編者按：近日，《中國科學報》開設了「防微杜漸 培育優良學風」專欄，通過採訪科技工作者、解析科研誠信案例等，就學風建設主題開展討論，引發了關注和思考。為此「中科院之聲」將連續轉載相關報道，以期為科研界營造「嚴謹表述、虛心求學」的優良學風，引導青年科研人員培養嚴謹求實的良好習慣。
《自然》曾對1576名研究人員進行過一次在線問卷調查。結果顯示，超過70%的科學家在嘗試重複別人的實驗時失敗，一半以上甚至無法還原自己的實驗。
實驗重複到底有多重要？為什麼實驗結果會重複不了？在進行重複實驗時要注意什麼？中國科學院院士、分子微生物學家趙國屏在接受《中國科學報》採訪時表示，越是「重大意外」發現，越需要「多層次重複」。他結合自身經驗，提出許多實操建議。
《中國科學報》：在您所從事的生物學研究中，重複實驗對確保結果正確性有多重要？
趙國屏：可重複的重要性是毋庸置疑的。實驗科學區別於其他科學研究的核心，就是在可以控制的條件下，以可以重複的實驗方法，去發現或認識物質運動的規律。這裡有兩個關鍵詞，一是「條件可控」，二是「可以重複」。
我在大學學電鏡的時候，老師給我們看過一張圖，可能很多人都看過——《美女還是巫婆》。這張圖從不同視角看結論是不一樣的。因此，老師說，「看電鏡照片，你想看到什麼就會看到什麼；沒有其他相應的證據，僅憑『看到的結果』不能說明問題。」這也是我們開展實驗科學的意義所在，通過多視角、多層次的重複，驗證實驗所揭示「認知」的準確性、客觀性。
「條件可控」是「可以重複」的前提，在生命科學研究中有多種控制條件的方法。一是隔離，就是把「體內」複雜系統中的某些問題放到細胞、亞細胞或者分子層次上，進行「體外」實驗研究。二是設置對照，生命運動涉及因素繁多，且往往互相影響，可以使用「對照」的辦法控制條件。但每次只比對一個條件，而且儘可能控制其他條件不變，也不容易。三是正確的檢測方法，譬如，儘可能獲得定量數據，注意數據檢測的線性範圍，注意採集序貫而非簡單重複數據等。上述三個方面，都是為了在不同層次上保證實驗（數據）可以被重複。
《中國科學報》：雖然重複如此重要，但是《自然》曾做過一次問卷調查，結果顯示，超過70%的科學家無法重複別人的實驗，一半以上無法還原自己的實驗。您認為出現這兩種情況的原因是什麼？對於重複不了的實驗，應該如何理性看待？
趙國屏：這兩種情況比較常見，並不奇怪，但是原因很複雜，可能有多個不同層次的答案。
需要強調，這種討論必須首先排除主觀的「學術不端」。數據造假或者「刻意」修改數據的「實驗結果」自然無法重複。造假是嚴重的學術不端行為，是絕對不能容忍的，一造假就斷送了一生的學術生涯。所以，判定造假需要充分的證據，包括認定「造假動機」。
不可重複並不意味着一定造假了，也可能是認識不足、方法局限、操作不當等所導致的，常常表現為「不可完全重複」。在生命科學研究中，最常見的原因往往與上述三個「控制條件」不完備有關。這方面我自己就有很多經驗教訓。
我的一位學生曾經在體外實驗中，「證實」了國外研究者提出的一個調控因子磷酸化的假說，並向期刊投稿。審稿人提出，相應的體內表型數據不充分。該學生因此開始懷疑自己以往的實驗結果，在重複實驗中發現過去結論是「假陽性」，換了一種方法後，結果正相反。最後，他又用了兩年時間，通過結構生物學、生化分子生物學（體外）以及遺傳與生理（體內）等實驗，綜合證明了「不能磷酸化」這個「真陰性」的結果，發表了很好的論文。
類似的例子很多。檢測方法、試劑和樣品的取樣及存儲條件等都會影響實驗結果的可重複性。有些生化試劑不穩定，放置一段時間濃度會改變，如果不較准濃度，結果自然無法完全重複。
