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把钱“浪费”在看不到回报的基础研究上,值吗?

时间: 2017年03月13日 | 作者: Thomas Levenson | 来源: 波士顿环球报
科学进展往往需要几代专业人士工作成果的累积,要求直接的实际回报会阻碍科学进步。

1913年春天,马克斯·普朗克(Max Planck)和奥托·能斯特(Otto Nernst)两位日后的诺贝尔奖得主来到了苏黎世。他们的使命是劝说瑞士最受尊敬的年轻物理学家阿尔伯特·爱因斯坦加入他们位于柏林的研究所。在他们三人讨论时,普朗克询问了爱因斯坦当前的研究工作。爱因斯坦回答说,他正在思考新的引力理论,如果他能彻底解决这一问题,那么这一理论将取代科学史上最著名的理论——艾萨克·牛顿的万有引力定律。

 

普朗克对这位年轻人深表同情。“作为一名前辈,”他告诉爱因斯坦,“我必须建议你放弃它。首先,你不可能成功;其次,即便你成功了,也没有人会相信你。”

 

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爱因斯坦与普朗克。图片来源:phykhemia

 

当然,普朗克错了。爱因斯坦在两年后完成了广义相对论,而在1919年,这一理论的验证更将令他闻名全世界。

 

然而,普朗克在某种程度上的确是正确的。爱因斯坦耗费八年时间、在屡次失败后才最终获得正确答案。虽然他已经因狭义相对论、光电效应等方面的工作成为众人皆知的著名物理学家,他这种大胆的新观点却几乎被所有的物理学同行忽视了。20世纪20年代末到50年代末,广义相对论就是一潭死水,似乎只是个纯理论,与现实世界中的所有重要的事情毫无干系。

 

当然,现在广义相对论无处不在:它可以解释整个宇宙的结构与历史,也具有真实而独特的实际应用。就连你口袋里的智能手机也会涉及到广义相对论:GPS应用程序就是依赖于广义相对论才能将你指引到目的地。

 

然而,在长达半个世纪里,广义相对论都是如此萧条。如果科学的目标只是从自然世界中寻找能够令人类从中受益的知识,那么无论在什么时期,暂停或取消对爱因斯坦及其科学追随者们的支持似乎都是明智的选择。

 

长久以来,美国都以拥有世界上最成功的科研建设为荣,这一切几乎都是由联邦政府的资金建立和维持的。如果科学家无法阐释科研成果的直接价值,他们申请这类资金时就会面临着巨大压力,而那些似乎缺少实际应用价值的工作有时也会遭受广泛的蔑视。2008年,萨拉·佩林(Sarah Palin,时任阿拉斯加州州长,前共和党副总统候选人)曾公开嘲讽了一笔用于在法国研究果蝇的联邦拨款。她认为这项研究毫无意义,但实际上,这是一项针对威胁加州橄榄种植的农业害虫研究的组成部分。就在去年11月,俄克拉何马州共和党议员詹姆斯·拉福德(James Lankford)还抨击了冰川研究以及压力在药物使用中的作用的研究。

 

“要么值当,要么不做”,这种实用主义的刺激比简单地强调科研太费钱带来的影响要大得多,它可能会通过一种潜移默化的方式削弱整个科学共同体。对人类而言,科学作为知识的主体是强大、有价值和必需的,但获得这些科学知识的过程却是奢侈浪费的——必然如此,甚至必须如此。

 

课本中的知识是成熟的、成体系的,但产生它们的过程却是无法完全事先规划并管理的。科学是一系列思想和行为方式的总和,有时一些喜人的研究结果会从中出现的,但失败,即所谓的“浪费”时间,也是过程中固有的一部分。在科学过程中,科学家必定要忍受几年甚至几十年的不确定性,才能揭示许多发现的真正含义。

 

当前学术界的最大挑战,就是要在诸多的新旧危机中维持前进,这些危险可能要比打乱单个课题或研究项目更令人恐惧。由于唐纳德·特朗普对于NASA气候研究的威胁、对于反对疫苗活动分子的接触以及他的副总统对年轻地球创造论的深信不疑,特普朗作为总统的言行已经引发了人们对于美国科研事业前景的巨大恐惧。我们仍不清楚,在接下来的四年里,联邦政府的科研预算在最低限度上会作何发展。

 

早在特朗普上台的前几十年,短期内无直接应用价值的研究难以获得资助的困难就已经存在,因为两个政党一直在削弱对基础科学的资金投入。用于科研与开发的总联邦资金从1976年国民生产总值(GDP)的1.2%降至2016年的0.8%以下。即便是与人类健康最密切相关的研究——美国国立卫生研究院(NIH)资助的生物医药研究,其资金在2003年达到顶峰后,也于2012年受到超过20%的削减,进入了停滞阶段。2000年,提交至国立卫生研究院的课题仅有超过30%得到了资助。截至2014年,这一数字已降至18%。

 

我们无法知道自己到底损失了什么,因为资助的裁撤,可能有很多科学发现就这样被我们错过。在任何财政紧张的条件下,资金支持总是会倾向于会交付有清晰、实用、立竿见影的产出,并且看上去保险的研究。对于研究者和资助者双方而言,所有的资助都会倾向于支持议员拉福德不会取笑的研究。

 

但历史告诉我们,当可能失败的科研工作遭到排挤时,面临风险的又会是什么。

 

