三个维度世界中,Biotechnology集团的首席实行官

出品|网易科学人栏目组 卡麦拉

今天我们来聊聊维度。

9月3日消息,据国外媒体CNBC报道,在一众正在设法减缓或延缓人类衰老的人当中,纳撒尼尔·大卫也许是真的有机会做成功的那一个。

加拿大“铁幕洞”,因其富含大量铁矿储量而闻名,科学家最新研究显示,“铁幕洞”还有一个更大的秘密,其内部的神秘远古细菌能够杀死超级细菌。

大家有没想过,我们所处的宇宙,其实是一个多维宇宙。

大卫是Unity Biotechnology公司的总裁,该公司是众多涉足衰老研究的公司之一。Unity Biotechnology由大卫和一群生物科学教授于2009年共同创立,尤其专注于衰老细胞方面的研究。衰老细胞是一种已经停止分裂的细胞,它们似乎是导致衰老相关疾病发生的原因之一。

该洞穴系统位于加拿不列颠哥伦比亚省Chilliwack地区附近,这里有大量远古细菌,由于环境偏远封闭,远古细菌一直未受到外界干扰。

但可惜的是人类仅仅只是三维生物。

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所以在我们的认知中,世界是以三维的形式呈现的——一个只能用长、宽、高来测量实体的世界。

Unity Biotechnology公司的科学家 纳撒尼尔 · 大卫

研究人员正在测试“铁幕洞”中100种细菌,现已发现两种多重抗病毒菌株,可用于制造一种能够杀死超级细菌的新型抗生素。在这100种细菌中,12.3%的细菌是未知的,甚至可能是科学家未知的细菌物种。

三维世界中,一个空间只存在三条相互垂直的线x、y、z,而在四维空间中,却存在着四条可以相互垂直的线x、y、z、t。

这家总部位于加州布里斯班的公司已经获得了超过3亿美元的融资,其中包括今年5月上市时筹集的8500万美元。亚马逊创始人兼CEO杰夫·贝佐斯和PayPal创始人、着名风险投资家彼得·泰尔也是该公司的投资者。如今,Unity Biotechnology的市值为7亿美元。

2016年,美国印第安纳大学生物学家估计称,当前所有微生物物种中有99.9999%有待于进一步发现,据统计,地球上大约有1万亿种不同的微生物种。

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Unity Biotechnology研究工作的一个主要部分并不是专注于衰老本身,而是专注于设计药物和治疗方法,来使得一个人能够尽可能长时间地保持健康和各个器官的正常运转,远离与衰老有关的疾病。“我们不需要引用衰老方面的观点。我们是从特定疾病的角度来看待衰老这件事情。”身为分子和细胞生物学家的大卫说道。

研究人员或者专业洞穴探险者使用钳子或者棉签从洞穴中采集样本,之后将其送到实验室,放在装有琼脂的密闭装置中,保持在12摄氏度温度条件下,模拟洞穴环境帮助维持微生物生存。

而在四维,甚至更高维度生物眼中,除了长、宽、高之外,时间也有可能是具象的。

骨关节炎是Unity Biotechnology公司正在处理的第一个疾病,这一疾病代表着一个巨大的商机:到2026年,光是美国,骨关节炎药物的市场规模就将达到26亿美元。该公司目前处在第1阶段:政府允许在美国多个地区的大约40名患者进行安全试验。它的目标是证明它正在开发的药物——被称作senolytic——可以注入到膝盖,逐渐提高注入剂量病人也能够承受。该公司的设想是,最终这种药物可以摧毁衰老细胞,有效终止或逆转膝盖的骨关节炎。在未来,同样的药物可能对治疗身体其他部位的疼痛有效。

研究人员面临的最大一个问题是如何保持细菌在实验室里存活和生长。研究负责人、汤普森河大学微生物学家那瓦拉特·彻普萨姆告诉《连线》杂志记者说:“这是我们获得的一个偶然发现,我们并不知道每种细菌喜欢在哪种媒质上生长。我必须猜测它们喜欢什么样的生物、物理和化学条件,之后在实验室里试着模拟它们。它们从来都不是100%精确的,我们经常会错过很多发现。然而我们的研究小组取得了显着的成功。”

