教科書之外

莫納德的終極挑戰

沒有一項科學研究比人類自己的大腦更緊要,我們整個宇宙觀都依賴它。──克里克(Francis Crick,英國生物學家、DNA雙螺旋共同發現者)

撰文/、插畫/陳文盛
2020-03

教科書之外

莫納德的終極挑戰

沒有一項科學研究比人類自己的大腦更緊要,我們整個宇宙觀都依賴它。──克里克(Francis Crick,英國生物學家、DNA雙螺旋共同發現者)

撰文/、插畫/陳文盛
2020-03


1965年法國巴斯德研究所的莫納德(Jacques Monod)和兩位合作研究基因調控的同事勞夫(André Lwoff)及賈可布(Francois Jacob)共同獲得諾貝爾生醫獎。記者訪問莫納德,問他當前生物學還有什麼重要問題?莫納德毫不遲疑提出兩個課題:生命的起源與中樞神經的運作。這兩個課題分別在演化歷程的最底層和最高層。「我甚至要說,最簡單的階層或許會是最難研究和了解的,因為我們今日研究的細胞,即使像最簡單的大腸桿菌,都是經歷數十億年演化的產物。他們離原始的生物極其遙遠。」莫納德如此說。


經過半個世紀,我們對這兩極端之間的生物學都有基本的了解,但是對這兩個課題還是原地踏步,流於推敲和假說。為什麼呢?因為兩者都有我們無法跨越的障礙。研究生命起源的障礙是缺乏確切的實驗條件。我們所知道的最原始生物個體是某種細菌,我們看得到它們的化石,但是化石無法讓我們知道細菌的化學和生理結構,更別說它們如何形成以及形成前的模樣。我們可以在試管中嘗試模擬細胞出現前的分子演化過程,讓某些生化分子(例如RNA)進行複製、變異,甚至篩選並淘汰,但是我們連分子演化過程的先後順序都不知道;至於它們如何整合成一套系統,包覆在一個膜裡形成細胞,適當地與外界隔離,形成具複製和演化能力的單元,我們都只能臆測,並停留在模擬和假說(至少10幾種)的層次。任何宣稱找到生命起源線索的報導都是吹噓,尤其是經報章雜誌的渲染。


相對於生命初始的簡樸,人類大腦則超級複雜,高達1000億個神經元所組成的連結,是宇宙中目前已知最複雜的網路系統。我們連人腦最基本的機制,意即記憶的儲存、提取和表現都不清楚。這情況很像20世紀上半葉的科學家搞不懂基因如何儲存、提取並表現訊息一樣。他們知道基因存在於DNA分子上,但是不知道排列在DNA上的大量核苷酸序列如何攜帶遺傳訊息、編碼各種不同的蛋白質。


1970年代,科學家破解遺傳密碼,掀開基因的神秘面紗。鑑於分子生物學的基本原理已經奠定完備,DNA雙螺旋共同發現者克里克(Francis Crick)就離開這領域,轉而挑戰腦科學,直到2004年過世為止。1994年他發表了《驚異的假說》(The Astonishing Hypothesis)一書闡述他的理念:「人的精神活動完全出自神經元、神經膠細胞,以及構成並影響它們的原子、離子和分子的行為。」他樂觀地認為,當時的神經科學已經有足夠工具來研究大腦的意識運作。這唯物主義的憧憬,就像半個世紀前他與其他分子生物學家樂觀地相信,基因的神奇行為完全可以用物理和化學原理來解釋。他預言:「意識的神秘部份可能就此消失,就好像我們現在知道DNA、RNA和蛋白質的功能之後,胚胎學的神秘部份就大致消失了。」如今《驚異的假說》出版了26年,克里克和他的同志們所擁抱的夢想卻仍舊沒有突破的影子。


諷刺的是,儘管對於我們自然的生命起源以及意識運作焦頭爛額,我們卻以電子資訊系統催生出人工生命與人工智慧。這種人為設計的系統能夠幫助我們了解自然演化形成的資訊系統嗎?我既期待又懷疑。


莫納德所提出的兩個挑戰,至今仍是當代科學家的聖杯。