科學研究的藝術

W.I.B.貝弗里奇 著

陳捷 譯

W.I.B.Beveridge

THE ART OF SCIENTIFIC INVESTIGATION

William Heinemann Ltd. London, 1961

威廉•伊恩•比爾德莫爾（William Ian Beardmore，WIB）貝弗里奇是澳大利亞動物病理學家，也是劍橋大學動物病理學研究所所長。他於1908年4月23日出生在澳大利亞新南威爾士州朱尼市，並於2006年8月14日去世。他是1957年的《科學研究的藝術》和1977年的《上一次大瘟疫》的作者。

第四章 假說

在科學上，設想的主要職責與其說是‘真實’,不如說是有用又有趣。 ——威爾弗雷德・特羅特(特羅特（Wi1fred Trotter,1872一1939),英國外科醫生和生理學家。―譯者）

實例

我們先來看幾個起源於假說的新發現，以便更好地討論假說在科學研究中的作用。說明這類發現的一個最好例證就是哥倫布（Christopher Columbus)航行的故事，它具有科學上第一流發現的很多特徵。

(1)哥倫布全神考慮着一個設想：既然世界是圓的，他就能向西航行到達東方。

(2）這個設想絕非他的首創，但顯然他曾從一個水手那裡獲得了新的佐證，此人被大風刮離了航道，據他自己說，他在西方重登陸地，然後返航。

3）他好不容易才得到資助，得以檢驗自己的設想，而且，在進行實驗性航行的實際過程中也歷盡了艱辛。

(4)最後成功的時候，他找到的不是預期的新航線，而是整整一個新大陸。

(5)任憑一切佐證於他不利，他仍然死死抱住自己的假說不放，並相信自己是找到了通往東方的航線。

(6)他生前所獲贊譽和酬報甚少。不論他自己或是別人都未充分認識他新發現的意義。

(7)以後曾有證據說明，他決不是到達美洲的第一個歐洲人。

萊夫勒(Friedrich Loffler)（萊夫勒（l852—19l5)，德國細菌學家。―譯者），在研究白喉的早期，證明了實驗動物因注射白喉桿菌而死亡時，細菌仍留在注射點的附近。他認為動物死亡是由細菌的毒素所造成。根據這一假說，魯(Emile Roux)（魯（1853-1933），法國細菌學家，醫生。——譯者），做了大量實驗，企圖證實細菌培養液中的這種毒素，雖做了很多努力，卻都失敗了。儘管如此，魯仍堅信這一假說，最後孤注一擲，給豚鼠注射了三十五毫升的大劑量培養液濾液。奇怪的是，這只豚鼠在注射了如此大量的液體後居然沒死。過了一些時候，他滿意地看到這只豚鼠死於白喉中毒。確認了這點以後，魯很快就查明，他的困難是因培養液中細菌培養時間不夠，從而產生毒素不足所致。因而，增加細菌培養的時間就能製成毒性很大的濾液，這一發現導致了預防白喉的免疫法，並使抗血清用於治療。

貝爾納根據沖動沿交感神經傳導並引起化學變化從而在皮膚中生熱的假說，切斷了家兔頸部的交感神經，希望導致兔耳變涼。使他吃驚的是：該側的耳朵卻變得更熱了。貝爾納將耳血管與通常使耳血管保持適當收縮的神經作用彼此脫離了聯系，結果血液流量增大，耳朵變熱。貝爾納起初並沒有認識到自己的所作所為。他完全偶然地發現了動脈中的血流量是由神經控制這一事實，這是自哈維經典性的發現以後，對血液循環認識最重要的進展之一。貝爾納說，自1841年以來，他多次切斷頸部交感神經，卻沒有觀察到1851年他首次見到的那些現象。這有趣而又重要地說明了觀察領域中經常出現的情況。在以前的實驗中，貝爾納把注意力放在瞳孔上，直到他注意尋找面部和耳部的變化時才發現了這些變化。

貝爾納推斷說：肝髒分泌糖分是由有關神經控制的，他猜想這就是迷走神經。因此，他試着穿刺第四腦室底該神經起端，結果發現肝髒糖原作用顯著增加，血糖增多以致於尿中出現糖分。然而，貝爾納很快就意識到，儘管得到的結果很有趣、很重要，但是，實驗所依據的假說卻是十分錯誤的，因為即便切斷迷走神經，還是能夠得到同樣的效果。貝爾納再一次顯示了他放棄原有推斷，追蹤新線索的能力。他在敘述這次經過時寫道：

對於我們正在研究的設想絕不應過於全神貫注。‛這一項研究從另一角度來看也是很有教益的。貝爾納第一次成功地穿刺第四腦室造成糖尿病以後，無法再現這次實驗，直至找到必需的精確方法時才成功。他第一次取得成功確實是很幸運的，否則在接二連三的失敗以後他可能會放棄這一設想。

我們希望從這次實驗中得出另一個具有普遍意義的結論……孤立地看待否定的事實決不能說明任何問題。人們必定犯了，現在也必定還在犯多少這樣的錯誤啊！絕對避免這類錯誤看來甚至是不可能的。

