果蝇身上全是宝,获5次诺贝尔奖也并不意外。2017年诺贝尔生理学与医学奖授予杰弗理·霍尔、迈克尔·罗斯巴殊与迈克尔·杨,以表彰他们发现了昼夜节律的分子机制。他们的研究对象,居然是小小的果蝇,而且这是诺贝尔颁给果蝇研究的第五个奖项。2013年,Jeffrey Hall获得邵逸夫奖时,曾向果蝇致敬:“如果没有它们,我们的研究就难以进行,更别说要取得这样的成果了。”
小小的果蝇竟然有如此大的威力?不仅可以研究遗传现象、脑科学,还能用来研究发展人工智能!SELF采访了“果蝇院士”郭爱克老师,打开小小果蝇知识的大门。果蝇虽小,五脏俱全,向果蝇致以崇高敬意!
郭爱克院士中科院生物物理研究所、上海生科院神经科学研究所研究员,谈及果蝇的研究价值。他提到,果蝇是个模式动物,就是拿它作为一个模型来研究复杂系统。果蝇作为模式动物已经有一百零几年的历史,它一直是非常优秀的模式动物,所以研究它的科学家已经有好几位是获得诺贝尔奖。
果蝇为什么是这个样子?就是果蝇虽然很小,但是有些原理是有启发性,比如说关于对学习,记忆什么的,还有它的遗传控制。那我们为什么拿果蝇做这个模式动物来研究认知活动。特别我主要研究学习、记忆、抉择,别人看起来这怎么可以,这么小的东西。所以这刚好涉及到一个重要的思考,就是从简约的系统中去挖掘这种核心本质的东西。
果蝇可以有很多基因操作。对果蝇的神经元也好,对果蝇的这些化学物质也好,它也可以通过遗传加以调控,要么让它失去作用,要么让它暂时被关断,所以这样可以研究这个复杂学习过程中很多精细的、机制、微观机制。所以在我们叫做微观的层面上,可以把问题说的比较清楚。
Q&A1. 问:中学的时候学生物,首先学遗传定义就是从果蝇开始学。所以学生对于果蝇都有一种特别的感情,印象中果蝇好像可以用来研究各种遗传现象,那您怎么就想起来就把它用来研究这种神经方面的科学?
答:这个问题相当专业,非常好。果蝇是个模式动物,就是拿它作为一个模型来研究复杂系统。果蝇作为模式动物已经有一百零几年的历史,它一直是非常优秀的模式动物,所以研究它的科学家已经有好几位是获得诺贝尔奖。
Q&A2. 问:对于学物理的来说,一些复杂的原子分子太复杂,先从单原子开始把一些基本点概念和基本的物理过程先弄清楚,才有助于理解复杂系统。
答:你说的太对了,就是简约。哲学家叔本华有一句非常精辟的言论叫“简约永远是真理和天才的共有特征”,所以物理学家特别善于搞一个非常简约的系统来研究这个基本原理。
Q&A3. 问:我们在一些科幻片里看到,比如说研究人脑,用各种物理手段检测人的各种神经信号。但是果蝇那么的小,你怎么去探测它微观的东西呢?
答:这也能做到。电生理手段在这个对小鼠上可以做,在果蝇也都可以完好地用。比如光遗传学,或者其他的这个细胞内记录。细胞类记录还差一点,因为它细胞太小,更重要的是果蝇可以做很多遗传操作。
Q&A4. 问:那像您的实验室里是不是养着各种各样的果蝇?
答:果蝇多的很,各式各样的。往往也会跟国外实验室要一些果蝇,比如哪一些果蝇里头的神经原特定被调控过,各种各样的果蝇。
Q&A5. 问:那是不是咱们现在特别流行的这种基因编辑的方式,也可以用到?
