澳门威利斯人手机版生物数学中有头,火星救援

《火星救援》,是两个传奇故事合二为一。在故事中,火星宇航员马克·沃特尼(马特·达蒙饰)因为一次沙暴而被独自一人丢在了火星上,而他凭借着科学、乐观和足智多谋,独自存活了整整一个火星年,直到救援抵达;而在现实中,原著小说则从默默无闻的作者在博客上自娱自乐写作,变成亚马逊自出版畅销书,如今又变成了雷德利·斯科特执导的好莱坞大片,还有马特·达蒙、塞巴斯蒂安·斯坦等大牌演员加盟。

(文 / 伊恩·斯图尔特)从前有个笑话,说的是一个农夫,雇用了一群数学家帮他提高牛奶的产量。数学家给农夫做报告,开头第一句便是: “假设有一头球形的奶牛……”

2017年诺贝尔生理学与医学奖授予杰弗理·霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔·罗斯巴殊(Michael Rosbash),与迈克尔·杨(Michael W. Young),以表彰他们发现了昼夜节律的分子机制。

澳门威利斯人手机版 1马特·达蒙在《火星救援》里饰演宇航员马克·沃特尼,他是团队里的植物学家兼机械工程师。图片来源:二十世纪福斯

这个笑话揭示了人们对数学模型的误解,即数学建模不需要精确、有效地反映现实。球形奶牛是不能生产小牛,但如果你想研究皮肤病的传播,它可能是一个合理的研究对象。

澳门威利斯人手机版 2图片来源:www.nobelprize.org

澳门威利斯人手机版 3塞巴斯蒂安·斯坦在《火星救援》里饰演另一名宇航员克里斯·贝克,他是团队里的医生。图片来源:二十世纪福斯

运用生物数学,除了要选择合理的模型,还需要认真对待生物学,不要遗漏一些关键性的东西。但有的时候,你也需要简化情景,尝试新的想法,再看结果如何。

来看看科学家们的精彩点评。

作者安迪·威尔说:“我完全没想到它会那么受到主流的欢迎,到今天我依然不知道自己做对了什么。这个故事说穿了就是一道超长数学题,结果却有那么多对数学不感兴趣的人喜欢上了它,我也不明白是怎么回事。”的确,这本书也许是科学在好莱坞的所有现身中最准确的一次了(编者注:并非没有瑕疵,但那将是其他文章的任务)。它究竟哪里招人喜欢了呢?

海洋中有许多浮游生物,范围从微生物到小型水母,其中许多都是成年生物的幼体。它们都生活在相同的栖息地,并且竞争着相同的资源,不过有些生物除外。

 

11月25日,《火星救援》将在国内上映。值此前夕,果壳网专访了电影的四位主创人员:导演雷德利·斯科特(Ridley Scott),两位宇航员的扮演者马特·达蒙(Matt Damon)和塞巴斯蒂安·斯坦(Sebastian Stan),以及制片人西蒙·金伯格(Simon Kinberg)。

1932 年,俄罗斯生物学家乔治·高斯(Georgii Gause)提出 “竞争排斥理论”:任何一个环境的物种数,不会多于此生态可承受数目,这也是一种谋生的途径。如果两个物种尝试竞争同一个生态环境,那么根据自然选择理论,其中一种会胜出,另一种被淘汰。然而将此理论应用于浮游生物,则出现了矛盾——生态资源是有限的,而物种却是多样化的。要解决这种矛盾,还得归功于混沌理论。

徐璎 (教授,博士生导师,中国细胞生物学会-生物节律分会会长,国家杰出青年获得者,科技部重大项目研究计划首席科学家):

导演雷德利·斯科特(Ridley Scott):幽默是属于人类的勇气

果壳网:你是什么时候知道这本书的?第一次读这本书的感想如何?

雷德利·斯科特:我读到这本书的时候是一年前了,当时我本来是要准备普罗米修斯的续作——也就是现在被称为《异形:契约》的片子。但我先读到了《火星救援》的剧本,他们说你先看这个吧,这个剧本写完了,普罗米修斯的还没写完呢。我读了剧本之后立刻就爱上了它。我后来也看了书,想看看书里有没有什么别的东西;但是剧本已经是很出色的改编了。所以我去和剧本作者德鲁·高达(Drew Goddard)聊了聊。他也是一位导演,我问他:“你这个剧本很好啊,不打算拍吗?”他说:“我在忙别的事情,你想接下吗?”就这么简单。

果壳网:原著里充满了科学、技术和geek的内容,这么多东西会不会吓人?拍成电影有困难吗?

