| 科学之游戏规则 (3) |
| 送交者: 植物所 2006年07月12日14:26:36 于 [教育学术] 发送悄悄话 |
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大概是在1985年前后，我在姚敦义教授的推荐下看了这本书。当时还没有中文版，我看的是英文影印本。尽管我不是很喜欢沃森在书中对罗沙林德•弗兰克林女士甚至他的合作伙伴弗兰西斯•克里克所表现出来的傲慢态度（他在后记中对此表示过歉意），但是这本书却非常详细地叙述了20世纪最重大突破之一 — DNA双螺旋结构在剑桥被发现的前后经历。 传记能使伟人走下神坛。读传记是了解发明过程的最好方法。如果在看完一本自传之后你变得更加崇拜一位科学家时，要么是这本传记写得很差，要么是你没有真正读懂。反正是白看了。我认为你在读完一本传记后应该了解到伟人平凡的一面，有血、有肉、有感情的一面，踏踏实实做小事情的一面，同时也应该了解到伟大的发现背后，常常有很多人为之铺路才使之变得可能。这就是《双螺旋》这本书给我带来的感受。 沃森的过人之处是他的开放型思维，敢于挑战经典概念，他能够最大程度地利用已有的知识资源。 1953年，当时只有25岁的沃森和他的合作伙伴克里克，在《Nature》杂志上发表了那篇只有两页纸的文章，阐述DNA结构和可能的自我复制方式，使他们两人和威尔金斯一起获得了1962年的诺贝尔生理学和医学奖。 沃森研究双螺旋的时代，正是分子结构解析技术成熟的时期。作为有很好生化背景的他，在这个研究过程中所做的基本上是靠计算和纸板模型的拼凑。他的结论是以罗沙林德•弗兰克林博士所提供的X-光衍射照片为证据的。这位37岁就被卵巢癌夺去生命的聪明女科学家，尽管为DNA结构的解析提供了最重要的数据信息，还为沃森的早期模型提出了尖锐的批评和建议，遗憾的是她却没有能够正确地提出结构模型。她的早逝为世人留下了无数的遗憾。 读完《双螺旋》这本书，让我比较清楚地了解了这个20世纪最大发明之一的核酸分子结构的解析过程，使我摆脱了对传统教科书的迷信和崇拜，学会了思考教科书里每一句话背后的研究工作，学会了不断用现代实验手段去挑战传统概念。我认为只有这样，我们对科学的理解才能不断进步，科学才能不断进步。 4、如何做科学 做科学的意义 我非常欣赏的一句格言是“当一个科学家开始对概念过分强调时，他的学术生涯也就结束了”。 做科学就是挑战传统，探索未知，主要表现在它的前瞻性和新颖性。 科学的前瞻性和新颖性决定了它同人们日常生活之间的距离，它的应用价值一般需要一个很长的时间过程才能体现出来。记得父母在世的时候，我常常觉得想跟他们解释清楚我在做什么时，是挺难的一件事。我总是尽可能将我所作的研究跟日常生活中一些实际的事情联系起来，但是我也知道，我所做的研究究竟何时能够给他们的生活带来影响是一件比较遥远的事情。即使是沃森和克里克在1953年发现DNA双螺旋结构的时候，他们也不会想到由此所带来的生物工程、基因疗法、分子免疫、基因诊断和突变修复等众多与人们日常生活息息相关的一系列领域的发展。 从大家熟悉的抗虫基因工程来看，它的发现和发展到现在的生产应用经历了近100年的过程。1901年，日本科学家Ishiwata首次发现了一种能够使家蚕生病的细菌，这就是我们现在所知道的能够产生昆虫毒素的苏云金杆菌。它跟枯草杆菌亲缘关系很近，所产生的蛋白毒素能过影响很多鳞翅目昆虫的消化。37年之后（1938年），这种细菌悬浮制剂作为第一种生物源农药正式在美国上市，在蔬菜和森林防虫中应用。1984年，孟山都公司（Monsanto）申请了利用转苏云金杆菌毒蛋白（B.t毒素）基因转化植物，培育抗虫植物的技术专利。