互动科普

物理学家向癌症开战

撰文 M·米切尔·沃尔德罗普

         （M. Mitchell Waldrop）

翻译 贾明月

保罗·戴维斯（Paul Davies）说，他搜肠刮肚，也只能想起自己是在2007年11月的某一天，接到了那个改变自己职业生涯的电话。当时，他正坐在美国亚利桑那州立大学“超越中心”（Beyond Center）的一个小套间里。

在此之前，不论是进行研究，还是撰写那19本科普著作，戴维斯的动力来源都是当初他在接受物理学和宇宙学训练时，脑袋里冒出的一些问题：宇宙是怎么产生的？物理学定律为什么适用于生命？时间是什么？生命如何起源？但是，那个非同寻常的电话跟这些问题全无关系。打电话的安娜·巴克（Anna Barker），当时是美国国家癌症研究所（NCI）副所长，她是想让戴维斯在“抗癌之战”中给她一些帮助。美国政府为了攻克癌症，在过去40年里投入了数十亿美元，巴克说，但癌症患者的存活率却几乎毫无改变。目前的希望是，物理学家能够带来一些全新的想法，而她想让戴维斯在NCI的一次研讨会上发表主题演讲，来阐述如何攻克癌症。

那时，戴维斯只是隐约知道有个叫NCI的机构，他说，呃，好，“不过我对癌症一无所知”。

“没关系，”巴克回答，“我们就是需要新的见解。”

就是这个回答吸引了我，戴维斯说。“假如她只是说，‘给我们弄一种新射线’，我不会有兴趣的”。他指的是X射线、粒子束、磁共振成像以及物理学家曾为医学提供的许多其他工具，而提出全新概念和思维方法的机会则“很令人兴奋”。

这种兴奋之情，就是65岁的戴维斯还要开拓一项全新事业的动力——在这个年纪，大部分学者已经在计划着退休了。巴克发起的那个研讨会，后来演化成了一个较大的研究网络，其中包含12家物理学－肿瘤学中心（Physical Sciences-Oncology Center），这些研究中心相继成立于2009年年底。目前，戴维斯是其中一个中心的首席科学家，也是物理学－癌症协作研究计划的重要参与者。癌症研究为戴维斯带来了一个全新的领域，他在其中如鱼得水，有着很多同事艳羡不已的天赋：提出“傻”问题，激发大家从一个全新的角度思考问题。“保罗的观点有时确实不对，但他并不介意提出一些看似天真，却直指核心的问题，”另一家物理学－肿瘤学中心的负责人、普林斯顿大学的生物物理学家罗伯特·奥斯丁（Robert Austin）说。戴维斯的问题涉及广泛，从新陈代谢（肿瘤细胞分散并转移，是因为细胞黏性发生了一些物理变化吗？）到亚原子物理学（癌症会受到生物分子内量子效应的影响吗？）都有。“我常常开玩笑说，我在癌症研究上最大的优势是，我不会受到这个领域任何已有知识的影响，”戴维斯说。

的确如此，他的幼稚有时候让生物学家咬牙切齿。今年年初，戴维斯提出，肿瘤是一种逆转事件，恢复了多细胞生命出现之前的早期遗传机制。“啊哈！物理学家！”明尼苏达大学的生物学家保罗 ·  迈尔斯（Paul‘PZ’Myers）因此在博客中这样嘲讽他。“在一些批评者看来，戴维斯就是在捣乱，”生物物理学家斯图亚特·林赛（Stuart Lindsay）说，他与戴维斯在亚利桑那州立大学物理学－肿瘤学中心紧密合作。“我们需要保罗这样喋喋不休的人，问一些非常规的问题，让大家从一个全新的角度看待自己的假设。”

戴维斯说，他从记事以来，似乎就一直在问问题。他于1946年出生在英国伦敦郊区，那时第二次世界大战刚刚落幕，百废待兴。当年的伦敦郊区是个很无聊的地方，他解释说：“没有玩具，没有钱，我们只有自己找乐子——所以需要经常动用想象力。”

也许就是因为这个原因，戴维斯才对流星和天文学那么感兴趣。“只要抬起头，就可以遁入‘仙境’般的天空中，这是我最喜欢做的事”。正是因为如此，他还不到10岁，就被原子迷住了，这个东西说明，在宇宙纷繁复杂的表象之下，可能还隐藏一种严格的秩序。几年后，他为一个事实所震惊：“大脑由原子构成，而原子遵守物理定律，这事实让我震惊——这样的话我们还怎么会有自由意志呢？”16岁时，他就定下了志向：成为一名理论物理学家，穷尽一生来回答“深层次的问题”。

