鐘揚(yáng)

科學(xué)是一種什么樣的游戲

今天要講的“生命與哲學(xué)”只是我在第一線做科研的一點(diǎn)感悟，供大家參考。我想介紹一些新知識(shí)和新思維。新知識(shí)要有趣，新思維就是批判性思維?！芭行运季S”這個(gè)詞很時(shí)髦，最近，我到上海實(shí)驗(yàn)學(xué)校給初中學(xué)生講課，標(biāo)題中也明確用了“批判性思維”。批判性思維實(shí)際就是質(zhì)疑，平時(shí)我們要求孩子們不僅要學(xué)習(xí)，而且要學(xué)習(xí)正確的知識(shí)?？墒?，科學(xué)里面都是“正確的”知識(shí)嗎？

我給中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院的研究生作過(guò)的報(bào)告有一個(gè)視頻，標(biāo)題叫“科學(xué)是一種什么樣的游戲”，介紹了波普爾的科學(xué)哲學(xué)—科學(xué)的基本特征是其中包含錯(cuò)誤。最近，我在《科學(xué)》雜志上還討論“達(dá)爾文進(jìn)化論”是否過(guò)時(shí)的問(wèn)題。什么叫科學(xué)理論過(guò)時(shí)了？無(wú)非就是錯(cuò)了，但錯(cuò)誤居然是科學(xué)的基本特征?？茖W(xué)的對(duì)立面是宗教（信仰），信仰需要證實(shí)，而科學(xué)則需要證偽。這樣就確定了我們科學(xué)家的職責(zé)?？茖W(xué)家的基本素質(zhì)之一就是研究科學(xué)（甚至讀一本書）并找出它的錯(cuò)誤。而我們的教育培養(yǎng)的大多數(shù)人，卻是讀了一本書趕緊說(shuō)這本書是對(duì)的，然后背下來(lái)參加考試?？荚囉袠?biāo)準(zhǔn)答案，把答案一記就算完了。就這樣一直讀，讀成了博士。我對(duì)他們說(shuō)：“現(xiàn)在寫一篇論文，論述前人是錯(cuò)的?！彼麄兙蜕盗耍?yàn)閺臎](méi)考慮過(guò)前人的錯(cuò)誤。不喜歡批判性思維并不是我們民族天然有缺陷?？墒潜?，科學(xué)就是要用批判性思維，沒(méi)別的道路可走。

舉個(gè)例子吧，牛頓提出力學(xué)定律后，很多人開始不相信，但經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后很快就信了。再后來(lái)的上百年時(shí)間內(nèi)，牛頓力學(xué)都快變成“放之四海而皆準(zhǔn)”的學(xué)說(shuō)了。但一個(gè)只會(huì)背誦牛頓力學(xué)的物理學(xué)者，在科學(xué)界一點(diǎn)地位都沒(méi)有，因?yàn)樗`背了科學(xué)的游戲規(guī)則。他是個(gè)會(huì)講解牛頓力學(xué)的教師，但不是好的物理學(xué)家。

后來(lái)，出了一位偉大的物理學(xué)家，他的名字叫愛因斯坦。他說(shuō)牛頓錯(cuò)了，至少在物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)牛頓力學(xué)是錯(cuò)的。他這么做使得眾人都承認(rèn)他是偉大的物理學(xué)家。為什么？第一，他說(shuō)牛頓錯(cuò)了；第二，牛頓力學(xué)因?yàn)橛绣e(cuò)誤倒成了真正的科學(xué)。換言之，愛因斯坦不僅通過(guò)說(shuō)“牛頓錯(cuò)了”證明了自己是世界上最偉大的科學(xué)家，而且也幫助牛頓力學(xué)成為科學(xué)。許多人成功地當(dāng)上了名牌大學(xué)的物理學(xué)教授，但他們離世界上偉大的物理學(xué)家還有一步之遙。這一步就是，有一天寫文章說(shuō)愛因斯坦錯(cuò)了，或者在愛因斯坦肯定牛頓對(duì)的那一部分又發(fā)現(xiàn)了新的錯(cuò)誤。

對(duì)這一問(wèn)題的討論如果要上升到哲學(xué)層面，那么僅憑剛才說(shuō)的故事就不行了。我們要經(jīng)常性地提一些問(wèn)題，然后大家一起思考，哪些地方對(duì)，哪些地方錯(cuò)。重申一遍，我們的判斷有兩個(gè)基礎(chǔ)：一是批判性思維，就是懷疑一切；二是只要是科學(xué)的，就一定包含錯(cuò)誤。

