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科研基本功:观察力 精选

已有 13454 次阅读 2013-2-20 03:47 |个人分类:科研方法|系统分类:科研笔记|关键词:科研,,观察力,基本功| 科研, 基本功, 观察力

科研基本功:观察力


细胞需要对外界环境的变化做出反应,而信号通路的作用是把外界的信号传递到细胞内,所以信号通路对于多细胞生物的存活必不可少。信号通路有三个基本的成分:配体,就是外界信号的载体;受体,与配体结合;转录因子,把外界信号从受体传到细胞核内。JAK/STAT信号通路是一条重要的信号通路。我们实验室研究的是果蝇的JAK/STAT信号通路。在果蝇里,JAK/STAT信号通路的配体有三个,分别叫做unpaired 1 (upd1), upd2upd3upd1upd3的突变体(mutant)都产生一定的表型(就是和野生的果蝇不一样的性状),所以其功能比较清楚了。但是,upd2的功能是什么呢?我们很早以前就得到了它的突变体,但是没有观察到任何表型。

 

去年在芝加哥召开的果蝇年会上,很多的与会人员向我们实验室询问这个问题:你们知道upd2的功能吗?这个问题多少有些奇怪,因为我们的海报研究的是upd3的功能。不久之后,一篇文章发表于Cell,报告了upd2的功能:原来不同于upd1upd3upd2是在脂肪细胞里面分泌,然后远距离运输到果蝇大脑并刺激胰岛素分泌(果蝇的胰岛素是大脑分泌的),作用类似于人体的“瘦素”。而upd2突变体的表型则是体型变小!(1

 

因为没有看到upd2的表型,我们认为它可能没有作用,或者说找不到它作用的线索。可是,别人怎么能看到表型呢?难道用的是和我们不一样的突变体?我仔细对照文献,发现用的突变体和我们一模一样。

 

原来事实是这样的:upd2的突变体的表型很不明显,虽然体型变小,但是如果不仔细观察根本看不出来。

 

所以,因为我们的观察力不够,与一篇Cell擦肩而过。但是我们还不是最惨的,最惨的一位因为观察力不够,与诺贝尔奖擦肩而过。

 

1908年左右,摩尔根开始试用X射线和其它条件的改变来诱发果蝇突变。历时两年之久,他们没有发现任何突变。直到有一天,他们发现了一只白眼果蝇(2),然后他们用这只白眼果蝇进行了杂交,证实了孟德尔遗传学理论的基因分离定律,并在此基础上发现了伴性遗传现象和遗传学的连锁互换定律。因为这些贡献,摩尔根获得了1933年的诺贝尔医学奖,被人尊称为“现代遗传学之父”。

 

摩尔根是幸运的,因为在他之前,有人进行了五年的果蝇突变研究,最终什么也没有发现。如果前面的研究者发现了突变,很可能“现代遗传学之父”就是别人了。

 

在摩尔根发现了白眼突变之后,新的突变就源源不绝地被发现了。为什么之前的研究者没有发现任何突变?为什么摩尔根实验室在发现白眼果蝇之前一无所获,发现白眼果蝇之后却轻易的发现大量的突变?是因为没有突变吗?显然不是,最大的可能是突变的表型不明显,难以观察到。即使是像白眼(正常为红眼)这样明显的突变,也是难以观察到的,因为果蝇差不多只有蚊子大小。

 

可见,观察力的好坏,不仅能决定是否可以发表Cell文章,还能决定是否可以做出更重要的发现。

 

 

无论是检验假说,还是提出新的假说,观察实验结果都是科研必不可少的环节。有时,观察的范围不仅限于实验,还可以包括生活中遇到的现象。观察力的好坏,常常是决定科研水平的关键因素之一。我自己的实验经历也表明:如果没有敏锐的观察力,好的实验结果就会从眼皮底下溜走。那么,怎样才能培养或者提高自己的观察力呢?

 

观察首先要全面。大部分实验都是以假说为基础。根据假说设计实验,并预测实验的结果。所以观察实验结果时,常常只注意看预测的结果是否存在。这样的做法,固然能提高效率,但是却丧失了发现其它有趣结果的机会。不同的假说得到的预测不同,观察的角度也不一样,因此能观察到的结果也会有区别。为了得到全面的信息,也要注意与自己预测无关的现象。甚至有时候必须忘记自己的假说和预测,进行尽可能客观的观察。

 

以显微镜下观察玻片为例。如果根据假说,仅仅需要在高倍镜下看特定细胞(例如干细胞)数目的变化,那么,全面的观察要求在低倍镜下(4X物镜)也要观察,看实验组与对照组有无区别。低倍镜下,虽然看不到单个的细胞,但是有更宽广的视野,能够看见全局的变化。然后换到10倍镜下观察,再依次换到20倍、40倍,直至100倍。不仅要看细胞数目的变化,还要看有无形态改变。如果是免疫染色,用了DAPI染细胞核,用了不同的抗体染不同的细胞,那么应该细心地比较每一种染色,包括DAPIDAPI染色常常是没有多大用处的,仅仅是显示细胞核。但是,我在试验中发现,DAPI的染色也能提示表型变化。

 

全面的观察意味着不仅要观察免疫染色后制成的组织玻片,还要以其它的手段检测表型,并且在不同的水平上检测表型:细胞水平、组织水平、个体水平(例如看形态是否正常,行为有无改变等)。

 

观察既要全面,又要突出重点。重点首先是自己的预测,其次是全面观察时发现的异常。“珍惜你的意外”,是科研中非常重要的原则。弗莱明在培养细菌时被真菌污染,并导致真菌菌落周围细菌无法生长,这是一个意外。如果弗莱明对这个意外不以为然,仅仅当做实验失败而扔在一边,那么,他就无法发现青霉素。所以,敏锐的观察力要求对异常现象具有高度的敏感性。发现异常现象后,不要无动于衷,而应该把每一个意外当成潜在重大发现的引子,进行细致的观察和深入的思考。

 

观察力不仅仅是看到,更重要的是要想到。牛顿看见苹果落地,问了一句“为什么?”,发现了万有引力定律。普通的人没有观察到苹果或者其它的物体落地吗?不是的。他们看到了,只是没有进一步思考。

 

最后,我们不妨用苏轼的一首诗来总结一下观察的方法:横看成岭侧成峰(要从不同的角度去观察),远近高低各不同(要用不同的放大倍数观察),不识庐山真面目,只缘身在此山中(观察不要受自己假说和预测的限制,必要时应该忘记自己的假说,如此才能进行客观全面的观察)。

 

 

参考文献等:

1):upd2的功能的文章链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867412010173

2):有另一种说法,认为摩尔根的白眼果蝇是从其它科学家那里得到的。

 



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