就跟《星际穿越》中所描述的一样,时间对于它们来说可能就是一座山,可以爬上爬下。

“骨关节炎的治疗从布洛芬开始,然后是类固醇,之后大多数人的治疗就是接受它的存在:你老了,这很糟糕,现在你的余生都要承受这种疼痛。”大卫说,“但我们认为,通过从生物学角度来探究这些疾病最初发生的原因,能够找到更好的治疗方法。”

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年龄结构催生新的研究

该研究小组在2016年的报告中指出,两种链霉菌对大肠杆菌和假单胞菌多重耐药性菌株呈现广泛的抗菌活性,同时对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的耐药菌株也呈现一定的抗菌性。

在物理的四维时空中,时间是除长、宽、高以外的第四个维度。

人类战胜衰老的欲望由来已久。美国国立衰老研究所是由国立卫生研究院于1974年建立的。如今它每年的预算约为20亿美元。但那种欲望在21世纪变得愈加强烈了。

彻普萨姆指出,我们在土壤中发现了微生物,原始有机体从未以任何方式接触过地表生物,当我们将它们与耐药细菌接触时,我们获得了意想不到的结果。

而在数学的四维空间中,第四个维度是未知的,可能是时间,也可能不是。

部分原因是出于需要。美国人口普查局的数据显示,美国人口正在老龄化,大约10年以后,所有的婴儿潮一代都将超过65岁。到2035年,美国老年人口数量将首次超过18岁以下的人口。另一个原因源自硅谷。在过去的十年里,科技行业的巨头们——包括谷歌和Facebook——投入了大量的资金用于尖端研究,专注于治疗各类疾病以及减缓、延缓甚至逆转衰老。

“铁幕洞”位于加拿不列颠哥伦比亚省Chilliwack地区,这处地下隐匿处的土壤有助于微生物学家彻普萨姆探索杀死超级细菌的治疗方案。2017年,一支研究小组发现该洞穴300米深处存在着“超级细菌”,它们对70%的现代抗生素都具有抗药性。

不管是哪个维度的实体,其实都有可能被我们所观察到,那当我们看到四维的物体时,眼前会是怎样的画面呢?

也许,最显而易见的例子就是Calico。Calico是California Life Company的简称,它是谷歌于2013年成立的衍生子公司,拥有15亿美元的资金来研究衰老的原因以及如何应对衰老。“硅谷人认为那些问题是可以解决的,只要有足够的时间和采取足够多的行动。”总部位于华盛顿特区的健康研究机构Global Healthspan Policy Institute的总裁凯文·佩罗特指出,“很显然,该类研究的成果带来的回报会十分巨大。如果你能够把那些研究成果带到市场上,等于你就有了全世界都需要的东西。”

但是这种细菌已经从人类、社会和抗生素药物中分离了400多万年时间,这些远古细菌能够使现代医学一些可用最有效药物完全失去药效。同时,这些细菌的内部防御机制已存在数百万年时间,多年以来,它们研究开发“化学武器”,用于长期争夺营养物质。

首先,我们先来理解一下维度。

但是,准确地定义什么是衰老,可能会很棘手。简单来说,衰老大体上可以理解为细胞随着时间的推移而出问题,这表现在了一些常见的老年疾病上面:糖尿病、心脏病、阿尔茨海默氏症、癌症等等。将衰老视作普通病情,围绕它来设计临床试验,就更加复杂了,因为由美国食品和药物管理局批准的临床试验大多数都要有可测量的、可观察的结果。

这项发现否定了细菌只有在直接接触抗生素时才会产生耐药性的理论,美国俄亥俄州阿克伦大学微生物学家黑兹尔·巴顿博士帮助找到了这种细菌,研究小组称,这项发现改变了我们的理解认知。

