大科学小科学

蒲慕明：大科学和小科学

蒲慕明：中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所所长、美国加州大学柏克莱分校教授。

30多年前我刚开始做研究生，在一个高能实验物理实验室第一次接触了科学研究。当时我的工作是协助装置一个由精确排列金丝导线组成的粒子探测器。仪器完成后运到另一所大学进行测试，最后被安装在日内瓦的一个大型仪器上。在这个科学计划几百个参与者中，我是资历最浅的学生。没有人告诉我这个计划的细节，我对整体概况也只有一个模糊的认识。不久我离开了那个实验室，主要原因是我对所研究的科学问题的疏离感，也感到自己只是“大机器里的一个小螺丝钉”。后来我在一个生物物理实验室完成了第一项研究工作，在那里，我的导师和我可以提出问题、共同设计实验、并在几天之内得到答案。回顾过去，多年来我对科学的热忱和动力，是源于一种能在自己实验室中发现问题、证实或推翻自己的假说时所获得的欣喜。不可否认，科学领域的同行对我自己实验室的一些发现所给予的肯定与赞赏，一定也对我科学生涯所获得的快乐有相当的贡献。像大多数同辈的科学家一样，我是在一个小实验室成长，并以所谓“小科学”的方式为科学做出我的贡献。

西方和东方都正在刮“大科学”之风，大量的研究经费都投入到基因组学、蛋白质组学、或“某某组学”等计划上。在中国，“大科学”正好符合了国家一向的习惯以“由上而下”的方

式来进行科研规划和运行。一些决策者们也认为“大科学”代表着未来科学发展的趋势。许多科学家都忙着纂写“大项目”的申请书，要求政府给予高达几亿到几十亿的经费。

一个发展中国家是否应该强调“大科学”？这个问题在中国目前尤其重要，因为国家中长期科研规划正在出炉中。在这里，我想从生命科学的角度来探讨“大科学”与“小科学”的利弊，这些论点也可能适用于其他自然科学。

★科学的“大与小”

在这里“大科学”我定义为由少数政治或科学领导人物，“由上而下”组织起来的、需要大量科研经费、包含众多实验室和科研人员的计划。在中国，由科技部和其他政府部门组织的一些项目，如“863 ”、“973 ”项目，以及目前国家中长期科研规划所衍生的巨型项目，在此都归属于“大科学”。

“小科学”我定义为由个别科学家发起，只有一个或几个实验室参加，并经过有竞争的同行评审的项目。国家自然科学基金委员会（NNSFC ）资助的项目就是“小科学”的例子。在中国，“大科学”的运作类似于“计划经济”，而“小科学”更像“市场经济”。

“大科学”的出现最先是在高能实验物理和天文学研究。这是因为有些项目需要大量的资源和众多的科研人员共同参与、以及在良好的协调管理之下才能完成。1971 年美国尼克松政府提出“抗癌战争”的大计划，宣称要在1976 年战胜癌症。三十年后的今天，癌症仍是严重威胁人类生命的顽疾。我们现在了解癌症是一个复杂的生物学问题，不论投入多少经费，也不可能在设定的期限内很快解决。三十年来癌症领域的研究是有了相当可观的进展，然而这些进展主要应归功于一些个别科研工作者所推动的“小科学”研究。

人类基因组计划是另外一个例子，但是极为成功。不像“抗癌战争”，基因组计划是以技术为主，有一个肯定可以达到的目标。对整个人类基因组的测序即使用低技术测序方法亦可以完成，尽管不是那么高效。基因组计划对科学的主要贡献是提供了大量的有助于许多实验室进行科研的新信息，而不是直接解决了科学问题。这些大量的新信息，改变了许多生物学和生物医学的研究方式，也为新的生物技术、生物信息学和系统生物学等新学科奠定了基础。

一个成功的大科学计划有这样几个特征：首先，它有一个非常明确、而且肯定可以完成的目标。第二，它是由科学家自发组织，并得到该领域科学家的普遍支持。第三，启动这个项目的时机已成熟，在该领域已具足够的条件来开展此项目。一个值得政府支持的大科学项目，不但要符合政府政策的需求，还应通过科学家们严谨的组织与评估（见饶毅等的文章）。

★为什么要做“小科学”？

人类基因组计划的成功使许多科学家和政策制订者产生了这样一个印象，就是未来生命科学的进展将主要依靠对生物问题的大规模攻关。有些人甚至认为“小科学”的时代已一去不返，由假设所推动的研究已结束——只要用高流量的技术得到所有的信息，各种信息都会对号入座，所有难题便会迎刃而解。有人说我们现在所需要的是更多、更好的新型仪器来采集完整的“某某组学”的信息、训练更多的技术人员来操作这些仪器、更多的“生物信

息学家”来分析这些信息。由此我们将完全可以了解所有生物学问题、认识疾病的起源，找到根治疾病的方法。

然而历史告诉我们，生命科学领域的主要突破，绝大多数是由个别科学家推动的“小科学”研究所创造的。在生物学领域，像DNA 双螺旋结构、遗传密码、致癌基因、发育的基因调控、细胞凋亡、学习和记忆的机制等这些重大的科学发现，几乎完全源于“小科学”研究。在生物技术领域，重组DNA 、单克隆抗体、分子克隆、聚合酶链反应以及干细胞技

术等主要技术的发展也无一例外的是由小科学研究完成的。

科学的发展是不易预测的，它需要有许多实验室用不同的途径来探索。尽管一些有远见的科学家可以有能力指出科学发展的总体趋势，但是想预测在那个研究领域会在何时出现重大突破是十分困难的。小实验室的运作也可使科学工作者之间的交流更有效，更有利于激发创造性的思路、开展创新性的实验，解决理论上和技术上的难题。而且，当一大群科学家参与一个大项目时，那些平时驱使他们科研工作的动力，如对某一个别科学问题的个人兴趣、同行间的竞争、科学界对个人成果的赞赏，都将消失殆尽。

更重要的是，小实验室可以提供培养年轻科学家所需要的导师与学生之间的紧密关系。在小实验室里导师有机会直接与学生交流，并能深入掌握实验的设计、分析数据、解释实验结果。学生也能通过和导师的交流学到彼得·梅达沃（Peter Medawar ）所说的 “探索可解决的问题的艺术”（the art of soluble ）。这种导师学生间的交流，能使学生不仅学到探索和解决问题的实验技能，而且通过潜移默化建立他们对科学的热忱、对自然的好奇心、做研究的风格和品味，以及对科学和非科学事务做判断时的正直人格。就是这种师徒关系造就了几代二十世纪的著名科学家。

简而言之，“小科学”实验室是重大科研进展出现的主要场所，是培养下一代科学家的最好的环境。更多的资源应该给予高质量的小实验室来培养新一代科学家，使他们不仅热衷于科学探索，并能在当今信息时代里从海量的噪声中抽提有用的信息，能提出恰当的科学问题，设计有效的实验。

★“大科学”的危险性

最近在中国出现了对“大科学”的热潮，这引起了许多中国科学家的关注。在日益加剧