@Manu Prakash

普拉卡什是斯坦福大學(xué)的生物工程師，他以好奇心驅(qū)動的科研方法，幫助他以全新的視角看待具有挑戰(zhàn)性的問題。

普拉卡什致力于研究世界上最緊迫的問題，同時(shí)也探討一些看似無關(guān)緊要的問題。這些研究構(gòu)成了他所謂的“娛樂生物學(xué)”哲學(xué)。

撰文 | Molly Herring

翻譯｜3磅宇宙

馬努·普拉卡什的內(nèi)心深處藏著兩位科學(xué)家。作為斯坦福大學(xué)的生物學(xué)教授，一半時(shí)間用于研究具有全球影響力的緊急健康問題，另一半時(shí)間則用于探究“對任何人都無用”的問題，他自己說道。然而，對他來說，這些追求之間并不沖突。它們合在一起，代表著某種人生哲學(xué)。

普拉卡什因其開創(chuàng)性的低成本科學(xué)工具而廣受認(rèn)可。2014年，他發(fā)明了世界上最便宜的顯微鏡（售價(jià)不到1美元），名為Foldscope（折疊顯微鏡），主要由一張紙制成；此后，他將該設(shè)備分發(fā)給了世界各地的業(yè)余生物學(xué)家。他還構(gòu)思了Paperfuge，這是一種紙質(zhì)手動離心機(jī)，可以分離血液成分用于醫(yī)學(xué)診斷；以及Inkwell，這是一種便攜式血涂片設(shè)備，用于診斷傳染病。

可折疊紙質(zhì)顯微鏡的組裝零件

紙質(zhì)手動離心機(jī)

他說，這些實(shí)際的追求固然值得，但普拉卡什最快樂的時(shí)光是在船上，純粹出于對奇妙微生物的探索熱情，他不斷打撈海水樣本進(jìn)行研究。之后，他便開始探究這些單細(xì)胞生物常常表現(xiàn)出的非凡行為背后的物理和數(shù)學(xué)原理。

很少有研究人員能以同樣的熱情同時(shí)追求應(yīng)用科學(xué)和理論科學(xué)，但普拉卡什認(rèn)為，兩者缺一不可。他在兩者的交匯處開創(chuàng)了一個(gè)新領(lǐng)域：娛樂生物學(xué)。正如娛樂數(shù)學(xué)追求謎題和游戲的樂趣一樣，普拉卡什的娛樂生物學(xué)將自由地觀察和探究生命視為一種游戲。

“我們是人類，好奇心定義了我們，”普拉卡什說道。“敬畏和驚奇根植于我們的大腦，”它們是所有人類探索的基礎(chǔ)，他補(bǔ)充道。

普拉卡什是斯坦福大學(xué)的生物工程師，他以好奇心驅(qū)動的科研方法，幫助他以全新的視角看待具有挑戰(zhàn)性的問題。

在娛樂生物學(xué)領(lǐng)域，問題擺在第一位，而普拉卡什也身體力行。例如，在一艘科考船上待了一段時(shí)間后，他開始思考一個(gè)“自相矛盾”的問題——光合細(xì)胞是否存在于深邃漆黑的海洋中。不久之后，他捕獲了一種光合藻類——夜光藻，并描述了它的膨脹機(jī)制。據(jù)他所說，夜光藻正是利用一種膨脹機(jī)制，從夏威夷海岸的深水區(qū)躍至淺水區(qū)，“就像熱氣球一樣”，而此前，單細(xì)胞幾乎不可能做到這一點(diǎn)。在探索的過程中，普拉卡什還描述了細(xì)胞的幾何形狀，這些細(xì)胞通過展開致密的膜褶進(jìn)行捕食——他稱之為“隱藏在生物體內(nèi)的數(shù)學(xué)謎題”——以及海洋中墜落物質(zhì)碎片（即海洋雪）的“彗尾”，這些物質(zhì)會影響全球碳循環(huán)。

普拉卡什在印度密魯特長大，自幼喜歡在戶外迷路的感覺，也愛用簡單工具滿足好奇心。后來他就讀于印度坎普爾理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)，2008年又在麻省理工學(xué)院完成應(yīng)用物理學(xué)研究生學(xué)業(yè)。2011年，他在斯坦福大學(xué)創(chuàng)辦了自己的實(shí)驗(yàn)室，最初目標(biāo)是研發(fā)"在樹底下"就能診斷瘧疾的工具——即在最需要的地方實(shí)現(xiàn)致命感染的簡易識別。該使命不斷拓展，如今他與學(xué)生們正通過研究非傳統(tǒng)生物體和推動科學(xué)普及，探索生物學(xué)的邊界。

