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。

【附录】： 机遇在新发现中起作用的其他实例

(1)电流的发现者不是物理学家，而是一位生理学家伽伐尼。他解剖了一只青蛙，放在静电机旁的桌上。在伽伐尼外出片刻的时候，有人用解剖刀触及蛙腿神经，并注意到蛙腿神经因此而收缩。另一人发现神经收缩时静电机发出火花。当伽伐尼注意到这个奇怪的现象时，他兴奋地作了研究，深人研究後发现了电流。

(2)1822年，丹麦物理学家奥斯特(Oersted)在一次报告会快结束时，把当时正巧带着的一根导线的两端与一个伏打电池连接，放在磁针的上方，与磁针平行。起初，他故意使导线与磁针垂直，但没有什么情况发生。然而，当他偶然将导线平放并与磁针平行时，他惊奇地发现磁针改变了位置。出于敏锐的洞察力，他反转了电流，发现磁针向相反的方向偏转。这样，完全凭借机遇，奥斯特发现了电和磁之间的关系，并为法拉第发明电磁发电机开辟了道路。正是在讲述这段故事时，巴斯德说了他著名的话：“在观察的领域里，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”电磁原理的发现，比任何一项其他发现对现代文明的贡献也许都更大。

(3)伦琴发现X射线讨，正在做高真空放电实验，他当时使用氰亚铂酸钡来检测不可见的射线。但是没有想到这种射线会透过不透明的材料。完全是由于机遇，他注意到凳上真空管旁的氰亚铂酸钡，虽用黑纸与真空管隔开，却发出了荧光。他後来说：“我是偶然发现射线穿过黑纸的。”

(4)柏琴(W.H.Perkin)（柏琴(1838一1907),英国化学家。一一译者）年仅十八岁时，试图用重铬酸钾氧化烯丙基-0-甲苯胺的方法来提取奎宁。他失败了，但他很想知道如用同样的氧化物与一较简单的碱相作用会出现什么情况。他选用了硫酸苯胺，这样，第一次提取出苯胺染色剂。然而机遇发生的作用还不仅于上述的事实：如果不是由于他的苯胺中包含了P-甲苯胺杂质，这种反应也就不会出现了。

(5)十九世纪上半叶，人们坚信动物是不能制造碳水化合物、脂肪或蛋白质的，这些都需从植物加工而成的食物中获取。当时人们认为一切有机化合物都是在植物中合成，而动物只能起分解作用。贝尔纳着手研究糖的代谢作用，特别耍找出糖在哪一部位分解。他用含糖高的食物喂养实验狗，然後检查肝脏流出的血液，看看糖的分解是否在肝脏中进行。他发现血液中糖分很高。然後他明智地用无糖食物喂养另一只狗，来做一个近似的实验。使他惊奇的是：他发现对照狗肝脏的血液也有很高的糖分。他意识到，与流行的观点相反，肝脏也许确实从非糖物质中制造出了糖分。由此他做了系列彻底的实验，充分证明了肝脏的糖原生成作用。这个发现之所以做出，首先归功于贝尔纳掌握实验的每一步骤时都是按部就班、一丝不苟的；其次，由于他能够意识到与该间题流行观念不符的结果是重要的，并因此深入追踪这一线索。

(6)在梅杜克（Medoc）（法国地方，盛产想萄酒。一一译者）为了吓唬小偷，葡萄藤架上喷洒石灰和硫酸铜的混合液。後来，米勒德特(Millardet）注意到偶然洒上混合剂的葡萄藤叶不长霉。根据这一线索，发现了波尔多(Bordeaux）（波尔多为法国西南部商港。波尔多混合剂即是将硫酘铜加入石灰乳中形成的杀茵剂。——译者）混合剂，可用于保护果树和葡萄藤免受霉菌引起的疾病的侵袭。

