;2014年沃爾夫獎得主翁啟惠很關注研發用於癌症和阿爾茲海默症或者帕金森病的疫苗;麥克阿瑟天才獎得主楊培東在關注液體陽光。
這些觀點我們認為很有啟發意義,因此也做了相應的整理。以下為相關整理內容。
2012年拉斯克基礎醫學研究獎得主麥可·希茨
我接下來要講的一個生物學是現在新興發展的,我們在過去12年研究細胞如何創造生物的形態,這是我所要講的機械生物學。在細胞當中有非常多的生物變化,現在我們有了一些結果與發現,在過去幾年當中,研究院同事已經有了一些重要發現。比如說通過在FN矩形上培養兩周來形成多能幹細胞,而且有80%以上的效率,同時我們也可以把剛性感應器定義為,剛性=肌節單元拉動100nm的力。
再來看癌細胞,因為Tpm2.1的耗盡腫瘤細胞都缺乏剛性感應器。隨著狀態的改變,腫瘤細胞的機械敏感性變高,我們可以通過機械的方式殺死癌細胞,希望把這樣的結果帶到臨床,給有一些生物醫學的機制來造福大家。謝謝各位。
2014年沃爾夫獎得主翁啟惠
我在此提出一些化學生物面臨的挑戰,這是根據我自己的科研經歷來寫的。
第一個,更好理解翻譯後修飾相互作用。我們現在已經聽過一些相互作用,但是還有非常多其他的種類,包括神經系統裡面,還有腫瘤系統裡面怎麼樣相互作用?我們要看它的結構和功能。其實人體翻譯後修飾跟其他物種是不一樣的。
第二個,我們希望能夠開發出聚糖快速測序的方法。現在一些方法很難去識別異構體。
第三個,用於控制糖基化的分子。
第四個,預測糖基化和糖蛋白摺疊,我們知道糖基化會影響糖蛋白的摺疊,所以我們要有一個更好的預測機制。
第五個,要了解單個免疫細胞的作用,我們有成千上萬的免疫細胞,我們要做精準醫學就需要能夠隔離免疫細胞,理解它們的功能。
第六個,通用流感疫苗。
最後一個是用於癌症和阿爾茲海默症或者帕金森病的疫苗。我其實已經發現有九種抗體,說不定可以幫助我們實現這些目標。謝謝
生物物理化學家謝曉亮
當人類基因組計劃在2003年完成的時候,我們其實很難理解人類基因組的語法,現在我們可以去看一個人的基因組或者他某一個細胞的基因組,而且成本不到一千美元。但是現在目標以及挑戰是要解碼人類功能基因組,人的功能基因組是帶著不同的功能,去年我們報告了人體細胞當中的3D基因組。我們可以定位到某一個具體的基因或者一個突變點。在綠色部分是常染色質,粉色部分是異染色質,有兩個步驟。基因表達和3D的結構是由翻譯因子決定的。這些是一些蛋白質,它像開關一樣打開、關閉。
在細菌當中每一個基因是有一個鑰匙,但是在人的細胞,哺乳動物細胞當中我們是有一系列的鑰匙來控制開關,然後之前的技術沒有辦法去識別這些要素。如果我們用晶片,你可能當中需要設200個因子,但是其實也沒有那麼多。在北京大學我們希望能夠有一個基因組的地圖,通過繪製轉錄因子光定位來解碼3D人類功能基因組。這要花很長時間,很大的精力,但是我覺得這可以幫助我們來更好的了解基因的表達,基因的調節,幹細胞等等,當然可以幫助更好的開發不同疾病的新藥,謝謝。
2013年諾貝爾化學獎得主亞利耶·瓦謝爾
接下來我跟大家講一下如何抗基因耐藥性,我們發明出一個有效藥物之後會出現突變,治病體會變異,原來的藥就沒有用了。我們在化學裡有這樣一個原則,如果你有一個變化,整個體系就會去抗擊這樣的變化。問題是我們有什麼辦法去使新的藥發揮更長的時間,減緩耐藥性的出現?我覺得有一種方法就是結合人工智慧和基本的計算機模擬,我們可以利用機器學習獲得99%成功率,但這僅僅是對於我們已知的,對於新藥未知的,效果就差了。