普拉卡什的眾多工具：一張邏輯鎖存器，用于“思考”材料原型；一個(gè)玻璃和鋁制輪子，用于他的新型“重力機(jī)器”顯微鏡，用于垂直繪制水體中的細(xì)胞圖譜；一臺 Foldscope 紙質(zhì)顯微鏡；一臺 PlanktoScope，一臺用于浮游生物樣本的數(shù)碼顯微鏡；一組血涂片，用于構(gòu)建用于瘧疾寄生蟲鑒定的數(shù)據(jù)集；一個(gè)用于記錄蚊子“嗡嗡”聲以進(jìn)行物種鑒定的腔室。

當(dāng)普拉卡什不在船上收集奇特的細(xì)胞時(shí)，他也致力于研究大規(guī)模的公共衛(wèi)生問題，例如瘧疾和惡劣的衛(wèi)生條件。他曾在印度、盧旺達(dá)、塞內(nèi)加爾、坦桑尼亞、肯尼亞、馬達(dá)加斯加和烏干達(dá)進(jìn)行實(shí)地研究，他的工作包括培訓(xùn)臨床醫(yī)生使用他的“節(jié)儉科學(xué)”工具。他的兩種研究模式常常相互借鑒。 普拉卡什實(shí)驗(yàn)室研制出了一種自動顯微鏡，它使用手機(jī)電池供電，診斷瘧疾的速度比人類快 30 倍——他說，這項(xiàng)發(fā)明之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，只是因?yàn)樗霸谔煳膶W(xué)文獻(xiàn)中隨意摸索，而不是刻意尋找解決方案”。

雖然普拉卡什已將自己的哲學(xué)理念打造成職業(yè)，但他堅(jiān)信任何人都可以成為“娛樂生物學(xué)家”。正因如此，他致力于在世界各地推廣科學(xué)教育，并通過他的折疊顯微鏡項(xiàng)目，培養(yǎng)了一個(gè)由“娛樂生物學(xué)家”組成的社群，他們互相支持，互相挑戰(zhàn)，以好奇心探索隱藏的世界。

“我們每個(gè)人都應(yīng)該為自己在這個(gè)星球上度過的時(shí)光付出代價(jià)，”普拉卡什說道，“然后你就可以自由地探索了。”

普拉卡什游走于天文學(xué)、生物化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)和物理學(xué)等眾多科學(xué)學(xué)科之間，尋求滿足他的好奇心。

《Quanta》雜志采訪了普拉卡什，探討了他的研究理念、顯微鏡的隱秘奧秘以及細(xì)胞折紙技術(shù)。采訪內(nèi)容經(jīng)過精簡和編輯，以便于理解。

問：您如何描述您的研究工作？

答：我的探索之旅分為兩種。一種是關(guān)于健康和生態(tài)導(dǎo)向的技術(shù)，另一種則關(guān)乎開放式的好奇心——觀察生命如何運(yùn)作。它們之間相互關(guān)聯(lián)。一半時(shí)間里，我并不關(guān)心某個(gè)知識是否有用。但另一半時(shí)間里，我會研究那些最緊迫卻無人涉足的問題。資本主義會自然地將它帶給世界嗎？如果不能，我們?nèi)绾尾拍軐⑺鼛Ыo世界？我們?nèi)绾螌⑵湟?guī)模化？在這個(gè)過程中，我們也會探索和解決一些科學(xué)難題。

問：Foldscope 讓您名聲大噪。您是如何想到這個(gè)主意的？

答：大約12年前，我們當(dāng)時(shí)正在研發(fā)一種顯微鏡，用于在鄉(xiāng)村診所尋找瘧疾寄生蟲，最終發(fā)明了Foldscope——世界上最輕便的折疊顯微鏡，人們可以隨身攜帶。雖然它當(dāng)時(shí)并不適用于診斷瘧疾，但它很快就被應(yīng)用于教育領(lǐng)域，因?yàn)楫?dāng)時(shí)只需一美元，任何人都可以觀察微觀世界。如今，我們已經(jīng)覆蓋了150個(gè)國家的約300萬兒童，并成為最大的業(yè)余顯微鏡社區(qū)。社區(qū)里不乏諾貝爾獎獲得者，但我們稱之為“業(yè)余”，因?yàn)槿魏稳硕伎梢约尤搿?/p>

在科學(xué)界，許多人覺得自己沒有發(fā)言權(quán)，而Foldscope社區(qū)則是一個(gè)讓你能夠運(yùn)用創(chuàng)造力來彰顯自我的平臺——而不是你的地位、你認(rèn)識的人或你在哪里發(fā)表過論文。

