| 科學之遊戲規則 (3) |
| 送交者: 植物所 2006年07月12日14:26:36 於 [教育學術] 發送悄悄話 |
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大概是在1985年前後,我在姚敦義教授的推薦下看了這本書。當時還沒有中文版,我看的是英文影印本。儘管我不是很喜歡沃森在書中對羅沙林德•弗蘭克林女士甚至他的合作夥伴弗蘭西斯•克里克所表現出來的傲慢態度(他在後記中對此表示過歉意),但是這本書卻非常詳細地敘述了20世紀最重大突破之一 — DNA雙螺旋結構在劍橋被發現的前後經歷。 傳記能使偉人走下神壇。讀傳記是了解發明過程的最好方法。如果在看完一本自傳之後你變得更加崇拜一位科學家時,要麼是這本傳記寫得很差,要麼是你沒有真正讀懂。反正是白看了。我認為你在讀完一本傳記後應該了解到偉人平凡的一面,有血、有肉、有感情的一面,踏踏實實做小事情的一面,同時也應該了解到偉大的發現背後,常常有很多人為之鋪路才使之變得可能。這就是《雙螺旋》這本書給我帶來的感受。 沃森的過人之處是他的開放型思維,敢於挑戰經典概念,他能夠最大程度地利用已有的知識資源。 1953年,當時只有25歲的沃森和他的合作夥伴克里克,在《Nature》雜誌上發表了那篇只有兩頁紙的文章,闡述DNA結構和可能的自我複製方式,使他們兩人和威爾金斯一起獲得了1962年的諾貝爾生理學和醫學獎。 沃森研究雙螺旋的時代,正是分子結構解析技術成熟的時期。作為有很好生化背景的他,在這個研究過程中所做的基本上是靠計算和紙板模型的拼湊。他的結論是以羅沙林德•弗蘭克林博士所提供的X-光衍射照片為證據的。這位37歲就被卵巢癌奪去生命的聰明女科學家,儘管為DNA結構的解析提供了最重要的數據信息,還為沃森的早期模型提出了尖銳的批評和建議,遺憾的是她卻沒有能夠正確地提出結構模型。她的早逝為世人留下了無數的遺憾。 讀完《雙螺旋》這本書,讓我比較清楚地了解了這個20世紀最大發明之一的核酸分子結構的解析過程,使我擺脫了對傳統教科書的迷信和崇拜,學會了思考教科書裡每一句話背後的研究工作,學會了不斷用現代實驗手段去挑戰傳統概念。我認為只有這樣,我們對科學的理解才能不斷進步,科學才能不斷進步。 4、如何做科學 做科學的意義 我非常欣賞的一句格言是“當一個科學家開始對概念過分強調時,他的學術生涯也就結束了”。 做科學就是挑戰傳統,探索未知,主要表現在它的前瞻性和新穎性。 科學的前瞻性和新穎性決定了它同人們日常生活之間的距離,它的應用價值一般需要一個很長的時間過程才能體現出來。記得父母在世的時候,我常常覺得想跟他們解釋清楚我在做什麼時,是挺難的一件事。我總是儘可能將我所作的研究跟日常生活中一些實際的事情聯繫起來,但是我也知道,我所做的研究究竟何時能夠給他們的生活帶來影響是一件比較遙遠的事情。即使是沃森和克里克在1953年發現DNA雙螺旋結構的時候,他們也不會想到由此所帶來的生物工程、基因療法、分子免疫、基因診斷和突變修復等眾多與人們日常生活息息相關的一系列領域的發展。 從大家熟悉的抗蟲基因工程來看,它的發現和發展到現在的生產應用經歷了近100年的過程。1901年,日本科學家Ishiwata首次發現了一種能夠使家蠶生病的細菌,這就是我們現在所知道的能夠產生昆蟲毒素的蘇雲金桿菌。它跟枯草桿菌親緣關係很近,所產生的蛋白毒素能過影響很多鱗翅目昆蟲的消化。37年之後(1938年),這種細菌懸浮製劑作為第一種生物源農藥正式在美國上市,在蔬菜和森林防蟲中應用。1984年,孟山都公司(Monsanto)申請了利用轉蘇雲金桿菌毒蛋白(B.t毒素)基因轉化植物,培育抗蟲植物的技術專利。