此后的20年里，不同组织和个人所申请的与B.t毒蛋白在农业生产上应用的有关专利高达400多项，囊括了该技术开发改良的许多方面，使这一技术的开发愈加完善。尽管在欧洲，人们仍然没有完全消除对转基因产品的担忧，但是它的价值在美国、中国和加拿大等国家已经得到了充分认可。它使人们减少食用被农药污染的食品，农民也减少在炎热的夏日喷洒那些使人喘不过气来的有毒农药。也许在不久的将来，人们将会看到它在改善人类生存环境方面所产生的影响。 科学的超前性并不意味着虚无缥缈。这种前瞻性常常成为伪科学者和超自然主义者钻空子的借口，提出一些虚无缥缈的论说，以“你现在不能证明便不能否定它的存在”作为诡辩的根据。可悲的是这些人居然总能够找到他们的市场，一茬过了，又来一茬，象草坪中的蒲公英一样，永远去不掉。 从理论上说，区分科学的真伪很容易。不能提供科学证据的描述便不是科学。科学的严谨性在于它不是对现象的简单描述，而是对现象发生的原因的解析过程，这种解析结果要达到三点要求才有意义，方有可能成为新知识体系的一部分：A） 必须要有严格的对照; B） 必须要有统计学意义；C） 必须能够被他人重复。 因此，伪科学者即使能够捏造数据而达到前两个要求，第三个要求是不可能达到的。现实中，尽管重复试验有时需要一个较长的过程，但任何虚假的东西都有可能成为丑闻而被揭露出来。 然而现实中问题的复杂性还在于伪科学者常常（或者说总是）不跟科学家直接较量，更不会跟内行的科学家交流，而把他们的观点（或称为谬论）通过新闻媒体传播给大众，拉虎皮做大旗，蛊惑民心。想起一件今天看来挺可笑的事情，大约在八十年代初期，正是国内所谓“科学的春天”已经来临的时代，有一篇新闻媒体的报道说，科学家用牛肉细胞和西红柿细胞杂交，培育出牛肉味道的西红柿。可见， 一些伪科学的东西会在几年、十几年甚至几十年里产生破坏性影响。 所以，求实求真的科学态度和严谨的研究方法是一个优秀的科学家最重要的品质。拥有了这两点，他才能在从观察现象到提出科学理论的科研过程中不断进取。 如何选题 选题说起来容易，做起来却非常困难。有些人知道科学问题在哪里，但是却“老虎吃天，不知从何处下口”。也有些人虽然有先进的实验设备和技术手段，却找不到有价值的科学问题。就象捧着一碗热汤面，没有筷子干着急；有一双漂亮的象牙筷，找不到面条同样着急，因为两者的结果是一样的：横竖吃不着。其实有很多东西一点就破，就在于有没有idea的问题。因此，经常同他人交流，虚心听取他人的建议，可以开阔视野，弥补自己知识的不足，激发思想火花。这样才能够做到既选题准确，又能很快找到解决问题的切入点。 所有的重大发现的获得都不是偶然的。它与当时的技术水平、知识结构、社会需求有着密切的关系。例如，没有显微镜，即没有细胞的发现；没有X-衍射技术，就没有DNA双螺旋结构的发现；没有高温稳定性的DNA合成酶（Taq polymerase），就不可能有PCR技术的出现；同样，没有高通量的DNA顺序分析设备，就不可能有基因组学的时代。很多情况下，是先有了合适的技术手段或实验系统，然后人们思考用这个系统可以干什么事情，解决哪些问题。例如， PCR技术的出现，使成百万倍或千万倍地增值DNA分子成为可能，其高度敏感性便使人们想到了利用该技术去发现化石里的遗传物质，研究那些已经绝迹的生物的遗传因子与现代物种之间的进化关系。在PCR技术出现之前，任何想做这类工作的人都是不现实的。说通俗一点，阿基米德也是在发现杠杆的原理后，才想到要“支撑起地球”。 如何选材 现实中科学选题和选材之间一般不存在先后关系，必须同时考虑。