半个多世纪以来生命科学突破给我们的启示
- 作者：
- 安徽新天源建设咨询有限公司
- 最后修订：
- 2020-07-04 09:52:18
摘要：
目录
【正文】
我谈谈半个多世纪以来生命科学的突破给我们的启示。首先,什么是生命科学?生命科学是研究生命物质的结构、功能,生命活动现象,生命之间、生命与环境之间的关系以及生命科学原理和技术在人类经济、社会活动中的应用的科学。关于生命科学半个多世纪以来的发展,一般是从1953年沃森、克里克等发现DNA的双螺旋结构为起点算起,很多专著都有专门的介绍。1953年,沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构模型,并提出了遗传信息就是以核昔酸排列的顺序储存于DNA分子之中,从而阐明了遗传的分子基础,诞生了分子生物学。1954年伽莫夫提出核昔酸三联体的遗传密码。1958年克里克又提出了遗传的中心法则,从而解开了遗传的信息基础。1961年雅各布和莫诺提出了基因的功能分类和调节基因的概念等等。从此,对生命现象的研究深人到了分子水平。1970年以后,DNA重组、测序等技术相继发明,开辟了基因工程应用的可能性。1980年以后,生物体的全基因组序列开始相继得到破译,基因组学研究如雨后春笋蓬勃兴起。在当代,各种“组学”研究,如转录组学、蛋白质组学、代谢组学和系统生物学已成燎原之势。我本人一直在第一线从事医学遗传学和基因组学的研究工作,在具体的研究工作中深刻体会到,人类不可能一下子洞穿自然界所有的奥秘,科学发现是一个知识、理论和实验依据不断积累,认识不断深化的过程。需要在前人的基础上不断累积新的发现,才能得以一步步 “逼近”和“寻找”各个生命现象奥秘的答案。关于生命科学的发展历程和一系列突破带给我们许多启示,下面谈谈我的一些个人体会。
第一,生命科学新知识的产生,需要首先从思想上有所突破。刚才有些学者谈了一些个人的新的科学思想,这些大概就是科学思想的突破吧。生命科学的发展史上有很多思想突破的例子,比如“物种是演化的”思想的确立,就是后人对“物种是不变的”思想的突破。生命科学知识是科学家对前人的结论不断地质疑,不断证实的基础上,进行自我更正的过程中积累起来的,是实验和理论之间不断出现的矛盾催生了新的科学概念和知识。那么,只提出了新的思想,够不够?我觉得还远远不够。科学的基本特征之一就是,提出的科学思想或问题,应是可以证实或者是可以证伪的。如果一个所谓的科学思想或问题不能得以证实或证伪,这个思想恐怕就不能称其为思想,而只能称其为科学幻想了。我对刘教授提出的“叶绿体人”的想法(见畅想篇)存有质疑。我个人觉得 “叶绿体人”是提出的科学幻想而不是科学思想或科学问题,因为它难以得到证实或证伪,而且,提出的研究方案、设计的实验或技术路线皆存在一定的盲目性。例如,关于“叶绿体人”的实验,为什么要选择在线虫身上,而不是在小鼠或其他的模式生物上进行呢?为什么要首先在生物个体的水平上开展实验,而不从细胞水平上开始探索呢?
