一位天才而有趣的科学家，用他的哲学改变了世界_风闻

@Manu Prakash

普拉卡什是斯坦福大学的生物工程师，他以好奇心驱动的科研方法，帮助他以全新的视角看待具有挑战性的问题。

普拉卡什致力于研究世界上最紧迫的问题，同时也探讨一些看似无关紧要的问题。这些研究构成了他所谓的“娱乐生物学”哲学。

撰文 | Molly Herring

翻译｜3磅宇宙

马努·普拉卡什的内心深处藏着两位科学家。作为斯坦福大学的生物学教授，一半时间用于研究具有全球影响力的紧急健康问题，另一半时间则用于探究“对任何人都无用”的问题，他自己说道。然而，对他来说，这些追求之间并不冲突。它们合在一起，代表着某种人生哲学。

普拉卡什因其开创性的低成本科学工具而广受认可。2014年，他发明了世界上最便宜的显微镜（售价不到1美元），名为Foldscope（折叠显微镜），主要由一张纸制成；此后，他将该设备分发给了世界各地的业余生物学家。他还构思了Paperfuge，这是一种纸质手动离心机，可以分离血液成分用于医学诊断；以及Inkwell，这是一种便携式血涂片设备，用于诊断传染病。

可折叠纸质显微镜的组装零件

纸质手动离心机

他说，这些实际的追求固然值得，但普拉卡什最快乐的时光是在船上，纯粹出于对奇妙微生物的探索热情，他不断打捞海水样本进行研究。之后，他便开始探究这些单细胞生物常常表现出的非凡行为背后的物理和数学原理。

很少有研究人员能以同样的热情同时追求应用科学和理论科学，但普拉卡什认为，两者缺一不可。他在两者的交汇处开创了一个新领域：娱乐生物学。正如娱乐数学追求谜题和游戏的乐趣一样，普拉卡什的娱乐生物学将自由地观察和探究生命视为一种游戏。

“我们是人类，好奇心定义了我们，”普拉卡什说道。“敬畏和惊奇根植于我们的大脑，”它们是所有人类探索的基础，他补充道。

普拉卡什是斯坦福大学的生物工程师，他以好奇心驱动的科研方法，帮助他以全新的视角看待具有挑战性的问题。

在娱乐生物学领域，问题摆在第一位，而普拉卡什也身体力行。例如，在一艘科考船上待了一段时间后，他开始思考一个“自相矛盾”的问题——光合细胞是否存在于深邃漆黑的海洋中。不久之后，他捕获了一种光合藻类——夜光藻，并描述了它的膨胀机制。据他所说，夜光藻正是利用一种膨胀机制，从夏威夷海岸的深水区跃至浅水区，“就像热气球一样”，而此前，单细胞几乎不可能做到这一点。在探索的过程中，普拉卡什还描述了细胞的几何形状，这些细胞通过展开致密的膜褶进行捕食——他称之为“隐藏在生物体内的数学谜题”——以及海洋中坠落物质碎片（即海洋雪）的“彗尾”，这些物质会影响全球碳循环。

普拉卡什在印度密鲁特长大，自幼喜欢在户外迷路的感觉，也爱用简单工具满足好奇心。后来他就读于印度坎普尔理工学院计算机科学与工程专业，2008年又在麻省理工学院完成应用物理学研究生学业。2011年，他在斯坦福大学创办了自己的实验室，最初目标是研发"在树底下"就能诊断疟疾的工具——即在最需要的地方实现致命感染的简易识别。该使命不断拓展，如今他与学生们正通过研究非传统生物体和推动科学普及，探索生物学的边界。

普拉卡什的众多工具：一张逻辑锁存器，用于“思考”材料原型；一个玻璃和铝制轮子，用于他的新型“重力机器”显微镜，用于垂直绘制水体中的细胞图谱；一台 Foldscope 纸质显微镜；一台 PlanktoScope，一台用于浮游生物样本的数码显微镜；一组血涂片，用于构建用于疟疾寄生虫鉴定的数据集；一个用于记录蚊子“嗡嗡”声以进行物种鉴定的腔室。

当普拉卡什不在船上收集奇特的细胞时，他也致力于研究大规模的公共卫生问题，例如疟疾和恶劣的卫生条件。他曾在印度、卢旺达、塞内加尔、坦桑尼亚、肯尼亚、马达加斯加和乌干达进行实地研究，他的工作包括培训临床医生使用他的“节俭科学”工具。他的两种研究模式常常相互借鉴。 普拉卡什实验室研制出了一种自动显微镜，它使用手机电池供电，诊断疟疾的速度比人类快 30 倍——他说，这项发明之所以能够实现，只是因为他“在天文学文献中随意摸索，而不是刻意寻找解决方案”。