因为尽管有时虽然选的题目很有意义（世界上有许许多多需要我们解决的问题），但由于现实条件和实验材料所限，如技术细节没有搞清楚，或没有合适的检测或操作手段等，目前尚不具备研究条件。这样的题目选了之后，工作无法开展，等于纸上谈兵。所以在选题时就得有目的地选择适当的实验材料，以保证你的idea能够在这个材料中被实施，这一点非常重要。比较典型的例子是西德尼•布莱纳(Sydney Brenner)。 布莱纳教授生于一个南非的犹太人家庭，父亲是个鞋匠。我第一次在那见到他时大概是1991年。当时作为IMCB的学术委员会主席，每年都去新加坡。他在被诺贝尔委员会数次提名之后，他终于于2002年因在研究细胞程序化死亡方面所做出的开创性工作而获此殊荣。事实上他一生的贡献很多，我认为他另外一个重大贡献是为生物学界引进了两个非常有价值的实验材料。 一是线虫（C. elegans）。这种1毫米长的土壤生物虽然只由959个细胞组成，却具有典型的动物结构：如具有消化系统、生殖系统、神经系统和肌肉系统（没有肌肉系统，肌肉只是一种组织？）等。因此，作为实验材料，它有很多优势：如繁殖很快，它的一个生命周期只有3天半，每只成虫可以产生300多个后代。其显著优点还在于它的整个身体是透明的，可以在干涉显微镜下连续观察其发育过程。另外很重要的一点是它的基因组很小，这种可以在培养皿中繁殖的动物的核基因组只由一亿对碱基组成，为科学家从分子遗传水平上了解动物的生长发育提供了很多方便。 线虫作为实验材料的使用，大大加快了人们对动物基因表达调控及功能执械牧私狻２祭衬傻热硕源俗髁舜罅抗ぷ鳎芯科鞴偃绾畏⒂拖赴绾慰刂扑劳觥Ｋ谡饬椒矫嫠龀龅耐怀龉毕祝约罢庑┏晒罄丛谥瘟浦琢龇矫娴挠τ茫顾竦昧?002年的诺贝尔医学/生理学奖。 二是河豚鱼。八十年代中期，已年满六十岁的布莱纳开始推崇另外一个研究材料 — 日本的河豚（puffer fish）。他认为河豚和人类的进化分枝发生在4.5亿年前。这种进化上的距离使所有非功能保守的基因都发生了变化。只有那些作为脊椎动物必需的高度保守基因才被遗留下来。河豚鱼的另外一个优点是它的基因组比较小。只有3.6亿对碱基，是人类基因组的1/8 （见下表）。因此，他相信河豚的基因组内“垃圾”较少，可以帮助人们找到重要的功能基因和重要的调控顺序，是研究脊椎动物比较基因组的好材料（顺便提一句，很多人都知道河豚有剧毒，但是事实上并非鱼自身有毒，而是因为在这种鱼的眼睛和内脏中有一种共生的细菌，能够产生剧毒型的神经毒素）。布莱纳为了说服大家支持对河豚基因组的分析，到处游说。这一次他很不成功。有些人甚至认为他是老糊涂了。不相信他的观点，自然也没人愿意为他出钱。 直到九十年代初，他利用自己作为IMCB学术委员会主席的影响力，首先说服了该研究所的同仁和新加坡政府，开始了对河豚鱼的基因组研究。在一些苗头出来之后，人们才开始相信他。到2000底，一个河豚基因组国际协作组终于成立了。由于前面的工作和群体的力量，他们只化了两年的时间和一千万美元，便将河豚鱼的基因组草图解析出来了（Aparicio等， 2002）。非常幸运的是人类基因组在此一年前也已完成（Venter等，2001）。两个基因组的比较使布莱纳和他的同仁们发现了很多重要现象。例如，他们观察到人类基因的调控顺序可以在它被调控基因的十万个碱基对以外，一个内含子也可以长到七万个碱基对。这对传统的基因组学研究人员来说是突破想象极限的。
