《自然》雜志曾對(duì)1576名研究人員進(jìn)行過(guò)一次在線問(wèn)卷調(diào)查。結(jié)果顯示，超過(guò)70%的科學(xué)家在嘗試重復(fù)別人的實(shí)驗(yàn)時(shí)失敗，一半以上甚至無(wú)法還原自己的實(shí)驗(yàn)。

   實(shí)驗(yàn)重復(fù)到底有多重要？為什么實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)重復(fù)不了？在進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意什么？中國(guó)科學(xué)院院士、分子微生物學(xué)家趙國(guó)屏在接受采訪時(shí)表示，越是“重大意外”發(fā)現(xiàn)，越需要“多層次重復(fù)”。他結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，提出許多實(shí)操建議。

   問(wèn)：在您所從事的生物學(xué)研究中，重復(fù)實(shí)驗(yàn)對(duì)確保結(jié)果正確性有多重要？

   趙國(guó)屏：可重復(fù)的重要性是毋庸置疑的。實(shí)驗(yàn)科學(xué)區(qū)別于其他科學(xué)研究的核心，就是在可以控制的條件下，以可以重復(fù)的實(shí)驗(yàn)方法，去發(fā)現(xiàn)或認(rèn)識(shí)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。這里有兩個(gè)關(guān)鍵詞，一是“條件可控”，二是“可以重復(fù)”。

   我在大學(xué)學(xué)電鏡的時(shí)候，老師給我們看過(guò)一張圖，可能很多人都看過(guò)——《美女還是巫婆》。這張圖從不同視角看結(jié)論是不一樣的。因此，老師說(shuō)，“看電鏡照片，你想看到什么就會(huì)看到什么；沒(méi)有其他相應(yīng)的證據(jù)，僅憑‘看到的結(jié)果’不能說(shuō)明問(wèn)題。”這也是我們開(kāi)展實(shí)驗(yàn)科學(xué)的意義所在，通過(guò)多視角、多層次的重復(fù)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)所揭示“認(rèn)知”的準(zhǔn)確性、客觀性。

   “條件可控”是“可以重復(fù)”的前提，在生命科學(xué)研究中有多種控制條件的方法。一是隔離，就是把“體內(nèi)”復(fù)雜系統(tǒng)中的某些問(wèn)題放到細(xì)胞、亞細(xì)胞或者分子層次上，進(jìn)行“體外”實(shí)驗(yàn)研究。二是設(shè)置對(duì)照，生命運(yùn)動(dòng)涉及因素繁多，且往往互相影響，可以使用“對(duì)照”的辦法控制條件。但每次只比對(duì)一個(gè)條件，而且盡可能控制其他條件不變，也不容易。三是正確的檢測(cè)方法，譬如，盡可能獲得定量數(shù)據(jù)，注意數(shù)據(jù)檢測(cè)的線性范圍，注意采集序貫而非簡(jiǎn)單重復(fù)數(shù)據(jù)等。上述三個(gè)方面，都是為了在不同層次上保證實(shí)驗(yàn)（數(shù)據(jù)）可以被重復(fù)。

   問(wèn)：雖然重復(fù)如此重要，但是《自然》雜志曾做過(guò)一次問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)果顯示，超過(guò)70%的科學(xué)家無(wú)法重復(fù)別人的實(shí)驗(yàn)，一半以上無(wú)法還原自己的實(shí)驗(yàn)。您認(rèn)為出現(xiàn)這兩種情況的原因是什么？對(duì)于重復(fù)不了的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該如何理性看待？

   趙國(guó)屏：這兩種情況比較常見(jiàn)，并不奇怪，但是原因很復(fù)雜，可能有多個(gè)不同層次的答案。

   需要強(qiáng)調(diào)，這種討論必須首先排除主觀的“學(xué)術(shù)不端”。數(shù)據(jù)造假或者“刻意”修改數(shù)據(jù)的“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”自然無(wú)法重復(fù)。造假是嚴(yán)重的學(xué)術(shù)不端行為，是絕對(duì)不能容忍的，一造假就斷送了一生的學(xué)術(shù)生涯。所以，判定造假需要充分的證據(jù)，包括認(rèn)定“造假動(dòng)機(jī)”。

