鑽石舞台

蒲慕明

Mu-ming Poo

十多年前我剛開始做研究生，在一個高能實驗物理實驗室第一次接觸了科學研究。當時我的工作是協助裝置一個由精確排列金絲導線組成的粒子探測器。儀器完成後運到另一所大學進行測試，最後被安裝在日內瓦的一個大型儀器上。在這個科學計劃幾百個參與者中，我是資歷最淺的學生。沒有人告訴我這個計劃的細節，我對整體概況也只有一個模糊的認識。不久我離開了那個實驗室，主要原因是我對所研究的科學問題的疏離感，也感到自己只是「大機器里的一個小螺絲釘」。後來我在一個生物物理實驗室完成了第一項研究工作，在那裡，我的導師和我可以提出問題、共同設計實驗、並在幾天之內得到答案。回顧過去，多年來我對科學的熱忱和動力，是源於一種能在自己實驗室中發現問題、證實或推翻自己的假說時所獲得的欣喜。不可否認，科學領域的同行對我自己實驗室的一些發現所給予的肯定與讚賞，一定也對我科學生涯所獲得的快樂有相當的貢獻。像大多數同輩的科學家一樣，我是在一個小實驗室成長，並以所謂「小科學」的方式為科學做出我的貢獻。

西方和東方都正在刮「大科學」之風，大量的研究經費都投入到基因組學、蛋白質組學、或「某某組學」等計劃上。在中國，「大科學」正好符合了國家一向的習慣以「由上而下」的方式來進行科研規劃和運行。一些決策者們也認為「大科學」代表着未來科學

發展的趨勢。許多科學家都忙着纂寫「大項目」的申請書，要求政府給予高達幾億到幾十億的經費。

一個發展中國家是否應該強調「大科學」？這個問題在中國目前尤其重要，因為國家中長期科研規劃正在出爐中。在這裡，我想從生命科學的角度來探討「大科學」與「小科學」的利弊，這些論點也可能適用於其他自然科學。

科學的「大與小」

在這裡「大科學」我定義為由少數政治或科學領導人物，「由上而下」組織起來的、需要大量科研經費、包含眾多實驗室和科研人員的計劃。在中國，由科技部和其他政府部門組織的一些項目，如「863」、「973」項目，以及目前國家中長期科研規劃所衍生的巨型項目，在此都歸屬於「大科學」。

「小科學」我定義為由個別科學家發起，只有一個或幾個實驗室參加，並經過有競爭的同行評審的項目。國家自然科學基金委員會（NNSFC）資助的項目就是「小科學」的例子。在中國，「大科學」的運作類似於「計劃經濟」，而「小科學」更像「市場經濟」。

「大科學」的出現最先是在高能實驗物理和天文學研究。這是因為有些項目需要大量的資源和眾多的科研人員共同參與、以及在良好的協調管理之下才能完成。1971年美國尼克松政府提出「抗癌戰爭」的大計劃，宣稱要在1976年戰勝癌症。三十年後的今天，癌症仍是嚴重威脅人類生命的頑疾。我們現在了解癌

症是一個複雜的生物學問題，不論投入多少經費，也不可能在設定的期限內很快解決。三十年來癌症領域的研究是有了相當可觀的進展，然而這些進展主要應歸功於一些個別科研工作者所推動的「小科學」研究。人類基因組計戈劃是另外一個例子，但是極為成功。不像「抗癌戰爭」，基因組計劃是以技術為主，有一個肯定可以達到的目標。對整個人類基因組的測序即使用低技術測序方法亦可以完成，儘管不是那麼高效。基因組計劃對科學的主要貢獻是提供了大量的有助於許多實驗室進行科研的新信息，而不是直接解決了科學問題。這些大量的新信息，改變了許多生物學和生物醫學的研究方式，也為新的生物技術、生物信息學和系統生物學等新學科奠定了基礎。

一個成功的大科學計劃有這樣幾個特徵：首先，它有一個非常明確、而且肯定可以完成的目標。第二，它是由科學家自發組織，並得到該領域科學家的普遍支持。第三，啟動這個項目的時機已成熟，在該領域已具足夠的條件來開展此項目。一個值得政府支持的大科學項目，不但要符合政府政策的需求，還應通過科學家們嚴謹的組織與評估（見饒毅等的文章）。

為什麼要做「小科學」？

人類基因組計劃的成功使許多科學家和政策制訂者產生了這樣一個印象，就是未來生命科學的進展將主要依靠對生物問題的大規模攻關。有些人甚至認為「小科學」的時代已一去不返，由假設所推動的研究已結束——只要用高流量的技術得到所有的信息，各種信息都會對號人座，所有難題便會迎刃而解。有人說我們現在所需要的是更多、更好的新型儀器來採集完整的「某某組學」的信息、訓練更多的技術人員來操作這些儀器、更多的「生物信息學家」來分析這些信息。由此我們將完全可以了解所有生物學問題、認識疾病的起源，找到根治疾病的方法。

