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科研创新的突破 精选

已有 6442 次阅读 2021-2-8 09:22 |系统分类:科研笔记

毫无疑问,每一个科研创新参与者都希望能尽快取得突破性进展,就像每一个士兵都期待着早日为国立功建业一样。科研创新的突破不仅有力地支持科研报告的接收发表,确保学位论文的顺利通过,而且还可能成就一番科研事业。对在读的博士生,进站不久的博士后,刚履新职的助理教授与助理研究员来说,取得科研创新的突破是应对必要考核,完美地过渡到下一阶段职业生涯的关键。

 

在前面的文章里,我们探讨了科研创新的有效思路(递推,平行,因果,逆向,随机)与策略(争先,更好,不同)。简而言之,思路是实现科研创新的手段和工具,策略是科研创新所要达到的总体目标。下面,我们来看看怎样结合科研创新的有效思路和策略从而取得科研创新的突破。

 

递推(lateral thinking)的本质是将某种已知原理或规律在同一类事物中引申和推广,即循序(先得有序)渐进,顺藤(先得有藤)摸瓜。如果是你先发现的原理或规律(即你取得的突破),那你要在同一类事物中引申和推广时就轻而易举,而且随便你怎么引申和推广都基本上是可发表的新成果。比如,我当年第一个注意到李氏杆菌转录调控基因的种特异性(genus specificity),属特异性(species specificity)或致病群特异性(virulence specificity),并用实验证明其可行性,随后引申和推广到其它细菌,写出的文章都很快接收发表了。如果是别人先发现的原理或规律(即别人取得的突破),那你想将这原理或规律在同一类事物中引申和推广就有会有一定难度,因为大概率别人已经做过不少相关的引申和推广了。在这种情况下,你需要考虑怎么比人做得更好或不同,才可能取得进展。

 

平行(parallel thinking)的本质是将某种已知原理或规律在不同类事物中引申和推广,即举一反三,触类旁通。跟上面说到的递推情况相似,如果是你先发现的原理或规律,那你在不同类事物中引申和推广时就得心应手,否则,需要费些周折,考虑怎么比人做得更好或不同以期取得进展。举例说,我曾在“科学”(Science)杂志读到一篇有关某原虫内因子(internalin)助其入侵的文章。该文的灵感源于细菌内因子在入侵时起到的作用;先用细菌内因子核酸程序对比原虫核酸程序无果,续用细菌内因子蛋白质程序对比原虫蛋白质程序终于找到一相关基因。通过试验手段删除此基因,原虫丧失入侵功能,从而证明该内因子基因在原虫入侵时的重要作用。

 

因果(causal thinking)的本质是从某种已知原因(原理或规律)而推断其可能导致的结果。这也跟上面说到的递推情况相似,如果是你先发现的原因(原理或规律),那你在推断其可能导致的结果时就相当容易,不然就需要考虑变更已知原因(原理或规律)的条件而推断其可能导致的不同结果。

 

逆向(reverse thinking)的本质从某种已知结果(原理或规律)而反推其可能的原因。若想通过逆向思维取得突破,无疑需要考虑怎么比人做得更好或不同。逆向思维的另一种表现形式是从常规认识的对立面着手。换言之,越是被人忽视,不被人看好的东西越值得一试。当年我开始筛选羊腐蹄病细菌非致病性基因时,几乎没人抱希望;通过改进筛选方法,我不久就获得了突破。

 

随机(random thinking)的本质是以未知为起点,以不可预判的特定结果为终点的思维方式或实验手段。上面说到的递推,平行,因果,与逆向思维方式有个共同点,它们大多是从某种已知原理或规律出发而取得的结果(渐进性的改良性的突破)。与此相反,以未知为起点,以不可预判的特定结果为终点的随机实验手段所带来的结果(突破)大多是原创性的(尤其在生物的分子机理方面)。不可否认,经过数百年持续不断的积累,人们对许多生物的表型特征有比较清晰的认识,而对它们的分子特征与机理则所知甚少。究其原因,主要是由于分子生物学技术在过去20-30年里才突飞猛进,日臻完善。尽管人们在近些年完成了许多种细菌基因组序列,但初步了解其各个基因的功用及相互间关系的估计不到5-10%。在面对如此众多未知因素的情况下,随机实验手段自然大用武之地。常用的分子生物学随机实验手段有两种:一是基因库建立(DNA library construction)与筛选,二是转座子诱变(transposon mutagenesis)与筛选。转座子(transposon)是一类可以“跳跃”到基因组中不同位置并始终保持其在基因组的整合位点的遗传元件。用转座子诱变可以随机地引起细菌基因的功能变化,再通过转座子带有的特定标记迅速地跟踪细菌突变了的基因,从而确定此基因的功用。只要建立了基因库(DNA library)或转座子库(transposon library),你就可以根据自己的需要筛选或确定某特定基因的功用,取得原创性的突破。这类随机实验手段对于初入某领域的新人(在读的博士生,进站不久的博士后,刚履新职的助理教授与助理研究员)来说是出奇制胜的法宝。指望跟某领域已有建树的教授和研究员们打常规战,无异于叫化子跟龙王比宝。肯定有人会问,既然随机实验手段这么好使,为何有建树的教授和研究员们不怎么用呢?因为光凭常规手段都硕果累累了,根本没必要去考虑此类起点未知,特定结果不可预判的“歪门邪道”嘛。坦率地说,当年我加入羊腐蹄病细菌和李氏杆菌研究项目时,对这两种细菌都了解不多,凭什么能够在6-8月内逐一取得关键性突破呢,是因为采用了随机实验手段才弯道超车啊。

 

总之,递推,平行,因果,逆向,与随机是科研创新的有效思路,是取得科研创新突破的得力手段。一般来说,前四种思路(递推,平行,因果,逆向)大多基于某种已知原理或规律,取得的结果(突破)是渐进性的或改良性的,而且需要科研创新三点策略(争先,更好,不同)的配合。具备起点未知,特定结果不可预判的特点(或不确定性),随机思维与实验手段有助于科研新人取得意料之外的原创性突破。当你科研创新停滞不前,关键性突破久期不遇时,不妨试试随机实验手段,或许它会帮你驱云散雾,为你明一条脱离困境之路





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