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“关于衰老的研究,以及将衰老视为一种疾病的想法,是一个新的研究领域。”FDA发言人在一封电子邮件中说道,“有一个问题还没有得到解答,那就是到底需要改进多少与年龄相关的疾病的治疗,比如冠心病、痴呆症和肌萎缩症,我们才能将治疗效果看作是一种‘抗衰老效应’,而不是对特定疾病的治疗效果。”

巴顿博士称,它们将是现代超级细菌的克星,因为它们的抗菌能力是“与生俱来的”。研究小组在新墨西哥州Lechuguilla洞穴中发现这种超级抗性细菌,该洞穴是地球上最不适宜的环境之一,也是美国大陆最深的石灰岩洞穴,深度达到1632英尺。

一个点,因为没有方向,没有大小,所以它是零维的。

Unity Biotechnology的首席执行官基思·伦纳德称,解释人们为什么会出现衰老,然后围绕它来包装成一种能够符合FDA审批程序的产品,仍然是一件非常困难的事情——公司在针对个别疾病设计治疗方法上也面临困难。“我们选择了另外的方式,即通过医生知道如何治疗的衰老疾病来看待衰老,然后直接针对那些疾病进行治疗。”他说,“现在我们知道要进行什么样的临床试验,让什么样的患者参与,以及要衡量什么指标,我们可以期望得到什么样的批准。”

该深度洞穴无法获得照射阳光,令人难以置信的恶劣条件意味着食物匮乏,导致细菌菌群之间爆发残酷的战争,它们试图窃取对方的宝贵生存资源。通过菌群之间残酷的地下化学战争,多数细菌进化形成抗菌能力作为“终极武器”。巴顿博士说:“在我们使用的所有抗生素中大约99.9%都是使用微生物、细菌和真菌制造的。它们能够对其它细菌种群发动化学攻击,因此它们生活的环境中必须要有一个很好的防守体系。”

但要是空间如果同时出现了两个点,这时候它们就有了固定的指向,从点A到点B是有距离的。

研究细胞衰老只是其中的一些临床试验的第一步,包括计划持续到2019年第一季度的第一阶段的骨关节炎试验。

然而,一些抗生素是人造的,巴顿博士说:“铁幕洞的细菌从未接触抗菌药物,因此它们仍对抗菌药物十分敏感。这些远古细菌叫做类芽孢杆菌,并非病原菌,因此不会伤害人类。”

长度作为维度,就使得线成为了一维物。

一种新的治疗方式

科学家希望这种细菌将帮助他们研制杀菌的最新方法,巴顿博士说:“人们会说,哦,不!这是一种超级细菌!但我倾向于称它们为‘英雄细菌’,因为它们可以杀死一些顽强病毒。”

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梅奥诊所的分子生物学家、Unity Biotechnology联合创始人扬·范德乌森2016年发表的一篇关于摧毁衰老细胞的突破性的衰老研究表明,在动物实验中,从生物体中清除衰老细胞显示出了喜人的效果。该研究显示,在相同的成长条件下,相比未接受治疗的老鼠,同一胎同一天出生的、被清除衰老细胞的老鼠看起来要更年轻,更更长时间地保持健康,因为与衰老相关的几种疾病的到来延迟了。

两线确定一个面,此时,面不仅有了长度,还有了宽度,所有它是二维的。

此外,范德乌森证明,杀死老鼠体内的衰老细胞可以使得它们的寿命延长三分之一,同时还能够改善它们的肾功能,让它们的心脏变得更能承受压力。

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但不管在一个面上,是画个人还是画坨屎,它都只存在于平面上,没有厚度,一旦赋予了它厚度,它就变得立体起来。

接受过衰老细胞清除治疗的老鼠延缓了衰老过程,而未接受治疗的那只老鼠则患有脊柱弯曲和白内障。

长度、宽度、厚度,构成了我们所在的三维世界。

“我们发现,对于衰老细胞,我们能够做点什么,它确实是我们在应对衰老问题上最早的目标领域之一。”佩罗特说道。

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使用直击衰老细胞这一治疗方式的不仅有Unity Biotechnology,还有美国的研究型医院。梅奥诊所衰老研究中心的一个团队正在测试使用senolytic药物来治疗慢性肾脏疾病患者。不过,正如Unity Biotechnology的联合创始人朱迪丝·坎皮西所言,同样重要的是调控人们对某一治疗领域能够攻克像衰老这样的复杂问题的期望。