   不可重復(fù)并不意味著一定造假了，也可能是認(rèn)識(shí)不足、方法局限、操作不當(dāng)?shù)人鶎?dǎo)致的，常常表現(xiàn)為“不可完全重復(fù)”。在生命科學(xué)研究中，最常見(jiàn)的原因往往與上述三個(gè)“控制條件”不完備有關(guān)。這方面我自己就有很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

   我的一位學(xué)生曾經(jīng)在體外實(shí)驗(yàn)中，“證實(shí)”了國(guó)外研究者提出的一個(gè)調(diào)控因子磷酸化的假說(shuō)，并向期刊投稿。審稿人提出，相應(yīng)的體內(nèi)表型數(shù)據(jù)不充分。該學(xué)生因此開(kāi)始懷疑自己以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)過(guò)去結(jié)論是“假陽(yáng)性”，換了一種方法后，結(jié)果正相反。最后，他又用了兩年時(shí)間，通過(guò)結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生化分子生物學(xué)（體外）以及遺傳與生理（體內(nèi)）等實(shí)驗(yàn)，綜合證明了“不能磷酸化”這個(gè)“真陰性”的結(jié)果，發(fā)表了很好的論文。

   類似的例子很多。檢測(cè)方法、試劑和樣品的取樣及存儲(chǔ)條件等都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性。有些生化試劑不穩(wěn)定，放置一段時(shí)間濃度會(huì)改變，如果不校準(zhǔn)濃度，結(jié)果自然無(wú)法完全重復(fù)。

   再如，實(shí)驗(yàn)室測(cè)酶活的方法一般都是標(biāo)準(zhǔn)化的，但研究中往往使用突變的酶，活性不是高就是低，并不“標(biāo)準(zhǔn)”。如果不針對(duì)具體情況調(diào)整檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不能重復(fù)。

   當(dāng)然，即便“能重復(fù)”的實(shí)驗(yàn)，也不見(jiàn)得都是正確的或者“真的”。我的實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)在某“結(jié)構(gòu)域假說(shuō)”的指引下，認(rèn)為我們所研究的酶應(yīng)該是四聚體，并得到了“分子篩”實(shí)驗(yàn)測(cè)定的分子量證實(shí)。但十幾年過(guò)去，在AlphaFold2指導(dǎo)下，我們預(yù)測(cè)了三維結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)到這個(gè)酶應(yīng)該是二聚體，并被近年發(fā)展起來(lái)的更精準(zhǔn)的測(cè)定方法所證實(shí)，推翻了自己以前的結(jié)論�，F(xiàn)在回頭看，當(dāng)時(shí)只覺(jué)得結(jié)果“符合假說(shuō)”就認(rèn)可了，沒(méi)認(rèn)識(shí)到這是由于低分辨率帶來(lái)的“假象”。現(xiàn)在我們正準(zhǔn)備寫(xiě)文章，不僅糾正過(guò)去的錯(cuò)誤，更將為這一大類酶結(jié)構(gòu)功能的關(guān)系提供全新的知識(shí)模型。

   不管怎么說(shuō)，科學(xué)研究是可能犯錯(cuò)誤的。我們既要努力規(guī)避錯(cuò)誤，也要在犯錯(cuò)誤之后認(rèn)真改正，提升研究水平。把心思放到探尋科學(xué)規(guī)律的本質(zhì)上，才是應(yīng)有的科學(xué)態(tài)度。

   問(wèn)：您的實(shí)驗(yàn)室對(duì)重復(fù)實(shí)驗(yàn)有何要求？能否給年輕科研人提供一些經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)？