基因科學(xué)

基因是什么？雖然現(xiàn)在“基因”這個(gè)詞到處都是，比如“文化基因”“材料基因”等，但都是借用的?；蚴且婚T學(xué)科的基礎(chǔ)，這門學(xué)科叫作“Genetics”（遺傳學(xué)），許多以“gene”開頭的英語(yǔ)單詞都與“生殖”和“生產(chǎn)”有關(guān)。

遺傳學(xué)是由格里格·孟德爾（Gregor Johann Mendel，1822-1884）提出來(lái)的，他本來(lái)是學(xué)自然科學(xué)的，但大學(xué)沒(méi)有讀完，后來(lái)的正式職業(yè)是傳教士。他離開維也納大學(xué)后去了今天的捷克共和國(guó)。他的人生目標(biāo)是當(dāng)修道院院長(zhǎng)，空余時(shí)間管理修道院前面的小院子，他就用這片院子建立了遺傳學(xué)。

孟德爾種了一批豌豆，然后進(jìn)行觀察和分析。一種豌豆的豆莢是綠色的，另一種是黃色的，如果這兩種豌豆雜交會(huì)發(fā)生什么事？他拿一支毛筆沾上一種豌豆花粉，再送給另一種。當(dāng)然，蜜蜂也可以做這個(gè)事，但這樣做實(shí)驗(yàn)不準(zhǔn)確。無(wú)論是自然還是非自然的授粉，綠色和黃色豆莢的豌豆進(jìn)行雜交的結(jié)果可能是黃色，也可能是綠色的。順便提一句，生物學(xué)家就把結(jié)果叫“雜（交）種”，雜種有可能產(chǎn)生雜交優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)雜交實(shí)驗(yàn)，孟德爾發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)律，假定綠色和黃色的豆莢都是純種的，它們雜交后肯定是綠色的，因?yàn)榫G色是顯性的，而黃色是隱性的。但是，如果雜交出來(lái)的兩個(gè)綠色再產(chǎn)生的后代就會(huì)產(chǎn)生性狀分離現(xiàn)象—既有黃色，又有綠色。所以，孟德爾發(fā)現(xiàn)，就算雜交再有優(yōu)勢(shì)，到了下一代也必須分離。

孟德爾用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法一個(gè)一個(gè)分析豌豆，最后得出顯性和隱性的三比一規(guī)律。孟德爾并不知道是什么東西控制遺傳變成這個(gè)樣子，但他猜測(cè)一定有一種我們不知道的因素控制著遺傳，因此他用了一個(gè)詞“Factor”，猜測(cè)遺傳應(yīng)該存在哲學(xué)上的內(nèi)因。直到一九一四年左右，丹麥植物學(xué)家約翰遜（W. Johannsen，1859-1927）才發(fā)現(xiàn)了這個(gè)內(nèi)因—基因（gene）。

有意思的是，我們今天使用的科學(xué)詞匯很多來(lái)自日語(yǔ)，但這個(gè)詞不是?！癵ene”在日語(yǔ)中翻譯成“遺傳子”，中國(guó)科學(xué)家翻譯成基因，算是充分理解了它是一種基本因子。

基因在什么地方呢？后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了它就是染色體上的DNA，也就是脫氧核糖核酸。最早發(fā)現(xiàn)的脫氧核糖核酸來(lái)自于果蠅的唾液腺，肉眼都可以看到。當(dāng)然，我們還需要看清它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一位聰慧而美麗的女科學(xué)家羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Elsie Franklin，1920-1958）拍攝了世界上第一張DNA（B型）的X射線衍射照片。她已經(jīng)感覺(jué)到它可能是螺旋狀的，但無(wú)法確定是單螺旋、雙螺旋還是三螺旋。當(dāng)時(shí)，還有兩個(gè)聰明的年輕人弗朗西斯·克里克（Francis Harry Compton Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson），他們也在想DNA的結(jié)構(gòu)。沃森去訪問(wèn)的時(shí)候，富蘭克林給他看了那張衍射照片，沃森看了幾分鐘（一個(gè)歷史性的時(shí)刻）后把照片還給了富蘭克林。他回去對(duì)克里克說(shuō)：“我已經(jīng)找到了結(jié)構(gòu)，但拿不到照片，請(qǐng)你太太（一個(gè)畫家）用筆畫這個(gè)結(jié)構(gòu)?！苯酉聛?lái)，兩人連夜寫論文。這篇不足千個(gè)英文單詞的論文在Nature雜志發(fā)表后，改變了整個(gè)生物學(xué)的面貌（兩個(gè)人后來(lái)也因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)）。富蘭克林非常郁悶，幾年后得乳腺癌去世了，真是天妒英才。的確，這個(gè)世界上只有極少數(shù)人在特定情況下能成為所謂的成功者。

