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基础科学的归途

发自斯坦福——英国记者马特·里德利(Matt Ridley)一直是位在哲学和科​​学实践方面相当有见地的评论家。但他对基础研究和科技创新之间关系的评价——所谓“‘基础科学’是并未像我们想象的那样创造出那么多新发明”——则有失偏颇了。

在雷德利看来:“大多数科技突破都来自于善于修补完善的技术专家,而不是那些研究科学假设的科研人员”。为支持这一论据,他提供了几个有关发明的“平行实例”:总共有六位发明者各自独立研发了温度计,皮下注射针有三人,疫苗接种有四人,电报有五人等等。然而雷利没有认识到的是,这些发明的理论基础可能源自于某些个早期基础研究,而这些研究其实并未设定特别的实际应用目的;当人们进行这些研究时其实并不知道原来会有那么重大的意义。

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我当年就读麻省理工学院时的微生物学教授萨尔瓦多·卢里亚(Salvador Luria)在1969年获得诺贝尔生理学或医学奖后曾开玩笑说其实认识到自己研究成果的意义是件挺难的事情。卢里亚像所有祝贺他获奖的人都回赠了一幅漫画:一对老夫妇在吃早餐,正在看报纸的丈夫突然惊呼:“我的天啊!我竟然得了诺贝尔奖,理由好像是我在1934年时不记得是说过、做过,还是想过的一个什么东西!“

这个想法可没有看上去那么可笑。 1911年,法兰西斯·裴顿·劳斯(Francis Peyton Rous)发现——通过研究,而非“修补完善”——鸡身上原本被认为是自身产生的恶性肿瘤实际上是由逆转录病毒导致和传播的。不过劳斯直到1966年才因此夺得了诺贝尔奖。


法国生物学家弗朗索瓦·雅各布(François Jacob)在2011年发表在《科学》杂志的一篇社论中就以他在1965年赢得诺贝尔奖的研究为例阐述了基础研究的意外之处。当时他的实验室正在研究特定情况下导致大肠杆菌突然生产细菌病毒(其一直处于休眠状态)的机制,而另一研究小组则在分析一个特定类型糖的存在是如何诱发大肠杆菌中某种酶的合成。雅各布写道:“这两个系统在机制上虽然大相径庭,但把它们放在一起却会令我们对生命的理解产生一项重要突破”——简而言之就是一个“操纵子(operon)”的概念,一个能调控一群基因如何表达的相邻调控基因。

但或许这种现象的典型例子是起源于1970年代早期的DNA重组技术(也称为“转基因”,是现代基因工程的原型技术),该技术是几个深奥且互相之间基本缺乏关联的基础研究领域相结合的结晶。酶学和核酸化学的研究催生了切割和再结合DNA片段的技术;细胞组分分离方面的研究进展令快速检测,识别,以及DNA和蛋白质的分离成为可能;在微生物生理学和遗传学的知识积累让人们可以将“外体”DNA被引入到一个细胞的DNA序列并发挥发挥其功能。

合起来就是从将功能基因从一个组织任意移动到另一个组织的能力——这就是现代生物技术的基础。由DNA重组催生的技术革命并非雷德利所设想的那种“不可逆转的,进化式的发展”。相反,如果没有政府资助下的基础研究,一切都不会发生。

大多数对里德利文章的回应文章都相当有启发性。位于加州的投资者斯坦迪什·M·弗莱明(Standish M. Fleming)强调学术研究集群对各行各业都极具吸引力。他指出风险投资,生物制药,和其他高科技行业“之所以聚集在主要研究中心周围”,正是因为“基础科学推动创新”。他认为“风险资本家实际上主要科研院所中‘四处浏览’以寻找体现在专利和论文中的技术突破,并围绕这些突破打造公司。而这些院所正是由政府出资支持的”。

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两位欧洲学者,莱恩·费舍尔(Len Fisher)和伊博·范德普尔(Ibo van de Poel),强调正是科学家们努力了解自然基本规律并最终构成了技术创新的基础。与雷德利不同,他们认识到“技术应用不会随后自动产生”的原因很简单,就是“最重大的应用往往是最难以预测的”。

诺贝尔物理学奖获得者莱昂·N·库珀(Leon N. Cooper)则提供了一个特别有说服力的说法。 “你很难预测麦克斯韦,洛伦兹和爱因斯坦对电磁理论的研究将引发通讯技术的改进,”他指出, “也几乎没有人能预计到薛定谔和海森堡的量子力学研究意味着晶体管和计算机的诞生”或者“汤斯对毫米波辐射的研究将为人类��来激光手术”。
基础科学往往为技术突破的萌芽提供了肥沃的土壤,看似不相关的和模糊的研究领域可能出现意料之外的交叉和协同。这就是为何即使看似对社会缺乏立竿见影的好处,也必须继续支持精心设计的基础研究。