虽然普拉卡什已将自己的哲学理念打造成职业，但他坚信任何人都可以成为“娱乐生物学家”。正因如此，他致力于在世界各地推广科学教育，并通过他的折叠显微镜项目，培养了一个由“娱乐生物学家”组成的社群，他们互相支持，互相挑战，以好奇心探索隐藏的世界。

“我们每个人都应该为自己在这个星球上度过的时光付出代价，”普拉卡什说道，“然后你就可以自由地探索了。”

普拉卡什游走于天文学、生物化学、数学、生物学和物理学等众多科学学科之间，寻求满足他的好奇心。

《Quanta》杂志采访了普拉卡什，探讨了他的研究理念、显微镜的隐秘奥秘以及细胞折纸技术。采访内容经过精简和编辑，以便于理解。

问：您如何描述您的研究工作？

答：我的探索之旅分为两种。一种是关于健康和生态导向的技术，另一种则关乎开放式的好奇心——观察生命如何运作。它们之间相互关联。一半时间里，我并不关心某个知识是否有用。但另一半时间里，我会研究那些最紧迫却无人涉足的问题。资本主义会自然地将它带给世界吗？如果不能，我们如何才能将它带给世界？我们如何将其规模化？在这个过程中，我们也会探索和解决一些科学难题。

问：Foldscope 让您名声大噪。您是如何想到这个主意的？

答：大约12年前，我们当时正在研发一种显微镜，用于在乡村诊所寻找疟疾寄生虫，最终发明了Foldscope——世界上最轻便的折叠显微镜，人们可以随身携带。虽然它当时并不适用于诊断疟疾，但它很快就被应用于教育领域，因为当时只需一美元，任何人都可以观察微观世界。如今，我们已经覆盖了150个国家的约300万儿童，并成为最大的业余显微镜社区。社区里不乏诺贝尔奖获得者，但我们称之为“业余”，因为任何人都可以加入。

在科学界，许多人觉得自己没有发言权，而Foldscope社区则是一个让你能够运用创造力来彰显自我的平台——而不是你的地位、你认识的人或你在哪里发表过论文。

问：为什么纸质显微镜是业余生物学家工具包中不可或缺的补充？

答：让我来告诉你。 （普拉卡什折叠了纸质显微镜，在 30 秒内将其从平面折叠到可操作状态，将蚊子幼虫粘贴到玻璃载玻片上，然后将显微镜举到相机前以显示幼虫的内脏。）那是心脏，那些是免疫细胞。

普拉卡什正在观察他最近在加州洋流探险时收集到的深海片足类动物（一种甲壳类动物）。他试图在海洋细胞和微生物中探寻进化的巧妙发明。

当我们一起通过折叠显微镜观察时，突然间我们不再只是在进行假设性的讨论。我们刚刚看到了蚊子的心脏。一旦人们看到这些东西，他们就会开始提问。我们应该被允许从自身经验中构建问题，而不仅仅是从教科书出发。谁第一次描述了蚊子的心脏并不重要；重要的是你刚刚看到了它。如果我们教会人们如何观察并提出与情感相关的问题，人们就会有热情去解决这些问题。

观察是一种实践，如果你不练习，你就会失去它。你可以在最美丽的保护区漫步，甚至只是在你的花园里，却没有真正注意到周围事物的复杂性。我认为我们忘记了如何提问，所以作为成年人我们必须重新学习它。

问：娱乐生物学依赖于广泛的好奇心来建立不同领域之间的联系。例如，学习天文学是如何促使您制作出“章鱼”——一种用于疟疾诊断的工具的？

答：在疟疾问题上，我们面临的挑战是，到目前为止，为了找到（生活在细胞内的）寄生虫，我们必须使用显微镜上的100倍油镜，这要花费1万美元。你只能不断放大，但仍然只能看到几个细胞。医护人员需要观察3000到5000个细胞，才能从这个角度判断一个人是否患有疟疾。

天文学家已经解决了这个问题。当我们观察恒星时，我们无法从它们的形状中获得太多信息。它们看起来就像点一样。这些物体离我们太远了，所以天文学家们一直在建造更大的望远镜。因此，他们转而观察恒星发出的光的颜色，因为这些颜色中隐藏着遥远地方可能发生的化学反应和成分。这就是光谱学的原理——燃烧物质的化学性质反映在其发出的光中。

