把錢“浪費”在看不到回報的基礎研究上,值嗎?

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  科學是從容不迫的,它往往需要幾代專業人士工作成果的累積。要求直接的實際回報會粉碎科學創想,並年複一年、長期以往地破壞科研環境的發展。

  撰文 托馬斯·利文森(Thomas Levenson)

  翻譯 張雪

  審校 秦琪凱

  1913年春天,馬克斯·普朗克(Max Planck)和奧托·能斯特(Otto Nernst)兩位日後的諾貝爾獎得主來到了蘇黎世。他們的使命是勸說瑞士最受尊敬的年輕物理學家阿爾伯特·愛因斯坦加入他們位於柏林的研究所。在他們三人討論時,普朗克詢問了愛因斯坦當前的研究工作。愛因斯坦回答說,他正在思考新的引力理論,如果他能徹底解決這一問題,那麼這一理論將取代科學史上最著名的理論——艾薩克·牛頓的萬有引力定律。

  普朗克對這位年輕人深表同情。“作為一名前輩,”他告訴愛因斯坦,“我必須建議你放棄它。首先,你不可能成功;其次,即便你成功了,也沒有人會相信你。”

愛因斯坦與普朗克。圖片來源:phykhemia

  當然,普朗克錯了。愛因斯坦在兩年後完成了廣義相對論,而在1919年,這一理論的驗證更將令他聞名全世界。

  然而,普朗克在某種程度上的確是正確的。愛因斯坦耗費八年時間、在屢次失敗後才最終獲得正確答案。雖然他已經因狹義相對論、光電效應等方面的工作成為眾人皆知的著名物理學家,他這種大膽的新觀點卻幾乎被所有的物理學同行忽視了。20世紀20年代末到50年代末,廣義相對論就是一潭死水,似乎隻是個純理論,與現實世界中的所有重要的事情毫無干系。

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  當然,現在廣義相對論無處不在:它可以解釋整個宇宙的結構與曆史,也具有真實而獨特的實際應用。就連你口袋里的智能手機也會涉及到廣義相對論:GPS應用程序就是依賴於廣義相對論才能將你指引到目的地。

  然而,在長達半個世紀里,廣義相對論都是如此蕭條。如果科學的目標隻是從自然世界中尋找能夠令人類從中受益的知識,那麼無論在什麼時期,暫停或取消對愛因斯坦及其科學追隨者們的支持似乎都是明智的選擇。

  長久以來,美國都以擁有世界上最成功的科研建設為榮,這一切幾乎都是由聯邦政府的資金建立和維持的。如果科學家無法闡釋科研成果的直接價值,他們申請這類資金時就會面臨著巨大壓力,而那些似乎缺少實際應用價值的工作有時也會遭受廣泛的蔑視。2008年,薩拉·佩林(Sarah Palin,時任阿拉斯加州州長,前共和黨副總統候選人)曾公開嘲諷了一筆用於在法國研究果蠅的聯邦撥款。她認為這項研究毫無意義,但實際上,這是一項針對威脅加州橄欖種植的農業害蟲研究的組成部分。就在去年11月,俄克拉何馬州共和黨議員詹姆斯·拉福德(James Lankford)還抨擊了冰川研究以及壓力在藥物使用中的作用的研究。

  “要麼值當,要麼不做”,這種實用主義的刺激比簡單地強調科研太費錢帶來的影響要大得多,它可能會通過一種潛移默化的方式削弱整個科學共同體。對人類而言,科學作為知識的主體是強大、有價值和必需的,但獲得這些科學知識的過程卻是奢侈浪費的——必然如此,甚至必須如此。

  課本中的知識是成熟的、成體系的,但產生它們的過程卻是無法完全事先規劃並管理的。科學是一系列思想和行為方式的總和,有時一些喜人的研究結果會從中出現的,但失敗,即所謂的“浪費”時間,也是過程中固有的一部分。在科學過程中,科學家必定要忍受幾年甚至幾十年的不確定性,才能揭示許多發現的真正含義。

  當前學術界的最大挑戰,就是要在諸多的新舊危機中維持前進,這些危險可能要比打亂單個課題或研究項目更令人恐懼。由於唐納德·川普對於NASA氣候研究的威脅、對於反對疫苗活動分子的接觸以及他的副總統對年輕地球創造論的深信不疑,特普朗作為總統的言行已經引發了人們對於美國科研事業前景的巨大恐懼。我們仍不清楚,在接下來的四年里,聯邦政府的科研預算在最低限度上會作何發展。

圖片來源:EVAN VUCCI/AP

  早在川普上台的前幾十年,短期內無直接應用價值的研究難以獲得資助的困難就已經存在,因為兩個政黨一直在削弱對基礎科學的資金投入。用於科研與開發的總聯邦資金從1976年國民生產總值(GDP)的1.2%降至2016年的0.8%以下。即便是與人類健康最密切相關的研究——美國國立衛生研究院(NIH)資助的生物醫藥研究,其資金在2003年達到頂峰後,也於2012年受到超過20%的削減,進入了停滯階段。2000年,提交至國立衛生研究院的課題僅有超過30%得到了資助。截至2014年,這一數字已降至18%。

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  我們無法知道自己到底損失了什麼,因為資助的裁撤,可能有很多科學發現就這樣被我們錯過。在任何財政緊張的條件下,資金支持總是會傾向於會交付有清晰、實用、立竿見影的產出,並且看上去保險的研究。對於研究者和資助者雙方而言,所有的資助都會傾向於支持議員拉福德不會取笑的研究。