雷德利·斯科特:我在学术领域是个灾难,我也不觉得我是那个意义上的极客——极客一般是很聪明的,对吧?在学校的时候我不怎么聪明,但是我学会了按我自己的方式做事情:我成了个很好的艺术学生,并且进入了世界上最好的艺术学校——皇家艺术学院。我从那里学到的一切,到现在每天还在运用,还应用在我的每一部电影里面。我在思考和计划这部电影的时候,靠的是画画——我很擅长画画,我把整部电影都画了出来,首先在纸上再现了它,然后才轮到胶片。因此我能真真切切地看到我想要的效果。比如,有一项技术或者说数学,是ASCII码(美国信息交换标准代码),用数字来编码字母和信息。我们必须把这个东西像钟表上的数字一样展现出来。一开始我读到这一段的时候想,“这他娘的是在说什么啊”,但是当我把它画出来的时候,我一下子就明白了它的运作逻辑。所以这就是我拍摄这个片子的时候的做法:用视觉图像来讲这个故事。

果壳网:有没有哪些剧本的部分,你觉得太过科学或者太过技术了,难以在银幕上展现?

雷德利·斯科特:其实没有。我读了剧本,我可能没有完全理解其中的每一个细节,但我能知道,它讲得通。所以更大的挑战是讲明白:为什么要这么做?缺了哪些部分?要怎么把这一切讲得明白清晰?当然要讲明白,因为我们在制作影像嘛。人物可以说些话,但是图象——那是谁说的来着?好像是希区柯克说的:一图胜千言(A picture is worth a thousand words)。至少希区柯克自己绝对是遵循了这个原则。     

果壳网:NASA在电影的拍摄中起到了多少作用呢?

雷德利·斯科特:NASA和JPL都帮了很多忙。JPL是帕萨迪纳的喷气推进实验室,NASA嘛,你知道的。NASA负责的是宇航员和飞船的部分,JPL则提供给我们机器人。现在火星上的机器力量包括三颗美国卫星,就在此刻环绕着火星运行,未来会增加到11颗;还有火星车在火星上漫游。电影里出现的那个小玩具,他们管它叫“旅居者”,连在那个三角形的能打开的东西上;这个东西就是它的母船,旅居者裹在里面,等到它一打开,就跑出来四处走动,做它的科学研究,探测沙地,分析数据,传回母船,然后由母船传送回地球。他们干这样的事情已经二十年了。这就是JPL。    

果壳网:你本来就因其他的科幻电影而出名了。你觉得《火星救援》和你别的作品比起来有何不同呢?

雷德利·斯科特:这算是我对原来路线的一个偏离吧。我是说这次算是放松了一回,因为没有怪物——谢天谢地,没有怪物了。其实我很喜欢怪物,但是怪物非常难设计,它能让电影非常具有特色,但也非常棘手。但是关于这部电影我很喜欢的是,这全都是关于科学和他身处的险境。他每分每秒都在不停地陷入危险之中,当他穿着宇航服走出去的时候,可能只需一次心跳的时间就会死掉,而且永远是无法预见的事情:就像他的空气闸门炸掉的那一次,差点把他干掉,还杀死了他所有的植物。所以是一个麻烦接另一个麻烦——但是我觉得这始终很有趣,因为这部片子有非常厉害的幽默来维持。幽默在这样的场合下是和勇气相伴随的,是属于人类的勇气。

澳门威利斯人手机版 4马特·达蒙饰演的角色是一名乐观、幽默而足智多谋的宇航员。图片来源:二十世纪福斯

基于牛顿运动定律的经典动力学,侧重于研究状态的稳定性(不随时间变化而变化),以及周期性(同一件事物的顺序,随时间的变化而不断重复出现)。忽略侵蚀因素,如果一个岩石没有被移动,则它就一直保持着稳定状态;四季的更替是周期性的,且周期为一年。

为什么昼夜节律分子机制能够获奖,我觉得第一个很重要的原因就是它的广泛性。这个生物钟其实不单是植物,在哺乳类动物中也存在,它是广泛存在的。

制片人西蒙·金伯格(Simon Kinberg):不觉得在上课,却学到了很多科学

果壳网:你是什么时候知道这本书的?第一次读这本书的感想如何?