表1: 不同生物的基因组大小和基因密度比较 生物种类 再举一个例子。很多人都知道矮秆小麦在 “绿色革命”中起了关键作用，大大提高了小麦产量，并将无以计数的穷人从饥饿和贫困中解脱出来。因此，分离该基因（哪个基因？矮杆基因？）成为很多科学家梦寐以求的事情。由于现代小麦是异源六倍体，基因组高度重复，想从中克隆基因非常困难。但是，彭金荣及其在约翰•应纳斯的合作者在拟南芥菜中发现了一个矮秆突变体。该植物的基因组比较简单，使他们能够在比较短的时间内分离到控制茎秆高度的这个基因。象矮秆小麦一样，该突变体也对赤霉素不敏感(彭金荣等，1997)。他们设想很可能控制小麦矮秆形状的来自同一基因。通过比较简单的同源克隆技术，果然，两年之后他们又拿到了小麦的矮秆基因，并证明是与在拟南芥菜里发现的是同一种基因（彭金荣等，1999）。可以相信，如果他们不这样做，而是一开始就想直接从小麦中分离该基因的话，那么，完全有理由相信他们现在很可能还迷失在庞大的小麦基因组中呢。 自然，很多科学家在做过几年甚至几十年的研究之后，都会对自己的材料产生很深的感情，很多人也曾经希望他们为之倾心的生物材料能够得到更多人的欣赏。然而最终是否能够引起学术界普遍重视，要看这种生物材料能否在很多方面表现出它的优势。一般情况下，使用大家普遍接受的材料可以使工作更快，更容易得到大家的认可。以国内植物基因功能研究为例， 除了薛勇彪研究组使用的是一种具有自交不亲和特征的金鱼草来研究不亲和机理和陈晓亚组用棉花为材料研究棉纤维形成这些特殊问题外，最近几年比较有影响的工作大多数都是以国际上广泛使用的拟南芥菜和水稻为材料。 5、做科学的困惑和视角 问题会越来越多 一般情况下，人们总是希望能够完整地干完一件事，以便有机会享受完成任务的喜悦。但这一点做科学的人很难体验到，即使偶尔体验到，也是稍纵即逝。这种感觉还使我想到2001年在瑞士琉森湖游览时感受过的一格瞬间。当时天很阴暗，我们站在船舷的甲板上。突然间我们看到灰黑的天空洞开，仿佛听到一声天幕被巨手“刷——”地撕开的声音（照片1），随之而来的却又是雾霾。只有长时间经历黑暗的人，才能真正体验到当时那瞬间阳光的魅力。 科学研究工作不允许你长时间地沉浸在这种感受中。在胜利的喜悦还没有从你的嘴角消失的时候，新的等待你回答的问题已经出现了，再次使你夜不成眠。相反，如果你对自己的新发现沾沾自喜从而驻足不前，则有勃于科学家所应遵循的持之以恒去探索的职业准则，最终也消减了你自己发现与创新的激情，在科学研究的路上越走越窄，举步维艰。 如此这般，有些人便发现科学越做越不明白。但这是不对的。尽管做科学有回答不完的问题，然而，当你专心研究一个方向三、五年甚至是十几年之后，再回过头来看时，你发现自己可以准确地回答一些问题了。这种对事物的精确理解跟你刚开始从事研究时的那种天真、或是踌躇满志的良好自我感觉是完全不同的。 所以，当你同一个杰出的科学家交谈时，你会发现他清楚地知道自己懂什么，也知道自己不懂什么。这就是孔老夫子所谓的“知之为知之，不知为不知，是知也”。当你向他求教时，他不会给你模棱两可或似是而非的答案，他会清楚地告诉你问题的答案是肯定的还是否定的，或者是他不能肯定的。如果你所提的问题是他不了解的领域，他会真诚地建议你去跟某某人讨教。这一点在最近丁肇中教授接受中央电视台的采访时可以看出来。对好几个问题他的回答都是“我不知道”。作为一个诺贝尔奖得主，拥有这种虚怀若谷的坦荡胸怀令人敬佩。相反，跟有些学者交流时，你的第一印象是他什么都懂，当你进一步向他问问题时，你发现他其实什么都不明白。 一个专家学者要为自己的言行负责。这一点对于那些著名的、在社会和政治上有一定影响力的学者尤为重要。作为一个公共人物，他们的潜在影响力是巨大的，他们的错误言行或者不负责任的外行话有时会对经济发展和科学进步产生很大的负面影响。 总之，科学研究使你从肤浅的懂到不懂，又从不懂到真正懂，其实是一个“认识问题—发现问题—解决问题—认识新问题” 的“螺旋式上升过程”。
