钟扬

　　科学是一种什么样的游戏

　　今天要讲的“生命与哲学”只是我在第一线做科研的一点感悟，供大家参考。我想介绍一些新知识和新思维。新知识要有趣，新思维就是批判性思维。“批判性思维”这个词很时髦，最近，我到上海实验学校给初中学生讲课，标题中也明确用了“批判性思维”。批判性思维实际就是质疑，平时我们要求孩子们不仅要学习，而且要学习正确的知识。可是，科学里面都是“正确的”知识吗？

　　我给中国科学院上海生命科学研究院的研究生作过的报告有一个视频，标题叫“科学是一种什么样的游戏”，介绍了波普尔的科学哲学—科学的基本特征是其中包含错误。最近，我在《科学》杂志上还讨论“达尔文进化论”是否过时的问题。什么叫科学理论过时了？无非就是错了，但错误居然是科学的基本特征。科学的对立面是宗教（信仰），信仰需要证实，而科学则需要证伪。这样就确定了我们科学家的职责。科学家的基本素质之一就是研究科学（甚至读一本书）并找出它的错误。而我们的教育培养的大多数人，却是读了一本书赶紧说这本书是对的，然后背下来参加考试。考试有标准答案，把答案一记就算完了。就这样一直读，读成了博士。我对他们说：“现在写一篇论文，论述前人是错的。”他们就傻了，因为从没考虑过前人的错误。不喜欢批判性思维并不是我们民族天然有缺陷。可是抱歉，科学就是要用批判性思维，没别的道路可走。

　　举个例子吧，牛顿提出力学定律后，很多人开始不相信，但经过实验后很快就信了。再后来的上百年时间内，牛顿力学都快变成“放之四海而皆准”的学说了。但一个只会背诵牛顿力学的物理学者，在科学界一点地位都没有，因为他违背了科学的游戏规则。他是个会讲解牛顿力学的教师，但不是好的物理学家。

　　后来，出了一位伟大的物理学家，他的名字叫爱因斯坦。他说牛顿错了，至少在物体运动速度接近光速时牛顿力学是错的。他这么做使得众人都承认他是伟大的物理学家。为什么？第一，他说牛顿错了；第二，牛顿力学因为有错误倒成了真正的科学。换言之，爱因斯坦不仅通过说“牛顿错了”证明了自己是世界上最伟大的科学家，而且也帮助牛顿力学成为科学。许多人成功地当上了名牌大学的物理学教授，但他们离世界上伟大的物理学家还有一步之遥。这一步就是，有一天写文章说爱因斯坦错了，或者在爱因斯坦肯定牛顿对的那一部分又发现了新的错误。

　　对这一问题的讨论如果要上升到哲学层面，那么仅凭刚才说的故事就不行了。我们要经常性地提一些问题，然后大家一起思考，哪些地方对，哪些地方错。重申一遍，我们的判断有两个基础：一是批判性思维，就是怀疑一切；二是只要是科学的，就一定包含错误。

　　基因科学

　　基因是什么？虽然现在“基因”这个词到处都是，比如“文化基因”“材料基因”等，但都是借用的。基因是一门学科的基础，这门学科叫作“Genetics”（遗传学），许多以“gene”开头的英语单词都与“生殖”和“生产”有关。

　　遗传学是由格里格·孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822-1884）提出来的，他本来是学自然科学的，但大学没有读完，后来的正式职业是传教士。他离开维也纳大学后去了今天的捷克共和国。他的人生目标是当修道院院长，空余时间管理修道院前面的小院子，他就用这片院子建立了遗传学。

　　孟德尔种了一批豌豆，然后进行观察和分析。一种豌豆的豆荚是绿色的，另一种是黄色的，如果这两种豌豆杂交会发生什么事？他拿一支毛笔沾上一种豌豆花粉，再送给另一种。当然，蜜蜂也可以做这个事，但这样做实验不准确。无论是自然还是非自然的授粉，绿色和黄色豆荚的豌豆进行杂交的结果可能是黄色，也可能是绿色的。顺便提一句，生物学家就把结果叫“杂（交）种”，杂种有可能产生杂交优势。

　　通过杂交实验，孟德尔发现了一个规律，假定绿色和黄色的豆荚都是纯种的，它们杂交后肯定是绿色的，因为绿色是显性的，而黄色是隐性的。但是，如果杂交出来的两个绿色再产生的后代就会产生性状分离现象—既有黄色，又有绿色。所以，孟德尔发现，就算杂交再有优势，到了下一代也必須分离。

　　孟德尔用统计学方法一个一个分析豌豆，最后得出显性和隐性的三比一规律。孟德尔并不知道是什么东西控制遗传变成这个样子，但他猜测一定有一种我们不知道的因素控制着遗传，因此他用了一个词“Factor”，猜测遗传应该存在哲学上的内因。直到一九一四年左右，丹麦植物学家约翰逊（W. Johannsen，1859-1927）才发现了这个内因—基因（gene）。

