@Manu Prakash
普拉卡什是斯坦福大學的生物工程師，他以好奇心驅動的科研方法，幫助他以全新的視角看待具有挑戰性的問題。
普拉卡什致力於研究世界上最緊迫的問題，同時也探討一些看似無關緊要的問題。這些研究構成了他所謂的「娛樂生物學」哲學。
撰文 | Molly Herring
翻譯｜3磅宇宙
馬努·普拉卡什的內心深處藏著兩位科學家。作為斯坦福大學的生物學教授，一半時間用於研究具有全球影響力的緊急健康問題，另一半時間則用於探究「對任何人都無用」的問題，他自己說道。然而，對他來說，這些追求之間並不衝突。它們合在一起，代表著某種人生哲學。
普拉卡什因其開創性的低成本科學工具而廣受認可。2014年，他發明了世界上最便宜的顯微鏡（售價不到1美元），名為Foldscope（摺疊顯微鏡），主要由一張紙製成；此後，他將該設備分發給了世界各地的業餘生物學家。他還構思了Paperfuge，這是一種紙質手動離心機，可以分離血液成分用於醫學診斷；以及Inkwell，這是一種攜帶型血塗片設備，用於診斷傳染病。
可摺疊紙質顯微鏡的組裝零件
紙質手動離心機
他說，這些實際的追求固然值得，但普拉卡什最快樂的時光是在船上，純粹出於對奇妙微生物的探索熱情，他不斷打撈海水樣本進行研究。之後，他便開始探究這些單細胞生物常常表現出的非凡行為背後的物理和數學原理。
很少有研究人員能以同樣的熱情同時追求應用科學和理論科學，但普拉卡什認為，兩者缺一不可。他在兩者的交匯處開創了一個新領域：娛樂生物學。正如娛樂數學追求謎題和遊戲的樂趣一樣，普拉卡什的娛樂生物學將自由地觀察和探究生命視為一種遊戲。
「我們是人類，好奇心定義了我們，」普拉卡什說道。「敬畏和驚奇根植於我們的大腦，」它們是所有人類探索的基礎，他補充道。
普拉卡什是斯坦福大學的生物工程師，他以好奇心驅動的科研方法，幫助他以全新的視角看待具有挑戰性的問題。
在娛樂生物學領域，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間後，他開始思考一個「自相矛盾」的問題——光合細胞是否存在於深邃漆黑的海洋中。不久之後，他捕獲了一種光合藻類——夜光藻，並描述了它的膨脹機制。據他所說，夜光藻正是利用一種膨脹機制，從夏威夷海岸的深水區躍至淺水區，「就像熱氣球一樣」，而此前，單細胞幾乎不可能做到這一點。在探索的過程中，普拉卡什還描述了細胞的幾何形狀，這些細胞通過展開緻密的膜褶進行捕食——他稱之為「隱藏在生物體內的數學謎題」——以及海洋中墜落物質碎片（即海洋雪）的「彗尾」，這些物質會影響全球碳循環。
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。後來他就讀於印度坎普爾理工學院計算機科學與工程專業，2008年又在麻省理工學院完成應用物理學研究生學業。2011年，他在斯坦福大學創辦了自己的實驗室，最初目標是研發"在樹底下"就能診斷瘧疾的工具——即在最需要的地方實現致命感染的簡易識別。該使命不斷拓展，如今他與學生們正通過研究非傳統生物體和推動科學普及，探索生物學的邊界。
普拉卡什的眾多工具：一張邏輯鎖存器，用於「思考」材料原型；一個玻璃和鋁製輪子，用於他的新型「重力機器」顯微鏡，用於垂直繪製水體中的細胞圖譜；一台 Foldscope 紙質顯微鏡；一台 PlanktoScope，一台用於浮游生物樣本的數碼顯微鏡；一組血塗片，用於構建用於瘧疾寄生蟲鑒定的數據集；一個用於記錄蚊子「嗡嗡」聲以進行物種鑒定的腔室。
當普拉卡什不在船上收集奇特的細胞時，他也致力於研究大規模的公共衛生問題，例如瘧疾和惡劣的衛生條件。他曾在印度、盧安達、塞內加爾、坦尚尼亞、肯亞、馬達加斯加和烏干達進行實地研究，他的工作包括培訓臨床醫生使用他的「節儉科學」工具。他的兩種研究模式常常相互借鑒。 普拉卡什實驗室研製出了一種自動顯微鏡，它使用手機電池供電，診斷瘧疾的速度比人類快 30 倍——他說，這項發明之所以能夠實現，只是因為他「在天文學文獻中隨意摸索，而不是刻意尋找解決方案」。