第二,关于大科学和小科学。目前,无论是东方还是西方国家,科学界都在刮“大科学”之风,科学项目越来越大,执行难度越来越高。比如“组学”研究,经历了基因组学、蛋白质组学、代谢组学,甚至到系统生物学的发展历程。在中国,“大科学”正好符合了国家一贯“由上而下”的方式来进行科研规划和运行, 而且,人类基因组计划的成功使许多科学家和决策者们产生了这样一个印象, 就是“小科学”的时代已一去不返,由“假设”所推动的研究已结束,而“大科学” 代表着未来科学发展的方向和趋势,未来生命科学的进展将主要依靠对生命科学问题的大规模攻关。我个人觉得,“大科学”与“小科学”各有利弊。一个“大科学”计划要成功须具备两个特点:一是它有明确、而且肯定可以完成的目标; 二是启动这个项目的科学和技术条件已经具备,时机已成熟。大项目本身是有风险的,在目前我国科研资源有限的情况下,“大科学”计划所吸取的大量资源将造成“小科学”资源的萎缩,对科学发展将可能造成严重的负面影响。生命科学发展的历史告诉我们,生命科学领域的很多重大突破绝大多数是由小实验室推动的“小科学”研究取得的。在小实验室,一个导师带三、四个学生共同攻关可能更具有创造力。在生物学领域,像DNA双螺旋结构、遗传密码、致癌基因、发育的基因调控、细胞凋亡、学习和记忆的机制等这些重大的、科学发现,几乎皆源于“小科学”研究。在生物技术领域,重组DNA、单克隆抗体、分子克隆、聚合酶链反应以及干细胞技术等主要技术的发展也无一例外的是由“小科学” 研究所完成的。小实验室营造的科学文化氛围可使科学工作者之间的交流更有效,更有利于激发创造性的思路、开展创新性的实验,更有利于他们建立对科学的热忱、对自然的好奇心,及做研究的风格、品味和正直人格。例如,DNA 双螺旋结构模型的建立,主要是由沃森和克里克两个人(当然公认还有另外两人:富兰克林和威尔金斯)完成的,沃森和克里克当时的实验室很小,也没有大量经费的支持,但是他们的工作开创了分子生物学的新时代。“大科学”和“小科学”之争,往往源于人们对“科学”和“工程”这两个概念的混淆。大科学往往是一种工程性的项目,工程性的项目有明确的目标,而且这个目标肯定能够实现,而且实现这个目标的技术手段已经具备,这样才能形成一个大的科学工程,我是这么理解的。不能指望只从大科学研究中能够揭示出生命现象的一些重大发现和规律。我们在座的很多同行身处小实验室,小实验室同样能够推动科学的发展和进步。
第三,科学界应该大力营造一种良好的科学文化氛围。今天这种交流活动就非常好,不管是老科学家,还是初出茅庐的年轻科技工作者,大家都可以平等发言,能够自由探讨,这本身就是良好科学文化氛围营造的一种形式。良好科学文化氛围的营造,能够激励年轻人更好的做出开创性的工作,才能有源头创新,实现真正的科技创新。要提倡实事求是的科学态度,提倡敢于怀疑、敢于求真、勇于创新的科学精神。从生命科学的发展历史可以看出,西方发达国家的科学进步正是建立在这种氛围的基础之上。美国历史上最伟大物理学家之一罗兰教授,曾于1883年在美国物理学年会上发表了一篇被称为美国科学的独立宣言的著名演讲《为纯科学呼吁》,其主要内容正是要大力提倡建立美国建国之初的健康科学文化。美国建国之初,其科学发展水平与欧洲国家相比, 至少晚了一百年,但是历经120年的发展,美国目前已超越欧洲,成为世界科学和技术的中心。世界科技发展的中心最初是在欧洲,现在是美国,将来会不会移到中国?作为中国人,我坚信若干年以后,世界科技发展的中心将会移到中国;但是目前还是任重道远,其中科学文化的营造至关重要。