　　有意思的是，我们今天使用的科学词汇很多来自日语，但这个词不是。“gene”在日语中翻译成“遗传子”，中国科学家翻译成基因，算是充分理解了它是一种基本因子。

　　基因在什么地方呢？后来，人们发现了它就是染色体上的DNA，也就是脱氧核糖核酸。最早发现的脱氧核糖核酸来自于果蝇的唾液腺，肉眼都可以看到。当然，我们还需要看清它的内部结构。一位聪慧而美丽的女科学家罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Elsie Franklin，1920-1958）拍摄了世界上第一张DNA（B型）的X射线衍射照片。她已经感觉到它可能是螺旋状的，但无法确定是单螺旋、双螺旋还是三螺旋。当时，还有两个聪明的年轻人弗朗西斯·克里克（Francis Harry Compton Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson），他们也在想DNA的结构。沃森去访问的时候，富兰克林给他看了那张衍射照片，沃森看了几分钟（一个历史性的时刻）后把照片还给了富兰克林。他回去对克里克说：“我已经找到了结构，但拿不到照片，请你太太（一个画家）用笔画这个结构。”接下来，两人连夜写论文。这篇不足千个英文单词的论文在Nature杂志发表后，改变了整个生物学的面貌（两个人后来也因此获得了诺贝尔奖）。富兰克林非常郁闷，几年后得乳腺癌去世了，真是天妒英才。的确，这个世界上只有极少数人在特定情况下能成为所谓的成功者。

　　下面，讲一讲批判性思维。当人们发现基因的基本模样后，任何一种质疑都有可能获得诺贝尔奖。举一个例子：基因是整整齐齐排列在染色体上的吗？芭芭拉·麦克林托克（Barbara McClintock，1902-1992）一直研究玉米，发现她的玉米没有一根是纯紫色的，也没有一根是纯黄色的，而是两种颜色镶嵌的。所以，她猜测基因排列不是整齐的，而是跳跃的。此言一出，所有人都认为她是疯子，嘲笑了她几十年。后来科学家们才发现基因真的有“跳跃”现象，或者称为“转座子”。麦克林托克也终于在八十一岁获得了诺贝尔奖。

　　一个基因能决定一个功能吗？一九九三年，美国加州大学的一位女教授发现了一个基因，叫作“Brca1”。一九九五年她又发现了“Brca2”，这两个基因合在一起大约能预测乳腺癌遗传风险的百分之二十五。或者说，如果你检查出这两个基因的致病突变，就有四分之一的可能罹患乳腺癌。当然，还要看家族的其他成员，比如外婆、姨妈、妈妈是否患乳腺癌。如果她们发病，你就是真正的高危人群，风险可高达百分之七十五，这就是好莱坞明星安吉丽娜·朱莉要去动手术的原因。

　　这是一个通过单基因预测癌症风险的例子。说到癌症，它和基因的关系很密切。世界上第一个能够完全早期检测和控制的癌症是妇女宫颈癌，其元凶是德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森（Harald zur Hausen）发现的HPV病毒（2008年他也被授予了诺贝尔奖）。现在，我们仅凭疫苗就可能让高达百分之六十的妇女终身免受宫颈癌的困扰。有可能获得诺贝尔奖的还有乳腺癌和前列腺癌研究。人们在寻找许多癌症的相关基因，但遗憾的是大多数癌症基因还不靠谱，比如肺癌和肝癌等，都太复杂。这些发现都说明单基因是有作用的，但多基因情况更多。于是，就需要基因组计划。

　　我们现在能确认有功能的人类基因有三万多个，估计有功能的有五万多个。我们可以与哺乳动物比较一下，首先是小鼠，将人类基因和小鼠基因对比，大概百分之八十左右是相同的，令人震惊。很多宗教人士反对现代生命科学研究，说它亵渎了我们人类的尊严，其实当人类基因组和小鼠基因组摆在一起时，我们真的没有什么尊严了—两者的基因太相像。给人类尊严最后一击的是黑猩猩，我们与黑猩猩的基因更相像。在哲学意义上，我们何以为人？还好，我们与黑猩猩的微小差异几乎全部在大脑上。我们之所以能够统治世界，用的是脑子。

　　人类掌握了基因组测序技术以后，基因组就相当于一个探测器，可以知道我们是由什么组成的。艾伦·威尔森（Allan Wilson）率先在加州大学伯克利分校研究了一百四十七个人的线粒体基因组。线粒体基因的特殊之处在于它百分之百由母亲贡献，父亲一点贡献也没有。艾伦·威尔森用线粒体基因序列构建了一棵进化树，结果发现树的底端全是黑人，暗示人类来自非洲。当时，奥斯卡金像奖授予了电影《走出非洲》，所以人们也将威尔逊的假说叫作“走出非洲假说”，或者“夏娃假说”。

　　我的同事（现任复旦大学副校长）金力院士在二○○四年用父系基因资料分析东亚人是哪来的？他用了上万个样品，结果表明我们是非洲来的，而且来的时间还不长（十万年内）。

　　生命与哲学

　　既然讲“生命哲学”，首要问题就是“生命”是什么呢？它不能全靠生物学家回答。病毒就是一道难题。病毒到底是不是生命呢？有人说是，有人说不是。为什么呢？因为它有DNA（RNA），但也可以像无机物一样。它并不具备生命的全部特征。我们只能在一般意义上认为这些特征包括能量、遗传、意识等。

