【科学文化】2. 科学家与科学共同体

个人经历的影响

我们常常认为，科学家必须完全摆脱情绪才能完成工作。的确，科学家试图对他们所从事的研究结果保持客观，但个人经历、兴趣和背景往往有助于科学家去追求某个研究主题。

例如，2007 年，北亚利桑那大学的雷蒙德-维什（Stefanie Raymond-Whish）博士和她的几位同事发表了一篇题为“饮用低于美国 EPA 水标准的含铀水导致雌性小鼠雌激素受体依赖性反应”的论文。在论文中，他们描述了一系列实验，其中雌性小鼠的饮用水中铀含量较高。他们发现，小鼠所经历的身体变化与它们对雌激素的反应相似。

雷蒙德-维什对这个话题的兴趣与老鼠无关。她进行这项研究的动机是：作为纳瓦霍部落的成员和纳瓦霍保留地四角地区的居民，她和她的家人长期以来都经历过饮用水中铀含量升高的情况，因为那里有许多未回收的铀矿和工厂。 她的祖母死于乳腺癌，她的母亲被诊断出患有乳腺癌并幸存下来。她知道某些类型的乳腺癌与高剂量的雌激素有关。雷蒙德-维什开始在小鼠身上进行研究，以验证“四个角”居民乳腺癌发病率高于正常水平与饮用水中的铀有关的假设——这一假设与她的个人经历密切相关。

科学家也会随着新经验的出现开始调查研究问题。 例如，亚当·西尔维斯特（Sylvester）博士是一位人类学家，他重点研究原始人类两足行走的起源，即人类如何开始直立行走（西尔维斯特，2006）。 在撰写博士论文时，他参加了美国体质人类学家协会的一次会议，对会上看到的一张研究海报感兴趣。海报作者比较了类人猿和人类的手和手指的皮质骨（所有骨骼的致密外层，赋予它们力量）的厚度，发现猿类手中的皮质骨比人类更厚，这可能是与指关节行走和爬树相关的机械应力的结果。

西尔维斯特不仅是一位人类学家，还是一位狂热的攀岩爱好者，他开始怀疑，由于施加在攀岩者身上的机械应力，他们的手指是否也有更厚的皮质骨。他知道关于骨骼对机械应力的反应有大量的研究，但引起这种反应的机制尚不清楚。从这张海报，他受启发开始一项研究，将休闲攀岩者的手骨与非攀岩者进行比较，可能导致皮质厚度和强度变化的因素，以及这些变化是否对手部产生负面影响关节（Sylvester、Christensen 和 Kramer，2006）。通过测量27名休闲攀岩者和35名非攀岩者手中4块骨头的骨骼强度和宽度，研究小组发现，攀岩者确实比非攀岩者拥有更大的手骨和更大的皮质厚度，但并不比非攀岩者有更大风险患骨关节炎。西尔维斯特的个人兴趣和职业兴趣相结合，使他对自己的研究进行了创造性的思考，这项研究有助于我们理解运动员的压力反应。

一些科学家的个人经历不会影响他们的研究选择，但他们也会受到社会家庭背景和个人成长的影响。例如，大多数学生都知道格雷戈尔·孟德尔是一位研究豌豆遗传的奥地利僧侣（图 2）。然而，我们很少有人了解孟德尔的生活细节，因此人们普遍误解孟德尔是一个孤立的僧侣和科学家，偶然选择了豌豆植物作为研究对象。但这远非事实。

图2 孟德尔

格雷戈尔·孟德尔 (Gregor Mendel) 1822年出生在一个名叫海恩西斯 (Hynčice) 的小村庄，位于现在的捷克共和国。他的父亲是一名农民，靠种庄稼养家糊口，靠出售庄稼赚取微薄利润。格雷戈尔是家里唯一的儿子，照常理他会继承父亲的职业。然而，孟德尔很早就表现出了对研究的兴趣和天赋，特别是在自然历史方面。因此，他没有从事农业，而是继续在奥洛穆茨哲学研究所（Philosophical Institute at Olomouc）学习物理、数学和逻辑学，这是捷克共和国最古老的大学之一的著名学院。不过，孟德尔的家庭无力支付他的学费，经济困难最终迫使他从大学退学。