第四,科技革命是一把双刃剑。任何一种科技革命从未像生命科学一样对社会和伦理产生如此巨大的影响。生命科学技术能为人类健康、工农业发展等带来福音,但如果被滥用,也可能成为基因武器,生物武器,被极端种族主义分子、战争狂人所利用。另外,伦理学问题日益突出。人工辅助生殖技术、产前诊断、基因改良、疾病风险预测、器官移植、治疗性克隆技术和生殖性克隆等技术,一方面使人类不断提高掌握自身生命的能力,另一方面却引发了伦理的、社会的以及法律的种种困惑。尤其是人类基因组计划自2003年完成以来,生命科学研究已进人后基因组时代,各种相关研究及其应用都在进行中。这些进展对于个人、家庭及社会的影响无疑是直接而明显的。这里举几个例子:(l)人类辅助生殖技术:该技术的发展给家庭伦理关系带来了巨大的冲击。配偶和非配偶间的人工授精、试管婴儿以及代孕问题,不仅涉及个人需要、生育保健、风险保障的权利,还将导致家庭伦理、代际关系的错位颠倒。比如单身男子或女子,离婚不愿再婚的女子、大龄女子、同性恋等提出非婚姻的辅助生殖请求,将使人类的家庭关系发生混乱,遗传学母亲、生物学母亲和社会学母亲的血缘姻亲关系,需要新的伦理调节。更重要的是,异源人工授精使亲子关系不再具有血缘或基因的关联,彻底破坏了以血缘关系为纽带的家庭社会关系。这对于我国以血缘关系为基础的家庭伦理观念和体系必然产生严重的挑战。(2)基因改造作物:会不会创造出新的过敏原、对人体造成新的健康问题、引起昆虫的抗药性、制造所谓的基因污染?基因改造作物所带来对自然与人类社会的风险、安全性与效益如何评估?基因改造作物的专利权将如何规范?(3)转基因动物及异种移植:异种移植必须考虑动物病毒人侵人类的风险与安全性的问题,例如HIV病毒原来存在猴子身上可能是无害的,但是传播到人体却引起艾滋病。此外也涉及到研究伦理中有关动物权利的问题、人与动物的关系,人类有权力随心所欲地去改造动物、创造新物种吗?当动物身上存在愈来愈多人类基因, 是否动物也有具有愈来愈多的人性、必须受到保护?科学家违反自然物种的界线、制造人兽混种可能会带来什么后果?(4)基因检测:由于遗传信息不仅关乎个人,同时也与家庭或家族其他成员的健康息息相关,因此遗传信息的获得与告知时常带来特殊的医学伦理问题,包括:基因信息带来的心理负担及社会压力,基因诊断结果的告知对个人与家庭、家族的影响,个人隐私的保障与家庭成员利益产生冲突,基因检测引起的医疗资源分配、社会正义议题等。(5)基因治疗:应采取何种程序方能公平选出接受治疗的患者?应采用何种步骤以确保患者或其父母或监护人的知情同意?生殖细胞基因治疗则是对生殖细胞或胚胎进行基因调控,以期根绝病因、一劳永逸,然而对生殖细胞直接进行基因介人却可能改变新生儿的遗传组合、造成长远的医源性伤害,同时可能引起设计家宝宝(desi邵erbaby)、基因超市(genetiesup~arket)、出卖基因以牟利、改变人种等疑虑。这些问题正在或即将对人类的家庭、社会伦理观念与道德实践带来重大的冲击。所以,如何应对日新月异的生命科学技术发展给家庭和社会带来的种种影响,抑制它负面的影响,发展它正面的造福于人类的作用,成为后基因组时代生命科学中的重要问题之一。
关于生命伦理的问题,卢大儒教授提出了一系列深刻的见解,我的很多观点和卢教授的非常相似。问题在于面对如此众多生命伦理的困惑,我们究竟该如何解决?解决的途径也许有很多,不同专家会有不同的解决之道,见仁见智。
我国科学的发展受欧美的西方科学影响很深,相应的,我国生命伦理学的发展在很大程度上也受到西方国家的哲学体系和西方生命伦理学的影响,基本上遵循了西方生命伦理学的框架。主要采用基于西方哲学思想的四个道德原则,即自律、不伤害、仁爱和公平四个原则,同时,辅以知情同意、诚实、守密、私隐、忠诚等一般的道德规则,用以分析和判断生命伦理的议题和案例。但是, 西方生命伦理学更多地体现的是自由个人主义,即重视自主、隐私、自由及个人权利的特征,我觉得这是不够的。我觉得还应在原有基础上,重视群体的价值,重视群体的共同利益、相互关系及团结的价值;同时,解决生命伦理学问题还应考虑我国的社会文化背景状况。我国有着以家庭和社群价值为基础的传统伦理观念,对家庭和社群层面进行的思考,显然蕴涵着更为丰富的社会、文化、伦理的内涵。