下面，講一講批判性思維。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)基因的基本模樣后，任何一種質(zhì)疑都有可能獲得諾貝爾獎(jiǎng)。舉一個(gè)例子：基因是整整齊齊排列在染色體上的嗎？芭芭拉·麥克林托克（Barbara McClintock，1902-1992）一直研究玉米，發(fā)現(xiàn)她的玉米沒(méi)有一根是純紫色的，也沒(méi)有一根是純黃色的，而是兩種顏色鑲嵌的。所以，她猜測(cè)基因排列不是整齊的，而是跳躍的。此言一出，所有人都認(rèn)為她是瘋子，嘲笑了她幾十年。后來(lái)科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)基因真的有“跳躍”現(xiàn)象，或者稱為“轉(zhuǎn)座子”。麥克林托克也終于在八十一歲獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

一個(gè)基因能決定一個(gè)功能嗎？一九九三年，美國(guó)加州大學(xué)的一位女教授發(fā)現(xiàn)了一個(gè)基因，叫作“Brca1”。一九九五年她又發(fā)現(xiàn)了“Brca2”，這兩個(gè)基因合在一起大約能預(yù)測(cè)乳腺癌遺傳風(fēng)險(xiǎn)的百分之二十五?；蛘哒f(shuō)，如果你檢查出這兩個(gè)基因的致病突變，就有四分之一的可能罹患乳腺癌。當(dāng)然，還要看家族的其他成員，比如外婆、姨媽、媽媽是否患乳腺癌。如果她們發(fā)病，你就是真正的高危人群，風(fēng)險(xiǎn)可高達(dá)百分之七十五，這就是好萊塢明星安吉麗娜·朱莉要去動(dòng)手術(shù)的原因。

這是一個(gè)通過(guò)單基因預(yù)測(cè)癌癥風(fēng)險(xiǎn)的例子。說(shuō)到癌癥，它和基因的關(guān)系很密切。世界上第一個(gè)能夠完全早期檢測(cè)和控制的癌癥是婦女宮頸癌，其元兇是德國(guó)科學(xué)家哈拉爾德·楚爾·豪森（Harald zur Hausen）發(fā)現(xiàn)的HPV病毒（2008年他也被授予了諾貝爾獎(jiǎng)）。現(xiàn)在，我們僅憑疫苗就可能讓高達(dá)百分之六十的婦女終身免受宮頸癌的困擾。有可能獲得諾貝爾獎(jiǎng)的還有乳腺癌和前列腺癌研究。人們?cè)趯ふ以S多癌癥的相關(guān)基因，但遺憾的是大多數(shù)癌癥基因還不靠譜，比如肺癌和肝癌等，都太復(fù)雜。這些發(fā)現(xiàn)都說(shuō)明單基因是有作用的，但多基因情況更多。于是，就需要基因組計(jì)劃。

我們現(xiàn)在能確認(rèn)有功能的人類基因有三萬(wàn)多個(gè)，估計(jì)有功能的有五萬(wàn)多個(gè)。我們可以與哺乳動(dòng)物比較一下，首先是小鼠，將人類基因和小鼠基因?qū)Ρ?，大概百分之八十左右是相同的，令人震驚。很多宗教人士反對(duì)現(xiàn)代生命科學(xué)研究，說(shuō)它褻瀆了我們?nèi)祟惖淖饑?yán)，其實(shí)當(dāng)人類基因組和小鼠基因組擺在一起時(shí)，我們真的沒(méi)有什么尊嚴(yán)了—兩者的基因太相像。給人類尊嚴(yán)最后一擊的是黑猩猩，我們與黑猩猩的基因更相像。在哲學(xué)意義上，我們何以為人？還好，我們與黑猩猩的微小差異幾乎全部在大腦上。我們之所以能夠統(tǒng)治世界，用的是腦子。

