David Baker、Demis Hassabis和John Jumper（從左至右）圖片來源：BBVA Foundation
“非常震撼，眾望所歸！”
在2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉的那一刻，《中國科學(xué)報(bào)》直播間里的幾位解讀嘉賓幾乎同時(shí)發(fā)出了這樣的感慨。
2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)一半授予美國生物化學(xué)家戴維·貝克（David Baker），以表彰他在計(jì)算蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)方面的貢獻(xiàn)；另一半則授予了英國人工智能（AI）科學(xué)家德米斯·哈薩比斯（Demis Hassabis）和美國科學(xué)家約翰·江珀（John M. Jumper），表彰他們?cè)诘鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方面取得的成就。值得指出的是，生于1985年的江珀是諾獎(jiǎng)歷史上首位“80后”得主。
獲獎(jiǎng)人之一貝克是北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授王初的博士生導(dǎo)師，他在當(dāng)天傍晚突然遭遇“信息轟炸”。“突然接到許多祝賀信息，我也跟著沾到了喜氣！”王初在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說：“戴維是AI設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)領(lǐng)域的旗幟性人物，諾獎(jiǎng)授予他也是對(duì)這個(gè)領(lǐng)域一個(gè)重要的肯定。”
又見AI，“沒有受物理學(xué)獎(jiǎng)的影響”
《中國科學(xué)報(bào)》：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)歷來是最難預(yù)測(cè)的諾獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)。今年，“前腳”公布的2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的科學(xué)家，“后腳”諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)又把獎(jiǎng)項(xiàng)頒給了AI設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。你怎么看待今年這種情況？
中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授張翼：很開心這次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)沒有受到物理獎(jiǎng)的影響。之前我們就覺得AlphaFold獲獎(jiǎng)的概率很大，但因?yàn)槲锢韺W(xué)獎(jiǎng)已經(jīng)給了機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的成果，所以，我們非常敬佩諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)能頂住這種壓力。可以說，這個(gè)結(jié)果是眾望所歸。
浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院研究員林世賢：非常震撼。今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)可謂是頂住了重重壓力，一是物理學(xué)獎(jiǎng)已經(jīng)頒給了機(jī)器學(xué)習(xí)的壓力，化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了AI在解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)中的顛覆性應(yīng)用，可謂是“皇冠上的皇冠”；二是頂住了候選人年齡越來越大的壓力，約翰·江珀是1985年出生的，今年才39歲，這可能是諾貝爾獎(jiǎng)歷史上第一次頒給“80后”科學(xué)家。德米斯·哈薩比斯是1976年出生的，也非常年輕；三是評(píng)委們此時(shí)把AI收入囊中，很有前瞻性。
《中國科學(xué)報(bào)》：今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)備受關(guān)注，有人說AI 起了重要的作用，對(duì)此你怎么看？
上海交通大學(xué)藥學(xué)院長聘副教授沈琦：我認(rèn)為AI的加成非常關(guān)鍵，甚至說，如果戴維·貝克當(dāng)初沒有擁抱AI、進(jìn)軍AI，他可能拿不了這個(gè)獎(jiǎng)。
