年度科學盛宴
作者：浩一
校稿：朝乾 / 編輯：果慄乘
人類對未來總是充滿著想象，電影裡預先給我們展示了一個又一個看似遙遠的未來科技。從《侏羅紀公園》的復活恐龍，到《盜夢空間》裡讓人沉浸其中、如夢似幻的夢境世界。
如夢一般的未來世界，是人類對科技的美好暢想
（圖：《盜夢空間》）▼
這些想象中的未來真的離的很遙遠嗎？並不然，科學家們在探索的道路上不懈努力，一步步向前推進，不知不覺中，未來已來。
縱觀人類歷史長河，從矇昧時代到啟蒙時代，再到科學昌明的今天，科學，以及科學家，毫無疑問的、實實在在的推動了文明的進程。然而，今天的科學家早已不是一個人埋頭研究，大規模協作、全球化的交流、平臺和資源支持，推動著更進一步的科學爆發。
如今良好的科研環境令科技迅速發展
美好的未來不再遙遠
（圖：flickr）▼
隨著我國逐漸加大對科學研究的重視，吸引了大批國外優秀人才回國發展。著名生物學家顏寧辭去普林斯頓大學教職，回國創立深圳醫學科學院，便是其中之一。而人才之所以「迴流」，主要還是被中國鼓勵創新的整體環境所吸引。
中國的科學研究發展，還需要更多的人才「迴流」
（圖：深圳特區報）▼
隨著科學研究的不斷深入，科學家們不僅需要一個實力雄厚的平臺，還需要一個能互相交流溝通的橋樑，以促進學科之間的交叉研究合作，從而碰撞出更多創新的火花。
11月27日，由南方科技大學、騰訊公司共同主辦的第二屆線上「青年科學家50²論壇」，南方科技大學校長薛其坤、全球著名結構生物學家顏寧、全球著名植物生物學家朱健康、全球著名細胞生物學家於洪濤等多位國內外頂尖科學家，與獲得「科學探索獎」的青年科學家線上雲集，暢聊科學領域的前沿話題。
這是目前國內科學界陣容最強大、領域跨越最廣、影響力最大的青年科學家學術交流平臺之一。
在本次論壇中，人類的生命健康便是眾多科學家關注的焦點之一。
AI與結構生物學
「於微納處天地寬」，人體健康領域看似非常寬泛，而科學家們著眼的卻是人體內的微觀世界。
著名結構生物學家顏寧教授一直致力於結構生物學中膜蛋白的結構與功能研究。
膜蛋白是細胞表面細胞膜中所含的蛋白質，是生物膜功能的主要承擔者。因此膜蛋白也成為了眾多藥物的靶向目標。了解膜蛋白的機制，可以幫助我們發現新的藥物靶點，從而解決人們的疑難雜症，甚至攻克癌症。
膜蛋白主要的工作之一是確保正確的分子進出細胞
（圖：ck-12）▼
那麼，什麼是蛋白質結構呢？
通俗來說，蛋白質結構就如同一輛汽車一樣，汽車的螺絲釘等零件是它的一級結構；這些零件通過各種方式組裝成汽車的部件，如方向盤，輪胎等，便是它的二級結構；而這些部件再通過組裝，形成完整的汽車，便是它的三級結構。
蛋白質和蛋白質之間的相互合作就如同聯合收割機一樣，是汽車與汽車之間相互協作完成任務，加上這一層，便是蛋白質的四級結構。
複習一下高中生物知識（圖：wiki）▼
不僅如此，隨著科學家們對蛋白質分子的不斷深入，又發現了蛋白質的超二級結構。
超二級結構，也叫「摺疊花式」
簡單來說就是介於二級與三級結構的之間的層次
（3種基本的組合形式 圖：researchgate）▼
這樣複雜的蛋白質的結構與功能，給科學家們帶來了不小的難題。而通過實驗對蛋白質的結構進行解析，步驟繁瑣，難以對大量蛋白質進行觀測。
隨著技術的發展，蛋白質序列資料庫資料量急速增長，英國的人工智慧公司DeepMind發佈了AlphaFold2 ，僅僅通過蛋白質的一級結構便可以預測蛋白質的高級結構，為我們展現了通過已知的蛋白質序列預測蛋白質結構的另一條捷徑。
AlphaFold預測結構與實驗結果的比較：
綠色為實驗結果，藍色為AlphaFold2的預測結果
（圖：DeepMind）▼
隨著顏寧教授回國的訊息逐漸在網上發酵，AI讓結構生物學家「失業」的觀點甚囂塵上。
那麼，AI真的能替代科學家的研究嗎？實際不然。
這是因為，顏寧教授所研究的膜蛋白相比於其它蛋白質，具有更多的互動性，結構有更多的變化。
在「生化環材」被勸退的今天
顏寧教授的研究精神更顯難能可貴▼
因此，對膜蛋白的研究不僅要理解與其他生物大分子或者調節小分子的相互作用，還要理解其在細胞原位裡的狀態，這些都是AI目前尚無能為力的領域，因為尚沒有足夠的資料庫去訓練它。所以，顏寧教授的科學研究顯然是無法被AI替代的。
DNA與健康長壽
朱健康教授同樣著眼於人體微觀世界，但他的研究對象是遺傳物質，即我們所熟知的DNA。
作為國際知名植物生物學家，朱健康教授主要從事植物對抗逆境研究。
