就是这样,他独立领导一个30人左右的研究队伍(没有了新加坡的实验室后,规模稍小了一点),一定程度上已经算是植物分子生物学领域的超级大国(superpower)了。他实验室的强干在国际上是有名的,行内有个难分褒贬的说法: “如果Nam对一个方向有了兴趣,你最好不要去跟他竞争”。
Jeff Dangl (杰夫 ? 邓戈儿)
Jeff是美国北卡罗莱那大学 (University of North Carolina at Chapel Hill)的遗传系教授。他下肢完全瘫痪,即使是上身,活动也不是很灵活。
这位几乎完全靠轮椅生活的科学家,1981年从斯坦福大学获得学士学位,1986年在同一学校获博士学位。在德国科隆的马普植物育种研究所工作了几年之后,回到北卡创立了自己的实验室。他的夫人萨拉?戈兰特(Sarah Grant)跟他同年从斯坦福大学博士毕业,也是一位非常优秀的学者,总是伴随在他的左右,帮助他料理生活。
多少年来,Jeff一直致力于植物抗病的分子机理研究,发现了好几个重要的抗病基因,提出了几个与植物抵御外来侵略有关的重要假说。他和在英国约翰?应纳斯的乔纳森?琼斯(Jonathan Jones)教授被公认为是植物抗病领域的领航者,备受大家的尊崇。
每次见到Jeff时我总是在想,这样一位对国际学术界有巨大贡献的巨匠,如果生在中国,也许不可能取得他今天的成就。他会因为不能通过体检而上不了大学,会在人们同情和怜悯的目光照射下抬不起头来。然而,Jeff不是这样,应该说他很幸运。在美国,任何人对残废人表现出哪怕是最不被人察觉的一点歧视都会遭到周围人的谴责。普遍为社会接受的观点是尽管一个伤残人的身体的某一部分不如你健康,但是他的其他部分(如大脑)也许比你的更发达,或者用得更加合理。在西方这种所谓的人人平等的制约机制下, Jeff超越了自己,走出了一条闪亮的人生道路。在他那两只像鹰一样的眼睛里,我看不到自卑,看到的却是比常人更多的自信和坚定。
因为研究领域不同,跟Jeff并没有太多直接交往。只是经常在一些国际会议上偶尔见到,听听他的报告,会后找他聊聊,而且每次总是受益匪浅。
上次在柏林开国际拟南芥菜学术研讨会时曾跟他聊起带学生的事情,他的一番话让我感触很深,对所有想从事科学的人都会有反思意义。他说,“一个好的学生永远不会失败(失败是指那些到博士毕业时还没有取得重要结果、不能拿到学位的人),因为他在做研究的过程中一直在不断观察,不断思考。他随时都在追踪自己的好奇心,在不断提出问题,在不断回答问题。而一个不开窍的学生是在为老师做试验,总是想拿到老师想要的结果”。
Jeff说过的另外一段话我也很赞同。他说,搞研究应该像搞艺术一样,有好奇心,有创意,有创作的激情和欲望,有一种搞不明白就睡不好,吃不香的感受,这才是用心去探索。而不是以研究为职业,为了研究而研究,否则他永远只能做一个实验师。
一个身体残疾的人能够把学问做好,理论上说,我们一个健康的人没有理由做不好。但是事实上,也正是由于我们健康,有时会心情浮躁,常常被太多的事物所吸引,把握不住自己的重心,由此而一无所成。
影响我思考的一本书
我非常喜欢看科学家们写的自传或他人写的有关科学家的传记。看过很多本,包括达尔文、居里夫人、阿果、沃森以及麦克林托克等。留给我印象最深的是詹姆斯?沃森写的《双螺旋(The Double Helix)》,我认为这是任何一位从事分子生物学研究的人不可不读的一本好书。
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年的阿果生理学和医学奖。
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
做科学是挑战传统,探索未知。在这个过程中,人们对事物的认识不断深化和精确化。这个过程就象垒长城一样,是需要许多不同行当的人参与、经历无限长时间的一种群体行为。因此,同真正建造长城有所不同的是,如果建长城有完工的一天的话,做科学是没有终结之日的。在科学家的努力下,这个科学长城将越来越四通八达,越来越坚固,越来越经得起考验。
做科学的意义
科学是一种挑战传统、挑战过去的概念的行为,在此过程中推翻、补充和完善传统观念。对于科学家来说,没有一成不变的概念。所有概念只是为了帮助初学者掌握知识,系统地了解一门学科背景的辅助手段。在很多情况下,概念的僵化将导致人为的学科分割。其实,现实中的科学是没有边界、没有学科之分的。因此,在科研过程中保持开放的思维方式是非常重要的。
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
做科学并非玩弄八股,它是发明创造的重要部分,最终为提高人类的生活质量作贡献。因此,在开展研究之前,首先要明确选题。选的课题一定要有科学意义,同时又要与改善人类的生活质量、与国家利益有一定的关系。我前边曾经提过,由于科学的前瞻性,决定了它与人们的现实生活总是有一段距离。但是,如果在选题时想不到任何应用可能的话,这样的课题是没有做的意义。所以说科学家的前瞻性,同样要求做之前明白你的课题与应用的关系和距离。那些头痛医头,脚痛医脚的选题,也是不能够赞同的。记得医学上有个案例:有人发现孕期妇女呕吐难忍,便发明了一种针剂,注射后很见效,可平息呕吐。表面看来是减轻了孕妇的痛苦,但是后来才发现注射过此种针剂的妇女所生婴儿多为畸形儿。这是发明者始料未及的。DDT的发明也是一个很现实的反证,说明要想证明一个产品对人类健康没有危害需要非常长的时间。因此,任何新发明、新产品在现实生活中应用都需要十分谨慎。指望今天有一个发明,明天就可以改善老百姓的生活,是天方夜谭、也是非常不负责任的事情。