我們嘗試的一個方向雖然不是很成功,就是把治病體的生命活力進行計算,然後將它和深層學習的能力結合起來,我們在這個方向可以有很多工作要做,可能在未來30年當中計算機將有這樣的能力去給我們做出各種各樣的建議。
2016年諾貝爾物理學獎得主鄧肯·霍爾丹
現在這個時代有非常多新的發現,因為有了量子物理學,而且我們也可以開發一些新的材料,這些發展其實是來自於一系列我們很意外的發現,而且到3個人群一起合作的時候才會繁榮,我們看的是一些非常抽象的量子物理學。
這當中需要一些數學知識來理解為什麼一些事情會發生,但是要實現很多東西,必須要材料科學家的加入,我們新的材料不應該是拍腦袋拍出來的,而是應該發現大自然裡面已有的寶藏。通過量子物理學呈現出來一些結構,可以給材料科學家啟發,根據我們的經驗,如果有一個東西在理論上是有可能的,哪怕它看起來很抽象或者很奇怪,很難知道,但是非常聰明材料普遍性,他們最終能找到一個辦法來實現這樣的材料。這就是為什麼我非常樂觀,我覺得像拓撲學、量子計算機以及大家的一些理想,在理論上如果可能的話,會有一些聰明人最終把它們實現出來。
最近如果大家去讀一下分子動力學,你會發現這可以幫助我們實現物質非常難實現的一些拓撲形態。比如說,兩層石墨烯以一定的角度旋轉,這其實可以實現一些超導電性等等性能。我覺得我們現在已經進入了原材料的時代,除了依賴大自然給我們現有材料以外,我們可以自己去設計,這說不定可以幫助我們解決一些傳統科學解決不了的問題,更好保護我們的星球。謝謝。
2006年諾貝爾物理學獎的得主喬治·斯穆特三世
看一下科技對人類的影響,科學會對人造成什麼樣的影響呢?我覺得以後會有一個所謂的超人,我們現在已經快要接近這個起點了,這樣一個生物可以做人類80-90%的工作,黑色的那幅圖片可能看起來有點可怕,我們能預見很多事情都能夠去做,但是我覺得未來會實現的還有更多,現在我們在看三種超人類,一個是轉基因的人,我其實做了一些研究,我問學生,你們願不願意給自己孩子做轉基因,這樣讓他們更加聰明?現在有科技可以這樣做了,但是大家看法是不一樣的,我們還是有所遲疑。科技已經有了,我們不知道所有的基因編輯方法,但是我們已經知道其中一些。我有學生說,如果給他們一千美金,他們願意不用手機一年。
第二個,現在越來越像鋼骨了,在醫學領域我們看到有新的一些關節開發出來,或者讓人有一些新能力。
第三個,電子化的人類或者IT化的人類,有了電子化人類之後我們可以有更快處理信息速度,我們生活節奏也會加快。我們WLA一直是由人類最強大腦,我覺得應該是最後一次這樣說了,因為未來有一些超級大腦可能是人類,未來幾十年還會有一些新形式超級大腦出現,我覺得在這個世紀末一定會出現真正的超級大腦。隨著超人的到來,他可能帶來的影響就像我們發現外星人一樣大。
2019年沃爾夫化學獎得主約翰·哈特維希
我給大家提出的是一些人類健康以外的挑戰,世界經濟增長大概每年3.6%的增速,按照這樣的速度增長下去,全球經濟20年後會翻倍。也就是說車的數量也會在20年後翻倍,糧食的需求在20年後也會翻倍,當然我們生產的塑料也會越來越多,可能未來10年生產的塑料比有史以來生產都要多,因此我們需要有長距離運行的汽車,而且我們希望能夠通過陽光或者好的電池來充電,我們也希望有好的方式來生產糧食,存儲糧食。我們的材料以後希望開發出來不是只用一次,而是重複利用。
2016年麥克阿瑟天才獎得主餘金權