再如，實驗室測酶活的方法一般都是標準化的，但研究中往往使用突變的酶，活性不是高就是低，並不「標準」。如果不針對具體情況調整檢測方法，實驗結果也不能重複。
當然，即便「能重複」的實驗，也不見得都是正確的或者「真的」。我的實驗室曾經在某「結構域假說」的指引下，認為我們所研究的酶應該是四聚體，並得到了「分子篩」實驗測定的分子量證實。但十幾年過去，在AlphaFold2指導下，我們預測了三維結構，認識到這個酶應該是二聚體，並被近年發展起來的更精準的測定方法所證實，推翻了自己以前的結論。現在回頭看，當時只覺得結果「符合假說」就認可了，沒認識到這是由於低分辨率帶來的「假象」。現在我們正準備寫文章，不僅糾正過去的錯誤，更將為這一大類酶結構功能的關係提供全新的知識模型。
不管怎麼說，科學研究是可能犯錯誤的。我們既要努力規避錯誤，也要在犯錯誤之後認真改正，提升研究水平。把心思放到探尋科學規律的本質上，才是應有的科學態度。
《中國科學報》：您的實驗室對重複實驗有何要求？能否給年輕科研人提供一些經驗指導？
趙國屏：我們實驗室有句老話：如果你有意外的重要發現，第一件事情就是去重複。越是「重大意外」發現，越不能頭腦發熱。
在生命科學研究實踐中，的確有一些重大突破來自於實驗或觀測的「意外」。但是，更多的意外是人為「錯誤」所致，而且很難找到原因。所以當一個研究者發現實驗結果出現意外，尤其是「意外」可能孕育着重大或重要發現時，就一定要在多個層次上考查其「可重複性」。
這方面的教訓是常見的。有一次，一個學生興沖沖地告訴我，發現用大腸桿菌表達的細菌的溶血素可以誘導細胞凋亡。這可是幾十年來沒見過的「大發現」。我問她用的什麼做對照，她回答說是生理鹽水。我提醒她自己想想這樣對照行不行。學生很不錯，馬上回去用攜帶載體質粒的大腸桿菌提取「純化」蛋白做對照，結果同樣引起凋亡，說明是大腸桿菌表面脂多糖引起的細胞凋亡，與溶血素無關。
因此，所謂的重複實驗有兩層不同含義。一種是最基本的，就是重複做同樣的實驗。這屬於最低水平的重複，目的是糾正操作誤差。但是，現在實驗技術越來越先進，操作誤差比較好控制，最致命的是系統誤差。要避免這方面問題，最重要的是不斷總結經驗教訓，打好基礎。
我剛到美國讀研時，老師給我的第一個任務是測定一個中和抗體的滴度。我測了一周，發現誤差達到25%。雖然導師說可以，但我覺得不對勁，就申請了一周重複實驗，不管怎麼重複誤差還是很大。最後一天，我真絕望了。但是，我意識到一定不是操作誤差，就到圖書館去查以前的論文，終於發現自己的數據根本不在線性範圍內。回到實驗室，一調整實驗方法，問題就解決了。第二天拿給導師看，他非常高興。後來他跟我說，如果一開始就告訴我問題在哪裡，我很快就會忘記，只有自己從失敗中總結出來的經驗，才一輩子都不會忘記。
我現在指導學生的時候，會單獨教一些比較特殊的測定。有的學生跟我說：「趙老師你教的跟教科書不一樣。」其實，教科書往往是從「傳授知識」的角度闡述前人總結的規律，而後來者只有經過自己的實踐，才能真正理解。
我現在70多歲了，在科學研究中，絕大部分時間依然是在「摸索」。比如我老師留下的一個重要研究課題，經過幾代研究生的努力、換了多種方法，雖然有進展，但依然沒有真正突破，我還在努力。
我們對客觀世界的認識相對來說總有片面性、局限性，所以需要不斷研究，在反覆的實驗及證偽過程中提煉真知。這才是對待實驗的科學態度。
來源：中國科學報
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