(7)福尔马林（甲醛水溶液）具有破坏毒质中的毒性而不影响其抗原性的特性。这是拉蒙(Ramon)在将防腐剂加入滤液之中以便保存滤液时偶然发现的。

(8)大家都知道青霉素是怎样发现的。当时弗莱明正在进行葡萄球菌平皿培养，实验过程中需要多次启开，从而培养物受到了污染，这种情况是常见的。弗莱明注意到，某个菌落周围的葡萄球菌落落都死了。许多细菌学家不会觉得这有什么特别了不起，因为当时早就知道有些细菌会阻碍其他细菌的生长。然而弗莱明看到了这种现象可能具有的重大意义，予以深入研究，发现了青霉素。虽然将其发展成为一种药物是以後弗洛里进一步研究的结果。当时出现的那种需菌并不是常见的毒菌；还有，此後为了找出其他抗体，在全世界范围内进行了非常广泛的矿究，但时至今日仍未发现任何与青霉素有同样价值的东西。当我们领悟到这些，更可看出机遇的因素在这一发现中所起的突出作用了。还有一点值得一提，当时弗莱明若不是在一座拥有大量灰尘从而容易发生污染的旧房子这种“不利”条件下工作，那么这个发现可能也就做不出来了。

(9)昂加尔(J.Ungar)发现，如在青霉素中加入对氨基苯甲酸(PABA) 溶液，则青震索对某些细菌的疗效会稍有提高。他对当时为什么做这样的试验未加解释，但可能因为巳经知道PABA是细菌生长的一种基本要素的缘故。後来，格雷夫(Greiff）、平克顿(Pinkerton)，和莫拉格斯(Moragues)又对PABA作了试验，看它能否提高青霉素对斑疹伤寒立克次体的弱抑制效能。他们发现，PABA本身就对斑疹伤寒微生物有显著的疗效。他们说“这一结果是完全出乎意料的。”这一研究的结果确立了PABA可用作治疗斑疹伤寒族热病的珍贵药物，而在这以前对这种疾病是没有有效药物的。

在假说一章中，我已经叙述了如何根据一个不正确的假说发现六〇六和磺胺的。还有两种同祥著名的药物，也完全由于它们正好是试验物质中的杂质而被发现。密切参与了这项工作的科学家告诉过我这两项发现的经过，但请找不要要发表，因为小组里其他成员可能不愿意透露他们发现这两种药物的情况。惠持比(Lionel Whitby)爵士给我说了一个性质略微不同的故事。一次，他正在试验当时的新药磺胺吡啶，接种了肺炎双球菌的实验鼠白天服药有疗效，但夜间没有疗效。一天晚上有人请惠特比吃饭，归途中他先去实验室看看实验鼠的情况，在那里他漫不经心地又给实验鼠服了一次药。服药的实验鼠抗肺炎菌的情况比以往任何实验鼠都好。一周以後，惠特比才意识到就是半夜多服的那一次药造成了这样好的效果。从此不论是实验鼠还是人，在用磺胺治疗时，都必须日夜服药，效果比过去的方法好得多。

(10)我在研究羊腐蹄病时，曾几次试距制成一种使传染因子能够在其中生长的培养基。根据推理，我在培养基中使用了羊血清，但每次结果都呈阴性。最後我得到了一次阳性反应，在检查笔记时发现，由于羊血清暂时用完，在那组培养基中我用了马血清代替。根据这一线索，我很容易就分离出并证实了致病物质——一种能在马血清而不能在羊血清中生长的有机体，凭借机遇作出了与推理不符的新发现。

(11)人体流感病毒能够感染雪貂，这一发现是人体呼吸道疾病研究的里程碑。在安排对流感的研究时，准备试验病毒感染的动物之中也包括雪貂。但是，尚未到对雪貂进行试验的预定时间就有人报告说：有一群雪貂患了病，病状很象雪貂管理人员所得的流感。根据这一间接证据，就立即对雪貂进行了试验，发现雪貂也能惑染流感。後来，人们发现当时促使对雪貂进行试验的想法是完全搞错了的，因为那群雪貂患的不是流感，而是犬瘟热!