   趙國(guó)屏：我們實(shí)驗(yàn)室有句老話：如果你有意外的重要發(fā)現(xiàn)，第一件事情就是去重復(fù)。越是“重大意外”發(fā)現(xiàn)，越不能頭腦發(fā)熱。

   在生命科學(xué)研究實(shí)踐中，的確有一些重大突破來(lái)自于實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)的“意外”。但是，更多的意外是人為“錯(cuò)誤”所致，而且很難找到原因。所以當(dāng)一個(gè)研究者發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)意外，尤其是“意外”可能孕育著重大或重要發(fā)現(xiàn)時(shí)，就一定要在多個(gè)層次上考查其“可重復(fù)性”。

   這方面的教訓(xùn)是常見(jiàn)的。有一次，一個(gè)學(xué)生興沖沖地告訴我，發(fā)現(xiàn)用大腸桿菌表達(dá)的細(xì)菌的溶血素可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。這可是幾十年來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)的“大發(fā)現(xiàn)”。我問(wèn)她用的什么做對(duì)照，她回答說(shuō)是生理鹽水。我提醒她自己想想這樣對(duì)照行不行。學(xué)生很不錯(cuò)，馬上回去用攜帶載體質(zhì)粒的大腸桿菌提取“純化”蛋白做對(duì)照，結(jié)果同樣引起凋亡，說(shuō)明是大腸桿菌表面脂多糖引起的細(xì)胞凋亡，與溶血素?zé)o關(guān)。

   因此，所謂的重復(fù)實(shí)驗(yàn)有兩層不同含義。一種是最基本的，就是重復(fù)做同樣的實(shí)驗(yàn)。這屬于最低水平的重復(fù)，目的是糾正操作誤差。但是，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，操作誤差比較好控制，最致命的是系統(tǒng)誤差。要避免這方面問(wèn)題，最重要的是不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，打好基礎(chǔ)。

   我剛到美國(guó)讀研時(shí)，老師給我的第一個(gè)任務(wù)是測(cè)定一個(gè)中和抗體的滴度。我測(cè)了一周，發(fā)現(xiàn)誤差達(dá)到25%。雖然導(dǎo)師說(shuō)可以，但我覺(jué)得不對(duì)勁，就申請(qǐng)了一周重復(fù)實(shí)驗(yàn)，不管怎么重復(fù)誤差還是很大。最后一天，我真絕望了。但是，我意識(shí)到一定不是操作誤差，就到圖書(shū)館去查以前的論文，終于發(fā)現(xiàn)自己的數(shù)據(jù)根本不在線性范圍內(nèi)�；氐綄�(shí)驗(yàn)室，一調(diào)整實(shí)驗(yàn)方法，問(wèn)題就解決了。第二天拿給導(dǎo)師看，他非常高興。后來(lái)他跟我說(shuō)，如果一開(kāi)始就告訴我問(wèn)題在哪里，我很快就會(huì)忘記，只有自己從失敗中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，才一輩子都不會(huì)忘記。

   我現(xiàn)在指導(dǎo)學(xué)生的時(shí)候，會(huì)單獨(dú)教一些比較特殊的測(cè)定。有的學(xué)生跟我說(shuō)：“趙老師你教的跟教科書(shū)不一樣。”其實(shí)，教科書(shū)往往是從“傳授知識(shí)”的角度闡述前人總結(jié)的規(guī)律，而后來(lái)者只有經(jīng)過(guò)自己的實(shí)踐，才能真正理解。

   我現(xiàn)在70多歲了，在科學(xué)研究中，絕大部分時(shí)間依然是在“摸索”。比如我老師留下的一個(gè)重要研究課題，經(jīng)過(guò)幾代研究生的努力、換了多種方法，雖然有進(jìn)展，但依然沒(méi)有真正突破，我還在努力。

   我們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)總有片面性、局限性，所以需要不斷研究，在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)及證偽過(guò)程中提煉真知。這才是對(duì)待實(shí)驗(yàn)的科學(xué)態(tài)度�！