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), upd2和upd3。upd1和upd3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upd1和upd3，upd2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DAPI。DAPI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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