普拉卡什游刃有余地游走于经济型科学工具制造和生物物理微生物学领域之间。

所以，所有这些细胞就在我们面前，但我们却无法看到它们。我们该如何找到那些带有寄生虫的稀有细胞呢？我不想买一套价值 5,000 美元的显微镜滤光片，所以我说，就让我们看看透过一块玻璃能做什么吧。结果不太好；它漏掉了各种颜色的光。但后来我们意识到，寄生虫漏掉了一种特定的颜色。

事实证明，受感染细胞发出的光与未感染细胞相比，波长相差 10 纳米。我们当时研究的正是天文学家已经解决的同一个问题。现在，我们可以制造出价格低廉的显微镜，物镜只需 10 到 15 美元，视野开阔，足以让我们在一滴血中搜寻 2000 万个细胞（并通过它们的光特征识别疟原虫）。

问：你是如何构思娱乐生物学的研究问题的？

答：细胞的荒谬性驱动着这项工作。

我们第一次在夏威夷进行海洋探险，是因为我们预感应该在深海寻找光合细胞。我们了解鲸鱼。鲸鱼可以一口气潜入深海，所以我们好奇，细胞能做到吗？我没有任何海洋学方面的经费或资金支持。我在夏威夷附近遇到了一位好心人，他提供了一艘船，那是我第一次真正参加海洋探险。那已经是七八年前的事了，我爱上了乘船的感觉。我刚刚完成了我的第19次探险，所以我们已经走了很长一段路。

我想测试一下我们能否在深海中寻找光合细胞。因为这很矛盾，所以这应该会很有趣。我们最终找到了这些美丽的光合细胞，但它们没有鞭毛，没有纤毛，没有可以移动的细胞器。那么，它们是如何到达那里的呢？它们又将如何回归？因为如果你身处深渊，却需要光明才能生存，你或你的后代就必须想办法飞升到水面附近。

“一半时间里，我不在乎某个知识是否有用，”普拉卡什说，“但另一半时间，我会研究那些最紧迫却无人涉足的问题。”

我们发现细胞拥有一个绝妙的浮力引擎。它像热气球一样膨胀，很像海水淡化厂。水通道蛋白（在细胞膜上形成孔隙的蛋白质）会吸收密度较低的淡水，因此它可以突然上升到 250 到 300 米的高度。接着它会生成蛋白质，然后下降。现在，这个细胞保持着细胞迁移距离最长的世界纪录。一个 100 微米的物体可以移动半公里。如果以体长来算，我应该可以走到地球的另一边再回来。但细胞的迁移过程只需要七天。

问：您还发现了哪些独特细胞的其他特征？

答：有一次，我们观察了一种名为Lacrymaria olor的微生物，它通过把脖子伸得非常远来捕猎——相当于一个身高6英尺（约1.8米）的人把头伸出200英尺（约61米）远。我们一直搞不清楚它是如何做到这一点的。

后来，当我和孩子们在日本的时候，我被江户时代的手提灯笼迷住了。我开始思考真正的折纸艺术是否可以在细胞尺度上进行。我意识到这实际上可能是细胞的结构。我们走进实验室，对细胞进行了彻底的测量，轰隆隆！——结果和我们想的完全一致。在这种情况下，问题首先出现了。它在很多方面都可能异想天开，而答案的深处却蕴藏着惊人的生物学原理。

问：您以好奇心为驱动的研究方法是基础科学，其研究目的不是为了应用。您希望公众了解基础科学的哪些重要性？

答：我们在社会中面临的大多数挑战，其根源在于我们对自身干预的流程缺乏基本的了解。在医学领域，每一种药物的发明，都源于我们试图干预一些我们无法掌控的事物。当我们仅仅依靠现有的知识来构建解决方案时，最终会受到极大的限制，无法确定我们能做什么、以什么样的价格、在什么样的规模上进行。

这无关投资，而是在我们每个人内心深处。基础科学并非服务于某种事物，而是奠定我们整个社会根基的基础。

问：那么，如何培养一名娱乐生物学家呢？

答：你给他们买双橡胶靴，带他们去海洋深处、沼泽深处或冰川深处，教他们观察。你给予他们自由，让他们提出原创问题，而不必担心这些问题是否对他人有用，他们就会开始发现以前从未见过的东西。

我们都应该被允许去探索生命世界的奥秘，但人们却避而远之。他们说科学枯燥乏味，或者科学不合他们的口味，或者他们不擅长科学。但科学就是一切。它关乎你的每一种情感，你所经历的一切，以及我们在世间存在的一切。我们几乎剥夺了每个人对生命世界的奇妙感受。对我来说，娱乐生物学就是如何让我们重拾这种奇妙的感受。

原文链接

[1] How Paradoxical Questions and Simple Wonder Lead to Great Science

本文经授权转载自微信公众号“3磅宇宙”。

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