人類掌握了基因組測(cè)序技術(shù)以后，基因組就相當(dāng)于一個(gè)探測(cè)器，可以知道我們是由什么組成的。艾倫·威爾森（Allan Wilson）率先在加州大學(xué)伯克利分校研究了一百四十七個(gè)人的線粒體基因組。線粒體基因的特殊之處在于它百分之百由母親貢獻(xiàn)，父親一點(diǎn)貢獻(xiàn)也沒(méi)有。艾倫·威爾森用線粒體基因序列構(gòu)建了一棵進(jìn)化樹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樹的底端全是黑人，暗示人類來(lái)自非洲。當(dāng)時(shí)，奧斯卡金像獎(jiǎng)授予了電影《走出非洲》，所以人們也將威爾遜的假說(shuō)叫作“走出非洲假說(shuō)”，或者“夏娃假說(shuō)”。

我的同事（現(xiàn)任復(fù)旦大學(xué)副校長(zhǎng)）金力院士在二○○四年用父系基因資料分析東亞人是哪來(lái)的？他用了上萬(wàn)個(gè)樣品，結(jié)果表明我們是非洲來(lái)的，而且來(lái)的時(shí)間還不長(zhǎng)（十萬(wàn)年內(nèi)）。

生命與哲學(xué)

既然講“生命哲學(xué)”，首要問(wèn)題就是“生命”是什么呢？它不能全靠生物學(xué)家回答。病毒就是一道難題。病毒到底是不是生命呢？有人說(shuō)是，有人說(shuō)不是。為什么呢？因?yàn)樗蠨NA（RNA），但也可以像無(wú)機(jī)物一樣。它并不具備生命的全部特征。我們只能在一般意義上認(rèn)為這些特征包括能量、遺傳、意識(shí)等。

第二個(gè)問(wèn)題是繁殖。達(dá)爾文進(jìn)化論中有趣的一點(diǎn)就是關(guān)于性的進(jìn)化。性在生命中有什么意義？它決定了繁殖。這個(gè)世界為什么是兩性世界？?jī)尚允遣皇潜匦璧?？可以明確地說(shuō)，不是必需的，很多生物可以無(wú)性繁殖。比方說(shuō)克隆，原意是指以幼苗或嫩枝扦插（無(wú)性繁殖或營(yíng)養(yǎng)繁殖）的方式培育植物，現(xiàn)在擴(kuò)展到動(dòng)物克隆了。對(duì)兩性繁殖認(rèn)識(shí)的重要補(bǔ)充是蜜蜂，因?yàn)樗侨缘摹菩院托坌酝?，還有一種是工蜂，它不承擔(dān)繁殖功能。不過(guò)，兩性世界的確在自然界中有平衡優(yōu)勢(shì)，也是最有效率的：無(wú)性繁殖的最大優(yōu)點(diǎn)是拋棄了“需要找對(duì)象”這樣一條限制，可以自己為自己傳宗接代，但缺點(diǎn)是多樣性越來(lái)越低，就好比是一種復(fù)制（copy）；有性繁殖的優(yōu)點(diǎn)是充滿了新奇，每一次都可能有不同的組合。例如，科學(xué)家曾研究過(guò)一個(gè)問(wèn)題：全世界的家長(zhǎng)都宣稱對(duì)子女是一碗水端平的，但孩子們都感覺(jué)父母是偏愛的。父親到底偏愛誰(shuí)？科學(xué)家調(diào)查的結(jié)果非常明顯，父親偏愛長(zhǎng)得像自己的孩子。理由很簡(jiǎn)單，它來(lái)源于一個(gè)古老的進(jìn)化根源—雄性動(dòng)物無(wú)法確定哪個(gè)真的是自己的孩子。所以，在多子女情況下，父親會(huì)投資那個(gè)可能繼承自己最多基因的孩子。

第三個(gè)問(wèn)題是關(guān)于人類胚胎的。目前，科學(xué)家公認(rèn)人類的新生命是從胚胎第十四天開始的。原因是，研究發(fā)現(xiàn)胚胎發(fā)育到第十四天開始有了痛感。什么是疼痛？人類知道自己的疼痛，但為何能夠由己推人？或者由人推己？這就是倫理道德。如果你用針去扎胚胎，它感到疼痛就如同你扎在自己身上一樣。

