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生命科学发展给我们的启示

《如何认识当今的生命科学》一文是由王海波研究员在中国科协“新观点新学说学术沙龙”上的现场发言记录而来,王老师的发言较长,我截取了其中一个议题“生命科学发展给我们的启示”,分为四部分:原始创新、内行与外行、坚持到底和善待非预期的结果。

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第一部分:原始创新

“真理”往往是掌握在少数人手里。原始创新者是孤立的,真正的科学探索是孤独的。半个多世纪来,这方面的例子不少。1944 年,艾弗里等验证了DNA是遗传物质。这本来是一个很简明的事实,但很多人却表示怀疑,如Muller、Goldsehmidt、Mirsky 等,Goldschmidt直至l955年仍还在怀疑。怀疑者的问题是转化因子究竟是纯DNA还是和DNA混杂在一起的少量蛋白质。就连”噬菌体小组”的成员,包括德尔布吕克和Luria在内,虽都充分了解艾弗里的发现,但”仍然沉湎于四核苷酸学说”,因而不能相信DNA能够具有遗传物质所必需的复杂性。

麦克林托克多年从事玉米籽粒变化的遗传研究,据此她提出了”基因跳跃”的观点。这本来也是”情理之中”的事情,但却遭到了同行们30多年的怀疑和孤立。

沃森、克里克建立DNA双螺旋结构模型,也都未得到人们的热情关怀和支持.后来甚至被视为不务正业而不得不转为”地下”研究。

我们自己从事研究也有这样的体会,真正有创新意义的观点,大都是难以被别人接受的。因此,搞创新必须有得不到理解、拿不到资金的心理准备。所以,要想在原始创新方面有所作为,必须敢于舍弃,不怕被孤立,不畏惧孤独,特别是当看到别人短评快的做法取得效果时要沉得住气。

我国的科研管理,需认识和接受”真理往往掌握在少数人手里”这一客观规律。只有非共识的东西,才可能有突破,应努力创造让更多科学家在干事业上”不愁吃、不愁穿”的条件。尤其不要用少数人的”奢侈”,剥夺多数人的”温饱”。

第二部分:内行与外行

在科学探索上,并没有严格意义的内行与外行。被人们称为绿色革命之父的布洛格,因培育出”墨西哥小麦”而享誉全球。但小麦育种却不是他的专业。他是 学植保的,大学毕业后先是在美国做国家护林员,曾在深山里做了三年多的森林火险监测工作。因一个特殊机会,他后来到了位于墨西哥的”国际小麦玉米改良中心 ”做起了小麦育种。从传统观念上讲他是没有优势的,人们更愿意把培育出品种的希望寄托在学过育种 专业的人身上,而不大相信一个没学过育种又没从事过此类工作的人。但是,他的”劣势”恰恰成了他的”优势”。他不拘泥于传统的观念和经验,以培育抗锈病的 小麦品种为己任,向传统品种导人抗锈病基因,并把矮秆的抗倒特性利用起来,用群体的增加平衡因矮秆导致的单株产量的减少,借助使用化肥和灌溉增加籽粒产 量,创造了新的品种类型。为了加速育种的速度,他利用高原区域条件进行小麦育种后代的加代,并开拓了异地选择的策略,而这一做法又无意间使得他选出的品种 对光温不敏感,具有了广泛的适应性。他培育的小麦品种,播种面积达到了六亿亩,使很多国家因种植他的小麦品种而告别了饥饿。

PCR技术的创立者穆利斯,很难界定他是一个什么专家。他兴趣极为广泛,还曾在Nature上发表过研究”时间隧道”的文章。他产生PCR技术的构 想,仅仅是凭借了DNA复制的原理,而熟悉这方面情况的人可能更多地被当时操作上的不可行性”击退”。更有趣的是,他有了这个想法后并不自己亲自做实验验 证,而是找了一个学数学的学生替他做。实验完成后,他做了一块展牌,到一个会议上展出。整个会议期间只有一个人,也就是l958年诺贝尔生理医学奖获得者 莱德伯格,问了他一句话”这个玩意行吗?”,算是对他工作的关注。

在科研及科研管理上,很多人的”门第之见”和”分别心”太重,不少人常常以毕业学校、工作单位的牌子取人,甚至把学科专业分出高低贵贱。这种观念对科研创新来说是灾难性的。

科学研究,要探索的是”未知”,最怕被”已知”障碍住。科学家更重要的是要有新的思想,而不是已有的操作技术。当然,现代的科学工作者,大都是”科 学家+工程师”、”科学家+农艺师”、”科学家+医生”、”科学家+技术人员”等,几乎没有纯粹的科学家。在这种情况下,知识和技术都是重要的。但是,我 们不能因为这种交叉、复合,就过分执著于行业的分类。有谁敢断定在人类未来征服癌症的征程上做出重大贡献的科学家不是来自农业领域的呢?我非常钦佩沃森那 种不看门第、不看经历、贵在看人的素质的做法。一旦我国的科研人员和管理人员养成了这种看问题的习惯,我国达到诺贝尔奖水平的工作将会大量出现。