然而歷史告訴我們，生命科學領域的主要突破，絕大多數是由個別科學家推動的「小科學」研究所創造的。在生物學領域，像DNA雙螺旋結構、遺傳密碼、致癌基因、發育的基因調控、細胞凋亡、學習和記憶的機制等這些重大的科學發現，幾乎完全源於「小科學」研究。在生物技術領域，重組DNA、單克隆抗體、分子克隆、聚合酶鏈反應以及幹細胞技術等主要技術的發展也無一例外的是由小科學研究完成的。科學的發展是不易預測的，它需要有許多實驗室用不同的途徑來探索。儘管一些有遠見的科學家可以有能力指出科學發展的總體趨勢，但是內在奧秘更需要追求原創性的」小科學」研究。

科學的發展是不易預測的，它需要有許多實驗室用不同的途徑來探索。儘管一些有遠見的科學家可以有能力指出科學發展的總體趨勢，但是想預測在那個研究領域會在何時出現重大突破是十分困難的。小實驗室的運作也可使科學工作者之間的交流更有效，更有利於激發創造性的思路、開展創新性的實驗，解決理論上和技術上的難題。而且，當一大群科學家參與一個大項目時，那些平時驅使他們科研工作的動力，如對某一個別科學問題的個人興趣、同行間的競爭、科學界對個人成果的讚賞，都將消失殆盡。

更重要的是，小實驗室可以提供培養年輕科學家所需要的導師與學生之間的緊密關係。在小實驗室里導師有機會直接與學生交流，並能深入掌握實驗的設計、分析數據、解釋實驗結果。學生也能通過和導師的交流學到彼得·梅達沃（Peter Medawar）所說的「探索可解決的問題的藝術」（the art of soluble）。這種導師學生間的交流，能使學生不僅學到探索和解決問題的實驗技能，而且通過潛移默化建立他們對科學的熱憂、對自然的好奇心、做研究的風格和品味，以及對科學和非科學事務做判斷時的正直人格。就是這種師徒關係造就了幾代二十世紀的著名科學家。

簡而言之，「小科學」實驗室是重大科研進展出現的主要場所，是培養下一代科學家的最好的環境。更多的資源應該給予高質量的小實驗室來培養新一代科學家，使他們不僅熱衷於科學探索，並能在當今信息時代里從海量的噪聲中抽提有用的信息，能提出恰當的科學問題，設計有效的實驗。

「大科學」的危險性

最近在中國出現了對「大科學」的熱潮，這引起了許多中國科學家的關注。在日益加劇的國際科學競爭中，也許是民族自尊心驅使了政府及科學管理者倉促上馬大科學研究項目。大項目本身是有風險的，必須有細緻的規劃、並能正確的評估在特定領域內是否有足夠的訓練有素的研究人員來進行這些大項目。在資源有限的情況下，大計劃所吸取的大量資源將造成小型研究計劃資源的萎縮，對整個科學界造成嚴重的負面影響。對這些大科學項目的組構、評估，以及在項目進行中如何監督都是有很多問題的（見饒毅等的相關文章）。

大科學計劃常常強調生物技術大型平台研發的重要性。如基因組測序、蛋白質組分析、化學藥物篩選和生物信息分析等平台。但是開發尖端技術需要在中國有強大的基礎生物學實驗室、否則只能靠投入巨額經費、從國外引進現成的平台。可是，應該在有許多實驗室能夠有效地使用這些技術平台時才大量引進這些設備，否則就造成資源浪費。

也許有人會爭辯說，將一群小實驗室組織起來，去做有共同目標的一個大項目，比如說治療肝炎或者阿爾茨海默氏病，是一個合理的策略。在中國有限的資源和高質量的研究人員缺乏的情況下，科學研究有時候確實需要組織起來，以盡力滿足社會的需要。但是，除非大項目的參與者對分派的研究任務具有真正的興趣，那些只是靠經費所驅使的項目通常是無法有效運行的。

事實上，過去參與「863」或「973」這類大項目通常被中國科學家們視作可不通過嚴格的同行評審就可得到大量研究經費的機會。許多此類的大項目並沒有能夠對參與者的研究方向或他們的實驗室的產出率有顯著影響。除了少數領先的實驗室做出一些成果，很大一部資源是投進了一些低產出、通過研究機構或個人關係入選的實驗室。

目前在擬議中的上億元的大科學項目，為了要證明巨額投資的必要性，這些項目在預算中必然包括了巨額的儀器購置費。這讓我回想起八十年代世界銀行對中國一流大學的貸款項目所發生的巨大浪費。那時候進口了許多先進的儀器，但大部分在許多校園裡使用率極低，更有甚者從未被使用過。

