刚结束，这个会你可能没听懂，但是很重要
2022/11/28 22:16:17 地球知识局
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年度科学盛宴
作者：浩一
校稿：朝乾 / 编辑：果栗乘
人类对未来总是充满着想象，电影里预先给我们展示了一个又一个看似遥远的未来科技。从《侏罗纪公园》的复活恐龙，到《盗梦空间》里让人沉浸其中、如梦似幻的梦境世界。
如梦一般的未来世界，是人类对科技的美好畅想
(图：《盗梦空间》)▼
这些想象中的未来真的离的很遥远吗？并不然，科学家们在探索的道路上不懈努力，一步步向前推进，不知不觉中，未来已来。
纵观人类历史长河，从蒙昧时代到启蒙时代，再到科学昌明的今天，科学，以及科学家，毫无疑问的、实实在在的推动了文明的进程。然而，今天的科学家早已不是一个人埋头研究，大规模协作、全球化的交流、平台和资源支持，推动着更进一步的科学爆发。
如今良好的科研环境令科技迅速发展
美好的未来不再遥远
(图：flickr)▼
随着我国逐渐加大对科学研究的重视，吸引了大批国外优秀人才回国发展。著名生物学家颜宁辞去普林斯顿大学教职，回国创立深圳医学科学院，便是其中之一。而人才之所以“回流”，主要还是被中国鼓励创新的整体环境所吸引。
中国的科学研究发展，还需要更多的人才“回流”
(图：深圳特区报)▼
随着科学研究的不断深入，科学家们不仅需要一个实力雄厚的平台，还需要一个能互相交流沟通的桥梁，以促进学科之间的交叉研究合作，从而碰撞出更多创新的火花。
11月27日，由南方科技大学、腾讯公司共同主办的第二届线上“青年科学家502论坛”，南方科技大学校长薛其坤、全球著名结构生物学家颜宁、全球著名植物生物学家朱健康、全球著名细胞生物学家于洪涛等多位国内外顶尖科学家，与获得“科学探索奖”的青年科学家线上云集，畅聊科学领域的前沿话题。
这是目前国内科学界阵容最强大、领域跨越最广、影响力最大的青年科学家学术交流平台之一。
在本次论坛中，人类的生命健康便是众多科学家关注的焦点之一。
AI与结构生物学
“于微纳处天地宽”，人体健康领域看似非常宽泛，而科学家们着眼的却是人体内的微观世界。
著名结构生物学家颜宁教授一直致力于结构生物学中膜蛋白的结构与功能研究。
膜蛋白是细胞表面细胞膜中所含的蛋白质，是生物膜功能的主要承担者。因此膜蛋白也成为了众多药物的靶向目标。了解膜蛋白的机制，可以帮助我们发现新的药物靶点，从而解决人们的疑难杂症，甚至攻克癌症。
膜蛋白主要的工作之一是确保正确的分子进出细胞
(图：ck-12)▼
那么，什么是蛋白质结构呢？
通俗来说，蛋白质结构就如同一辆汽车一样，汽车的螺丝钉等零件是它的一级结构；这些零件通过各种方式组装成汽车的部件，如方向盘，轮胎等，便是它的二级结构；而这些部件再通过组装，形成完整的汽车，便是它的三级结构。
蛋白质和蛋白质之间的相互合作就如同联合收割机一样，是汽车与汽车之间相互协作完成任务，加上这一层，便是蛋白质的四级结构。
复习一下高中生物知识(图：wiki)▼
不仅如此，随着科学家们对蛋白质分子的不断深入，又发现了蛋白质的超二级结构。
超二级结构，也叫“折叠花式”
简单来说就是介于二级与三级结构的之间的层次
(3种基本的组合形式 图：researchgate)▼
这样复杂的蛋白质的结构与功能，给科学家们带来了不小的难题。而通过实验对蛋白质的结构进行解析，步骤繁琐，难以对大量蛋白质进行观测。
随着技术的发展，蛋白质序列数据库数据量急速增长，英国的人工智能公司DeepMind发布了AlphaFold2 ，仅仅通过蛋白质的一级结构便可以预测蛋白质的高级结构，为我们展现了通过已知的蛋白质序列预测蛋白质结构的另一条捷径。
AlphaFold预测结构与实验结果的比较：
绿色为实验结果，蓝色为AlphaFold2的预测结果
(图：DeepMind)▼
随着颜宁教授回国的消息逐渐在网上发酵，AI让结构生物学家“失业”的观点甚嚣尘上。
那么，AI真的能替代科学家的研究吗？实际不然。
这是因为，颜宁教授所研究的膜蛋白相比于其它蛋白质，具有更多的互动性，结构有更多的变化。
在“生化环材”被劝退的今天
颜宁教授的研究精神更显难能可贵▼
因此，对膜蛋白的研究不仅要理解与其他生物大分子或者调节小分子的相互作用，还要理解其在细胞原位里的状态，这些都是AI目前尚无能为力的领域，因为尚没有足够的数据库去训练它。所以，颜宁教授的科学研究显然是无法被AI替代的。
DNA与健康长寿
朱健康教授同样着眼于人体微观世界，但他的研究对象是遗传物质，即我们所熟知的DNA。
作为国际知名植物生物学家，朱健康教授主要从事植物对抗逆境研究。
