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5、做科学的困惑和视角 + T* O8 V, }9 J) M( ]3 \3 g7 ^
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大多数做科学的人都会经历三种困惑。不能从这些困惑中走出来的人,常常会因此而放弃做科学。有一段时间,我个人也是如此。3 i# P3 z0 A+ X' F: A
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问题会越来越多
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# l0 T2 ?2 Y. f0 ]- [+ F走近科学前沿的人,感觉就像被困在一个古堡里,当你在黑暗中费了九牛二虎之力终于把一扇门打开时,发现出现在你面前的是另外几个锁住的门。这种困惑是痛苦的,很多情况下令人沮丧不堪。曾经一度让我觉得做科学是入错行了。
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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。
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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。
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1 z, D, G9 }0 s6 y! k( D* v0 u6 R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。 ( h, i3 F* ?/ X3 L" v
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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。
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2 t* d1 z! F) }& I' x( |: v1 B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。
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9 W8 t5 x7 b1 o2 K" a% K" x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”。
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4 A' r! E$ J" ^1 p& i, v1 s步入绝路是常发生的 6 m$ t) W4 Z3 N7 x3 U! @0 I, `
. L; E. M5 h L! K, v* Y8 y) p" b p做科研的过程中步入绝境或者说死胡同(dead end)的事情常常有。有人拨云见雾走出来了,有人却永远迷失了。 绝境是由很多主观和客观因素造成的,它是你出现在你面前的、靠目前的技术手段无法解决的问题。
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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。 % m/ r% D+ d; H' A8 \
! l& o5 i% O$ u- p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。这意味着在研究一个问题时,必须都要有明确的答案之后,即肯定的或否定的结论,然后再走下一步。我想借用电气开关为例来描述我对这个问题的理解。对于一个开关的功能要求是非开即关,不可能处在一种半开半关状态。所以回答科学问题时,想想你手里的开关按钮,就明白模糊不清的结果不能回答任何问题。 + U5 T8 K0 |$ H+ a! Q) E1 f
( ^% w u# ]( {' C L c! S: r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”。 . A+ z" Z( i0 a
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同行的认可 / a" ^+ E4 L( B1 g2 e
' {) m& f! G! x" c1 @- k; _( f得到同行的认可是每一个科学家所追求的境界,是建立在相互信任和合作基础上。一般来说,被外行认可是一件很容易的事情,但是被同行认却是很难的。科学的严谨性决定了你的同行就是要找你的漏洞,从而探索真理。因此,得到同行的认可常常需要一个漫长的过程,维持这种信任也需要不断努力。科学家以文交友,以合作维持友谊。要想在国际上赢得同行的认可,首先你必须在学术上得到同行的承认,然后是工作中的认可。妥善处理这两个方面的关系,可以使你更快地成就自己。
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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。
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; W$ ^: ]( H# O, V# g- Q+ Y. v3 l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。 , b2 ^9 z+ @* R4 J
1 ?, @) a' I2 S/ ~: X+ V6 f3 I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。
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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。 9 ]9 c) w) L3 @, f4 V/ g
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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? * f# _" z& P/ b( Z8 p
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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”。 # E$ }% a. b, s