此後的20年裡,不同組織和個人所申請的與B.t毒蛋白在農業生產上應用的有關專利高達400多項,囊括了該技術開發改良的許多方面,使這一技術的開發愈加完善。儘管在歐洲,人們仍然沒有完全消除對轉基因產品的擔憂,但是它的價值在美國、中國和加拿大等國家已經得到了充分認可。它使人們減少食用被農藥污染的食品,農民也減少在炎熱的夏日噴灑那些使人喘不過氣來的有毒農藥。也許在不久的將來,人們將會看到它在改善人類生存環境方面所產生的影響。 科學的超前性並不意味着虛無縹緲。這種前瞻性常常成為偽科學者和超自然主義者鑽空子的藉口,提出一些虛無縹緲的論說,以“你現在不能證明便不能否定它的存在”作為詭辯的根據。可悲的是這些人居然總能夠找到他們的市場,一茬過了,又來一茬,象草坪中的蒲公英一樣,永遠去不掉。 從理論上說,區分科學的真偽很容易。不能提供科學證據的描述便不是科學。科學的嚴謹性在於它不是對現象的簡單描述,而是對現象發生的原因的解析過程,這種解析結果要達到三點要求才有意義,方有可能成為新知識體系的一部分:A) 必須要有嚴格的對照; B) 必須要有統計學意義;C) 必須能夠被他人重複。 因此,偽科學者即使能夠捏造數據而達到前兩個要求,第三個要求是不可能達到的。現實中,儘管重複試驗有時需要一個較長的過程,但任何虛假的東西都有可能成為醜聞而被揭露出來。 然而現實中問題的複雜性還在於偽科學者常常(或者說總是)不跟科學家直接較量,更不會跟內行的科學家交流,而把他們的觀點(或稱為謬論)通過新聞媒體傳播給大眾,拉虎皮做大旗,蠱惑民心。想起一件今天看來挺可笑的事情,大約在八十年代初期,正是國內所謂“科學的春天”已經來臨的時代,有一篇新聞媒體的報道說,科學家用牛肉細胞和西紅柿細胞雜交,培育出牛肉味道的西紅柿。可見, 一些偽科學的東西會在幾年、十幾年甚至幾十年裡產生破壞性影響。 所以,求實求真的科學態度和嚴謹的研究方法是一個優秀的科學家最重要的品質。擁有了這兩點,他才能在從觀察現象到提出科學理論的科研過程中不斷進取。 如何選題 選題說起來容易,做起來卻非常困難。有些人知道科學問題在哪裡,但是卻“老虎吃天,不知從何處下口”。也有些人雖然有先進的實驗設備和技術手段,卻找不到有價值的科學問題。就象捧着一碗熱湯麵,沒有筷子干着急;有一雙漂亮的象牙筷,找不到麵條同樣着急,因為兩者的結果是一樣的:橫豎吃不着。其實有很多東西一點就破,就在於有沒有idea的問題。因此,經常同他人交流,虛心聽取他人的建議,可以開闊視野,彌補自己知識的不足,激發思想火花。這樣才能夠做到既選題準確,又能很快找到解決問題的切入點。 所有的重大發現的獲得都不是偶然的。它與當時的技術水平、知識結構、社會需求有着密切的關係。例如,沒有顯微鏡,即沒有細胞的發現;沒有X-衍射技術,就沒有DNA雙螺旋結構的發現;沒有高溫穩定性的DNA合成酶(Taq polymerase),就不可能有PCR技術的出現;同樣,沒有高通量的DNA順序分析設備,就不可能有基因組學的時代。很多情況下,是先有了合適的技術手段或實驗系統,然後人們思考用這個系統可以幹什麼事情,解決哪些問題。例如, PCR技術的出現,使成百萬倍或千萬倍地增值DNA分子成為可能,其高度敏感性便使人們想到了利用該技術去發現化石里的遺傳物質,研究那些已經絕跡的生物的遺傳因子與現代物種之間的進化關係。在PCR技術出現之前,任何想做這類工作的人都是不現實的。說通俗一點,阿基米德也是在發現槓桿的原理後,才想到要“支撐起地球”。 如何選材 現實中科學選題和選材之間一般不存在先後關係,必須同時考慮。