朱教授發現，在植物的遺傳系統中，DNA甲基化這一基因序列裡看不到的遺傳資訊，發揮著巨大作用。而在人體中，從幼兒到老人，我們體內的DNA序列甲基化的不斷變化，就如同一個顯示我們壽命的時鐘。
那麼，如果我們把時鐘撥慢一點，我們是不是就能夠延緩衰老，甚至逆轉衰老？
誰不希望讓美麗年華持久一些呢
（圖：flickr）▼
為了了解DNA甲基化，我們首先要了解一下什麼是DNA。
眾所周知，細胞中的DNA是決定遺傳特徵的主要物質。DNA是一條很長的雙鏈分子，主要由我們俗稱遺傳密碼子的A、T、G、C所構成。這些密碼子排列組合成的DNA序列，組成了細胞遺傳的重要物質。既為我們生命的延續提供了保障，也為我們的所有生命活動提供模板。
再來複習一下高中生物遺傳學知識
（圖：cancer.gov）▼
而DNA的甲基化是一種發生在DNA序列上的化學修飾，通俗來說就是給基因打上一個標記，但這種標記並不會改變DNA的密碼序列，而是在轉錄及細胞分裂前後穩定地遺傳。
DNA甲基化示意（圖：labclinics）▼
據科學家們的研究，DNA甲基化的發生與基因表達的沉默有關，也就是當基因被甲基化標記後，這個基因便無法被表達，從而進行相應的生命活動。這一沉默基因表達的能力，也承擔著保持基因組穩定性的作用。
橫屏-表觀遺傳機制（圖：wiki）▼
研究表明，DNA的甲基化與癌症有著密切關係。所有的腫瘤和癌症都有一個共性，就是它們甲基化數量的異常。
不僅如此，DNA甲基化的沉默作用在個體發育中，通過抑制相關基因的表達令細胞產生分化，從而讓細胞能夠各司其職，在個體中產生不同的作用。此外，在動植物將父母基因的特徵遺傳給下一代的過程中，DNA甲基化也發揮著重要作用。
在一個DNA分子的中心，兩個胞嘧啶被甲基化
（圖：wiki）▼
這一次，朱教授將自己的工作與人體的健康相結合，針對「DNA甲基化」與人體健康開展科學研究。相信在未來，當科學家們理解了DNA甲基化的作用原理，實現撥慢「DNA甲基化時鐘」，便有可能幫助人們實現延緩衰老，健康長壽的理想。
複雜世界的簡單規則
相較於前兩位科學家的不同，呂琳媛教授從事的科學研究是對於複雜系統的挖掘和分析。原創性地提出了以系綜理論和似然分析為基礎的網路資訊挖掘基礎理論體系，以及以擴散動力學為基礎的網路資訊挖掘系列方法。
那麼，什麼是複雜系統？
複雜系統是由許多可能相互作用的組成成分所組成的
難以直接建模的系統
（橫屏-複雜性科學發展地圖圖：wiki）▼
我們的大腦便是最好的例子。大腦中有近千億個神經元，如果把我們的大腦比作一個公司，那麼在這個系統中神經元便是其中的員工。這些員工們互相協作，共同完成一個又一個複雜的任務。而員工之間相互協作的關係便組成一個龐大而又複雜的網路——「神經網路」。
嗯，看上去確實挺複雜的
（圖：壹圖網）▼
那麼，這些員工是如何分配任務並相互協作的呢？這就呂林瑗教授所關心的問題。
2021年諾貝爾物理學獎授予了複雜系統研究，史蒂芬·霍金也曾說過，「21世紀將是複雜性的世紀」。
複雜系統的現代科學研究雖比較年輕但涉及的鄰域卻很廣
它使得統一自然、技術和社會系統
的結構和行為研究成為可能
（2021年諾貝爾物理學獎得主 圖：twitter）▼
可以說，網路是複雜系統存在的普遍形式。而分析複雜網路的核心思路便是對各類複雜系統進行建模。
分析這些網路中的重要節點，便可以幫助我們解決實際生活中很多相關問題。比如社群網路中，謠言資訊總能迅速地傳播，我們很難找到其源頭。但藉助複雜網路分析，我們便能有效地追蹤和控制網路的輿情。
無線複雜通訊網路中資訊傳播動力學的擴散模型
（圖：Shin-Ming Cheng,Vasileios Karyotis）▼
相關演算法不僅可以應用於剛剛提到的社群網路裡面進行預測，還可成功應用在包括乳腺癌、肺癌、心衰等多種致病基因的預測中。
這一次，在青年科學家50²論壇會議中，她深入淺出地介紹瞭如何在諸如人腦、生態、社會這樣的複雜系統中尋找普適、簡單的規律。這些科學研究的成果不僅能應用於資訊技術領域，同樣也能為人類健康的發展添磚加瓦。
本次大會不僅在六大方向邀請了重磅科學家前來分享，同時也提出了10大前沿研究的關鍵詞：
科學研究是對一個又一個未知問題的探索，而正是科學家的好奇心促使他們不斷在科學的邊界上開疆拓土。也許在不久的將來，那些電影中才能看到的場景便會走入我們的生活中。
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*本內容為作者提供，不代表地球知識局立場
封面圖片來自 壹圖網
