生命科学简史：对“我是谁”的终极追寻

我是谁？ 

这个提问不仅是哲学经典，同样也是生命科学所追寻的终极问题。 

生命科学是研究生命活动现象和本质的学科。在东西方早期的医学著作中，人类对自身生命构成和运行规律的认识有着惊人的相似。 

成书于西汉的《黄帝内经》，将人体视为由五脏六腑组成，并由经络连接的有机整体，生命的本源、生命活动和机能的盛衰，则分别用“精气神”来代表。 

同时期，在世界的西方，古罗马医学理论家盖伦通过解剖研究发现了神经和脊椎的作用。对于人体器官的运行，盖伦提出了“气”的概念，如大脑中有精气，决定人的感知活动；心脏中有活气，负责控制血液从心脏流到全身。 

《黄帝内经》和盖伦理论都是基于解剖的具象总结，对人体这个超复杂系统的运行原理进行抽象定义。早期的生命科学研究，已能从器官组织层面进行观察并做出解释。而近代医学的开启，却恰恰始于对早期经典学说的颠覆。 

近代生命科学揭幕

血液循环论横空出世

盖伦认为，血液是从心脏到全身的单向流动。欧洲医学史上一度流行的放血疗法，就是基于这个认识。直到1628年，英国医师哈维发表惊世之作《心血运动论》，在大量实验基础上提出了血液循环理论。 

《心血运动论》被视为近代生命科学的发端，与哥白尼《天体运行论》、牛顿《自然哲学的数学原理》、达尔文《物种起源》、爱因斯坦《相对论原理》等巨著被写进《影响世界历史的16本书》中。 

1651年，哈维发表了另一部巨著《论动物的生殖》，提出胚胎是通过一步步发育而来的，并不是一开始就具有与成年动物相同的特征。 

哈维这两部著作的划时代意义，不仅在于彻底颠覆了人类对血液流动和胚胎发育的固有认知，而且大量应用了实验观察、逻辑分析，为近代医学奠定了方法论基础。 

显微镜下的星辰大海

细胞、细菌和药理学大爆炸

在肉眼可见的世界，人类已经逐步建立起研究生命奥秘的正确框架，但对于很多疾病依然无解。在肉眼看不到的世界，那些掌握生死的王者们等待被发现。 

1665年，英国科学家胡克发明了早期的显微镜。透过显微镜片，胡克发现木塞切片上有着密密麻麻的“小隔间“cell，这就是英文单词”细胞“cell的由来。 

严格地讲，胡克观察到的只是死去的植物细胞的细胞壁，但就是从这一天开始，显微镜就像天文望远镜一样，将人类的认知带入一片新的星辰大海。 

1838年、1839年，德国科学家施莱登和施旺先后证实，细胞是组成植物和动物的基本单位，二人共同创立了细胞学说。1858年，德国科学家魏尔肖提出细胞通过分裂产生新细胞。 

细胞学说和能量守恒定律、进化论一起，被恩格斯誉为19世纪的三大科学发现。借助医学仪器的发展，人类对生命奥秘的探索开始进入微观世界。 

1864年，微生物学之父、法国科学家巴斯德通过显微镜发现了细菌的存在。1865年，英国医生李斯特在巴斯德发现的启发下，提出外部入侵造成感染的设想，并据此发明推广了外科手术消毒技术。科赫在显微镜的帮助下，终于找到了三大死神——炭疽、霍乱和肺结核的发病根源，并建立了传染病病原鉴定方法——科赫法则。1905年，科赫因为对肺结核病研究的巨大贡献，获得诺贝尔生理学或医学奖，并为自己赢得了细菌学之父的称谓。 

就在生物学家们忙于细胞世界的大发现时，化学家们也在分子层面取得了里程碑式的进展，科学跨界带来了近代制药业的第一次高速发展。 

1897年，化学家费利克斯·霍夫曼合成了含有水杨酸有效成分的镇痛药——乙酰水杨酸，这个化合物还有另一个如雷贯耳的名字——阿司匹林。 

在古埃及人的纸草书中，就有柳树皮煮水可镇痛的记载，但人们并不知道是水杨酸这种物质在起作用。在视野尚未达到分子级别之前，人类对药理的认识停留在经验阶段，不管是东方还是西方大都以汤药的方式治疗疾病，有效成分作用机理不清晰，药物纯度不高，疗效不稳定。近代生命科学的发展将来自自然界的偶然发现，变成了可控的，标准化的必然。 

很多时候，偶然对于科学来说是一种美丽的邂逅。1928年，英国军医弗莱明无意间发现培养皿中长满了霉菌，在显微镜下可以看到之前培养的金黄色葡萄球菌被霉菌分泌的一种物质溶解了。弗莱明将这种霉菌分泌物命名为青霉素（penicillin），也就是在年代战争大戏中经常推动情节发展的关键——盘尼西林。 