因為儘管有時雖然選的題目很有意義(世界上有許許多多需要我們解決的問題),但由於現實條件和實驗材料所限,如技術細節沒有搞清楚,或沒有合適的檢測或操作手段等,目前尚不具備研究條件。這樣的題目選了之後,工作無法開展,等於紙上談兵。所以在選題時就得有目的地選擇適當的實驗材料,以保證你的idea能夠在這個材料中被實施,這一點非常重要。比較典型的例子是西德尼•布萊納(Sydney Brenner)。 布萊納教授生於一個南非的猶太人家庭,父親是個鞋匠。我第一次在那見到他時大概是1991年。當時作為IMCB的學術委員會主席,每年都去新加坡。他在被諾貝爾委員會數次提名之後,他終于于2002年因在研究細胞程序化死亡方面所做出的開創性工作而獲此殊榮。事實上他一生的貢獻很多,我認為他另外一個重大貢獻是為生物學界引進了兩個非常有價值的實驗材料。 一是線蟲(C. elegans)。這種1毫米長的土壤生物雖然只由959個細胞組成,卻具有典型的動物結構:如具有消化系統、生殖系統、神經系統和肌肉系統(沒有肌肉系統,肌肉只是一種組織?)等。因此,作為實驗材料,它有很多優勢:如繁殖很快,它的一個生命周期只有3天半,每隻成蟲可以產生300多個後代。其顯著優點還在於它的整個身體是透明的,可以在干涉顯微鏡下連續觀察其發育過程。另外很重要的一點是它的基因組很小,這種可以在培養皿中繁殖的動物的核基因組只由一億對鹼基組成,為科學家從分子遺傳水平上了解動物的生長發育提供了很多方便。 線蟲作為實驗材料的使用,大大加快了人們對動物基因表達調控及功能執械牧私狻2祭襯傻熱碩源俗髁舜罅抗ぷ鰨芯科鞴偃綰畏⒂拖赴綰慰刂撲勞觥K謖飭椒矯嫠齔齙耐懷齬畢祝約罷廡┏曬罄叢諡瘟浦琢齜矯嫻撓τ茫顧竦昧?002年的諾貝爾醫學/生理學獎。 二是河豚魚。八十年代中期,已年滿六十歲的布萊納開始推崇另外一個研究材料 — 日本的河豚(puffer fish)。他認為河豚和人類的進化分枝發生在4.5億年前。這種進化上的距離使所有非功能保守的基因都發生了變化。只有那些作為脊椎動物必需的高度保守基因才被遺留下來。河豚魚的另外一個優點是它的基因組比較小。只有3.6億對鹼基,是人類基因組的1/8 (見下表)。因此,他相信河豚的基因組內“垃圾”較少,可以幫助人們找到重要的功能基因和重要的調控順序,是研究脊椎動物比較基因組的好材料(順便提一句,很多人都知道河豚有劇毒,但是事實上並非魚自身有毒,而是因為在這種魚的眼睛和內臟中有一種共生的細菌,能夠產生劇毒型的神經毒素)。布萊納為了說服大家支持對河豚基因組的分析,到處遊說。這一次他很不成功。有些人甚至認為他是老糊塗了。不相信他的觀點,自然也沒人願意為他出錢。 直到九十年代初,他利用自己作為IMCB學術委員會主席的影響力,首先說服了該研究所的同仁和新加坡政府,開始了對河豚魚的基因組研究。在一些苗頭出來之後,人們才開始相信他。到2000底,一個河豚基因組國際協作組終於成立了。由於前面的工作和群體的力量,他們只化了兩年的時間和一千萬美元,便將河豚魚的基因組草圖解析出來了(Aparicio等, 2002)。非常幸運的是人類基因組在此一年前也已完成(Venter等,2001)。兩個基因組的比較使布萊納和他的同仁們發現了很多重要現象。例如,他們觀察到人類基因的調控順序可以在它被調控基因的十萬個鹼基對以外,一個內含子也可以長到七萬個鹼基對。這對傳統的基因組學研究人員來說是突破想象極限的。
