施一公:我对科学研究的体验(二)

我的博士后导师尼古拉帕瓦拉蒂奇(NikolaPavletich)只比我大一岁半,很年轻,是美国科学院院士,他曾8年间在《自然》和《科学》上发了30篇论文,我认为他的工作可以写成两本教科书。

在此,我想说方法论中很重要的一点,也就是不能简单地接受别人告诉你的事情,你自己要去思考,而且要有批判性思维(criticalthinking)。

记得我在麻省理工学院***博士后时,尼古拉的导师(也是美国科学院院士)告诉我说,尼古拉特别聪明,他能精读26种科学期刊(journal),知识渊博,能力非常强。我听后特别震惊,因为我自己也读文章,但是读上两三本期刊后就没有时间做研究了,觉得读文章很占用时间,这样会顾此失彼。

我想,一个人怎么会这么强大,做这么好的研究,读这么多的文章,还什么都懂这也是我去他的实验室做博士后的原因。

有一天,我看到《自然》上有篇文章非常精彩,它阐述的是结构生物学领域的一项重大发现。我把它精读了一遍,想证明自己读得很不错。当时这个成果刚刚发布一个礼拜,我就拿着文章去办公室找尼古拉。

尼古拉,这篇文章做得很漂亮,我很想和你讨论一下。我说。

这个他看着我很尴尬地笑了笑,一公,抱歉,这篇文章我还没有读。

我想这可能是他最近太忙的缘故,有些遗憾。

又过了一两个月,我再次看到了一篇很好的文章,我又花了几个小时精读了一遍,而且读得很透。我再次去敲尼古拉的门,因为我觉得这是对我很有帮助的一件事情,我希望我的导师知道,我将来要努力成为一位独立的科学家,也要有自己的实验室,和他一样优秀。

尼古拉,这片文章发表两周了,做得很漂亮。我觉得有些东西可以学,和你讨论一下如何?

尼古拉再次尴尬一笑,说:我还没读。

那时候我突然着急起来了:尼古拉你到底读不读文章啊?

他看了看我,把笑容一收说:一公,你知道为什么吗?世界上最难以复制的就是时间。我的时间是很有限的,我真的没有多余的时间去读这篇文章。

这点对我的触动非常大,这使我懂得在不同领域、不同课题阶段会有不同的要求,在他当时的那个阶段,他当然没有时间去读这样的文章。他是一位卓越的科学家(brilliantscientist),他要做的是更高层面的、更具有创造性的事情,并不是要按照传统的说法一定要怎么做。

我再讲一个例子。有一次,我们在尼古拉教授的实验室里做一个生物学实验,实验内容是尝试抽放一个蛋白质的蛋白,做了整整两天还没能拿到,我不知道哪里出了问题,感到很失望。

抱歉,我还没有得到任何结果。我说,但是不用担心,我会尽全力找到问题出在哪里,找出原因再重新做。

一公,你为什么一定要找到实验没有成功的原因呢?尼古拉问我。

我听后很惊讶,当时我说:尼古拉,如果你不知道失败原因的话,怎么能继续工作呢?

尼古拉的回答非常干脆:再仔细做一遍,就会成功。

对一个生物学的大型实验来说,两三天的实验中会有几十个步骤。如果要一个一个步骤地做下来,以此弄清哪一步出问题的话,至少得花费半个月的时间。

尼古拉说 再做一次,有可能就是实验中的酶加错或有其他原因,再做一遍的成功性很大。后来的结果证实果然如此。

这让我明白了做科研并非找不出原因就无法进步,而要视情况来定。如果一个问题困扰你多年,不把问题找出来课题无法往前走的话,那么确实需要继续努力;但如果是一个技术错误,你是不需要花费时间去找原因的。这就是他给我第二个启发。

我再举第三个例子我认为这些都跟方法论以及批判性思维有关。

不知在座的本科生同学有没有意识到,高中阶段以学习知识为主,对我们来说那时并不特别注重举一反三的思维能力训练。但是,迈入大学以后,你们就要开始自觉转变从汲取知识到创造知识。等你攻读硕士、博士的时候,你就可能创造知识。