朱教授发现，在植物的遗传系统中，DNA甲基化这一基因序列里看不到的遗传信息，发挥着巨大作用。而在人体中，从幼儿到老人，我们体内的DNA序列甲基化的不断变化，就如同一个显示我们寿命的时钟。
那么，如果我们把时钟拨慢一点，我们是不是就能够延缓衰老，甚至逆转衰老？
谁不希望让美丽年华持久一些呢
(图：flickr)▼
为了了解DNA甲基化，我们首先要了解一下什么是DNA。
众所周知，细胞中的DNA是决定遗传特征的主要物质。DNA是一条很长的双链分子，主要由我们俗称遗传密码子的A、T、G、C所构成。这些密码子排列组合成的DNA序列，组成了细胞遗传的重要物质。既为我们生命的延续提供了保障，也为我们的所有生命活动提供模板。
再来复习一下高中生物遗传学知识
(图：cancer.gov)▼
而DNA的甲基化是一种发生在DNA序列上的化学修饰，通俗来说就是给基因打上一个标记，但这种标记并不会改变DNA的密码序列，而是在转录及细胞分裂前后稳定地遗传。
DNA甲基化示意(图：labclinics)▼
据科学家们的研究，DNA甲基化的发生与基因表达的沉默有关，也就是当基因被甲基化标记后，这个基因便无法被表达，从而进行相应的生命活动。这一沉默基因表达的能力，也承担着保持基因组稳定性的作用。
横屏-表观遗传机制(图：wiki)▼
研究表明，DNA的甲基化与癌症有着密切关系。所有的肿瘤和癌症都有一个共性，就是它们甲基化数量的异常。
不仅如此，DNA甲基化的沉默作用在个体发育中，通过抑制相关基因的表达令细胞产生分化，从而让细胞能够各司其职，在个体中产生不同的作用。此外，在动植物将父母基因的特征遗传给下一代的过程中，DNA甲基化也发挥着重要作用。
在一个DNA分子的中心，两个胞嘧啶被甲基化
(图：wiki)▼
这一次，朱教授将自己的工作与人体的健康相结合，针对“DNA甲基化”与人体健康开展科学研究。相信在未来，当科学家们理解了DNA甲基化的作用原理，实现拨慢“DNA甲基化时钟”，便有可能帮助人们实现延缓衰老，健康长寿的理想。
复杂世界的简单规则
相较于前两位科学家的不同，吕琳媛教授从事的科学研究是对于复杂系统的挖掘和分析。原创性地提出了以系综理论和似然分析为基础的网络信息挖掘基础理论体系，以及以扩散动力学为基础的网络信息挖掘系列方法。
那么，什么是复杂系统？
复杂系统是由许多可能相互作用的组成成分所组成的
难以直接建模的系统
(横屏-复杂性科学发展地图图：wiki)▼
我们的大脑便是最好的例子。大脑中有近千亿个神经元，如果把我们的大脑比作一个公司，那么在这个系统中神经元便是其中的员工。这些员工们互相协作，共同完成一个又一个复杂的任务。而员工之间相互协作的关系便组成一个庞大而又复杂的网络——“神经网络”。
嗯，看上去确实挺复杂的
(图：壹图网)▼
那么，这些员工是如何分配任务并相互协作的呢？这就吕林瑗教授所关心的问题。
2021年诺贝尔物理学奖授予了复杂系统研究，史蒂芬·霍金也曾说过，“21世纪将是复杂性的世纪”。
复杂系统的现代科学研究虽比较年轻但涉及的邻域却很广
它使得统一自然、技术和社会系统
的结构和行为研究成为可能
(2021年诺贝尔物理学奖得主 图：twitter)▼
可以说，网络是复杂系统存在的普遍形式。而分析复杂网络的核心思路便是对各类复杂系统进行建模。
分析这些网络中的重要节点，便可以帮助我们解决实际生活中很多相关问题。比如社交网络中，谣言信息总能迅速地传播，我们很难找到其源头。但借助复杂网络分析，我们便能有效地追踪和控制网络的舆情。
无线复杂通信网络中信息传播动力学的扩散模型
(图：Shin-Ming Cheng,Vasileios Karyotis)▼
相关算法不仅可以应用于刚刚提到的社交网络里面进行预测，还可成功应用在包括乳腺癌、肺癌、心衰等多种致病基因的预测中。
这一次，在青年科学家502论坛会议中，她深入浅出地介绍了如何在诸如人脑、生态、社会这样的复杂系统中寻找普适、简单的规律。这些科学研究的成果不仅能应用于信息技术领域，同样也能为人类健康的发展添砖加瓦。
本次大会不仅在六大方向邀请了重磅科学家前来分享，同时也提出了10大前沿研究的关键词：
科学研究是对一个又一个未知问题的探索，而正是科学家的好奇心促使他们不断在科学的边界上开疆拓土。也许在不久的将来，那些电影中才能看到的场景便会走入我们的生活中。
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*本内容为作者提供，不代表地球知识局立场
封面图片来自 壹图网
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