以个体自主性为基本导向的生命伦理学应该把家庭和社群的因素纳人到自己的理论框架之内,如强调家庭的自主性与权威,把家庭作为一个独立的道德权威,并强调家庭在医疗决策中的作用。因此,一方面,应强调家庭与社群的关怀伦理学、社群主义等观点;另一方面,生命伦理学应从东方传统伦理学这里获得新的思想资源。作为一种以血缘关系为基础、家族观念为核心的思想体系,儒家的伦理思想似乎可以成为一种有益的补充,从而大大拓展和丰富生命伦理学的视野和内涵,为有效回应现代生命科学技术带来的伦理困惑和挑战作出我们的贡献。
【讨论】
卢大儒:关于生命科学的工程、大科学、小科学问题,我也做了准备,很多观点和周教授的非常相似。
把大项目说成大科学是不妥当的,往往大项目不一定解决真的科学问题,只能说成是大工程。这是一种资源集中型的、政策集中型的工程,可以说宏伟工程,但不能说大科学。不能说小规模,一位教授带着几名学生研究出来的成果就不是大科学。用规模衡量科学价值的大与小,这确实是很多科学工作者应该注意和思考的。现在有了大工程的巨额投资以后,使很多科学工作者在经费申请方面受到压抑,这也是人类基因组计划争论激烈的原因之一,这是很重要的问题。
其实科学的美绝对不在于它的规模,而在于思想的创新,科学的创新,思想的活跃。生命科学不是工程技术。DNA双螺旋结构也好,密码组的发现,包括最开始基因工程宏观的设想,都是很浪漫的东西,有自身的魅力。它们是对自然现象探索的背景下产生的。所以生命的奥秘吸引了很多人,让人们没有任何功利地研究它,是一种非常纯粹的东西。现在科学应该还它本原的东西,应该充满着哲学的思辫。当我们回顾这50年来科学的发展,每一件引起人们兴奋的重大发现,里面都有很精彩的思辫逻辑的东西,包括孟德尔遗传规律到基因染色体定位, 我都觉得非常美,逻辑性极强,也是一种美学。根本不是人海战术,更不是钱海战术。现在人类基因组计划(HGP)也好,HaPMaP也好,都是一些宏伟的科学工程,并不是科学本身。“两弹一星”是我国工程上杰出的成就,而不是科学。我国人工合成结晶胰岛素,这是很了不起伟大的成就,但是在科学意义和思想上不要把它过分地拔高。我们不要因为自己的科学规模小,就把原创思想减少,把科学的思辫减少。契诃夫也曾经说过“大狗、小狗都可以叫”,每个人都有叫的权利,不要因为不是大项目,就放弃科学创新的追求。
王钦南: 说到启示,我觉得对我们的科研管理来说是警示。我做管理工作时间较长,谈两点看法。
一、概念问题很重要,比如什么是基础研究?很多事情从一开始就混淆了。拿基金项目评审来讲,5个函评专家都说好的,可能是平平的, 如果只有3个人主张要做的,可能有点新东西。后来自然科学基金发展出了面上项目、重点项目、重大项目三大类。重大项目一般是组合式的,由专家共识了的重大研究课题,投入强度很大,但结果平平,没有什么重大发现。实际上真正有一些新东西的倒是一些所谓的小项目, 即由一个导师按照一个方向领着几个人小打小闹。我觉得这种工作是最有效的,成绩最好的。
二、究竟什么是创新?也是个头疼的问题。概念上可以解释为原始性、唯一性等等,但是结果并非如此。有人提出来的东西很新,你问他为什么,他解释不了。管理者也不知道是不是创新。请专家评,一个项目,几位专家说创新多的,便认为创新的可能性大一些。每年都有一些所谓创新性比较强的,是不是创新不知道,就是专家评出来的所谓创新的。一些真正的创新性强的东西往往被否定,因为大家不认可时,不下没办法。后来设立了非共识项目。所谓非共识项目就是一部分专家表示坚决支持而且要求优先支持,而另一部分专家则坚决表示不支持的项目。有时这类项目讨论来讨论去也都是自圆其说,专家未必能够把这些东西吃得透。
科学是解决“是什么”,“为什么”。技术是解决“做什么”,“怎么做”。话虽好说,但问题一来,情况就不一样了,这一直是个困惑。
刘一农: 周教授提出的问题对我有些启发。