可以想象,本科阶段的一节课是前人工作几十年总结出的经验,而你只用50分钟就学完了。然而等到你读博士的时候,也许你五、六年的科研工作还很难成为教科书里的只言片语。

这就是其中的艰辛和艰难,成长和转变是很不一样的。你需要在大学伊始尽快转变思维,这就是方法论的转变。

当前,好多中国人都喜欢和大师、科学家在一起,有机会的话定会去与他们交谈,这是正确的,在这个阶段你们一定要这样做。

但有件事情引发了我的思考。记得有一次,1993年诺贝尔生理学或医学奖得主菲利普夏普 (PhillipA.Sharp)来做讲座,他希望能见尼古拉谈一谈。

我知道他举办讲座的那一天尼古拉在,因为上午我们曾一起讨论如何写一篇文章。可我听到尼古拉对秘书说:抱歉,请告诉夏普我那天有事,谢谢他,我们以后有机会再见面。

夏普来做讲座的那天,尼古拉把自己关在办公室里,上午跟我谈话,下午专心做自己的机理研究。我觉得,很少人有这样的定力,这是不可思议的一件事。

这个例子不是让同学们去效仿,而只是想让大家思考时间的取舍,以及方法论的转变。

我认为挑战学术权威对中国学生尤为关键。因为中国学生经常会认为老师讲的大部分是对的,或者基本上是对的。即使错,也会以为自己没有理解好。

记得有一次我在普林斯顿大学讲课,学生在课堂上提出了一个问题,其实我不知道答案,但觉得我能推测出一个。我讲了几句后,学生当场就反驳了我:

施老师,我觉得这好像不是真正的原因,我觉得你讲的不对。

我当时满脸通红,虽然没有在课堂上承认,但我知道这个问题我的确讲错了。这件事对我个人的触动很大。

但是我把同样的回答在清华学生的课堂上再讲一遍,下面有很多同学在皱眉思考,他们明明知道我讲的这个有问题,但最终还是接受了,还是觉得施老师不会有错。

其实每个人都会犯错,包括我现在正演讲的内容,大家也应该进行反思和质疑,因为我讲的都是我的主观观点。你仔细想,世界上没有绝对的客观观点,敢于质疑特别重要。

我从小就有个特点爱出风头。下面我讲的这个故事,和我博士期间的导师杰里米伯格(JeremyBerg)有关。

杰里米出生于1958年,我去他实验室做博士的时候他才32岁,是美国比较年轻的终身教授。记得有一次开组会,杰里米走进来,看起来心情很激动,他说:今天的组会我来讲吧!他平时是轻易不主讲的。

他在黑板上画了一个立体的矩形,中间画了一个隔板,左边标注氧气,右边标注氮气,隔板一拉,里面的气体便开始发生物化作用。杰里米由此开始推导公式,写满了整整一个黑板,最后得出了一个惊人的结论:热力学第二定律是错的!

这非常有可能,你不要小看杰里米。有一次他在开车时,突然想到了吸脂蛋白 (当时美国有很多人都在做这个蛋白的结构,但都没有做出来)。这个蛋白前面有两个半胱氨酸(cysteine),中间是三个氨基酸,后面有两个组氨酸(histi鄄dine),中间是四个氨基酸。他同时想到两个半胱氨酸参与的结构应该是一个-sheet,两个组氨酸参与的结构应该是一个-helix。最后他想到这个蛋白应该是正四面体的结构,zinc是包在中间的。这个结构预测得非常精美,是美国科研历史上一个非常有名的事件,后来过了两三年大家才用实验验证了这个预测。他是一个天才。

杰里米在黑板上推算的时候,我发现公式里出现了3处错误,都是概念性的错误,很难察觉。当时房间里有20多位博士和博士后,大家听得如痴如醉,我是唯一一个察觉到的。

本文根据施一公院士2014年5月17日在 基础学科拔尖学生培养试验计划学生学术交流会上所作报告录音整理。整理/胡雨寒 程玺 田姬熔)