戴維·貝克一直都在做蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的工作，之前也取得了不錯(cuò)的成果。但在引入了AI之后，這個(gè)領(lǐng)域才突飛猛進(jìn)，戴維·貝克的RoseTTAFold才真正強(qiáng)大起來。據(jù)我所知，戴維·貝克應(yīng)該不是最早提出蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的人，但是前人沒趕上AI崛起，也就和今天的諾獎(jiǎng)無緣。
北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授王初：AI的確是給我們整個(gè)科學(xué)研究帶來了變化。我是做化學(xué)和生物學(xué)的，有了AI 的助力，能幫我們?nèi)プ龈嗟氖虑椋瑢?shí)現(xiàn)更多的想法。
我們近期的一個(gè)工作是金屬蛋白預(yù)測(cè)，也得到了AlphaFold模型的啟發(fā)，目前正跟合作的老師一起嘗試用AI 做一些工具的改造，讓這些工具變得更強(qiáng)大。
設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，本該是“上帝干的事”
《中國科學(xué)報(bào)》：AI對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的顛覆性到底在哪里？
沈琦：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)其實(shí)是一枚硬幣的兩面。我在2007~2013年都在做蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)，那時(shí)的蛋白質(zhì)預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)邏輯，就是根據(jù)氨基酸序列來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。靠什么？靠的是蛋白質(zhì)相互作用力。包括最初代的RoseTTAFold都是基于力場(chǎng)參數(shù)來設(shè)計(jì)蛋白。
當(dāng)年我做一個(gè)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)，加上我的導(dǎo)師、合作者，一堆人做了整整六年才做出來一個(gè)東西。所以那個(gè)年代設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)真的很痛苦，非常難。開玩笑地講，可以說那時(shí)候科學(xué)家是在做造物主應(yīng)該做的一件事——畢竟自然界進(jìn)化了幾十億年才有了生命體。
現(xiàn)在這個(gè)周期大大加快，可能2~3個(gè)月就能干成這件事。可以說，在AI加持下，算得更準(zhǔn)了、效率更高了，蛋白質(zhì)的預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了階段性的突破。
《中國科學(xué)報(bào)》：有了AI，蛋白質(zhì)預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)的成本可以降低多少？
林世賢：很難去計(jì)算成本。比如說蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析，用常規(guī)的方法解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一般需要好幾年的時(shí)間，不僅需要專業(yè)的研究人員，更需要昂貴的儀器設(shè)備。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)幾分鐘就可以幫我們預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，節(jié)省的時(shí)間成本可能是無窮大。
張翼：我是AlphaFold的用戶。我自己在做一些多肽的凝膠實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常需要用到冷凍電鏡，而這個(gè)過程成本極高。此外，在進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)的計(jì)算時(shí)，計(jì)算量也非常大。然而，AlphaFold 的出現(xiàn)改變了這一切。它讓一些資金有限、缺少資源的科學(xué)家也有機(jī)會(huì)參與到高水平的科研中。
《中國科學(xué)報(bào)》：應(yīng)怎樣看待AI在科學(xué)領(lǐng)域的影響力？我們會(huì)對(duì)它形成依賴、變成“懶漢”嗎？
華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授姜雪峰：毫無疑問，AI已經(jīng)成為人類在這個(gè)時(shí)代最核心的研究工具之一。實(shí)際上，我們每一次的科學(xué)進(jìn)步都是利用工具來實(shí)現(xiàn)的，制造和使用工具也是人類和動(dòng)物的本質(zhì)區(qū)別，人類就是通過不斷改進(jìn)工具推動(dòng)自身向前進(jìn)的。