在艺术家M.CEscher的画中,二维的蜥蜴正试图变为三维实体,逃出画面

坎皮西是加州巴克研究所的教授,该研究所成立于1999年,是美国的第一个独立的衰老研究中心。“生物体有着非常不同的寿命,我们不知道为什么会这样。变得更长寿可能需要调整数百个基因,这一点人类通过单一干预可能永远都无法实现。”她称,“我们真的不知道寿命的绝对极限是多少,所以对于永葆年轻方法的找寻短期内还不会开始。”

目前为止,从零维到三维的世界,我们都很好理解,因为高维生物能全面的、完整的观察到低维世界。

因此,尽管细胞衰老是Unity Biotechnology研究工作的一个重要组成部分,但它的使命更多的是关于“健康寿命”,即年迈的人能正常活动思考并且没有与衰老相关的疾病的时段。该公司的想法是,对骨关节炎等疾病进行有效治疗可以使得一个人变得更健康、更长寿。

人类甚至不能在一个空间内对同等维度的物体进行完整观察,这就是为什么我们并不能透视,看不到墙壁背后的东西。

大卫表示,如果Unity Biotechnology的第一阶段试验进展顺利,下一步将会是展开进一步的试验,以确定公司的senolytic药物对病人的衰老细胞有什么影响。这可能需要测量体征和症状,比如膝盖的炎症。

但接下来的四维可能就有些抽象了。

“如今终于到了这样的一个时期:我们对生物学的了解和我们的水准已经足以让我们去攻克导致衰老的一些根本性的原因。”他说道,“这么认为的不仅仅是Unity Biotechnology。”

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我们只有三维认知,而没有对更高维度的直觉

所以四维物体呈现在我们眼前时,不管我们怎么看,对它的认识也只能是三维的,如果想要直观全面的看到它,甚至只能通过二维的图像。

而如果我们想要看到它的每个面、每个角、每个点,只能不停的变化它的角度,也就是说一次只能看到这个高纬度物体的一部分。

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四维物体的三维世界中的横切呈现

试想一下二维世界的生物如何看到三维世界物体,可能对理解会有些帮助。

假设一个纸片人,想看看人类世界的球体长什么样,它眼里出现的画面是什么样的呢?

三维物体在二维生物眼里,只是一个截面。

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纸片人通过横切面展示法看到的球体,会是一条从短变长,再从长变短的线纸片人通过横切面展示法看到的球体,会是一条从短变长,再从长变短的线。

对,这个时候,限制我们想象的不是贫穷,而是维度。在四维空间向量中,第四个维度(有可能任何无法我们目前无法测量的东西,你要说是一种意识也不是不可以)是未知的,所以四维物体哪怕一个面一个面被展示在我们眼前,仍然很抽象。

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四维超立方体球形投影后的模样

不过,要是我们把第四个维度假设为我们熟悉的时间,也就是物理四维时空,就比较好观察了。

如果说,我们把一个人的静止状态,看做是是三维世界里的一个物体。

那加上时间这第四个向量,它就变为了四维生物,把它被逐步呈现,我们看到的四维萌妹就会是这个样子。

当然,当我们想要以上帝视角去看,甚至去想象这个不停变换的四维萌妹,在静止状态的全貌是什么样子时。

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你能想象一个个体在3岁时,同时也是70岁吗?它能长什么鬼样儿?

emmmm,是不是大脑一片空白?

我是谁,我在哪儿,我在干什么,忽然一下子就哲学了呢?

在偌大的宇宙里,人类是如此的渺小,很多现象我们没有办法解释,甚至没有办法想象。

也许整个银河系,也不过是外星人手里的一颗棋子罢了......

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但这并不表示未知不存在,别忘了我们还有科学、科技,通过它们我们正在离未知越来越近。

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