直到上世紀末，人們對稱之為產乳熱這種乳牛疾病的性質和原因仍然一無所知。沒有有效的治療方法，很多寶貴的乳牛因此死亡。丹麥科爾丁（Kolding）地方，一個名叫施密特(Schmidt）的獸醫提出一種假說：這種疾病是一種自身中毒現象，由乳腺中“初乳小體和變性的舊上皮細胞”的吸收作用所造成。因此，抱着“制止初乳形成以及麻痹現存毒素”的目的，施密特為病牛乳腺注射碘化鉀溶液。起初，他說在手術過程中小量空氣進入乳腺是有益的，因為能幫助游離碘釋出。這種治療方法非常成功。後來，施密特把在注射溶液的同時注進大量空氣看作是這種治療的重要組成部分，理由是空氣能把溶液推到乳腺各部。這種療法被廣泛採用，並以多種方式加以改良，不久以後，人們發現只注入空氣也同樣有效。在闡明產乳熱的生化過程之前二十五年，這種以錯誤設想為依據的治療方法就已普遍採用；確實，我們至今仍不明了該疾病的基本原因，也不知道為什麼注人空氣通常就能治癒它。

假說之所以能富有成效，不僅對其提出者是如此，而且還可能使別人作進一步發展。沃塞曼(Wassermann)的本人證實；他用補體結合試驗法檢查梅毒這一發現僅是由於有埃利希的側鏈說才得以成功。沃塞曼檢查法的這一發展還有另一個有趣的方面。由於得不到產生梅毒的螺旋體培養物，沃塞曼採用由梅毒造成之死胎的肝髒提取物作為抗原，他知道這種抗原中含有大量螺旋體。這一方法十分成功。過後很久才發現，不僅不必採用有梅毒的肝髒，而且從其它動物的正常器官也能制出同樣質地的抗原。至於這種抗原為什麼能產生補體結合反應以診斷梅毒，至今仍是個謎。只有一點是肯定的：完全是偶然的設想促使了沃塞曼使用肝髒提取物。但是，既然我們至今仍找不出合理的解釋，若不是多虧了沃塞曼錯誤的、但富有成效的設想，很可能我們現在還沒有梅毒的血清檢查法。

埃利希的設想奠定了化學療法的基礎。他的設想是：由於某些染劑能有選擇地給細菌和原生動物染色，所以就有可能找到某種能夠單為寄生蟲所吸收的物質，而且可殺死寄生蟲而不損傷宿主。他對自己的設想堅信不移，儘管長期不斷受挫，一再失敗，朋友們也勸他放棄這種看來無望的工作，他還是堅持下去，直到發現錐蟲紅具有某種抗原生動物能力，才獲成功。順着這一成果提示的方向進一步研究下去，埃利希後來製成了六〇六，對梅毒很有療效，是砷的第六百零六種化合物。這或許是疾病研究史上，一種假說的信心終於戰勝了看來似乎是不可克服的困難的最好例子。故事講到這里本可皆大歡喜，但是，正如常常發生的那樣，在科學上，最後的評語必定是具有諷刺意味的。埃利希搜尋某種有選擇性地被病原體吸收的物質，是由於受到自己堅定信念的鼓舞。他堅信，藥物只有附着在有機體上才能起作用。但是我們今天知道很多具有化學療效的藥物並不是有選擇地附着在傳染原上。

然而，故事還沒有講完。埃利希早期的工作給了杜馬克(Gerhard Domagk)（杜馬克（1895一1964），德國化學家。一一譯者）深刻印象。埃利希的錐蟲紅屬於偶氮染劑組，杜馬克試驗了大量屬於該組染劑的效能。1932年他發現一種屬於該系的染劑——百浪多息，它對鏈球菌具有療效，而且不損傷受感染的動物。這一發現標志着醫藥史上新紀元的開端。但是，當法國化學家特雷弗(Trefoue1)着手研究合成這種藥物時，他驚訝地發現。藥物之所以有效並非由於它是染劑，而是由於包含了磺胺，而磺胺則根本不是染劑。這樣，又一次埃利希錯誤的設想導致了可恰當地稱之為奇蹟的發現。化學家們從1908年以來就知道磺胺的存在，但誰也沒有任何根據來猜測它有治療的性能。有人說，如果當初知道這種性能，那麼僅在1914-1918年大戰期間，磺胺就可拯救七十五萬條命。據說，埃利希早期對染劑的研究還是導致發現現代抗瘧藥物“阿滌平”的起點，沒有這種藥。盟軍在太平洋的戰爭可能就不會勝利。

聯脒是另一種根據假說發現的化學治療物，用來殺死引起黑熱病的利什曼原蟲。研究開始時的設想，是用某種胰島素衍生物干預寄生蟲的自然代謝過程，特別是其葡萄糖的代謝。人們發現有一種胰島素衍生物——合成靈具有殺死利什曼原蟲的特效，不過其稀釋程度之高是絕不可能影響葡萄糖代謝的。這樣，儘管假說是錯誤的，卻導致了一組新的有用藥物的發現。

在大不列顛和澳大利亞西部某些地方出現一種羊群的神經性疾病，叫做羊缺銅病（即家畜搖擺病。——譯者），原因多年不明。在澳洲西部，根據某種理由，貝內茨(H.W.Bennetts)懷疑該病是由鉛中毒所致。為了證實這種假說，他用鉛的抗毒劑氯化銨來治療羊群。第一次試驗效果很好，但是後來的試驗卻不成功。這使人們想到該疾病是由於缺少某種礦物質所致，而這種礦物質可能少量存在於第一次使用的氯化銨中。貝內茨根據這個線索進一步研究，很快就證實該疾病是由缺銅所致，而過去並不知道有因缺銅引起牲畜疾病的先例。貝內茨自己說：

澳洲西部病原問題的解決是由證實錯誤假說時發現的偶然線索所致。