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【教师类文章分享之八十七】施一公谈如何做科研(下)

来源: 日期:2016/12/26 08:08:36

施一公谈如何做科研(下)

(三)“一个人必须对他要做的事情作出取舍,不可能面面俱到。无论阅读科研文献还是聆听学术讲座,目的都是为了借鉴相关经验,更好地服务于自己的科研课题。”切忌一味追求完美

耗费时间的完美主义阻碍创新进取。尼古拉·帕瓦拉蒂奇是我的博士后导师,也是对我影响最大的科学家之一。他有极强的实验判断力和思维能力, 做出了一系列里程碑式的研究工作,享誉世界结构生物学界,31岁时即升任正教授。1996年4月,我刚到尼古拉实验室不久,纯化一个表达量相当高的蛋白Smad4。两天下来,蛋白虽然纯化了,但结果很不理想:得到的产量可能只有应该得到的20%左右。见到尼古拉,我不好意思地说:“产率很低,我计划继续 优化蛋白的纯化方法,提高产率。”他反问我:“你为什么想提高产率?已有的蛋白不够你做初步的结晶实验吗?”我“回敬”道:“我有足够的蛋白做结晶筛选,但我需要优化产率以得到更多的蛋白。”他不客气地打断我:“不对。产率够高了,你的时间比产率重要。请尽快开始结晶。”实践证明了尼古拉建议的价值。我用 仅有的几毫克蛋白进行结晶试验,很快意识到这个蛋白长度并不理想,需要通过蛋白质工程除去其N-端较柔性的几十个氨基酸。事实上,除去N-端几十个氨基酸 的蛋白不仅表达量高,而且生化性质稳定,纯化起来非常容易,根本不用担心产率的问题。

在大刀阔斧进行创新实验的初期阶段,对每一步实验的设计当然要尽量仔细。但一旦按计划开始后,对其中间步骤的实验结果则不必追求完美,而是应该义无反顾地把实验一步步推到终点,看看可否得到大致与假设相符的总体结果。如果大体上相符,你才应该回过头去仔细改进每一步的实验设计。如果大体不 符,而总体实验设计和操作都没有错误,那你的假设(或总体方向)很可能是有大问题的。这个方法论在每一天的实验中都会用到。

科研文献与学术讲座的取舍

再来谈谈科研文献(literature)与学术讲座(seminar) 的取舍。尼古拉·帕瓦拉蒂奇博学多才,在我们许多博士后的心目中,他一定读很多文章、常常去听学术讲座。没想到,事实大大出乎我们的意料。

在我的博士生阶段,我的导师杰里米·伯格非常重视相关科研文献的阅读,每周召开组内文献讨论会,讨论重要的科研进展。刚到尼古拉实验室时,我曾试图表现一下自己读文献的功底,也想同时与尼古拉讨论以得到他的“真传”。1996年春季的一天,我精读了一篇《自然》杂志的文章,午饭前遇到尼古拉 时,我向他描述了这篇文章的精妙,同时期待着他的评述。尼古拉面色有点尴尬:“对不起,我还没看过这篇文章。”当时我想,噢,也许这篇文章太新,他还没有 来得及读。过了几天,我阅读了一篇几个月前在《科学》上发表的研究文章,又去找尼古拉讨论,没想到他又说没看过。几次碰壁之后,我不解地问他:“你知识如 此渊博,一定是广泛阅读了大量文献,为什么恰好没有读我提到的这几篇论文呢?”尼古拉看着我说:“我的阅读并不广泛。”我反问:“如果你不广泛阅读,你的科研成果怎么会这么好?你怎么能在自己的论文里引用这么多文献?”尼古拉的回答让我非常意外:“我只读与我的研究兴趣有直接关系的论文,并且只有在写论文 时我才会大量阅读。”

我做博士后的单位纪念斯隆-凯特琳癌症中心有很好的系列学术讲座,常常会请来自生命科学各个领域的“大牛”演讲。有一次,一位诺贝尔奖得主 来作讲座,并且点名要与尼克拉交谈。在绝大多数人看来,这可是一个不可多得的好机会。尼古拉却告诉他的秘书:“请你替我转达我的歉意,讲座那天我恰好不 在。”我们也为尼古拉感到遗憾。让我万万想不到的是,诺贝尔奖得主演讲的那天,尼古拉把自己关在办公室里,从早晨到傍晚一直没有出门,自然也没有去听讲座。当然,这也许是巧合——尼古拉取消了他的出行计划。但以我们对他的了解,他十有八九是在写论文。后来,我们也意识到,这样的事情发生在尼古拉身上已经见怪不怪了。

离开尼古拉实验室前,我向他抛出了这个始终没有完全解开的谜:“如果你不怎么读文献,又不怎么去听讲座,你怎么还能做一个如此出色的科学家?”他回答说,他的时间有限,每天只有10小时左右在实验室。权衡利弊之后,他只能把有限的时间用在他认为最重要的事情上,例如解析结构、与学生讨论课 题或写文章。

尼古拉的回答表述了一个简单的道理:一个人必须对他要做的事情作出取舍,不可能面面俱到。无论阅读科研文献还是聆听学术讲座,目的都是为了借鉴相关经验,更好地服务于自己的科研课题。

(四)在博士生阶段,尤其是前两年,我认为必须花足够的时间去听各相关领域的学术讲座并进行科研文献的广泛阅读,打好批判性思维的基础;但随着科研课题的深入,选择文献阅读和学术讲座就需要有一定的针对性,也要开始权衡时间的分配了。

挑战传统思维。从我懂事开始,就受到这样的教育:凡事失败都有其道理,应该找到失败的原因后再重新开始尝试。直到1996年,我在实验上也遵循这一原则。但在尼古拉的实验室,这一“基本原则”受到了有理有据的挑战。

有一次,一个比较复杂的实验失败了。我很沮丧,准备花几天时间多做一些对照实验找到问题所在。没想到尼古拉阻止了我,他皱着眉头问我,为什么要搞明白实验为何失败?我觉得这个问题太没道理,理直气壮地回答:“我得知道哪里错了才能保证下一次可以成功。”尼古拉马上评论说:“不需要。你真正要做的是把实验重复一遍,也许下次就可以做成。与其花大把时间搞清楚一个实验为何失败,不如先重复一遍。面对一个失败了的复杂的一次性实验,最好的办法就是认认真真重新做一次。”后来,尼古拉又把他的这一观点 作了升华:“是否要弄清楚一个实验为何失败,这是一个哲学问题。厘清每一个小差错的习惯性思维并不一定是最好的方法。”仔细想想,这些话很有道理。并不是所有失败的实验都一定要找到原因,尤其是生命科学的实验。因为实验过程繁琐复杂,大部分失败是由简单的操作错误引起的,可以仔细重新做一遍,这样往往可以 解决问题。只有那些关键的、不找到失败原因就无法前行的实验才需要刨根究源。

我选择的这些例子多少有点 “极端”,但只有这样才能更好地起到震荡大家思维的作用。其实,在我自己的实验室里,这几个例子早已经给所有学生反复讲过多次了,而且每次讲完之后,我都会告诉大家要打破迷信、怀疑成规,关键的关键是:跟着逻辑走!跟着逻辑走,这是我在实验室里注定会重复强调的一句话,每天至少要对不同的学生讲5遍以上。 我自己每次与博士生讨论课题也总是遵循严密的逻辑,用推理、排除法找到实验的下一步解决方案。严密的逻辑,是批判性分析的根本。