表1: 不同生物的基因組大小和基因密度比較 生物種類 再舉一個例子。很多人都知道矮稈小麥在 “綠色革命”中起了關鍵作用,大大提高了小麥產量,並將無以計數的窮人從飢餓和貧困中解脫出來。因此,分離該基因(哪個基因?矮杆基因?)成為很多科學家夢寐以求的事情。由於現代小麥是異源六倍體,基因組高度重複,想從中克隆基因非常困難。但是,彭金榮及其在約翰•應納斯的合作者在擬南芥菜中發現了一個矮稈突變體。該植物的基因組比較簡單,使他們能夠在比較短的時間內分離到控制莖稈高度的這個基因。象矮稈小麥一樣,該突變體也對赤黴素不敏感(彭金榮等,1997)。他們設想很可能控制小麥矮稈形狀的來自同一基因。通過比較簡單的同源克隆技術,果然,兩年之後他們又拿到了小麥的矮稈基因,並證明是與在擬南芥菜里發現的是同一種基因(彭金榮等,1999)。可以相信,如果他們不這樣做,而是一開始就想直接從小麥中分離該基因的話,那麼,完全有理由相信他們現在很可能還迷失在龐大的小麥基因組中呢。 自然,很多科學家在做過幾年甚至幾十年的研究之後,都會對自己的材料產生很深的感情,很多人也曾經希望他們為之傾心的生物材料能夠得到更多人的欣賞。然而最終是否能夠引起學術界普遍重視,要看這種生物材料能否在很多方面表現出它的優勢。一般情況下,使用大家普遍接受的材料可以使工作更快,更容易得到大家的認可。以國內植物基因功能研究為例, 除了薛勇彪研究組使用的是一種具有自交不親和特徵的金魚草來研究不親和機理和陳曉亞組用棉花為材料研究棉纖維形成這些特殊問題外,最近幾年比較有影響的工作大多數都是以國際上廣泛使用的擬南芥菜和水稻為材料。 5、做科學的困惑和視角 問題會越來越多 一般情況下,人們總是希望能夠完整地幹完一件事,以便有機會享受完成任務的喜悅。但這一點做科學的人很難體驗到,即使偶爾體驗到,也是稍縱即逝。這種感覺還使我想到2001年在瑞士琉森湖遊覽時感受過的一格瞬間。當時天很陰暗,我們站在船舷的甲板上。突然間我們看到灰黑的天空洞開,仿佛聽到一聲天幕被巨手“刷——”地撕開的聲音(照片1),隨之而來的卻又是霧霾。只有長時間經歷黑暗的人,才能真正體驗到當時那瞬間陽光的魅力。 科學研究工作不允許你長時間地沉浸在這種感受中。在勝利的喜悅還沒有從你的嘴角消失的時候,新的等待你回答的問題已經出現了,再次使你夜不成眠。相反,如果你對自己的新發現沾沾自喜從而駐足不前,則有勃於科學家所應遵循的持之以恆去探索的職業準則,最終也消減了你自己發現與創新的激情,在科學研究的路上越走越窄,舉步維艱。 如此這般,有些人便發現科學越做越不明白。但這是不對的。儘管做科學有回答不完的問題,然而,當你專心研究一個方向三、五年甚至是十幾年之後,再回過頭來看時,你發現自己可以準確地回答一些問題了。這種對事物的精確理解跟你剛開始從事研究時的那種天真、或是躊躇滿志的良好自我感覺是完全不同的。 所以,當你同一個傑出的科學家交談時,你會發現他清楚地知道自己懂什麼,也知道自己不懂什麼。這就是孔老夫子所謂的“知之為知之,不知為不知,是知也”。當你向他求教時,他不會給你模稜兩可或似是而非的答案,他會清楚地告訴你問題的答案是肯定的還是否定的,或者是他不能肯定的。如果你所提的問題是他不了解的領域,他會真誠地建議你去跟某某人討教。這一點在最近丁肇中教授接受中央電視台的採訪時可以看出來。對好幾個問題他的回答都是“我不知道”。作為一個諾貝爾獎得主,擁有這種虛懷若谷的坦蕩胸懷令人敬佩。相反,跟有些學者交流時,你的第一印象是他什麼都懂,當你進一步向他問問題時,你發現他其實什麼都不明白。 一個專家學者要為自己的言行負責。這一點對於那些著名的、在社會和政治上有一定影響力的學者尤為重要。作為一個公共人物,他們的潛在影響力是巨大的,他們的錯誤言行或者不負責任的外行話有時會對經濟發展和科學進步產生很大的負面影響。 總之,科學研究使你從膚淺的懂到不懂,又從不懂到真正懂,其實是一個“認識問題—發現問題—解決問題—認識新問題” 的“螺旋式上升過程”。