后来，他开始钻研这么一个问题——当空间和时间因引力发生弯曲时，量子理论如何起作用。他首次研究这个问题是在20世纪60年代末，那时他还是英国伦敦大学学院的博士生。不久后，他又把这个问题带到了伦敦国王学院——他在这里做了一名讲师。“这个问题连接着微观和宏观、量子力学和整个宇宙”。最后，戴维斯和他人合作，在一部经典力作《弯曲空间的量子场论》（Quantum Fields in Curved Space）中，对相关领域的研究成果进行了总结。但即使到了那时，他的兴趣仍没有局限在一个领域，而是开始把触角延伸到其他类似领域。上世纪70年代初期，《物理通报》（Physics Bulletin）邀请戴维斯撰写一篇科普文章，谈谈他在博士论文中提及的一个存在已久的难题：为什么时间看起来仅向一个方向流动——朝向未来，而大部分物理定律其实在两个方向（过去和未来）上并没有差别？文章发表后，一位出版商邀请他就这个话题写一本书。可是，戴维斯说：“我的英文课成绩只是勉强及格啊。”

“捣乱思维”的化身

不过，戴维斯发现撰写科普文章是一件很享受的事，他对此还颇有心得。他的早期作品只反映了他在纯物理学和宇宙学方面的研究——黑洞的物理学、力的统一和量子理论，而后期作品则反映了他更广泛的兴趣。1980年，他来到了英国纽卡斯尔大学物理系，这里有一半的人研究地球物理。因而，潜移默化中，他开始了解地球生命的漫长历史，随后却发现自己陷入另一个重大问题而无法自拔：生命是怎么来的？在一个没有生命的宇宙中，自然规律如何独自创造出如此复杂的系统？戴维斯在一系列科普读物中探讨了这个复杂问题，比如1987年的《宇宙蓝图》（The Cosmic Blueprint）。1990年，他转投澳大利亚阿德莱德大学后，继续在书中探讨外星生命的哲学意义，比如在1995年出版了《我们是惟一的吗》（Are We Alone？）。与此同时，《上帝与新物理学》（God and the New Physics）、《上帝的心智》（The Mind of God）等著作却揭示了戴维想要参与宗教与科学的对话，他认为就是这一努力帮助他赢得了1995年约翰·邓普顿宗教促进奖（John Templeton Prize for Progress in Religion），但他也承认，这些书籍引来很多反宗教科学家的批评。

不过，这些批评也没能阻止戴维斯继续提出一些争议性问题。上世纪90年代，他开始琢磨地球和火星有没有可能同处一个生物圈。如果一颗星球上的大石块因远古小行星撞击而飞散，当这些石块作为陨石坠落时，有没有可能将存留的微生物带往另一颗星球？“大部分人都觉得这个想法是纯外行的人胡说八道”。2004年，他又在琢磨地球上的生命有没有可能不止起源过一次，每次起源的生命系统都基于完全不同的生物化学机制，甚至DNA和RNA都不一定需要。如此奇异的生命系统现在还有没有？这个问题导致许多天体生物学家在加利福尼亚莫诺湖（Mono Lake）这样的恶劣环境中寻找另类的生命形式。正因为如此，戴维斯得以作为顾问和作者之一，在去年发表了一篇争议极大的论文，声称找到了一种违背生命法则的细菌：在这些细菌的DNA中，砷替代了磷（参见《环球科学》2011年第1期《质疑砷基生命》）。

2004年，当亚利桑那州立大学校长迈克尔·克劳（Michael Crow）计划大幅调整院系的层级结构，鼓励跨学科交流时，他找到了戴维斯。克劳说，戴维斯似乎是为数不多的能打破学术界思维定势的思想者，“他是那种博学的人，能在不同的话题中纵横捭阖，完全是‘捣乱思维’的化身”。克劳承诺，要在亚利桑那州立大学为戴维斯建立一个研究中心，让他自由追逐自己的各种兴趣。

这种条件让人无法拒绝。2006年9月，他来到了亚利桑那州立大学，领导基础科学概念超越中心（Beyond Center for Fundamental Concepts in Science）。仅仅一年后，他就在这里接到了巴克的电话。

“癌症中的量子效应”

答应在物理学－癌症研讨会上做演讲后，戴维斯接下来要做的，就是想想该讲什么。他知道，面对那些经验丰富的癌症研究者，告诉他们该怎么做研究根本就是扯淡。于是，他做了自己最擅长的事：“我列了一个满是愚蠢问题的单子。”

第一个问题是，物理学究竟对癌症研究有没有用。读了一些资料，和同事聊了聊之后，他确信物理学能派上用场。“让我吃惊的是，我了解到物理力可以影响基因表达。”拉伸，挤压——许多力都有效。