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
提出问题之后,下一步要做就是如何找到解决这个问题的最佳实验手段和实验材料。如果选错材料之后,很多工作很难甚至不可能展开。例如,当初孟德尔在做他的杂交试验时,如果选的不是豌豆而是以土豆为材料时,他就不可能发现著名的孟德尔定律。这是因为土豆作为一个长期以来通过营养繁殖的植物,其基因组高度杂合,在杂交之后必将出现复杂的分离现象。相反由于豌豆是一个典型的自花授粉植物,其基因组高度纯合,所以等位基因的分离非常有规律。在我的研究中也有过类似的经历。1991年我做胚胎研究时,我的同事潘永忠博士正好有油菜种在温室里,我便跟他讨要了点油菜作材料,从中比较容易地分离到非常早期的合子胚。在油菜中成功以后,我曾尝试过其他一些植物材料,发现由于它们不象油菜一样有纤长的胚柄,分离早期的合子胚非常困难。在这种情况下想拿到上几千个早期胚胎几乎不可能。
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。他在被阿果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行的了解。布莱纳等人对此作了大量工作,研究器官如何发育和细胞如何控制死亡。他在这两方面所做出的突出贡献,以及这些成果后来在治疗肿瘤方面的应用,使他获得了2002年的阿果医学/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。
通过这种基因组的比较,他们还发现人和河豚这种古老的脊椎动物的基因组中四分之三的基因是保守的。而且除了有编码功能基因的保守区外,人们还发现了1400多个保守的非编码区(这些区域不编码蛋白质的产生)。每个保守区的长度在500个碱基对以上,保守性超过90%(甚至高于编码区的保守性)。他们通过实验对其中的25个进行了检验,发现至少23个有调控基因特异性表达的功能。说明高等动物在进化过程中不仅编码区保守,而且表达调控区也有相当高的保守性。用当时一篇报道的标题说“布莱纳确实又对了!”。
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
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。
问题会越来越多
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。
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”。
步入绝路是常发生的
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。
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。
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
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。
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。
透过分子看世界
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。
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。
这里,我举两个例子来说明这一点。
例一、发育生物学:
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。
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。
例二、分子分类学:
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。
遗传病诊断:
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。
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。
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。
6、做研究的“黄金准则”
从事科学研究和做其它任何工作一样,只要潜心钻研,就会发现窍门很多,只是个人体验不尽相同而已。所谓的“黄金准则(golden rule)”,一般是指许许多多人公认的窍门,在一定程度上有放之四海而皆准的味道。以下我列举的五个黄金准则,是我个人所欣赏的搞科研(特别是试验学科)的灵丹妙方。有的是亲身体验的收获,有的则是师承而来。如果能够真正领会贯通这些准则,将使你的研究工作如虎添翼。