作者:郭晓强 来源:中国科学报 发布时间:2018-10-12
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“小作坊”为何能培养出诺奖?

 

编者按

又是一年诺奖时,几家欢乐几家愁。我们在为获奖者鼓掌点赞的同时,也应该反思国内的科研理念、科研环境、科研制度等方面存在的不足。当然,获得诺奖并不是科研的目的,但是如果一个国家诺奖频出,足以证明这个国家的科技创新能力。为此,编辑部邀请几位科学网博主进行了讨论。

■郭晓强

2018年诺贝尔化学奖让我们熟悉了一个“新”词——定向进化,那么什么是定向进化呢?

“定”,是“设定”之意,“向”为“方向”或“导向”,意思就是首先人为设定一个方向(或标准),“进化”则是指按照预期目标发展并最终实现的意思。

通俗讲,先定一个能达到的小目标,而后通过努力实现了,这就实现了定向进化。

自然界,定向进化的例子比比皆是,比如长颈鹿脖子长的缘故。

在地球上某个时期,由于气候变化,地上草的数量逐渐减少,由于僧多粥少,低处的树叶很快被吃光,只剩下高处还有树叶,这时脖子长就发挥了作用。渐渐地,在鹿这个群体中,只有长脖子的鹿可以得到更多食物而被保留下来(其他被淘汰了),进一步对后代筛选更长更有优势的鹿,最终就成为我们今天看到的长颈鹿模样。

在这里,设定的方向是“脖子长度”,进化的结果是长颈鹿。当然这个设定是自然界无意识结果,叫“自然选择”,最终适者生存。

再比如物种驯化,已有几千年历史,今天我们吃的粮食、蔬菜、肉类等等,都是这个过程的产物,人类总是根据自己的喜好进行选择(定向),最终经过漫长的历史演变,就形成了我们今天的生活。

所以说,人类一方面改善着自然界的外貌——沧海桑田;另一方面也改变着自然界的物种——物竞“人”择。

然而,由于自然界基因自发突变率极低的缘故,所以进化需要几百甚至上千年时间才可完成。

随着人类对基因本质的理解,特别是人工诱变技术的实现,则大大缩短了进化所需要的时间。

今年诺贝尔化学奖获得者设定的小目标是什么?找到一种高活性的酶。

酶是一种催化剂,大多数可加快化学反应速度,因此理论上酶活性越高,越有利于生产。阿诺德女士就是在这一思想指导下,按照“突变—筛选—再突变—再筛选”策略最终实现目标(进化),当然也收获意想不到的成果(诺贝尔奖)。

至此,大家会不会联想到另外一个词——马太效应?

马太效应一词源自圣经《新约·马太福音》。通俗讲,就是强者愈强、弱者愈弱。脖子长的鹿可生存下来,并有机会繁殖出脖子更长的鹿;而脖子短的鹿由于食物短缺而被淘汰;酶活性高的保留,酶活性低的淘汰。

因此,定向进化可看作强化版马太效应,强者通吃,弱者淘汰。

“定向进化”(或马太效应)在某些领域已有广泛应用,所以说理论并不新。如物种进化、酶的筛选、竞技体育等。

定向进化关键在于“定向”,这个“导向”越可量化,“进化”效应(预期效果)越明显。

以跳高为例,假定1万人参选,初筛指标是跳过1.3米,从而筛除一部分;接下来指标1.4米,再筛除一部分;随着高度增加,剩下的人越来越少,最终筛选到10个人作为候选对象,跳过强化训练去参加比赛,最终竞争金牌。

再比如高考,基本原则就是以“分数高低”为导向,最终一大批高分考生如愿以偿进入到理想学府。至于说分数高不一定能力高,那就不是高考这个定向进化策略所解决的问题了。

所以说,“定向进化”具有操作上简便、程序上公正等众多优点,但也存在弊端,那就是“定向”指标越可以量化,大家越容易接受。

比如经济发展,定向的指标就是钱(很容易量化),至于你认为钱多不一定幸福,那也不是定向进化的错,而是需要其他评价体系的原因了。

所以说,定向进化很好用,但是不一定处处都可用。

接下来谈一下诺贝尔奖。

能否用定向进化策略来实现荣获诺贝尔奖目的呢?说实话,很难。

难的原因在于诺贝尔奖评奖标准不易量化,“重大发现、发明或改进”,这个重大很难严格定义。

不过,这难不倒政策制定者,理论上讲,重大发现一般都发表在“高大上”杂志上,而高大上杂志可量化,如著名的“CNS”;中等发现发表在中等影响因子杂志;那些低分杂志,理论上应该算“垃圾杂志”,用作灌水之用,这也就是今年诺贝尔物理学奖获得者在影响因子1分多杂志上发表文章立刻引爆科技圈一样,引爆原因就是“落差”,原来低分杂志也并非一无是处。

从操作层面考虑,用SCI影响因子或引用率评价最为简单,一定程度上也最公平,至少规则清晰。

当然,所获结果也非常明确,那就是发表大量影响因子高的文章,这就算达到效果(进化)。

所以说,以诺贝尔奖为导向也是一个伪命题,和以SCI为指标一样不靠谱。诺贝尔奖是一件可遇而不可求之事,天分、努力、幸运等因素都有关联。

就以今年诺贝尔化学奖为例,荷兰科学家斯特默(William Stemmer)在定向进化方面也作出重大贡献,理应和阿诺德分享,遗憾的是2013年不幸早逝,自然也丧失获奖资格,如果当初荷兰重点培养斯特默的话,那得多伤心啊。

另一位化学奖获奖者史密斯原本“默默无闻”。诺贝尔化学奖宣布后,第一时间查看万能维基百科,结果查不到任何信息,一段时间后,相关信息才陆续补充,说明史密斯并不怎么被业界看好。

比史密斯知名度高的化学界科学家比比皆是,但只有史密斯最终获得了垂青,他也成为学校历史上第一位获奖者。所以,诺贝尔奖,不要刻意追求,而是水到渠成。

(http://blog.sciencenet.cn/u/xiaoqiangguo123)

《中国科学报》 (2018-10-12 第2版 博客)
 
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