　　第二个问题是繁殖。达尔文进化论中有趣的一点就是关于性的进化。性在生命中有什么意义？它决定了繁殖。这个世界为什么是两性世界？两性是不是必需的？可以明确地说，不是必需的，很多生物可以无性繁殖。比方说克隆，原意是指以幼苗或嫩枝扦插（无性繁殖或营养繁殖）的方式培育植物，现在扩展到动物克隆了。对两性繁殖认识的重要补充是蜜蜂，因为它是三性的—除雌性和雄性外，还有一种是工蜂，它不承担繁殖功能。不过，两性世界的确在自然界中有平衡优势，也是最有效率的：无性繁殖的最大优点是抛弃了“需要找对象”这样一条限制，可以自己为自己传宗接代，但缺点是多样性越来越低，就好比是一种复制（copy）；有性繁殖的优点是充满了新奇，每一次都可能有不同的组合。例如，科学家曾研究过一个问题：全世界的家长都宣称对子女是一碗水端平的，但孩子们都感觉父母是偏爱的。父亲到底偏爱谁？科学家调查的结果非常明显，父亲偏爱长得像自己的孩子。理由很简单，它来源于一个古老的进化根源—雄性动物无法确定哪个真的是自己的孩子。所以，在多子女情况下，父亲会投资那个可能继承自己最多基因的孩子。

　　第三个问题是关于人类胚胎的。目前，科学家公认人类的新生命是从胚胎第十四天开始的。原因是，研究发现胚胎发育到第十四天开始有了痛感。什么是疼痛？人类知道自己的疼痛，但为何能够由己推人？或者由人推己？这就是伦理道德。如果你用针去扎胚胎，它感到疼痛就如同你扎在自己身上一样。

　　最后，再谈几个有哲学含义的问题。第一个问题是有没有与天赋相关的基因呢？回答是可能有，但我认为不要过于追求它。曾有一个科学家（Nelson Freimer）想研究天赋基因。有一天，他让助手加班，他的助手说我要去教人彈钢琴。一个洗瓶子的人为什么会教钢琴呢？助手说他家很多人会弹钢琴，科学家领悟到这可能是一个音乐世家，而且很快发现他们家族很多人能用自己的耳朵辨别绝对音高。科学家从该家族中分离出“辨别绝对音高”的基因，并到纽约的茱莉亚音乐学院去测试，发现茱莉亚音乐学院有高达三分之一的孩子能辨别绝对音高，远远高出世界上其他任何地方。这不就是天赋基因吗？且慢，还有三分之二的人并没有这个所谓的天赋，说明这个天赋对成为音乐家并不是必需的。后来还发现这个基因和某些疾病有关联。例如，一直困扰这个家族的失眠症就是常人承受不了的。你是否愿意自己的孩子拥有这样的基因？

　　另一个吸引人但也可能不靠谱的是行为基因研究。有些人行为怪异，该不该由基因负责？迪恩·哈默（Dean Hamer）先生最先捅了这个马蜂窝，在Science杂志发表了同性恋基因研究。有人指出，这类研究的方法中有一些缺陷，如剩下的人是否有非同性恋基因？还有一些申请，要研究犯罪基因，是否杀人犯都是遗传和基因决定的。所以，整个社会对基因说明一切的情况产生了巨大的疑问。如今，我们讲得最多的还是疾病基因，其他像追求天赋、行为或者把人类分成三六九等的基因，我们都必须慎之又慎。

　　最后一个是长寿问题。目前，世界上的长寿研究大部分都不靠谱，其中归纳法占了主要部分。从方法论来说，找不出更科学的方式，一般很难做实验。当然，科学家也有办法，比方经常用来做长寿实验的动物叫线虫。这个动物是自由生活的多细胞生物，它从出生到死的细胞数目大致不变；它能活五至七天，这意味着科学家们可以做很多次实验。实际上，用线虫做研究材料是敲除个别基因来看它是否影响长寿。换言之，很难发现延长寿命的基因，但可以找出妨碍寿命的基因。科学家经过长期研究终于取得了突破，现在公认的有好几个决定长寿的基因，因为如果把这些基因逐一敲除后，线虫能活三十天，这是一件很了不起的事。

　　这类文章发表后当然成为热门话题，但也很快展现出哲学意义。为什么？一个好消息是人也有同源的基因。这是一种强烈的暗示，即可能它也与人的寿命有关，但至今为止并没有人做过人的相关实验。坏消息是这个基因具有生殖功能。科学家们意识到长命百岁和断子绝孙可能是同一件事。更重要的是，线虫实验表明妨碍长寿的基因要敲得早敲，生育之后再敲就没用了，真可谓“鱼和熊掌不可兼得”，这就是长寿的两难境地，它是一个严肃的哲学命题，值得深入探讨。