西蒙·金伯格:嗯,这大概是——哎呀,可能是两年半之前了吧,其实也不算很久——我读的时候是小说作者安迪·威尔在网上自出版的时候,是个电子书,还没有实体的印刷版。当时他都不觉得会有出版社和他签约。我当时在做另一部电影,另一个一起干活的制片人跑过来对我说,“你一定要看看这本书,太帅了。”那时我的电影工作也非常忙,我坐下来心想我可能就随便看个二三十页,看看感觉吧,但结果是我一口气把整本书全看完了。我完完全全被它迷住了,简直是一见钟情。于是我写信给二十世纪福斯公司,我们有个制片合约;我说,“把这书买了。我们必须把这书买下来。相信我,你都不用去读了再说,这家伙现在还在自出版呢,买下来不会花太多的钱。”他们说,“好”。你知道,我那时的感想也就是我现在的感想:这本书就是一种全然新颖的声音。而拍出来的电影也是近乎完美地再现了书中这种声音的本质:乐观,好笑,关于人,令人激动,有娱乐性——所有这些东西,都是我从小看《星球大战》和《终结者》这些好看的科幻大片而爱上的特质。但与此同时,它还非常真实。这是我以前从来没有在科幻电影中真正见到过的——如此真实,又如此好玩。

果壳网:这么科学的电影能得到这么大的投资,其实有点让人惊讶。你觉得制片人为什么会愿意给这部电影投资呢?

西蒙·金伯格:我想是因为,首先故事本身是一个大故事,就像《星际穿越》,就像《地心引力》,还有《阿波罗13号》那样。这些电影都是关于在太空中迷失或者陷入危险的。这在视觉上是一个庞大的世界,有许多展开的余地。但是我想这部电影真正吸引其他制片人、雷德利斯科特还有那些大牌明星的,是剧本所捕捉到的原书基调。德鲁·高达写了一部极其美妙的剧本,实现了很好的平衡,正如之前所说,把螺母螺栓那种级别的硬科学和好玩、幽默、非常令人愉悦的东西平衡在了一起。所以你不觉得你在上科学课,但是你确实学到了很多科学的知识!这是个非常漂亮的组合。

果壳网:拍摄科学元素这么多的电影,很困难吗?

西蒙·金伯格:把这么多科学内容放进电影里面,同时还要保证它很好玩,确实是非常困难的。我想这就是改编这本书的主要挑战:保留书中所有这些科学性和现实性,还要让它有戏剧性、有电影效果。原书有个特点:它本质上就是一本日记,一个人写的日记。我们必须找个办法用视觉方式把它呈现出来,让它产生电影感。这就是为什么我们能请来雷德利·斯科特作为导演是非常幸运的事情,因为他可能是这个媒体有史以来最擅长视觉的电影叙事者之一。所以我们完全不担心电影的哪一部分会在视觉上无聊。

果壳网:你们是怎么联系到NASA来帮助电影的拍摄的呢?

西蒙·金伯格:你知道,他们都是原著的铁杆粉丝。NASA的人非常喜欢这本书中对太空旅行的真实描写,也觉得原书对宇航员的描述非常精准。所以他们完全不需要什么说服,我们电影还没开拍他们就已经入伙了。

果壳网:你在X战警系列中做出了很大的贡献,那也算是一种科幻片吧,你觉得那样的电影和《火星救援》有什么异同吗?

西蒙·金伯格:X战警当然比起火星救援要超自然得多了,火星救援真的是非常依赖现实中的科学的,而显然,迄今为止还没有那种变种人,至少我没见过。所以X战警会更加虚构。电影的基调也非常不同:X战警是非常严肃的,几乎是戏剧式、歌剧式的主调,而火星救援则是相对轻松的、非常幽默的。但是最重要的是,火星救援这部电影是大致发生在我们的世界之中的——是我们的未来世界,但还是我们所生活的世界,而X战警则是,你知道,人们飞来飞去,眼睛里射出激光!

贝克医生的扮演者塞巴斯蒂安·斯坦(Sebastian Stan):一直想演宇航员,还想成为宇航员

果壳网:你在之前的访谈中提到过,你小时候对太空探索十分着迷。这是你接演《火星救援》中的宇航员角色的原因之一吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:绝对是。我一直都想演个宇航员,还想成为宇航员。再加上还有机会和雷德利·斯科特一起工作,我立刻就被收买了。

果壳网:你是雷导的粉丝吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:当然!他的《角斗士》、《美国黑帮》,还有《异形》系列,都是非常精彩的电影。

果壳网:但《异形》系列这样的电影不会让你对当宇航员打退堂鼓吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:(笑)哈哈,但《火星救援》和《异形》系列不一样,《火星救援》里没有异形,要现实得多。

果壳网:《火星救援》中没有反派。

塞巴斯蒂安·斯坦:没错,正是这样。

澳门威利斯人手机版 5在《火星救援》中没有反派角色。图片来源:二十世纪福斯

果壳网:在拍摄过程中,你有学到什么之前不知道的太空知识吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:是啊,我拍摄了很多特效场面,穿宇航服拍的镜头都很有信息量,因为太空行走是很危险的。宇航员们的日常工作实在令人惊叹。我们平时几乎不会想到重力这回事,光是太空中没有重力这一点就很让我大开眼界。

果壳网:你们有看到真的宇航员训练吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:我们没有多少时间训练,因为我加入剧组的时间很晚,只有两个星期时间准备。所以我在网上做了不少研究。

果壳网:你看了训练视频?