20世纪60年代初,年轻的生物学家托马斯·布洛克(Thomas Brock)来到了黄石国家公园。他知道这里的热泉富含光合微生物,他想了解这些微生物的生态学——这些微小的生命体在如此纯净的环境中究竟是如何相互作用的。这项研究纯碎是出于布洛克对稳定微生物群落的好奇心。尽管如此,1965年他开始对在黄石国家公园Octopus泉外流渠道的热水中注意到的一些粉色丝状体感到好奇。这些物质原来是能够在近乎沸腾的热水中存活的细菌,这可是人们认为完全不适宜生存的环境。第二年,在本科生研究助理哈德逊·弗里茨(Hudson Freeze)的协助之下,布洛克又在泉水下游发现了另外一种微生物,这种微生物仅生存在比前一种细菌生存环境稍微低一点的温度中。那年秋天,这两位研究者想方设法在实验室中培养出了这种栖热水生菌(Thermus aquaticus)。

 

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黄石公园中的栖热水生菌。图片来源:Brian W. Schaller

 

自那年起,这类被称作极端微生物的发现数量激增。它们可以存活在强酸环境、强碱环境、岩石中、深海底、核废料中,甚至圣经中罗得的妻子化成的盐柱中。作为纯粹的科学发现,这项工作十分出色,它揭示了一个比我们先前的想象要更为复杂、更为积极、更为普遍的生物世界。由于极端微生物的存在,科学家们已经将他们搜寻生命环境的目光扩张到了地球之外。多谢这两位在黄石国家公园闲逛的生物学家,让人类在宇宙中的存在显得并不那么孤独。

 

然而,布洛克和弗里茨的前期工作并不能代表极端微生物都够带来任何经济利益。花钱请一群人去国家公园里寻找粉色微生物很容易遭到嘲笑,这就和在法国进行果蝇研究一样。

 

但是,如果这种观点能够阻止布洛克和弗里茨对热泉的好奇,那么人类的损失就太巨大了。1976年,在布洛克发现第一种极端微生物的10年后,另一组科学家团队在栖热水生菌中发现了一种名为Taq聚合酶的分子,细胞能够利用这种酶在已有遗传信息链的基础上合成新的DNA分子。在水生栖热菌中,这种普遍存在的分子工具展现出一种惊人的特性:正如它的亲本生物一样,Taq酶能够在较高的温度条件下发挥功能。

 

七年后的一个四月的夜晚,另一位年轻的生物学家有了顿悟。凯利·穆利斯(Kary Mullis)在此基础上创造出了聚合酶链式反应(PCR)。PCR是一种成本低廉、反应迅速的过程,它能够“扩增”一段DNA片段并按需创造出大量的遗传信息拷贝——其数目能够在几小时内达到数十亿。这种程序现在已广泛应用于整个生物技术领域,不论是基因检测、疾病检测还是古代DNA分析都离不开PCR技术。

 

此外,重中之重就在于:PCR过程需要在冷热之间不断转换——这正是耐高温的Taq酶的用武之处。正是这一点才令整个反应得以进行。这项耗时二十年的工作拯救了当今世界的许多人,而这一切都起源于两个人对于热泉的好奇心。

 

许多令人惊叹却看似无用的基础发现已经为人类带来了意想不到的益处。有时候,一个问题会带来出乎意料的乐观结果,如关于珊瑚礁的研究导致了人工骨的发展,或者关于蜗牛运动的研究激发了爬壁机器人的灵感。又或者,整个领域的世界观也会发生转变,正如悉达多·穆克吉(Siddhartha Mukherjee)在其畅销书《众病之王》(The Emperor of All Maladies)所写,几十年来对细胞分化的基础分子机制研究最终开始指导医生的诊断和癌症的治疗。

 

出于对直接回报的追求和坚持,这类看似无用的基础研究很有可能被直接扼杀在摇篮里。这种需求摧毁的不仅仅是单个课题,而是整个基础科学领域的运转方式。如果申请项目中哪怕带有一丁点不考虑未来用途的理论研究内容都无缘获得资金支持,那么课题申请人可能就再也不会有这些奇思妙想了,他们的学生与合作者也将失望至极。在每次资金审批过程中,想象空间大、风险较高甚至是孕育着重大发现的项目可能就会逐渐消失。

 

随着资金的减少,这种现象已有抬头之势。接下来的四年里,我们或许要面对重重矛盾,尤其是气候变化等政治上有所顾虑的领域。但是,哪怕特定斗争结束(比如保护机构预算,以及保卫NASA的地球遥感卫星等),更多敏感的、潜伏的危机将一直存在。科学是从容不迫的,它往往需要几代专业人士工作成果的累积。要求直接的实际回报会粉碎科学创想,并年复一年、长期以往地破坏科研环境的发展。

 

长此以往,重建美国科研能力的过程将会愈发痛苦、昂贵和困难——而至少现在,美国科研仍是研究人类物质世界最强大的引擎。

 

本文作者 托马斯·利文森是麻省理工学院的科学写作教授,以及Ideas栏目的专栏作家。他的最新著作是《寻找祝融星》(The Hunt for Vulcan)。

 

翻译 张雪

审校 秦琪凯

 

原文链接:

http://www.bostonglobe.com/ideas/2016/12/11/let-waste-more-money-science/afvbusk8G5T5IcrgldkmJJ/story.html

 


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