最后，再談幾個(gè)有哲學(xué)含義的問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是有沒(méi)有與天賦相關(guān)的基因呢？回答是可能有，但我認(rèn)為不要過(guò)于追求它。曾有一個(gè)科學(xué)家（Nelson Freimer）想研究天賦基因。有一天，他讓助手加班，他的助手說(shuō)我要去教人彈鋼琴。一個(gè)洗瓶子的人為什么會(huì)教鋼琴呢？助手說(shuō)他家很多人會(huì)彈鋼琴，科學(xué)家領(lǐng)悟到這可能是一個(gè)音樂(lè)世家，而且很快發(fā)現(xiàn)他們家族很多人能用自己的耳朵辨別絕對(duì)音高。科學(xué)家從該家族中分離出“辨別絕對(duì)音高”的基因，并到紐約的茱莉亞音樂(lè)學(xué)院去測(cè)試，發(fā)現(xiàn)茱莉亞音樂(lè)學(xué)院有高達(dá)三分之一的孩子能辨別絕對(duì)音高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出世界上其他任何地方。這不就是天賦基因嗎？且慢，還有三分之二的人并沒(méi)有這個(gè)所謂的天賦，說(shuō)明這個(gè)天賦對(duì)成為音樂(lè)家并不是必需的。后來(lái)還發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因和某些疾病有關(guān)聯(lián)。例如，一直困擾這個(gè)家族的失眠癥就是常人承受不了的。你是否愿意自己的孩子擁有這樣的基因？

另一個(gè)吸引人但也可能不靠譜的是行為基因研究。有些人行為怪異，該不該由基因負(fù)責(zé)？迪恩·哈默（Dean Hamer）先生最先捅了這個(gè)馬蜂窩，在Science雜志發(fā)表了同性戀基因研究。有人指出，這類研究的方法中有一些缺陷，如剩下的人是否有非同性戀基因？還有一些申請(qǐng)，要研究犯罪基因，是否殺人犯都是遺傳和基因決定的。所以，整個(gè)社會(huì)對(duì)基因說(shuō)明一切的情況產(chǎn)生了巨大的疑問(wèn)。如今，我們講得最多的還是疾病基因，其他像追求天賦、行為或者把人類分成三六九等的基因，我們都必須慎之又慎。

最后一個(gè)是長(zhǎng)壽問(wèn)題。目前，世界上的長(zhǎng)壽研究大部分都不靠譜，其中歸納法占了主要部分。從方法論來(lái)說(shuō)，找不出更科學(xué)的方式，一般很難做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，科學(xué)家也有辦法，比方經(jīng)常用來(lái)做長(zhǎng)壽實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物叫線蟲。這個(gè)動(dòng)物是自由生活的多細(xì)胞生物，它從出生到死的細(xì)胞數(shù)目大致不變；它能活五至七天，這意味著科學(xué)家們可以做很多次實(shí)驗(yàn)。實(shí)際上，用線蟲做研究材料是敲除個(gè)別基因來(lái)看它是否影響長(zhǎng)壽。換言之，很難發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)壽命的基因，但可以找出妨礙壽命的基因?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究終于取得了突破，現(xiàn)在公認(rèn)的有好幾個(gè)決定長(zhǎng)壽的基因，因?yàn)槿绻堰@些基因逐一敲除后，線蟲能活三十天，這是一件很了不起的事。

這類文章發(fā)表后當(dāng)然成為熱門話題，但也很快展現(xiàn)出哲學(xué)意義。為什么？一個(gè)好消息是人也有同源的基因。這是一種強(qiáng)烈的暗示，即可能它也與人的壽命有關(guān)，但至今為止并沒(méi)有人做過(guò)人的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。壞消息是這個(gè)基因具有生殖功能?？茖W(xué)家們意識(shí)到長(zhǎng)命百歲和斷子絕孫可能是同一件事。更重要的是，線蟲實(shí)驗(yàn)表明妨礙長(zhǎng)壽的基因要敲得早敲，生育之后再敲就沒(méi)用了，真可謂“魚和熊掌不可兼得”，這就是長(zhǎng)壽的兩難境地，它是一個(gè)嚴(yán)肅的哲學(xué)命題，值得深入探討。