雖然普拉卡什已將自己的哲學理念打造成職業，但他堅信任何人都可以成為「娛樂生物學家」。正因如此，他致力於在世界各地推廣科學教育，並通過他的摺疊顯微鏡項目，培養了一個由「娛樂生物學家」組成的社群，他們互相支持，互相挑戰，以好奇心探索隱藏的世界。
「我們每個人都應該為自己在這個星球上度過的時光付出代價，」普拉卡什說道，「然後你就可以自由地探索了。」
普拉卡什遊走於天文學、生物化學、數學、生物學和物理學等眾多科學學科之間，尋求滿足他的好奇心。
《Quanta》雜誌採訪了普拉卡什，探討了他的研究理念、顯微鏡的隱秘奧秘以及細胞摺紙技術。採訪內容經過精簡和編輯，以便於理解。
問：您如何描述您的研究工作？
答：我的探索之旅分為兩種。一種是關於健康和生態導向的技術，另一種則關乎開放式的好奇心——觀察生命如何運作。它們之間相互關聯。一半時間裡，我並不關心某個知識是否有用。但另一半時間裡，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，我們如何才能將它帶給世界？我們如何將其規模化？在這個過程中，我們也會探索和解決一些科學難題。
問：Foldscope 讓您名聲大噪。您是如何想到這個主意的？
答：大約12年前，我們當時正在研發一種顯微鏡，用於在鄉村診所尋找瘧疾寄生蟲，最終發明了Foldscope——世界上最輕便的摺疊顯微鏡，人們可以隨身攜帶。雖然它當時並不適用於診斷瘧疾，但它很快就被應用於教育領域，因為當時只需一美元，任何人都可以觀察微觀世界。如今，我們已經覆蓋了150個國家的約300萬兒童，並成為最大的業餘顯微鏡社區。社區里不乏諾貝爾獎獲得者，但我們稱之為「業餘」，因為任何人都可以加入。
在科學界，許多人覺得自己沒有發言權，而Foldscope社區則是一個讓你能夠運用創造力來彰顯自我的平台——而不是你的地位、你認識的人或你在哪裡發表過論文。
問：為什麼紙質顯微鏡是業餘生物學家工具包中不可或缺的補充？
答：讓我來告訴你。 （普拉卡什摺疊了紙質顯微鏡，在 30 秒內將其從平面摺疊到可操作狀態，將蚊子幼蟲粘貼到玻璃載玻片上，然後將顯微鏡舉到相機前以顯示幼蟲的內臟。）那是心臟，那些是免疫細胞。
普拉卡什正在觀察他最近在加州洋流探險時收集到的深海片足類動物（一種甲殼類動物）。他試圖在海洋細胞和微生物中探尋進化的巧妙發明。
當我們一起通過摺疊顯微鏡觀察時，突然間我們不再只是在進行假設性的討論。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。我們應該被允許從自身經驗中構建問題，而不僅僅是從教科書出發。誰第一次描述了蚊子的心臟並不重要；重要的是你剛剛看到了它。如果我們教會人們如何觀察並提出與情感相關的問題，人們就會有熱情去解決這些問題。
觀察是一種實踐，如果你不練習，你就會失去它。你可以在最美麗的保護區漫步，甚至只是在你的花園裡，卻沒有真正注意到周圍事物的複雜性。我認為我們忘記了如何提問，所以作為成年人我們必須重新學習它。
問：娛樂生物學依賴於廣泛的好奇心來建立不同領域之間的聯繫。例如，學習天文學是如何促使您製作出「章魚」——一種用於瘧疾診斷的工具的？
答：在瘧疾問題上，我們面臨的挑戰是，到目前為止，為了找到（生活在細胞內的）寄生蟲，我們必須使用顯微鏡上的100倍油鏡，這要花費1萬美元。你只能不斷放大，但仍然只能看到幾個細胞。醫護人員需要觀察3000到5000個細胞，才能從這個角度判斷一個人是否患有瘧疾。
天文學家已經解決了這個問題。當我們觀察恆星時，我們無法從它們的形狀中獲得太多信息。它們看起來就像點一樣。這些物體離我們太遠了，所以天文學家們一直在建造更大的望遠鏡。因此，他們轉而觀察恆星發出的光的顏色，因為這些顏色中隱藏著遙遠地方可能發生的化學反應和成分。這就是光譜學的原理——燃燒物質的化學性質反映在其發出的光中。
普拉卡什遊刃有餘地遊走於經濟型科學工具製造和生物物理微生物學領域之間。
所以，所有這些細胞就在我們面前，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胞呢？我不想買一套價值 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麼吧。結果不太好；它漏掉了各種顏色的光。但後來我們意識到，寄生蟲漏掉了一種特定的顏色。