: V7 \6 S! B+ s+ |9 l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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透过分子看世界
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做科学,要最大程度上克服主观因素,不要把任何事情看成是理所当然的(take for granted),不要相信虚无缥缈的东西。分子生物学的发展,使我们对客观生命世界的了解越来越精细化、物质化。
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从最新的生物科学研究来看,无论你研究的是哪一方面的问题,无论是从宏观或是微观的水平,分子生物学基础是必不可少的。精通分子生物学,可以使你的生物科学研究如虎添翼,思考问题的深度和广度就不一样了。
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这里,我举两个例子来说明这一点。 6 J6 S& s0 F3 {- V' }, M6 }/ h
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例一、发育生物学: 8 u, E" n" @; z$ M
发育生物学是研究一个生物个体是如何通过不断的细胞分裂过程,从一个单细胞的受精卵发育形成如此丰富多彩的动植物生命个体的规律。由于每一种生物都有它特有的形态特征,而每一个生命个体都与他的父母之间存在非常多的相似性,可以想象是通过遗传基因来控制的。但是,从一个携带一定数目染色体的基因组到大量的转录产物,再到形成一个复杂的生命个体,这中间“未知的距离”非常遥远,也极其复杂。发育生物学的研究就是要从分子水平上来解析生物体是如何操作这个过程的发生。
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, A" b$ b. P$ n5 s7 E) Q: F简而言之,生物体在不断的细胞分裂过程中,每一个子细胞的功能不断特化。而器官的发生几乎和细胞功能的特化是一个平行发生的事件,即细胞通过调节分裂与不分裂、分化与不分化、未来分裂方向所决定新器官的形成与否、新器官的形态和功能特征。从分子角度上说,所有这些过程,都是由控制化学物质的合成与降解,酶的激活与失活来实现。细胞在接受自身或外来信号的影响之后,将基因组中一些基因的“开关”,通过信使RNA的产生和翻译,产生特异的有调节或催化活性的蛋白质。在单一蛋白质或多个蛋白质一起协同作用下,控制细胞内大小分子(包括代谢物)的合成与降解。因此,如果把一个细胞看成是一个可以执行化学合成与降解过程的发酵罐的话,一个生命体便可以看成是将无数个的发酵罐连接在一起的工厂。生物体的每一个器官则可以看成是一个车间。每一个车间在同时干着一件或几件不同的事情。这些发酵罐之间,车间之间又有着千丝万缕的联系,正像细胞之间、器官之间所存在的高度敏感的信号转导机制一样。
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0 i# m: w3 ]8 |; [) c* v. T1 _例二、分子分类学: 7 a" ]# N* j9 [# G: p
分类学是一个非常传统的学科,在林耐之前,人们就已经掌握了分类的一些基本标准,在过去一两百多年里,系统分类研究和对物种的鉴定不断精细,物种的群体也越来越庞大,鉴定物种的难度系数也越来越高。特别是当你的取材样本不完整,比如待鉴定的植物只有茎叶而没有花器官时,物种鉴定就变得非常困难。但是,过去一段时间,人们发现可以利用不同物种之间所存在的基因组变异,建立了每一物种的”分子磁条(molecular barcode)”。这些分子磁条是基因组内一些特异的而且有一定变异的核酸序列。这种遗传稳定性和可变性为鉴定物种提供了一个精确的分子手段。这样人们只要利用PCR扩增和顺序分析技术将这一分子磁条解读一下,就可以非常准确地鉴定出一个植物。由于PCR技术的高度敏感性,可以对一小块组织、一部分叶片、一粒种子、花粉甚至化石材料进行物种鉴定。因为该技术是完全建立在生物化学水平上,它对分类学的基础知识要求很低。当然对分子磁条的核酸片段的选定有非常高的要求,否则很容易得出错误的结论,闹出张冠李戴的笑话。
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' L, u }5 z& J例三、遗传病诊断: 9 W" Y8 _% |$ W& M0 i: }/ S
遗传病是一种广泛发生的先天性功能缺陷。超过10%的人有这样或那样的遗传性疾病。由于分子生物学的发展,特别是对很多遗传疾病的致病基因的了解,使医生能够对大龄孕妇或有遗传病史的夫妇进行遗传咨询,分析其基因型,甚至对胎儿的羊水进行分子鉴定,从而早期发现胎儿所携带的遗传性疾病。这些技术是建立在对遗传疾病发病的分子机理有详细了解的基础上。例如,舞蹈症(Huntington syndrome)便是一种显性遗传疾病,1872年由乔治•汉丁顿发现。携带这种致病基因的人一般在三、四十岁之后才会发病,脑功能退化,四肢动作失控。他们在青壮年时和正常人没有区别。 4 X' c7 t6 _6 F3 T! m5 n
父母任何一方如果携带此遗传病的话,其后代有50%的机会发病。1993年科学家找到了控制这个遗传病发生的基因(Htt),并发现在这个基因的编码区有一个CAG的重复序列。在健康人中,这个重复发生次数在35次以下,当发生次数在36-39之间时,发病的机会很高;而这个重复超过40次时,携带者在一定年龄之后则难以幸免发病的可能。现在,人们只要通过PCR技术,将基因组中这个核酸片断扩增出来,检测一下其长度或重复次数就可以知道该人是否带有这个遗传变异。如果这个检测是在怀孕早期的话,人们便可以通过引产的方式降低此遗传病的发病机会。同时现在也发展出一些分子治疗手段,有可能在不远的将来对舞蹈症的携带者进行基因治疗。 8 m! u7 k( C" D% V5 ~6 W' s
5 u$ O5 g9 d# c由此可见,分子生物学已经渗透到包括发育、传统分类和临床诊断在内的很多理论和应用研究领域。但是,分子生物学毕竟是一门实验技术,如果研究者不能将它同探索生物学、医学的基本问题结合起来的话,也就是前面说的选题的问题,那永远只能停留在技术阶段。他的工作也就不可能有理论或应用上的突破。因此,我这里所说的透过分子看世界要比这三个例子更加广泛,是指在课题设置上从分子入手,在研究过程中的每一个试验的设计尽可能从分子角度去验证,并对每一步所得到的结果、从进行分子水平的思考,并对生物的任何表征的变化从分子角度去理解。只有这样,你的研究才能够愈来愈深入,你的研究结果才会越来越具有广泛性意义。一言以蔽之,再精致的螺钉不用在机器上就失去了其存在的功能意义。 |
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