科学研究的艺术

W.I.B.贝弗里奇 著

陈捷 译

W.I.B.Beveridge

THE ART OF SCIENTIFIC INVESTIGATION

William Heinemann Ltd. London, 1961

威廉•伊恩•比尔德莫尔（William Ian Beardmore，WIB）贝弗里奇是澳大利亚动物病理学家，也是剑桥大学动物病理学研究所所长。他于1908年4月23日出生在澳大利亚新南威尔士州朱尼市，并于2006年8月14日去世。他是1957年的《科学研究的艺术》和1977年的《上一次大瘟疫》的作者。

第四章 假说

在科学上，设想的主要职责与其说是‘真实’,不如说是有用又有趣。 ——威尔弗雷德・特罗特(特罗特（Wi1fred Trotter,1872一1939),英国外科医生和生理学家。―译者）

实例

我们先来看几个起源于假说的新发现，以便更好地讨论假说在科学研究中的作用。说明这类发现的一个最好例证就是哥伦布（Christopher Columbus)航行的故事，它具有科学上第一流发现的很多特征。

(1)哥伦布全神考虑着一个设想：既然世界是圆的，他就能向西航行到达东方。

(2）这个设想绝非他的首创，但显然他曾从一个水手那里获得了新的佐证，此人被大风刮离了航道，据他自己说，他在西方重登陆地，然後返航。

3）他好不容易才得到资助，得以检验自己的设想，而且，在进行实验性航行的实际过程中也历尽了艰辛。

(4)最後成功的时候，他找到的不是预期的新航线，而是整整一个新大陆。

(5)任凭一切佐证于他不利，他仍然死死抱住自己的假说不放，并相信自己是找到了通往东方的航线。

(6)他生前所获赞誉和酬报甚少。不论他自己或是别人都未充分认识他新发现的意义。

(7)以後曾有证据说明，他决不是到达美洲的第一个欧洲人。

莱夫勒(Friedrich Loffler)（莱夫勒（l852—19l5)，德国细菌学家。―译者），在研究白喉的早期，证明了实验动物因注射白喉杆菌而死亡时，细菌仍留在注射点的附近。他认为动物死亡是由细菌的毒素所造成。根据这一假说，鲁(Emile Roux)（鲁（1853-1933），法国细菌学家，医生。——译者），做了大量实验，企图证实细菌培养液中的这种毒素，虽做了很多努力，却都失败了。尽管如此，鲁仍坚信这一假说，最後孤注一掷，给豚鼠注射了三十五毫升的大剂量培养液滤液。奇怪的是，这只豚鼠在注射了如此大量的液体後居然没死。过了一些时候，他满意地看到这只豚鼠死于白喉中毒。确认了这点以後，鲁很快就查明，他的困难是因培养液中细菌培养时间不够，从而产生毒素不足所致。因而，增加细菌培养的时间就能制成毒性很大的滤液，这一发现导致了预防白喉的免疫法，并使抗血清用于治疗。

贝尔纳根据冲动沿交感神经传导并引起化学变化从而在皮肤中生热的假说，切断了家兔颈部的交感神经，希望导致兔耳变凉。使他吃惊的是：该侧的耳朵却变得更热了。贝尔纳将耳血管与通常使耳血管保持适当收缩的神经作用彼此脱离了联系，结果血液流量增大，耳朵变热。贝尔纳起初并没有认识到自己的所作所为。他完全偶然地发现了动脉中的血流量是由神经控制这一事实，这是自哈维经典性的发现以後，对血液循环认识最重要的进展之一。贝尔纳说，自1841年以来，他多次切断颈部交感神经，却没有观察到1851年他首次见到的那些现象。这有趣而又重要地说明了观察领域中经常出现的情况。在以前的实验中，贝尔纳把注意力放在瞳孔上，直到他注意寻找面部和耳部的变化时才发现了这些变化。

贝尔纳推断说：肝脏分泌糖分是由有关神经控制的，他猜想这就是迷走神经。因此，他试着穿刺第四脑室底该神经起端，结果发现肝脏糖原作用显著增加，血糖增多以致于尿中出现糖分。然而，贝尔纳很快就意识到，尽管得到的结果很有趣、很重要，但是，实验所依据的假说却是十分错误的，因为即便切断迷走神经，还是能够得到同样的效果。贝尔纳再一次显示了他放弃原有推断，追踪新线索的能力。他在叙述这次经过时写道：

对于我们正在研究的设想绝不应过于全神贯注。‛这一项研究从另一角度来看也是很有教益的。贝尔纳第一次成功地穿刺第四脑室造成糖尿病以後，无法再现这次实验，直至找到必需的精确方法时才成功。他第一次取得成功确实是很幸运的，否则在接二连三的失败以後他可能会放弃这一设想。

我们希望从这次实验中得出另一个具有普遍意义的结论……孤立地看待否定的事实决不能说明任何问题。人们必定犯了，现在也必定还在犯多少这样的错误啊！绝对避免这类错误看来甚至是不可能的。