第三部分:坚持到底

看准了的事情,一定要顽强地坚持到底。这句话说起来容易,但真正要落实在行动中却很不容易。人干事时总会遇到一些干扰和限制,但仔细想来更关键的还是在于自己内心坚定不坚定。当 很多人还在怀疑DNA是否是遗传物质的时候,沃森已在考虑搞清楚DNA的结构所具有的重大意义。他放弃了自己所长的工作,用很大的牺牲精神和勇气投入到了 一个对他来说几乎一无所长的领域。克里克本来在卡文迪什实验室做他的博士论文,年已35岁,他的研究方向是用X射线衍射法研究蛋白质结构。他也是最早认识 到DNA具有重要意义的人之一。当23岁的沃森一到卡文迪什实验室,由于两人在对DNA重要性认识上的共识,很快便一拍即合,于是便把精力转向了DNA结 构研究。沃森拿到的奖学金是资助他研究烟草花叶病毒的,但他却搞起了甚至连一些技术资料都还看不懂的DNA结构研究。从沃森写的《双螺旋–发现DNA结构的故事》来看,他们研究DNA结构的工作相当曲折。由于威尔金斯、罗莎琳德.富兰克林当时正在开展着用X光衍射研究DNA结构的工作,而沃森、克里克他俩在这方面基 本上属于”门外汉”,因此,在旁人看来,他俩从事DNA结构研究工作的可行性、必要性、合法性等都存在着问题。特别是当他们的三链结构模型被证明是失败的 时候.更令他们的工作进退维谷。没人认为他们的工作还有什么必要性再进行下去,况且克里克还得要考虑自己的博士能否毕业。另外,沃森还由于不按指定的内容 做事还被停止了奖学金。但沃森、克里克的可贵之处,并不仅仅在于他们在选择科学问题上的洞察力,还在于他们能够百折不挠地把自己认准了的有重大意义的事情 进行到底。如果他们没有当时的那份坚持,DNA双螺旋结构的成果可能会与他们擦肩而过。不过,没有他两个人的努力,DNA双螺旋结构模型也不能那么快地出 现。虽然美国的鲍林和英国的威尔金斯两个实验室也都在做DNA结构方面的工作,甚至有人把他们作为沃森、克里克建立DNA双螺旋结构模型的强烈的竞争对 手,但我不认为他们真的能走在前面,原因是他们更多的兴趣是在研究大分子结构的方法上,而对于搞清楚DNA双螺旋结构意义远不如沃森、克里克认识得深刻。

很多学生和研究人员,在自己的科研生涯中可能遇到过很多次”重大发现、发明的机会”,但因为没有那份应有的坚持,致使一生无大作为。

第四部分:要善待非预期的结果

我的观点是,只有工程建设、医生治病、农业生产、工业生产等才有成败之分,真正的科学研究从来没有失败的时候。 所谓失败,实际上就是现实结果和预期设想没有实现对接。当按照一定的原理进行科学实验时,只要确信自己的方案设计得无错、执行过程中无错、数据准确无误, 若出现非预期结果,可能就是”原理”有了问题,此时实际上是一种获得突破的机遇。而这种突破,一般都是大的突破。当然,这一定是在具备良好的科研素养时才能会有的机遇。关于科研素养,很多人可以讲出成套的”理论”,但我要补充的是,也包括”严谨的学风”和”良好的职业道德”。凡有良好科研习惯的人,都不会回避问题,而且做事时总是做得”首先使自己相信自己”。

1946年,莱德伯格和他的导师塔特姆用大肠杆菌进行了著名的”细菌的接合试验”,即细菌杂交试验。他们采取的策略是用多重突变型进行接合或杂交, 以排除突变的干扰,证明了重组子的频率为10-7。但人们对他们的工作有两大疑问:(1)亲本细胞在接受处理的过程中可能会发生破裂,释放出转化因子,与 另一亲本重组而产生原养型;(2)培养基中两亲本的代谢产物可能会互相弥补对方的不足而得以生长。直到l950年,莱德伯格和戴维斯等用U形管进行实验才 证明了细菌的直接接触是出现重组子的必要条件。U形管实验方法是在其底部的中间用一个膜隔开,只允许DNA或营养物质通过,不允许细菌通过。但是l952 年,莱德伯格指导他的学生津德(N.Zinder)以沙门氏杆菌为研究对象,用同样的U形管实验方法却发现能够获得原养型重组子。即沙门氏菌的基因重组并不需要细胞的直接接触。但莱德伯格并没有把这简单地看成是对自己以前结论的否定和挑战,而是科学地进行分析,并由此发现了细菌的转导现象。这是莱德伯格获 得诺贝尔奖的重要内容之一。

设想一下,这种情况如果发生在我国,很有可能老板会骂学生连菌种保纯工作都没做好,学生为了不挨老板的骂会悄悄地把这些结果扔掉而重来,直到一切结果都出现在预期之中为止。应该说,当一个人的大脑只会做已有知识的奴隶时,是不够资格做科研的。

在善待非预期结果方面,我国的科研人员存在着很大的差距。一般人们都会因为没有达到预期目标而把工作说成是”失败”。其实,所有的重大科学发现,几乎都是善待”非预期成果”的结果。

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