赵云波

美国时间2020年11月30日，谷歌旗下的人工智能(artificial intelligence,AI)公司DeepMind宣布：“AlphaFold成功解开了一个困扰人类长达50年之久的生物学难题——蛋白质折叠问题。”[1]在第14届国际蛋白质结构预测竞赛(critical assessment of protein structure prediction,CASP)上打败了所有竞争对手。消息一经发出，有人惊呼“结构生物学家要失业了”。AI可能会带来一些行业性失业早已不是什么新鲜话题，但在人们分析哪些职业将受到影响时，科学家群体很难上榜。然而这一次，可能轮到科学家自己了。那么，AlphaFold真的“看”到了蛋白质结构吗？会带来结构生物学的革命吗？以此为核心推演开来，AI预测可以代替科学实验吗？AI计算推理知识是科学知识吗？AI可以代替科学家的工作吗？这些思考直接关系AI时代我们如何理解科学、如何发展科学等深层次问题。

1 蛋白质折叠难题及其主要破解途径

1.1 生物学结构分析的意义及蛋白质折叠难题

简单来讲，蛋白质是构成生物体的一类大分子，在生命过程中担任了重要的角色，生物体中很多生命活动都离不开蛋白质在其中发挥特定的作用，如动物血液、骨骼、皮肤、毛发等由内而外的组成部分中都有蛋白质，动物的繁殖、遗传、发育、生长等生命过程都离不开蛋白质。而蛋白质之所以能在生命活动中发挥出重要的功能取决于其自身高度复杂的空间结构。在生物学的很多领域，解析样本结构对于理解生命机理非常重要，正如沃森(James Watson)在1964年的一篇文献中所讲:“除非我们首先知道其结构，否则不可能在化学水平精确描述一个分子的功能。……