(12)一群英国细菌学家发现了一种用已基间苯二酚溶于丙烯乙二醇溶液喷雾消毒空气的有效方法。当时他们作了广泛的研究，试验了多种混合物，证明了这一种效果最好。选用乙二醇只是为了用它作为杀菌剂已基间苯二酚的溶剂。由于这次研究提出了运用这种方法防止空气传播疾病的可能，引起了人们很大的兴趣。当其他人继续这项研究时，发现混合物之有效，是由于乙二醇而不是由于已基间苯二酚。後来证明，乙二酵是最好的空气灭菌剂。当初采用乙二醇只是为了作为其他被认为是更有效杀菌剂的溶剂，当时并未认识到乙二醇本身具有任何有价值的杀菌作用。

(13)罗桑斯特(Rothamsted)实验站在试验用各种化合物保护植物不受虫害时，有人注意到用硼酸处理过的植物，其生长情况大大优于其他植物。戴维森(Davidson)和沃林顿(Warrington)证明，植物生长良好是由于需要硼。人们原来并不知道硼对植物营养之重要意义，即使在作出了这个发现以後，在一段时间内仍然认为缺硼现象只是在学术上有价值。但是到後来，发现好几种有重要经济意义的植物病，如甜菜的“烂心”都是缺硼的表现。

(14)选择性除草剂是在研究苜蓿的根瘤菌和植物生长刺激剂时偶然发现的。人们发现，这些有益的根瘤菌通过分泌一种物质能使根毛变形。但是，当纳特曼(Nutman)、桑顿(Thornton)和夸斯特尔(Quastd)试验这种物质对各种植物的作用时，他们惊奇地发现该物质对发芽和生长起阻碍作用。此外，他们又发现，这种毒性是有选择性的，对双子叶植物其中包括大多数的杂草毒性特大，而对单子叶植物，其中包括谷物和草则毒性较小。于是他们又试验了有关的化合物，发现了一些作为选择性的除草剂，今天在农业上有很大的价值。

(15)研究食物保存技术的科学家试图用二氧化碳代替空气来延长冻肉的“寿命”，据研究，二氧化碳对引起食物腐败的微生物具有抑制生长的作用。当时发现，使用高浓度的二氧化碳会引起冻肉变色，十分难看，整个设想因此被放弃。一段时间後，同一实验室的研究入员试验一种冷冻法，需将二氧化碳释放到贮存食物的房间里，同时进行观察，看气体有无不利影响。使他们惊奇的是，冻肉不仅没有变色，而且在低浓度的二氧化碳中，冻肉保持新鲜的时间甚至比一般更长。从观察到的这一现象发展出了现代重要的肉类“气存”法，即使用10-12%的二氧化碳。在这样的浓度下，气体有效地延长了冻肉的“寿命”而不造成变色。

(16)我当时正在研究羊的一种生殖器官疾病，称为龟头－包皮炎。这是一种发病时间很长的疾病，人们认为除用外科手术根治外是无法治愈的。患羊从乡间送到实验室来供研究用，但使我惊奇的是，羊只在抵达後的几天内全部痊愈。最初我们认为送来的不是典型的患羊，但是进一步研究後发现：羊只痊愈是由于变换环境而拒绝进食的缘故。这样就发现了：这种用别的方法难以治疗的疾病，在大部分情况下用简单的禁食数天的方法就能治愈。

(17)埃利希用抗酸法染色结核杆菌的发现是这样做出的：他把一些配制剂放在炉上就出去了。过了一会儿别人不在意地点了炉子。炉子的温度正好合式使蜡衣的细菌着色。柯赫说：“完全是靠了这样的偶然机会，现在从唾液中寻找杆菌已成一种普通的做法了。”

(18) 帕克斯(A.S.Parkes)（帕克斯(1900-1990），英国生物学家。——译者）博士及其同事发现：甘油能使活细胞在非常低的温度下长时间保存。他讲了下述故事说．明他们是怎样作出这一重要发现的：