許多來訪的外國科學家都對中國研究機構目前擁有的最新儀器印象深刻，但很少對這些儀器的有效使用表示讚賞。隨着幾個大項目計劃的即將實施，我們希望不要見到許多研究機構配備了大量最新儀器，但讓這些儀器撲滿了灰塵，十餘年後都報廢了。令人痛心的是，一些中國科學家認為，既然現在政府願意投資，大量的研究經費是不拿白不拿；而沒有考慮到在他們實驗室里閒着不用的一台儀器的投資額，是足夠維持貧困地區的整個鄉村好幾年的生活。

最後，一個簡單的經濟賬可以說明問題。國家自然科學基金委員會現在的年預算額約為20億人民幣，其中五分之一投入生命科學領域，而一項在擬議中的中長期科研規劃的巨型項目，就可能獲得100億人民幣。即使這一項資助延蓋15年，每年的投資額也將大於國家自然科學基金委員會對整個生命科學領域的投資。從整個國家現時對於自然科學研究的總投資額來看，在此刻將大部分資金投入少數大項目是不合理的。

基礎科學，應用科學和技術

在科學政策制定與管理者中有一種普遍的態度，即把科學和技術（科技）看作一回事。科學計劃和工程計劃沒有任何區別，都用同一種方式來策劃和管理。以生物醫學為例，針對疾病的項目被認為只要動員科學家、用完善的策略去直接解決與疾病有關的問題就可以達到目標。然而，理解正常生物現象和病態的規律（科學）和開發治療疾病的手段（技術）是有明顯區別的。

在生物現象和病理了解上的突破是開發治療疾病的基礎，只有在許多有能力的研究者對他們有興趣的基礎生物學問題獲得肯定的解答才能完成。重要的突破只有靠科學家全心全意地投入他們的科學研究而不是靠資助的誘惑、三心二意地參加一個已組織好的大項目。

雖然對已有的技術應用項目可能會很成功地由「由上而下」的計劃來完成，開發新技術跟基礎科學一樣是不可預測的。像所有的科學發現一樣，重大的技術突破，常常靠的是技術人員全心全意地投入他們有興趣的工作，以一種不可預測的方法解決他們的問題。雖然近年來中國在生命科學領域的研究質量已有顯著提升，現在仍急缺訓練有素的研究人員。在缺乏足夠多的高質量研究人員的情況下，組織大型項目必然會導致資源的浪費。所以對基礎科學而言，更合適的策略是將資金分散到許多小項目，同時強調科研的質量與原創性。只有通過高質量的科研我們才能期望在基礎科學與技術應用方面有真正有意義的進展。

英國科學家馬克斯·佩魯茨（Max Perutz）曾說過「科學上的創新是不能夠組織的，從上而下的指引將抹殺創新」。科學發展必須靠政府的支持，但是科研進展的方向和內容是很難計劃的，這個事實佩魯茨本人就是最好的見證。在他建立和領導的劍橋分子生物學實驗室里，培養了十二位諾貝爾獎得主，為現代分子生物學和目前的生物科技工業打下了基礎。

加強基礎科學研究

令人吃驚並感到迷惑的是，在國家中長期科技規劃所設定的20個專題中，只有一個是關於基礎科學

的。這直接反映了政府對基礎科學缺乏應有的重視。據說有些政府高層顧問認為，既然中國在基礎科學上已經落後西方很多，提高基礎科學水平又是那麼困難，從經濟的角度來考慮應該將資源集中於應用科學和發展社會需求有關的技術，基礎科學應置於次要的地位。再說，基礎科學的研究成果應是全世界可以共享的。

這種看法是短視和誤導的。中國未來技術發展的主要瓶頸正是基礎科學的薄弱，尤其是在生物醫學和生物技術領域。在一個越來越講求原創性和知識產權的時代，與發達國家共享基礎科學研究成果將會是極為昂貴和低效的，除非我們滿足於別人的殘羹剩飯。進一步說，當中國正一步步進入「小康」社會時，科學不應該只被功利性地看作技術和社會福利的工具。基礎科學是科學文化的源頭。作為現代社會的基石，科學文化尊重智性的追求和對客觀真理的理性探索。要科學文化生根結果，基礎科學研究可提供最富饒的土壤，小型科學實驗室可提供最適宜的環境。

蒲慕明

中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所所長、美國加州大學柏克萊分校教授。

（來源 2004年 自然增刊 中國之聲2 ）

蒲慕明院士對「2022年腦科學再出發」的三個反思——

「2022年，『中國腦』要再出發！」

2021年末

中國科學院院士

上海腦科學與類腦研究中心主任

蒲慕明向上海科技表示：

「如果要再加一個詞的話，那就是——

反思，再出發！」

中國科學院院士

蒲慕明