戴维斯还获知，生物学家很少将细胞作为一个物理对象来考虑。“为什么不把问题看简单点，比如直接弄清楚“转移一般发生在哪里？”肿瘤倾向于转移到另一个器官，会不会仅仅是因为血液会从肿瘤的初始位点流经那里？另外，既然有那么多生物物理力让细胞黏附在一起，那最初又是什么原因让肿瘤细胞突然分散开，开始转移呢？这些问题都被他列进清单。

还有一个事实让他受到震动：目前，生物学家可以研究细胞的许多细节——几乎达到单个分子的层面。不过，这种能力常使癌症研究者走入误区，只关注某一个出现问题的基因和DNA片段，而不是把它们看成一个复杂的整体。“就好比，你本来是想管理整个美国的经济，着眼点却是每个城市中每种商品的每笔交易”。虽然现在出现了一个相对较新的学科——系统生物学，已经在从全局考虑生物学问题，但即便如此，还是少有癌症生物学家熟悉非线性系统分析、网络理论以及数学家和物理学家近几十年来开发的、针对复杂系统的其他工具。

戴维说，他列的问题都是“非常非常基本的东西，我的无知程度简直匪夷所思”。

然而在2008年2月26日，当研讨会在美国弗吉尼亚州阿林顿市举行时，戴维斯的演讲却赢得满堂喝彩。巴克记得自己当时很高兴，“他看问题的角度很特别，那是生物学家一般想不到的高度”。同样出席了研讨会的奥斯丁记得，听众中的癌症研究者大多认可戴维斯的观点。尽管许多生物学家反对物理学家介入自己的领域，“癌症研究者却很欢迎他，这些科学家知道他们的研究存在哪些问题”。

2008年12月，NCI宣布了一个计划，要在五年时间里资助12个物理学－肿瘤学中心，每个中心所获资助约为200万美元，并且NCI还广发邀请，寻找这些中心的挂靠单位。每个中心都会从以下四个角度中的一个研究癌症：物理学、进化、生物信息处理和复杂系统。

亚利桑那州立大学生物设计研究所的科学家率先接受了邀请。同时任职于美国华盛顿大学医学中心和弗雷德·哈钦森癌症中心的胃肠病学家威廉·格雷迪（William Grady）同意出任高级科学研究员。不过，依据NCI的规定，还需要一位物理学方面的首席研究员。

戴维斯称，自己担任那个职位完全是赶鸭子上架。“我不是一个天生的管理者”，但每次他一说“我没有权威”，他的同事就会指出那次研讨会上他受到的热烈欢迎，然后坚持说“你很有权威”。2009年10月，NCI宣布了最终选定的12个中心，亚利桑那州立大学的那个中心赫然在列。

从那时起，戴维斯的贡献就转向了他的长项：每年，他都会为物理学－肿瘤学领域的科学家组织三场研讨会。他的目标是促进新的合作、新的研究，激发新的想法——研讨会的话题“从绝对疯狂的到实际的”都有，林赛说。疯狂的话题有“癌症中的量子效应”，比较实际的则有染色质的物理学、细胞核内DNA和蛋白质的质量等。

“戴维斯不会让大家站在对立面，为某个理论争得你死我活，而是使大家多一些批判性思考：‘这意味着什么？’”经常参与研讨会的美国约翰斯·霍普金斯大学肿瘤学家唐纳德·科菲（Donald Coffey）说，“那些都是相当棒的会议。我受到了难以置信的启发，会想到许多事情。会议有这种效果，都是因为他的人格魅力”。

“治愈癌症”

当然，花在物理学－癌症研究上的数百万美元能否取得成效，目前并不明朗。这些研究中心刚刚开始产出第一批论文，林赛说，“还没有什么惊天动地的发现”。2011年2月，《物理生物学》（Physical Biology）刊登了几篇关于癌细胞和染色体机械性能的论文，同时刊出的还有戴维斯的一篇文章，是他就“肿瘤是一种逆转事件”这个曾受到生物学家保罗·迈尔斯讽刺的观点所写的正式报告。奥斯丁承认，现在研究还刚刚上路——不过，已经有点儿让人着急了。“我担心没有足够多的保罗·戴维斯来问一些启发性问题，我还担心我们会变得墨守成规——这对癌症研究而言是另一种失败。我真的不想在十年后发现我们什么都没做成”。

戴维斯却不担心——他很乐意不停地问一些“捣乱”的问题。为了解释这一点，他说：“我妈根本不懂科学。”戴维斯是家里第一个上大学的人。“但她喜欢说，她希望我能利用科学做成两件事”。一是做个机器人帮忙做家务——这事儿戴维斯恐怕得让别人代劳了；另一件就是治愈癌症。

 “等她知道我终于做了点儿有用的事，她会相当激动的”。