这是我平生第二次听到“大科学”和“小科学”的说法。第一次听到,是1978年,我考进中国科学院研究生院,当时同学们说我们考进了大科院,把中国医学科学院叫小科院,是从规模讲的。我觉得周教授也是从规模讲的。每个人所做的科学,无论规模多大,无论研究室有几个人,其实做的都是大科学,不要有大科学、小科学之分,或者国家重点实验室和普通实验室的分别。
国际上很多重要科学成果的发现和建树,包括获诺贝尔奖的成果, 包括一开始我们理解的生命科学,一开始都是在小规模的实验室里做的,但是都是大科学。做细胞凋亡的那几个人,应该说做的都是大科学。我在美国待的时间比较长,十几年,经历了很多时代的科学重点变迁,几年一变化,他们经常会有新的科学前沿。
比方说做老化研究,为什么说是大科学呢?美国在上世纪80年代就提出一个中心课题,就是做器官的老化,包括几位诺贝尔奖金获得者的工作都源于那个时代,实验室的确很小,但是他们做的科学是美国当时提出来的大科学中的一部分。近年来又有一个大的课题形成, 即器官发育课题。
2004年美国科学技术委员会面向21世纪科学,又出一个新的蓝皮书,就是《蛋白质工厂》,剖析和解析核糖体和蛋白质合成问题,生命科学也好,生物科学也好,已经成为他们当前研究的重量级课题之一。任务涉及到每个研究组,不像中国分的这么清。有的在国家重点实验室可随时单干,有的根本不是国家实验室。周教授本人做的复杂疾病工作,我认为也是大课题。1998年美国就提出了这个概念,是哈佛大学提出来的,现在研究疾病的都是非常大的课题,而且涉及到很多易感基因,这是解决疾病的关键性的问题。复杂疾病涉及的不光是基因,还有环境、心理因素等等。
王海波: 发现一个科研项目的创新性和重要科学价值并不是很难,关健是要把支持做事放在第一位,把是否可按期交账放在第二位。在做出是否资助的选择时,应更多地关注项目是否有意义,是否很值得做。一般有追求的科学家,是不愿意做无意义的事的,包括不愿意发表凑数的文章。我们常听到一种说法,就是要多听取不同意见。我发现很多人是不能听取不同意见的,因为他们往往把自己没有想到但认为正确的意见、观点视为不同意见,其实科研上真正的不同意见常常就是你当时不好评价正确与否的意见。科学研究是探索未知,不能老用靠已知的东西形成的理念来进行约束,科学研究管理须有包容性。
【专家介绍】
周钢桥
理学博士,现任军事医学科学院放射与辐射医学 —研究所副研究员、北京蛋白质组研究中心功能基因组学研究室PI。近年来主要致力于中国人群复杂疾病(包括慢性乙型肝炎、SARS、脓毒症、鼻咽癌和肝癌)的遗传易感性以及人类重要功能基因的分子进化研究。承担国家863、973、科技专项计划、军队重点基金和国家自然科学基金等多项科研项目。基于中国人参考群体, 构建了138个基因的sN’P和单倍型参考目录,为“十五”期间全国范围内构建中国人群的SNP参考目录做出了重要贡献;阐明IL13 基因具有独特的单倍型结构和多态性模式并在分子水平受达尔文正选择作用;揭示中国人群多种复杂疾病的候选遗传易感基因。已在国内外学术杂志发表研究论文30余篇,其中在Gastroenterolo留、H叩atolo群、Gut、JMedGenet、Mol BiolEvol、JInfectDis和HumMutat等国际核心刊物以第一作者或通讯作者署名发表系列高质量研究论文,影响因子合计60。国际肝脏病学领域权威刊物 HePatology(影响因子10.416)曾发表编者按,高度评价他和导师在慢性乙型肝炎遗传易感性研究领域取得的重要进展(ThurszM.HePatology,2004;40:284一6)。 2005年获军队科技进步一等奖1项(署名第一),2003年获北京市科学技术一等奖1项(署名第八)。参编学术专著2部。申请中国发明专利5项。曾获第八届茅以升科学技术奖—北京青年科技奖、“北京市科技新星”,“全军优秀博士学位论文”和“全国优秀博士学位论文提名论文”等奖励。