当然，挽救无数人生命的青霉素此时还停留在实验室阶段。距离成熟的药品，还有大量培养霉菌，提炼等等技术难关需要攻克。直到1941年太平洋战争爆发，美国正式参加第二次世界大战，青霉素作为紧缺物资被列入仅次于曼哈顿核武器计划的第二号任务。在大量的人力物力加持下，青霉素终于实现了药品化的量产。 

如果说，曼哈顿计划是用摧毁生命的绝对力量换得和平，青霉素则是用对生命的拯救诠释和平的意义。 

有趣的是，青霉素与放射性物质确有一段奇缘。1945年，牛津大学女科学家霍奇金通过X射线衍射，发现了青霉素有效成分——青霉烷的分子结构，由此青霉素的生产摆脱了对霉菌培养的依赖，走上了人工合成之路。 

发现生命的终极奥义

基因技术的福音与挑战

新理论、新技术、新设备，科学整体水平的提高，以及学科交叉融合，不断打开生命科学新的观察维度。现代基因理论和技术的进步，让人类距离“我是谁”的答案更近了。 

对于生命体特征的代际继承和变化问题的研究始于19世纪。奥地利神职人员孟德尔进行了豌豆遗传的实验，并找到了红花为显性特征，白花为隐性特征的规律。但这个关于“基因”和“遗传‘的实验并没有形成完整的遗传学理论。直到一个世纪后，美国生物学家摩尔根才建立起现代遗传学理论系统，并由此获得1933年诺贝尔生理学或医学奖。 

基因之间的距离单位被命名为“摩尔根“，这是一段极其极其微小的距离，但对于生命科学来说，这又是一个极其漫长而绚烂的旅程。1944年，美国三名科学家埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂证实DNA承载着生物的遗传因子，并分离出纯化的DNA。在电子显微镜、X射线衍射仪等先进仪器的帮助下，人类在基因层面解开一个又一个关于生命的谜题。1962年，沃森、克里克和威尔金斯因为发现DNA的分子结构，获得诺贝尔生理学或医学奖。 

基因技术为医学提供了新思路，人工合成胰岛素就应用了基因技术，为全球无数糖尿病病人带去福音。20世纪60年代，科学家对限制性核酸内切酶的发现，使得人类能够根据需要对DNA长链进行切割。修改基因治疗疾病被视为挽救生命的终极方案，但受制于伦理和技术等方面的约束，基因治疗当前仍属于探索阶段。 

在基因技术时代，现代生命科学与信息技术学的交叉渗透不断提高。微软研发的云端生物建模工具BMA能够帮助生物学家模拟细胞之间的互动，生物学家收集基因组相关数据，工程师开发复杂的算法，数据和算法的结合使得研究人员可以比对细胞对不同药物的不同反应。强大的算法和算力支持，不仅大大缩短药物研发的时间，甚至可以在未来实现针对单个病人的个性化治疗。处于科研前沿的分子计算机，由DNA（脱氧核糖核酸）、RNA（核糖核酸）和蛋白质分子构成，通过蛋白质分子传递信号，监测细胞活动，一旦发现癌变迹象，就能自动清除病变细胞。 

像计算机编程一样管理、控制生命活动，大数据、人工智能、云计算等新兴技术，为现代医疗技术带来无限可能性。Research And Market预测2026年全球医疗云计算市场规模将达到857.2亿美元，2019年到2026年的复合年增长率为20.1%。德勤预测到2022年，全球以靶向治疗为代表的个性化用药市场的规模预计将达到2.4万亿美元，年均复合增长率为11.8%，是整个医疗市场预期年均增速5.2%的两倍多。 

数据来源：EvaluatePharma 

在这一轮基因技术推动的生命科学竞赛中，中国体现出强大的后发优势。2020年新冠肺炎疫情席卷全球，中国疫苗研发体现出了全球领先的实力，展示了我国基因技术之强大。中国工程院院士、军事科学院军事医学研究院研究员陈薇说：在“学习”病毒的前提下，对病毒进行“手术”，用移花接木的方法，改造出一个我们需要的载体病毒，并注入人体产生免疫。 

除了疫苗研发，中国的医药研发合同外包服务CRO、CDMO等，也在近年体现出强大的全球竞争力。在全球生命科学领域，中国已经成为不可或缺的力量。 

生命科学未来已来。纳米技术延缓衰老，脑机技术实现人脑与设备的信息交互，AI机器人精准医疗……科学跨界不断打开我们观察世界、观察生命的新视野。谷歌将生命科学部门命名为Verily，意思是“以真理战胜自然”。也许，战胜自然只是个目标，但对生命真理的追寻永不停歇。 

未来有一天，关于“我是谁”的终极问也将会找到答案。 

（作者：嘉实基金 ）

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