我一直在研究分子,我覺得非常困難,甚至是不可能做一些預測,因為在我看來,分子應該是最淘氣的東西。作為合成化學家不斷的做實驗,創造一些新的結構,有新的功能,比如更好的材料,更好的藥物造福人類。老實說,不光我們多有創意,不管我們設計的實驗多麼的棒,好的發現通常都是我們預計以外的,比我們設計的要好很多。所以,我是希望給大家一些未來視角,我們先回到25年前,大家可以看到我當時在做什麼?我再告訴大家我現在做些什麼?大家可以想一下,過10年之後我們一起要做什麼?左手邊是我之前負責發現一個香水的反應,香水每天產量是10噸。中間圖片是一個工廠,天還是藍的,靠著海邊,我們每天在這個工廠裡生產10噸化合物。當然這也是很有限的,因為這只是一個反應,一個產品。
在右手邊我們現在做的是分子編輯概念,我們能不能夠精準的去編輯分子,就像是通過基因編輯,有人說會造出超人,我們不確定,在分子層面我們一旦通過編輯,可以生成超級分子。我們一個同事的項目希望創造更好的分子來治自閉症。右下角分子,從煤炭行業不需要成本就可以獲取,如果我們能夠精準的編輯這5個碳氫鍵我們可以生產出好的藥物。
我們現在還沒有實現,但是在原則上我們通過幾何,還有距離,簡單的一些數學,我們不是用一些教科書上的理論就可以幫助我們取得很大的進展,過去10年就是這樣。我們預計未來10年會有更多進展,但我不知道能不能夠實現或者什麼時候實現,但是我一定會盡己所能去實現它。謝謝
2015麥克阿瑟天才獎得主楊培東
我要講一下能源,液體陽光可以作為一種新型化學能源,可以儲存在化學件當中,我覺得在未來我們可以開發出必要的人工光和作用,可以通過化學件儲存能源,這樣一來就會有無限的大規模免費的能源儲存。
就像我們說的二氧化碳化學,我們昨天也探討到,我們怎麼樣在納米級別能夠有一些催化劑幫助我們活化二氧化碳?我們也可以用一些液體燃料等等,再加上陽光進行反應。大家也可以想像一下,在未來我們的化學行業、能源行業、醫藥行業都會是來自於可再生的陽光,而不再是完全依賴傳統化學原料,這樣我們也可以解決二氧化碳排放問題,以及全球變暖,氣候變化的問題。這應該是最好一個解決方案,幫我們來回收二氧化碳。
同時未來我們也可以進行太空探索,比如說火星探索。因為液態陽光可以給外太空生存的人提供能量、食物等等,這樣的液體陽光需要跨學科的研究和思考,當然還有很多基本問題有待解決,我鼓勵越來越多的年輕科學家可以加入我們,一起創造液體陽光,謝謝。
2013年麥克阿瑟天才獎得主菲爾·巴蘭
謝謝大家,我要給大家講一個最古老的化學反應全合成,這是有機化學非常重要的,在80年代的時候我們就發現,自然的東西也可以通過人來合成,通過一些反應我們可以生成多東西,就像同時做一個天文學家和做一個科學家一樣。
這裡我給大家列了一本書講到如何生成分子,這其實創造了行業的一個熱潮,任何複雜的分子只要你錢夠或者你時間夠都可以把它生成出來,這個我叫做可行時代。我覺得在未來會有更多創新,這一定是原料更少,收穫更多,在過去10年當中我們提出了新的方法來做合成,我們把它叫做理想時代,也就是說如果你能夠從A點到B點不需要繞路,而不要去用一些東西直接生成B,這樣一來你就可以給反應的過程民主化。
比如說我給大家列的一些分子,在過去需要花非常多的步驟才能合成,但是現在通過非常簡單的原則,我們可以把它簡化來合成這些化合物,這樣的方式不只是用於我上面列到紫杉酚,也可以用到一些生物分子。
我們看到FDA之前通過的藥物,把13萬的化合物立體異構體注入到病人體中來治病,最後在這個過程當中,我們很多時候會有創新的方法來製成分子,有的時候我們被逼大盡頭的時候只能去創新,去發明一些新的東西。對於我們來說,這可能也是未來全合成的一個方向,我們作為一群科學家可以擁抱這樣的方式。謝謝。