化學(xué)研究也是如此。宏觀可見，微觀難定，化學(xué)家就是運(yùn)用AI去探究肉眼不可見的微觀世界。因此，每一個(gè)做科學(xué)研究的人都應(yīng)該更加關(guān)注最新的研究工具。
從歷年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)可以看出，我們?nèi)祟惉F(xiàn)在遇到的問題越來越復(fù)雜，除了使用工具，我們還需要具備學(xué)科交叉和產(chǎn)業(yè)調(diào)動(dòng)的能力，因此未來我們需要綜合考慮科學(xué)與產(chǎn)業(yè)、科學(xué)與資本、科學(xué)與社會(huì)之間的關(guān)系。
林世賢：盡管現(xiàn)在AlphaFold、大語言模型等AI模型非常受關(guān)注，但AI的水準(zhǔn)還處于非常起步的階段，能做的事情也非常有限。雖然它能夠?qū)σ恍?fù)雜問題作出判斷，但認(rèn)知程度依然有限。從現(xiàn)在到可以預(yù)見的未來，對(duì)我們來說，AI都將是非常好的工具，不會(huì)陷入到這些讓人們擔(dān)心的問題中。
一個(gè)“科學(xué)怪咖”和兩個(gè)“神童”
《中國科學(xué)報(bào)》：在你眼中，戴維·貝克是什么樣子的人？
王初：我于2001年來到華盛頓大學(xué)生物化學(xué)系攻讀博士學(xué)位，當(dāng)時(shí)也是機(jī)緣巧合通過實(shí)驗(yàn)室的輪轉(zhuǎn)來到戴維·貝克實(shí)驗(yàn)室，一直待到2008年博士后項(xiàng)目結(jié)束。
在跟戴維·貝克的接觸過程中，我感覺到他是一個(gè)天生的、非常純粹的科學(xué)家，并且他把自己的全部精力都傾注于科學(xué)研究中，他總會(huì)有很多原創(chuàng)的想法，并能夠?qū)⑦@些想法付諸實(shí)施。
我們一直都保持著很密切的聯(lián)系，去年我還邀請(qǐng)他在我們學(xué)院做了精彩的“興大學(xué)術(shù)報(bào)告”。最近的一次，我們還一起去爬了長城，他很喜歡爬山，也非常喜歡長城。
大衛(wèi)不僅專注科學(xué)本身，他還做了一個(gè)特別有趣的蛋白質(zhì)折疊和設(shè)計(jì)的在線游戲，叫“Foldit”。當(dāng)時(shí)我問他為什么要做這款游戲，他的回答是，研究不應(yīng)該只由科研人員來做，也可以讓普通大眾參與其中，還可能收獲更多有趣的想法和發(fā)現(xiàn)。
沈琦：我覺得戴維·貝克就是一個(gè)眼睛會(huì)放光的人，頂著一個(gè)爆炸頭，兩眼放光。有點(diǎn)像什么？像個(gè)科學(xué)怪人或者叫科學(xué)怪咖，一眼看上去就覺得他有很多想象力和創(chuàng)造力。
在跟他的接觸中，除了覺得他非常風(fēng)趣幽默之外，能深切感到他就是那種會(huì)玩、會(huì)干，又能把玩的東西變得很有意義的人，能真正做到“Research for Fun”。另外，他的精力非常旺盛。你可能想象不到，他的實(shí)驗(yàn)室有一百多位博士后，這在其他美國實(shí)驗(yàn)室是不可想象的。有的諾獎(jiǎng)得主的實(shí)驗(yàn)室，也就十幾個(gè)博士后。
《中國科學(xué)報(bào)》：你對(duì)其他兩位獲獎(jiǎng)?wù)呤煜幔?/p>
林世賢：德米斯·哈薩比斯跟華人有一定的淵源，他的母親是新加坡裔華人。他4歲學(xué)國際象棋，13歲拿到國際象棋的大師標(biāo)準(zhǔn)稱號(hào)，17歲就利用計(jì)算機(jī)天賦編寫了一款暢銷數(shù)百萬份的游戲軟件，所以很早就被周圍的人冠以“神童”的稱號(hào)。他創(chuàng)立的公司Deepmind，早期因?yàn)檠芯砍隽薃lphaGo圍棋軟件震驚了全世界，一舉成名。
2018年Deepmind成立研究組對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并吸引到年輕的約翰·江珀的加入（約翰·江珀是AlphaFold的第一作者，也是一位“神童”）。他們的第一個(gè)作品AlphaFold1，首次參加CASP大賽就拿到了60多分的好成績（滿分100分），是這個(gè)比賽第一次有人拿到及格成績。
《中國科學(xué)報(bào)》：你怎么看今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了年輕的科學(xué)家？
姜雪峰：這正是諾獎(jiǎng)的魅力，科學(xué)突破不論資歷不排位，誰可以解決問題誰就能獲得認(rèn)可。這不是簡單的技術(shù)積累，也不是誰的研究時(shí)間長，而是誰更有創(chuàng)新性思維，誰可以突破重圍、解決問題。科學(xué)的多元性給了每一個(gè)探索未知的人以機(jī)會(huì)，不論出身、年齡、國界，這就是科學(xué)的魅力。
文 ｜ 《中國科學(xué)報(bào)》 記者 趙廣立 馮麗妃 沈春蕾 王一鳴