問：為什么紙質(zhì)顯微鏡是業(yè)余生物學(xué)家工具包中不可或缺的補(bǔ)充？

答：讓我來告訴你。（普拉卡什折疊了紙質(zhì)顯微鏡，在 30 秒內(nèi)將其從平面折疊到可操作狀態(tài)，將蚊子幼蟲粘貼到玻璃載玻片上，然后將顯微鏡舉到相機(jī)前以顯示幼蟲的內(nèi)臟。）那是心臟，那些是免疫細(xì)胞。

普拉卡什正在觀察他最近在加州洋流探險(xiǎn)時(shí)收集到的深海片足類動物（一種甲殼類動物）。他試圖在海洋細(xì)胞和微生物中探尋進(jìn)化的巧妙發(fā)明。

當(dāng)我們一起通過折疊顯微鏡觀察時(shí)，突然間我們不再只是在進(jìn)行假設(shè)性的討論。我們剛剛看到了蚊子的心臟。一旦人們看到這些東西，他們就會開始提問。我們應(yīng)該被允許從自身經(jīng)驗(yàn)中構(gòu)建問題，而不僅僅是從教科書出發(fā)。誰第一次描述了蚊子的心臟并不重要；重要的是你剛剛看到了它。如果我們教會人們?nèi)绾斡^察并提出與情感相關(guān)的問題，人們就會有熱情去解決這些問題。

觀察是一種實(shí)踐，如果你不練習(xí)，你就會失去它。你可以在最美麗的保護(hù)區(qū)漫步，甚至只是在你的花園里，卻沒有真正注意到周圍事物的復(fù)雜性。我認(rèn)為我們忘記了如何提問，所以作為成年人我們必須重新學(xué)習(xí)它。

問：娛樂生物學(xué)依賴于廣泛的好奇心來建立不同領(lǐng)域之間的聯(lián)系。例如，學(xué)習(xí)天文學(xué)是如何促使您制作出“章魚”——一種用于瘧疾診斷的工具的？

答：在瘧疾問題上，我們面臨的挑戰(zhàn)是，到目前為止，為了找到（生活在細(xì)胞內(nèi)的）寄生蟲，我們必須使用顯微鏡上的100倍油鏡，這要花費(fèi)1萬美元。你只能不斷放大，但仍然只能看到幾個(gè)細(xì)胞。醫(yī)護(hù)人員需要觀察3000到5000個(gè)細(xì)胞，才能從這個(gè)角度判斷一個(gè)人是否患有瘧疾。

天文學(xué)家已經(jīng)解決了這個(gè)問題。當(dāng)我們觀察恒星時(shí)，我們無法從它們的形狀中獲得太多信息。它們看起來就像點(diǎn)一樣。這些物體離我們太遠(yuǎn)了，所以天文學(xué)家們一直在建造更大的望遠(yuǎn)鏡。因此，他們轉(zhuǎn)而觀察恒星發(fā)出的光的顏色，因?yàn)檫@些顏色中隱藏著遙遠(yuǎn)地方可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和成分。這就是光譜學(xué)的原理——燃燒物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)反映在其發(fā)出的光中。

普拉卡什游刃有余地游走于經(jīng)濟(jì)型科學(xué)工具制造和生物物理微生物學(xué)領(lǐng)域之間。

所以，所有這些細(xì)胞就在我們面前，但我們卻無法看到它們。我們該如何找到那些帶有寄生蟲的稀有細(xì)胞呢？我不想買一套價(jià)值 5,000 美元的顯微鏡濾光片，所以我說，就讓我們看看透過一塊玻璃能做什么吧。結(jié)果不太好；它漏掉了各種顏色的光。但后來我們意識到，寄生蟲漏掉了一種特定的顏色。

事實(shí)證明，受感染細(xì)胞發(fā)出的光與未感染細(xì)胞相比，波長相差 10 納米。我們當(dāng)時(shí)研究的正是天文學(xué)家已經(jīng)解決的同一個(gè)問題。現(xiàn)在，我們可以制造出價(jià)格低廉的顯微鏡，物鏡只需 10 到 15 美元，視野開闊，足以讓我們在一滴血中搜尋 2000 萬個(gè)細(xì)胞（并通過它們的光特征識別瘧原蟲）。

問：你是如何構(gòu)思娛樂生物學(xué)的研究問題的？

答：細(xì)胞的荒謬性驅(qū)動著這項(xiàng)工作。

我們第一次在夏威夷進(jìn)行海洋探險(xiǎn)，是因?yàn)槲覀冾A(yù)感應(yīng)該在深海尋找光合細(xì)胞。我們了解鯨魚。鯨魚可以一口氣潛入深海，所以我們好奇，細(xì)胞能做到嗎？我沒有任何海洋學(xué)方面的經(jīng)費(fèi)或資金支持。我在夏威夷附近遇到了一位好心人，他提供了一艘船，那是我第一次真正參加海洋探險(xiǎn)。那已經(jīng)是七八年前的事了，我愛上了乘船的感覺。我剛剛完成了我的第19次探險(xiǎn)，所以我們已經(jīng)走了很長一段路。