直到上世纪末，人们对称之为产乳热这种乳牛疾病的性质和原因仍然一无所知。没有有效的治疗方法，很多宝贵的乳牛因此死亡。丹麦科尔丁（Kolding）地方，一个名叫施密特(Schmidt）的兽医提出一种假说：这种疾病是一种自身中毒现象，由乳腺中“初乳小体和变性的旧上皮细胞”的吸收作用所造成。因此，抱着“制止初乳形成以及麻痹现存毒素”的目的，施密特为病牛乳腺注射碘化钾溶液。起初，他说在手术过程中小量空气进入乳腺是有益的，因为能帮助游离碘释出。这种治疗方法非常成功。後来，施密特把在注射溶液的同时注进大量空气看作是这种治疗的重要组成部分，理由是空气能把溶液推到乳腺各部。这种疗法被广泛采用，并以多种方式加以改良，不久以後，人们发现只注入空气也同样有效。在阐明产乳热的生化过程之前二十五年，这种以错误设想为依据的治疗方法就已普遍采用；确实，我们至今仍不明了该疾病的基本原因，也不知道为什么注人空气通常就能治愈它。

假说之所以能富有成效，不仅对其提出者是如此，而且还可能使别人作进一步发展。沃塞曼(Wassermann)的本人证实；他用补体结合试验法检查梅毒这一发现仅是由于有埃利希的侧链说才得以成功。沃塞曼检查法的这一发展还有另一个有趣的方面。由于得不到产生梅毒的螺旋体培养物，沃塞曼采用由梅毒造成之死胎的肝脏提取物作为抗原，他知道这种抗原中含有大量螺旋体。这一方法十分成功。过後很久才发现，不仅不必采用有梅毒的肝脏，而且从其它动物的正常器官也能制出同样质地的抗原。至于这种抗原为什么能产生补体结合反应以诊断梅毒，至今仍是个谜。只有一点是肯定的：完全是偶然的设想促使了沃塞曼使用肝脏提取物。但是，既然我们至今仍找不出合理的解释，若不是多亏了沃塞曼错误的、但富有成效的设想，很可能我们现在还没有梅毒的血清检查法。

埃利希的设想奠定了化学疗法的基础。他的设想是：由于某些染剂能有选择地给细菌和原生动物染色，所以就有可能找到某种能够单为寄生虫所吸收的物质，而且可杀死寄生虫而不损伤宿主。他对自己的设想坚信不移，尽管长期不断受挫，一再失败，朋友们也劝他放弃这种看来无望的工作，他还是坚持下去，直到发现锥虫红具有某种抗原生动物能力，才获成功。顺着这一成果提示的方向进一步研究下去，埃利希後来制成了六〇六，对梅毒很有疗效，是砷的第六百零六种化合物。这或许是疾病研究史上，一种假说的信心终于战胜了看来似乎是不可克服的困难的最好例子。故事讲到这里本可皆大欢喜，但是，正如常常发生的那样，在科学上，最後的评语必定是具有讽刺意味的。埃利希搜寻某种有选择性地被病原体吸收的物质，是由于受到自己坚定信念的鼓舞。他坚信，药物只有附着在有机体上才能起作用。但是我们今天知道很多具有化学疗效的药物并不是有选择地附着在传染原上。

然而，故事还没有讲完。埃利希早期的工作给了杜马克(Gerhard Domagk)（杜马克（1895一1964），德国化学家。一一译者）深刻印象。埃利希的锥虫红属于偶氮染剂组，杜马克试验了大量属于该组染剂的效能。1932年他发现一种属于该系的染剂——百浪多息，它对链球菌具有疗效，而且不损伤受感染的动物。这一发现标志着医药史上新纪元的开端。但是，当法国化学家特雷弗(Trefoue1)着手研究合成这种药物时，他惊讶地发现。药物之所以有效并非由于它是染剂，而是由于包含了磺胺，而磺胺则根本不是染剂。这样，又一次埃利希错误的设想导致了可恰当地称之为奇迹的发现。化学家们从1908年以来就知道磺胺的存在，但谁也没有任何根据来猜测它有治疗的性能。有人说，如果当初知道这种性能，那么仅在1914-1918年大战期间，磺胺就可拯救七十五万条命。据说，埃利希早期对染剂的研究还是导致发现现代抗疟药物“阿涤平”的起点，没有这种药。盟军在太平洋的战争可能就不会胜利。

联脒是另一种根据假说发现的化学治疗物，用来杀死引起黑热病的利什曼原虫。研究开始时的设想，是用某种胰岛素衍生物干预寄生虫的自然代谢过程，特别是其葡萄糖的代谢。人们发现有一种胰岛素衍生物——合成灵具有杀死利什曼原虫的特效，不过其稀释程度之高是绝不可能影响葡萄糖代谢的。这样，尽管假说是错误的，却导致了一组新的有用药物的发现。

在大不列颠和澳大利亚西部某些地方出现一种羊群的神经性疾病，叫做羊缺铜病（即家畜摇摆病。——译者），原因多年不明。在澳洲西部，根据某种理由，贝内茨(H.W.Bennetts)怀疑该病是由铅中毒所致。为了证实这种假说，他用铅的抗毒剂氯化铵来治疗羊群。第一次试验效果很好，但是後来的试验却不成功。这使人们想到该疾病是由于缺少某种矿物质所致，而这种矿物质可能少量存在于第一次使用的氯化铵中。贝内茨根据这个线索进一步研究，很快就证实该疾病是由缺铜所致，而过去并不知道有因缺铜引起牲畜疾病的先例。贝内茨自己说：

澳洲西部病原问题的解决是由证实错误假说时发现的偶然线索所致。