任何重要的研究题目，由于其新颖性、开创性和不可预见性等特点，常常需要很长时间的钻研。但是，当一条路走不通时，不应该在这条路上耽误太久，死钻牛角尖一般没有意义。要另辟蹊径，采用其他的实验方法，或者换其他实验材料，甚至变换一下问题的角度。只有机动灵活，才能享受“柳暗花明又一村”的境界。这一点我在前面章节里同Jeff的对话已经提到。 要想保证在科研的古堡里不迷路，少走弯路，必须要一步一个脚印。这意味着在研恳桓鑫侍馐保匦攵家忻魅返拇鸢钢螅纯隙ǖ幕蚍穸ǖ慕崧郏缓笤僮呦乱徊健Ｎ蚁虢栌玫缙匚疵枋鑫叶哉飧鑫侍獾睦斫狻６杂谝桓隹氐墓δ芤笫欠强垂兀豢赡艽υ谝恢职肟牍刈刺Ｋ曰卮鹂蒲侍馐保胂肽闶掷锏目匕磁ィ兔靼啄：磺宓慕峁荒芑卮鹑魏挝侍狻? 初学者容易犯的一个普遍错误是急躁。急于出成果、急于出文章。然而，一篇不严格的、有错误的论文可能会影响到你一生的信誉。从这个角度上说，做科学也是一种修炼，要沉得下心，才能得“道”。 同行的认可 学术上认可的一个基本点就是你的学术观点为你的同行们所接受，你的研究结果可以被同行们重复。这就意味着你的竞争者在你的文章发表之后能够使用你的方法和结果得到同样结论，接受你对实验结果所作的分析及结论，并在此基础上继续迈进，进行更深入的研究。 一般情况下，根据你发表的文章，其他实验室在经过一段努力之后仍然不能重复你的实验时，你的工作将会被打上一个问号。在没有得到进一步认可之前，这个问号就成了你学术身份上永久性标志。这种疑问甚至会在较短的时间内在圈子内传开，传播方式大多数是在会间的咖啡桌上或晚餐后的酒吧里。在你的工作被打上问号之时，你的学术信誉也同时受到怀疑，想跟你合作的人也会因此而减少。 科学家们多数喜欢在喝咖啡、喜欢喝啤酒时聊天。由此可以得到一些内幕的、没有发表的、甚至是永远不会发表的结果。 工作中的认可意味着愿意为他人合作和共享资源。为你的同行或竞争者提供详细的技术信息和实验材料，以保证其重复试验能够成功是你的职责。资源共享需要一定的胸怀，意味着允许他人使用你的材料、方法甚至是想法，在你工作的基础上进一步开展研究。这是建立在对自己非常有信心的基础之上。 那些对自己的研究结果没有信心的人，会找出这样或那样的理由来拒绝或拖延为同行提供详细的技术数据、材料方法或实验材料。由于他们使用的借口都非常相似，如因为学生的离开而找不到这些资料。一般来说，如果这些理由如果是真的话，反映的是你实验室管理混乱的事实，如果是假的话，说明你心胸的狭窄。没有大家风范，何以成大家？ 由于这种封闭性的科研行为在少部分实验室存在比较普遍，曾一度引起了相当多学者反感。对此，包括[Plant Cell]、[Plant Journal]、[Plant Physiology]和[Plant Cell Physiology]等六家与植物生物学有关的学术刊物曾经在2000年发表了一个联合声明，要求每一个想在这些杂志投稿的通讯作者必须公开声明对其文章所涉及到的实验材料和技术细节进行公开。文章起始，引用了一段罗马哲学家兼政治家小赛尼卡（Seneca the Younger）在公元前65年所说的一句话：“我们之间的关系就像一个石拱门，如果石头不互相支持的话，拱门就倒塌了”。 因此，你要么是搞搞不痛不痒的研究，在三流杂志上发发文章；要么你就踏踏实实，随时准备面对同行的严峻挑战。只有那些工作扎实，其研究结果经得起考验的人，才能最终得到同行对他工作上的认可和学术道德上的尊敬。 |
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