我想測試一下我們能否在深海中尋找光合細(xì)胞。因?yàn)檫@很矛盾，所以這應(yīng)該會很有趣。我們最終找到了這些美麗的光合細(xì)胞，但它們沒有鞭毛，沒有纖毛，沒有可以移動的細(xì)胞器。那么，它們是如何到達(dá)那里的呢？它們又將如何回歸？因?yàn)槿绻闵硖幧顪Y，卻需要光明才能生存，你或你的后代就必須想辦法飛升到水面附近。

“一半時(shí)間里，我不在乎某個(gè)知識是否有用，”普拉卡什說，“但另一半時(shí)間，我會研究那些最緊迫卻無人涉足的問題。”

我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞擁有一個(gè)絕妙的浮力引擎。它像熱氣球一樣膨脹，很像海水淡化廠。水通道蛋白（在細(xì)胞膜上形成孔隙的蛋白質(zhì)）會吸收密度較低的淡水，因此它可以突然上升到 250 到 300 米的高度。接著它會生成蛋白質(zhì)，然后下降。現(xiàn)在，這個(gè)細(xì)胞保持著細(xì)胞遷移距離最長的世界紀(jì)錄。一個(gè) 100 微米的物體可以移動半公里。如果以體長來算，我應(yīng)該可以走到地球的另一邊再回來。但細(xì)胞的遷移過程只需要七天。

問：您還發(fā)現(xiàn)了哪些獨(dú)特細(xì)胞的其他特征？

答：有一次，我們觀察了一種名為Lacrymaria olor的微生物，它通過把脖子伸得非常遠(yuǎn)來捕獵——相當(dāng)于一個(gè)身高6英尺（約1.8米）的人把頭伸出200英尺（約61米）遠(yuǎn)。我們一直搞不清楚它是如何做到這一點(diǎn)的。

后來，當(dāng)我和孩子們在日本的時(shí)候，我被江戶時(shí)代的手提燈籠迷住了。我開始思考真正的折紙藝術(shù)是否可以在細(xì)胞尺度上進(jìn)行。我意識到這實(shí)際上可能是細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。我們走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，對細(xì)胞進(jìn)行了徹底的測量，轟隆隆！——結(jié)果和我們想的完全一致。在這種情況下，問題首先出現(xiàn)了。它在很多方面都可能異想天開，而答案的深處卻蘊(yùn)藏著驚人的生物學(xué)原理。

問：您以好奇心為驅(qū)動的研究方法是基礎(chǔ)科學(xué)，其研究目的不是為了應(yīng)用。您希望公眾了解基礎(chǔ)科學(xué)的哪些重要性？

答：我們在社會中面臨的大多數(shù)挑戰(zhàn)，其根源在于我們對自身干預(yù)的流程缺乏基本的了解。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，每一種藥物的發(fā)明，都源于我們試圖干預(yù)一些我們無法掌控的事物。當(dāng)我們僅僅依靠現(xiàn)有的知識來構(gòu)建解決方案時(shí)，最終會受到極大的限制，無法確定我們能做什么、以什么樣的價(jià)格、在什么樣的規(guī)模上進(jìn)行。

這無關(guān)投資，而是在我們每個(gè)人內(nèi)心深處。基礎(chǔ)科學(xué)并非服務(wù)于某種事物，而是奠定我們整個(gè)社會根基的基礎(chǔ)。

問：那么，如何培養(yǎng)一名娛樂生物學(xué)家呢？

答：你給他們買雙橡膠靴，帶他們?nèi)ズＱ笊钐帯⒄訚缮钐幓虮ㄉ钐帲趟麄冇^察。你給予他們自由，讓他們提出原創(chuàng)問題，而不必?fù)?dān)心這些問題是否對他人有用，他們就會開始發(fā)現(xiàn)以前從未見過的東西。

我們都應(yīng)該被允許去探索生命世界的奧秘，但人們卻避而遠(yuǎn)之。他們說科學(xué)枯燥乏味，或者科學(xué)不合他們的口味，或者他們不擅長科學(xué)。但科學(xué)就是一切。它關(guān)乎你的每一種情感，你所經(jīng)歷的一切，以及我們在世間存在的一切。我們幾乎剝奪了每個(gè)人對生命世界的奇妙感受。對我來說，娛樂生物學(xué)就是如何讓我們重拾這種奇妙的感受。

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

本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自微信公眾號“3磅宇宙”。

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