答:全都可以。基因敲除、基因编辑、转基因等等都可以做。再加上果蝇有这么多的多样性行为,就可以设计比较多的一些试验。所以可以从分子细胞、神经环路、行为做到,我们叫做因果关系的解释。
Q&A6. 问:这个果蝇对于人类会有一些什么样的帮助?比如我们总在科幻大片里看到有什么换人脑、换心脏,是不是人的意识也会跟着这个变?会产生一些什么样的奇怪的效果?您在这方面的看法是什么?
答:那都是想象的故事。拿果蝇来讲,比如说也有人做这个动物的模型,比如说以前有人做帕金森氏病的模型,也有人拿它做老年痴呆的模型。果蝇有衰老,也有拿果蝇做老年学的研究。更直接的来讲,果蝇还具有这种仿生研究的前途。
Q&A7. 问:传说心脏跟人的意识好像也有关系,如果换了人脑,到底意识算谁的?有各种各样关于意识到底属于谁的猜测,在这方面您觉得呢?
答:我一般不大去特别关注这些。因为我觉得这些东西都是很浪漫的一些故事,它目前不成为一个科学的、严谨的科学问题。
Q&A8. 问:无论从科学和伦理上,您都不赞同?
答:对。关于心脏跟脑的关系人们有很多假设,说这个心脏有问题的,脑子也有问题,或者是会影响脑子的东西。科学需要证据,特别需要对照,所以这个东西不能够证明这个事情。
Q&A9. 问:科学家的思维和公众的思维确实是不一样,公众特别信这种孤立的事情。
答:所以这个问题就是比较多的。像有的时候我们说科学本身,这个在西方概念的科学本身是严格做对照的。要有大批的样本的量,能够确定是这个,才敢说什么东西。
Q&A10. 问:您生活中有遇到过这种关于生命科学的谣言吗?就是您从专家的角度来看,一看就是不太那么可信的事。
答:对,他们一般也很少问我。
Q&A11. 问:那您自己会有自己的一个判断?
答:对呀,因为我们是做科学这么多年,我们对科学有一个把握。就是哪些问题具有科学性,哪些问题目前是可以探讨。哪些问题是未来的问题,我们一般的都会有一个判断。
Q&A12. 问:那您接下来,在未来还有什么想做的,觉得想再攻克一下的?
答:这些问题真好,挺有深度的。我未来的一个是揭示一些基本原则,另外我就想就是把我们认识到这些原则,看能不能启发人工智能和类脑智能。特别是群体智慧,作为一种新的探讨。
Q&A13. 问:可以简单介绍一下目前的进展吗?
答:有些进展都是很初步的。我们可以探讨比如群体学习的问题,因为学习本身是社会性质的,我们不能说一个人很孤独的就学多了什么,它一定放在一个社会里,这一方面我们有兴趣。
Q&A14. 问:有一个人工智能的报告,类似这也是一个他们需要考虑的模块,比如说群体性的学习。
答:对,是的。像物理系统我们可以把果蝇看成一个粒子,一个多粒子系统。然后有些物理学理论可以往上套,但是因为果蝇是生命的,也不能完全这样,你就会看到生物系统与非生物系统之间的区别在哪儿,也是很有趣的问题。
Q&A15. 问:您这个飞翔的例子我觉得举得特别好,我们不能只是从形式上去模仿。
答:对,或者做一个什么东西也不行。它一定是你知道鸟飞起来的空气动力学是什么,它在黑洞的这种表现,整个你才知道它为什么能够飞得起来。知其所以然,我们未来应该朝这方面走。
问:谢谢郭老师!一下子就打开了我们认识小小果蝇的大门!
答:好!不谢!这样你们可以得到一个答案,就是果蝇虽小,五脏俱全,功能有各方面的。“SELF格致论道”是中国科学院全力推出、中国科普博览承办的科学讲坛,致力于精英思想的跨界传播,由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办。登陆“SELF格致论道”官方网站、关注微信公众号“SELF格致论道讲坛”、微博“SELF格致论道”获取更多信息。