塞巴斯蒂安·斯坦:是啊,我看了许多训练视频,太空电影,还有宇航员的访谈,把我能找到的都看了。

果壳网:你对剧本的第一印象怎么样?有让你大笑出声吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:剧本很有趣,我没料到剧本会这么好笑,这一点让人耳目一新,因为关于求生的故事一般都很严肃,而《火星救援》两者都有吧。

果壳网:如果有机会在飞船上工作的话,你想担任什么职务呢?是像Beck这样的医生,还是主角Mark Watney这样的植物学家?

塞巴斯蒂安·斯坦:我可能还是得像马克·沃特尼一样当个植物学家吧。想活下来的话还是得懂点植物学(笑)。

果壳网:如果是贝克医生, 而不是主角马克·沃特尼被困在了火星上,你觉得他能活下来吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:我很希望他能活下来,但我也不确定。我觉得他有活下来的意志,他会做能做的一切来求生。

果壳网:因为他舍不得约翰森?

塞巴斯蒂安·斯坦:是啊,他在旅程的一半就爱上她了。

果壳网:你觉得他们的感情和普通的办公室恋情有什么不一样吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:非常不一样。我其实去问了真的宇航员如果爱上同事会怎样。他们告诉我后果非常、非常严重;宇航员之间完全不允许恋爱,所以他们的关系才会是个秘密。

果壳网:但到最后,大家差不多也默认了贝克医生和约翰森的关系。

塞巴斯蒂安·斯坦:是啊,到了生死关头,船员们一想,“我们必须去把马克救回来,而且说不定回不来了”,那些禁忌也就显得无关紧要了。所以他们基本上公开了关系。

果壳网:《火星救援》的绿幕场景比《美队2》要少许多,对表演来说,比较写实的场景和绿幕场景有什么不同吗?

塞巴斯蒂安·斯坦:不用绿幕表演的感觉总是要好很多。雷德利·斯科特导演喜欢设计细节丰富的场景,每一个细节、每一个按钮都会考虑到。对演员来说,这就是一座金矿, 表演所需要的东西都在那里。但对着绿幕表演的时候,就需要把一切都记在脑子里,时刻注意周围。

澳门威利斯人手机版 6《火星救援》拍摄场景。图片来源:popsci.com

然而,数学家在 20 世纪 60 年代发现,传统的观点使我们完全忽略了另一种更令人困惑的现象——混沌。这种现象极其不规则,呈现出随机性,但这一现象本身并非随机的。

第二个就是它的基础性。周期节律这样的一个分子机制,在纯种动物当中,它精确到23.7±0.1,这样一个原理知识,能够很精确地用数字表示。对这样的一个精确机制性研究,我觉得它是所有生命科学研究里面的一个典范。

马克·沃特尼的扮演者马特·达蒙(Matt Damon):我爱科学,和科学所代表的一切

 

编者注:正式采访前,还有一段对话没!拍!进!去!

工作人员:这位是来自果壳网的Stella,他们站上有许多科学科普方面的内容

马特·达蒙:真的吗?我女儿也叫Stella诶。

(快要晕厥的)果壳网:我知道。我们有点像中文界的Space.com吧。

马特·达蒙:(笑)哇,那真是太棒了!

看起来,这种奇怪的现象似乎在自然界中不存在,但事实却正好相反。无论何时,当系统出现将材料混合在一起的动力——就像为了将配料混合在一起而揉面团时,混沌现象就会出现。只图简洁的话,混沌现象貌似是奇特的。然而在自然界中,那些简洁的问题才是罕见的,自然界不需要它们。

在应用方面,我觉得应该从应用价值来看。这个节律是一个系统性的调控,他控制了10%到43%的基因表达。它每天都在调整,每天受昼夜环境的调控再重新设定,使得我们能够适应环境,比如像我们昼夜调时差。另外,生物钟的研究从最开始好奇它的反馈机制,它的周期形成,到现在慢慢地体现到了应用价值上,比如疾病相关、早起早睡,这些也是由于生物钟的紊乱造成。一般我们的正常生活过程中也有生物钟的变化,比如年轻人晚起,到老了慢慢变成早睡早起,其实这也是一个生物钟变化。

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