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生命树项目与科学创新的基础 精选

已有 6020 次阅读 2008-1-24 08:01 |个人分类:有关科学与教育|系统分类:科研笔记

   这段时间在忙筹备和进行“组建生命树”(Assembling the Tree of Life——AToL)(哺乳动物)的第三次工作会议。会议刚结束,一共进行了五天,包括周六和周日。每天从早上八点到下午六点紧张的讨论和工作,晚上还要加班,有点累。
   AToL是美国NSF资助的一个长期基础科学研究项目。这个项目1999-2000在耶鲁,加州大学(Davis)和德州大学(Austin)三次工作会议后启动的。其基本目的是建立一个地球上所有生命类群(现生和绝灭)的生命树系,来帮助科学工作者更好地理解地球上的生命演化和相互关系。从2001年到现在,已经有大约40个相关项目获得资助,涉及的内容包括从真菌、植物到人的各种生物类群。这个项目的本质是系统生物学。前段时间科学网上有一篇报道“瑞士:四亿瑞郎打造领先世界的系统生物学”应当是相关的内容。
   在我看来,AToL是21世纪基础生物科学研究具有划时代意义的科研项目之一。它是建立在传统的生物学、分子生物学、系统科学、信息科学,计算数学以及计算机科学等基础上的一门交叉科学项目。这里涉及到很多过去没有过的问题,比如如何协同工作,如果分享、共享资源和信息,如何处理不同机构之间在政治,经济,名誉,科学道德,知识版权,个人与团体和机构,等等各种关系。这是一个真正意义上交叉学科的现代研究项目。项目里涉及很多的问题,以后也许有机会再说。我想先说一个基本点:基础科学研究的创新和基础。
   科学研究的本质就是一个创新的过程。所以,对搞科研的人来鼓吹创新,基本上是多此一举。如果一个科研没有“新”,那就不是一个科学研究。当然,“新”有量和质的差别,绝大部分的情况下,科学研究的新内容是一种量变,几乎是每天都在发生的事情。而我们口号中的“创新”往往说的是后者,这是要做但不容易做到的事情。因为很多的原因,尤其是文革,中国的科研整体上落后了,这是一个事实。 从政策的层面来鼓励科学上的“创新”,是个有见识的政府行为。从政策的层面来鼓励科学上的“创新”,我的理解它有两个基本的含义:一是科学研究意义上的创新,二是要赶超世界科研的先进。
   “创新”这个概念现在有点泛滥了。用中文Google搜索,有超过一亿词条。“科学创新”也有超过六百万的词条。“基础科学创新”有近五百万。任何国家的政府都会鼓励科学上的创新,但具体操作的细节上会有差别,而这些细节反映了对问题认识的程度。比如,NSF和NSFC都鼓励创新,但两者的差别在程序上。在NSF的程序中,一个研究项目是否有创新意义,是一个评审的准则之一,由评审者来评判。而在NSFC的程序中,它是申请书中有一个栏目,“本项目的特色与创新之处”,由申请人自己写。经常可以看见申请书中有五花八门的创新内容:本项目的创新之处是中国特有的,新的工作区域,在国内首先使用了某种方法,等等。创新的含义已经模糊,甚至庸俗化。
   此外,我这里更想说的是,在提倡“创新”的时候,不要忘了培植科研的基础。原因很简单,没有基础,就不可能有创新。就像造大飞机,必需要有设计,材料,发动机,工艺,电子等方面的基础,否则造不出大飞机。如何把握基础和创新的平衡才是一门真正的艺术。
   AToL的提出本身,毫无疑问是一种创新的思想,也是一种创新的工作模式,它同时也是很有风险的项目,因为很难预计它的结果是什么。但是它的提出,是有一定基础和条件的。上个世纪科学领域在支序系统学方法以及以后的一些相关理论方法,计算机,互联网,分子测序等方面的发展,为AToL的提出打下了基础;没有这些思想、方法和技术的储备,很难想象现在能做AToL这样的项目。
   具体到每个单独的项目,都有它自己特定的基础。比如我们做的这个哺乳动物AToL项目,它以现生和化石的哺乳动物种为基本单位,涉及所有科一级的哺乳动物物种代表,包括人在内。这个项目的研究人员来自近20个研究机构,基本上是两组,一是研究传统形态学的,包括现生和绝灭类群,二是研究分子生物学的。另外也有计算机领域的人员,负责各种工作平台到最后计算的技术支持。研究传统形态学的人目前有21人(包括研究生和博士后),涉及所有哺乳动物的门类。当这样一个很大的项目进入具体的研究时,没有任何的轰轰烈烈,有的只是无数的细节,以及不同观点的吵架。比如,当我们说哺乳动物眼眶这个特征时,你怎么去定义它,怎么去描述它,怎么去测量它?有的哺乳动物种类眼球体积大于脑体积;有的因为适应穴居眼睛极大的退化;海生的哺乳动物和陆生的类型如何进行有意义的比较,等等。我们目前选定了一千多个哺乳动物种,相关的形态特征有大约4500个,每个特征最少有两个性状,最多的有十几个性状。几百万的性状怎么处理?这么大量的工作中,如何能有效、有意义的确定每一个特征和性状,使大家能够有一个共识,这需要每个人都能在最基本的问题上有能够让人信服的知识。
   在和科学院的同行交流中,我也听说过有做类似“组建生命树”项目的想法,目前我还不知道有没有类似的项目在进行中。但我自己的体会是,这不是一个你想不想得出或想不想做的问题,而是一个你有没有能力去做的问题。比如,我们现在做的这个项目要在同等的规模上在中国实施,成功的可能性就不高。首先,从我了解的情况看,我们没有那么多研究不同门类哺乳动物的专家,他们对所有门类的哺乳动物的形态学都能有权威性的观点;也没有那么多的实验室在做大量哺乳动物各种DNA的测序;对全世界现生的大约4500种的哺乳动物,中国有多少种类的组织样品可供分子生物学的研究也是一个问题。其次,很多的理论问题在中文出版物中很少讨论,比如同源关系,系统发育分析的理论和方法,缺失性状的处理,等等。而这些问题在具体的研究过程中遍地都是。我们同时也缺少一些懂生物,又懂计算方法和计算机技术,同时也懂系统生物学中基本思想的人。这些东西,不是砸钱就能得到的,它有一个积累的过程。当不具备这样的基础时,能够创新的空间会比较有限。科研的持续发展规律是厚积薄发,没有厚积的基础,发起来也很难持久。
   所以,在提倡创新的时候,不要忘了培植科研的基础。



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