事實證明，受感染細胞發出的光與未感染細胞相比，波長相差 10 納米。我們當時研究的正是天文學家已經解決的同一個問題。現在，我們可以製造出價格低廉的顯微鏡，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 萬個細胞（並通過它們的光特徵識別瘧原蟲）。
問：你是如何構思娛樂生物學的研究問題的？
答：細胞的荒謬性驅動著這項工作。
我們第一次在夏威夷進行海洋探險，是因為我們預感應該在深海尋找光合細胞。我們了解鯨魚。鯨魚可以一口氣潛入深海，所以我們好奇，細胞能做到嗎？我沒有任何海洋學方面的經費或資金支持。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。那已經是七八年前的事了，我愛上了乘船的感覺。我剛剛完成了我的第19次探險，所以我們已經走了很長一段路。
我想測試一下我們能否在深海中尋找光合細胞。因為這很矛盾，所以這應該會很有趣。我們最終找到了這些美麗的光合細胞，但它們沒有鞭毛，沒有纖毛，沒有可以移動的細胞器。那麼，它們是如何到達那裡的呢？它們又將如何回歸？因為如果你身處深淵，卻需要光明才能生存，你或你的後代就必須想辦法飛升到水面附近。
「一半時間裡，我不在乎某個知識是否有用，」普拉卡什說，「但另一半時間，我會研究那些最緊迫卻無人涉足的問題。」
我們發現細胞擁有一個絕妙的浮力引擎。它像熱氣球一樣膨脹，很像海水淡化廠。水通道蛋白（在細胞膜上形成孔隙的蛋白質）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，然後下降。現在，這個細胞保持著細胞遷移距離最長的世界紀錄。一個 100 微米的物體可以移動半公里。如果以體長來算，我應該可以走到地球的另一邊再回來。但細胞的遷移過程只需要七天。
問：您還發現了哪些獨特細胞的其他特徵？
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來捕獵——相當於一個身高6英尺（約1.8米）的人把頭伸出200英尺（約61米）遠。我們一直搞不清楚它是如何做到這一點的。
後來，當我和孩子們在日本的時候，我被江戶時代的手提燈籠迷住了。我開始思考真正的摺紙藝術是否可以在細胞尺度上進行。我意識到這實際上可能是細胞的結構。我們走進實驗室，對細胞進行了徹底的測量，轟隆隆！——結果和我們想的完全一致。在這種情況下，問題首先出現了。它在很多方面都可能異想天開，而答案的深處卻蘊藏著驚人的生物學原理。
問：您以好奇心為驅動的研究方法是基礎科學，其研究目的不是為了應用。您希望公眾了解基礎科學的哪些重要性？
答：我們在社會中面臨的大多數挑戰，其根源在於我們對自身干預的流程缺乏基本的了解。在醫學領域，每一種藥物的發明，都源於我們試圖干預一些我們無法掌控的事物。當我們僅僅依靠現有的知識來構建解決方案時，最終會受到極大的限制，無法確定我們能做什麼、以什麼樣的價格、在什麼樣的規模上進行。
這無關投資，而是在我們每個人內心深處。基礎科學並非服務於某種事物，而是奠定我們整個社會根基的基礎。
問：那麼，如何培養一名娛樂生物學家呢？
答：你給他們買雙橡膠靴，帶他們去海洋深處、沼澤深處或冰川深處，教他們觀察。你給予他們自由，讓他們提出原創問題，而不必擔心這些問題是否對他人有用，他們就會開始發現以前從未見過的東西。
我們都應該被允許去探索生命世界的奧秘，但人們卻避而遠之。他們說科學枯燥乏味，或者科學不合他們的口味，或者他們不擅長科學。但科學就是一切。它關乎你的每一種情感，你所經歷的一切，以及我們在世間存在的一切。我們幾乎剝奪了每個人對生命世界的奇妙感受。對我來說，娛樂生物學就是如何讓我們重拾這種奇妙的感受。
原文鏈接
[1] How Paradoxical Questions and Simple Wonder Lead to Great Science
本文經授權轉載自微信公眾號「3磅宇宙」。
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