  但曆史告訴我們,當可能失敗的科研工作遭到排擠時,面臨風險的又會是什麼。

  20世紀60年代初,年輕的生物學家托馬斯·布洛克(Thomas Brock)來到了黃石國家公園。他知道這里的熱泉富含光合微生物,他想了解這些微生物的生態學——這些微小的生命體在如此純淨的環境中究竟是如何相互作用的。這項研究純碎是出於布洛克對穩定微生物群落的好奇心。盡管如此,1965年他開始對在黃石國家公園Octopus泉外流渠道的熱水中注意到的一些粉色絲狀體感到好奇。這些物質原來是能夠在近乎沸騰的熱水中存活的細菌,這可是人們認為完全不適宜生存的環境。第二年,在本科生研究助理哈德遜·弗里茨(Hudson Freeze)的協助之下,布洛克又在泉水下遊發現了另外一種微生物,這種微生物僅生存在比前一種細菌生存環境稍微低一點的溫度中。那年秋天,這兩位研究者想方設法在實驗室中培養出了這種棲熱水生菌(Thermus aquaticus)。

黃石公園中的棲熱水生菌。圖片來源:Brian W. Schaller

  自那年起,這類被稱作極端微生物的發現數量激增。它們可以存活在強酸環境、強堿環境、岩石中、深海底、核廢料中,甚至聖經中羅得的妻子化成的鹽柱中。作為純粹的科學發現,這項工作十分出色,它揭示了一個比我們先前的想象要更為複雜、更為積極、更為普遍的生物世界。由於極端微生物的存在,科學家們已經將他們搜尋生命環境的目光擴張到了地球之外。多謝這兩位在黃石國家公園閑逛的生物學家,讓人類在宇宙中的存在顯得並不那麼孤獨。

  然而,布洛克和弗里茨的前期工作並不能代表極端微生物都夠帶來任何經濟利益。花錢請一群人去國家公園里尋找粉色微生物很容易遭到嘲笑,這就和在法國進行果蠅研究一樣。

  但是,如果這種觀點能夠阻止布洛克和弗里茨對熱泉的好奇,那麼人類的損失就太巨大了。1976年,在布洛克發現第一種極端微生物的10年後,另一組科學家團隊在棲熱水生菌中發現了一種名為Taq聚合酶的分子,細胞能夠利用這種酶在已有遺傳信息鏈的基礎上合成新的DNA分子。在水生棲熱菌中,這種普遍存在的分子工具展現出一種驚人的特性:正如它的親本生物一樣,Taq酶能夠在較高的溫度條件下發揮功能。

  七年後的一個四月的夜晚,另一位年輕的生物學家有了頓悟。凱利·穆利斯(Kary Mullis)在此基礎上創造出了聚合酶鏈式反應(PCR)。PCR是一種成本低廉、反應迅速的過程,它能夠“擴增”一段DNA片段並按需創造出大量的遺傳信息拷貝——其數目能夠在幾小時內達到數十億。這種程序現在已廣泛應用於整個生物技術領域,不論是基因檢測、疾病檢測還是古代DNA分析都離不開PCR技術。

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  此外,重中之重就在於:PCR過程需要在冷熱之間不斷轉換——這正是耐高溫的Taq酶的用武之處。正是這一點才令整個反應得以進行。這項耗時二十年的工作拯救了當今世界的許多人,而這一切都起源於兩個人對於熱泉的好奇心。

  許多令人驚歎卻看似無用的基礎發現已經為人類帶來了意想不到的益處。有時候,一個問題會帶來出乎意料的樂觀結果,如關於珊瑚礁的研究導致了人工骨的發展,或者關於蝸牛運動的研究激發了爬壁機器人的靈感。又或者,整個領域的世界觀也會發生轉變,正如悉達多·穆克吉(Siddhartha Mukherjee)在其暢銷書《眾病之王》(The Emperor of All Maladies)所寫,幾十年來對細胞分化的基礎分子機製研究最終開始指導醫生的診斷和癌症的治療。

  出於對直接回報的追求和堅持,這類看似無用的基礎研究很有可能被直接扼殺在搖籃里。這種需求摧毀的不僅僅是單個課題,而是整個基礎科學領域的運轉方式。如果申請項目中哪怕帶有一丁點不考慮未來用途的理論研究內容都無緣獲得資金支持,那麼課題申請人可能就再也不會有這些奇思妙想了,他們的學生與合作者也將失望至極。在每次資金審批過程中,想象空間大、風險較高甚至是孕育著重大發現的項目可能就會逐漸消失。

  隨著資金的減少,這種現象已有抬頭之勢。接下來的四年里,我們或許要面對重重矛盾,尤其是氣候變化等政治上有所顧慮的領域。但是,哪怕特定鬥爭結束(比如保護機構預算,以及保衛NASA的地球遙感衛星等),更多敏感的、潛伏的危機將一直存在。科學是從容不迫的,它往往需要幾代專業人士工作成果的累積。要求直接的實際回報會粉碎科學創想,並年複一年、長期以往地破壞科研環境的發展。

  長此以往,重建美國科研能力的過程將會愈發痛苦、昂貴和困難——而至少現在,美國科研仍是研究人類物質世界最強大的引擎。

  本文作者托馬斯·利文森是麻省理工學院的科學寫作教授,以及Ideas欄目的專欄作家。他的最新著作是《尋找祝融星》(The Hunt for Vulcan)。

  原文鏈接:

  http://www.bostonglobe.com/ideas/2016/12/11/let-waste-more-money-science/afvbusk8G5T5IcrgldkmJJ/story.html

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