任何重要的研究題目,由於其新穎性、開創性和不可預見性等特點,常常需要很長時間的鑽研。但是,當一條路走不通時,不應該在這條路上耽誤太久,死鑽牛角尖一般沒有意義。要另闢蹊徑,採用其他的實驗方法,或者換其他實驗材料,甚至變換一下問題的角度。只有機動靈活,才能享受“柳暗花明又一村”的境界。這一點我在前面章節里同Jeff的對話已經提到。 要想保證在科研的古堡里不迷路,少走彎路,必須要一步一個腳印。這意味着在研懇桓鑫侍饈保匭攵家忻魅返拇鳶鋼螅純隙ǖ幕蚍穸ǖ慕崧郟緩笤僮呦亂徊健N蟻虢櫨玫縉匚疵枋鑫葉哉飧鑫侍獾睦斫狻6雜諞桓隹氐墓δ芤笫欠強垂兀豢贍艽υ諞恢職肟牘刈刺K曰卮鸝蒲侍饈保胂肽閌擲鐧目匕磁ィ兔靼啄:磺宓慕峁荒芑卮鶉魏撾侍狻? 初學者容易犯的一個普遍錯誤是急躁。急於出成果、急於出文章。然而,一篇不嚴格的、有錯誤的論文可能會影響到你一生的信譽。從這個角度上說,做科學也是一種修煉,要沉得下心,才能得“道”。 同行的認可 學術上認可的一個基本點就是你的學術觀點為你的同行們所接受,你的研究結果可以被同行們重複。這就意味着你的競爭者在你的文章發表之後能夠使用你的方法和結果得到同樣結論,接受你對實驗結果所作的分析及結論,並在此基礎上繼續邁進,進行更深入的研究。 一般情況下,根據你發表的文章,其他實驗室在經過一段努力之後仍然不能重複你的實驗時,你的工作將會被打上一個問號。在沒有得到進一步認可之前,這個問號就成了你學術身份上永久性標誌。這種疑問甚至會在較短的時間內在圈子內傳開,傳播方式大多數是在會間的咖啡桌上或晚餐後的酒吧里。在你的工作被打上問號之時,你的學術信譽也同時受到懷疑,想跟你合作的人也會因此而減少。 科學家們多數喜歡在喝咖啡、喜歡喝啤酒時聊天。由此可以得到一些內幕的、沒有發表的、甚至是永遠不會發表的結果。 工作中的認可意味着願意為他人合作和共享資源。為你的同行或競爭者提供詳細的技術信息和實驗材料,以保證其重複試驗能夠成功是你的職責。資源共享需要一定的胸懷,意味着允許他人使用你的材料、方法甚至是想法,在你工作的基礎上進一步開展研究。這是建立在對自己非常有信心的基礎之上。 那些對自己的研究結果沒有信心的人,會找出這樣或那樣的理由來拒絕或拖延為同行提供詳細的技術數據、材料方法或實驗材料。由於他們使用的藉口都非常相似,如因為學生的離開而找不到這些資料。一般來說,如果這些理由如果是真的話,反映的是你實驗室管理混亂的事實,如果是假的話,說明你心胸的狹窄。沒有大家風範,何以成大家? 由於這種封閉性的科研行為在少部分實驗室存在比較普遍,曾一度引起了相當多學者反感。對此,包括[Plant Cell]、[Plant Journal]、[Plant Physiology]和[Plant Cell Physiology]等六家與植物生物學有關的學術刊物曾經在2000年發表了一個聯合聲明,要求每一個想在這些雜誌投稿的通訊作者必須公開聲明對其文章所涉及到的實驗材料和技術細節進行公開。文章起始,引用了一段羅馬哲學家兼政治家小賽尼卡(Seneca the Younger)在公元前65年所說的一句話:“我們之間的關係就像一個石拱門,如果石頭不互相支持的話,拱門就倒塌了”。 因此,你要麼是搞搞不痛不癢的研究,在三流雜誌上發發文章;要麼你就踏踏實實,隨時準備面對同行的嚴峻挑戰。只有那些工作紮實,其研究結果經得起考驗的人,才能最終得到同行對他工作上的認可和學術道德上的尊敬。 |
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