“1948年秋季，我的同事史密斯(Audrey Smith）博士和波尔格(C.Polge)先生想要重复谢夫纳(Shaffner)、亨德森(Henderson)和卡德(Card)在1941年所得的结果，他们三人用果糖溶液来保护家禽的精子使其不受冷冻和融化的影响。试验成就不大，正在等待进一步的灵感时，他们把一部分溶液放人了冷藏库中。几个月後重新用同样材料继续研究时，所有的溶液仍然呈阴性反应，只有一瓶中的家禽精子在摄氏零下79度的冷冻状态中几乎完全保存了活性。这一奇怪的结果给人以启示：果糖中的化学变化产生了一种物质，具有保护活细胞不受冷冻和融 化影响的惊人特性。而果糖中的化学变化可能是由贮存时大量产生的霉菌引起或促成的。然而，试验证明：这种神秘的溶液不仅没有包含不同于一般的糖，而且实际上根本不含糖。与此同时，进一步的生物试验证明：在冷冻和融化以後，保存的不仅是活性，而且还有使卵子受精的能力。这时，大家有点惊慌地把剩下的少量(10一15毫升）奇怪溶液送到我们的同事埃利奥特(D.Elliott)博士那里去做化学分析。他的报告是：溶液包含了甘油、水和相当数量的蛋白质！这时大家才意识到，在试验果糖溶液的同时，在对精子进行形态研究的过程中，使用了迈耶(Mayer)的蛋白，就是这位组织学家的甘油和蛋白，井把它随同果糖溶液一起送人冷藏。显然有几个瓶子被搞混了，但究竟是怎么回事我们後来也没弄清。我们很快用这种新材料做了试验，证明：蛋白不起保护作用。千是我们的低温研究就集中到甘油对保护活细胞不受低温影晌的作用上了。”

(19)纳尔班多夫(A.V.Nalbandov)（纳尔班多夫(1912-1986)出生于俄国的内分泌学家。一译者）博士亲自写信给我讲了下述引人入胜的故事，说他自己怎样发现了使实验鸡在切除脑垂体後继续生存的简单方法。

“1940年我开始对脑垂体切除术对鸡的影响感兴趣。我掌握了这种手术的技巧後，鸡只仍然死去，手术後几个星期内，无一幸存。移植治疗和其他措施都无效，我正要准备同意帕克斯和希尔(R. T. Hill)的意见，他们在英国也做过类似的实验，结论是：切除脑垂体的鸡无法生存。这时我不得已只好做了几个短期的实验，放弃了上述计划。正在这时，有三组切除垂体的鸡98%存活了三周，其中还有许多只活的时间长达六个月。我所能想出的唯一解释是：我的手术技巧随着实践有了提高。大约这时，就在我准备进行长期实验时，鸡只又开始死亡。在一星期内，新近切除垂体的鸡只和巳经存活数月的鸡只统统死去了。这当然不是手术技巧的间题。我继续实验，因为这时我已知道在一定的情况下鸡只是可以存活的，但这个条件是什么则完全不清楚。大约就在这个时候我又有一段成功的实验，鸡只死亡率很低。但是，尽管对记录作了详细的分析（考虑并排除了疾病及许多其它因素的可能），我仍然找不出答案。你们可以想象，对于这样一件对动物经受手术的能力有显著深刻影响的东西竟然无法利用，这是多么令人沮丧。一天深夜，我从一个晚会驾车回家途经实验室。虽然当时是凌晨两点，动物室里灯还开着。我以为是哪个粗心的学生忘了关，就停下车去关灯。几天以後的一个晚上，我又注意到这些灯通宵开着。询问以後才知道，是一位替工的看门人在晚上关窗锁门以後故意开着动物室的灯，以便找到出去的门（灯的开关不在靠近门处）。进一步查询以後证明：两段存活率较高的实验正是发生在这位替工的看门人值班的时候。我很快就用对照实验证明，切除垂体的鸡只凡养在黑暗中的都死了，但若每夜开灯两次，每次一小时，则鸡只可一直活下去。原因是：养在黑暗中的鸡只不吃食，从而得了不治的低血糖病，而开灯屋中的鸡只吃食足够，可以防止低血糖病。从那时起，我们要那些切除垂体的鸡活多久它们就能活多久，再没有任何困难了。”——„完‟