孟德尔的几位老师看到了这个年轻人的潜力，并建议他申请到布尔诺圣托马斯奥古斯丁修道院（Augustinian monastery of St. Thomas）继续学业（图 3）。 孟德尔宗教上并不特别虔诚，但该修道院作为自然科学和农业学习中心而闻名，部分原因是受到修道院院长西里尔·纳普 (Cyrill Napp) 的影响。 纳普着迷于育种，特别是遗传在农场经济动植物中的作用，他很快看到孟德尔成为一位学者的潜力。

图3 圣托马斯奥古斯丁修道院

【考考自己】科学家在选择研究课题时，

a.经常研究与他们个人经历、兴趣、爱好有关的课题。

b.必须选择政府或者大学规定的课题。

指导与合作的影响

如果没有雅培·纳普的指导和指导，孟德尔不可能完成他的工作。事实上，科学研究生教育的一个重要组成部分（也是科学本科教育日益重要的一部分）是强有力的指导研究。学生与成熟科学家一起工作一段时间，学习如何收集其学科中的可靠数据，接受专业实验室或计算机分析程序的培训，学习数据分析技术，并获得科学许多其他方面的经验。这些技能很难在课堂上传达，而科学依赖于导师和学生之间的个人互动，不仅传递知识，还传递技能和技巧。事实上，科学家谈论起他们的科学“家庭”和真正的家庭差不多——一起工作的学生就像兄弟姐妹，他们的导师就像父母。

指导一直是科学的一部分。我们可能很容易想象今天的指导，但当我们回顾著名科学家时，他们如何受到指导过程就很难想象。除了纳普之外，孟德尔还与附近布尔诺哲学研究所的许多科学家一起工作，他们在指导他和与他合作方面发挥了重要作用。他师从弗朗兹·迪布尔（Franz Diebl）。迪布尔是一位受人尊敬的农业专家和自然科学教师，发表了多篇植物育种手稿。迪布尔描述了一种植物人工受精的技术，孟德尔读到并后来使用了该技术。该技术涉及用画笔让植物异花授粉，并剪掉植物的花药以防止自然授粉。

孟德尔还与奥古斯丁修道士 F. 马修·克拉塞尔 (F. Matthew Klácel) 密切合作。克拉塞尔是一位哲学教授，并管理修道院的实验花园。克拉塞尔认识到，农业（换句话说，人工）杂交产生的新植物和动物物种是生物体变化概念的证据。这个想法与当时流行的“物种固定性”观点相矛盾。“物种固定性”认为生物体是不变的，并且在创造时就以当前的形式出现在地球上。1856 年孟德尔开始研究豌豆时，生物体变化的概念还处于起步阶段。事实上，查尔斯·达尔文的里程碑式著作《物种起源》直到1859年才出版（有关更多信息，请阅读《查尔斯·达尔文 I：物种起源》）。如果生物体不随着时间的推移而改变，正如物种固定性思想所主张的那样，就没有理由研究生物体的遗传模式。因此，克拉塞尔等人的非传统观点强烈影响了孟德尔的工作。

合作在当今科学依然很重要，甚至可能比孟德尔时代更重要。因为科学家研究的问题十分复杂且要求高。因此当体质人类学家西尔维斯对攀岩对骨骼大小的影响感兴趣时，他知道自己需要一些额外的专业知识和知识，因此他向两位同事寻求合作。其中一位是联邦调查局科学家安吉·克里斯滕森（Dr. Angi Christensen）博士，他曾在田纳西大学读研究生，和西尔维斯同一位导师。 克里斯滕森博士也是一位朋友和法医人类学家，擅长比较人体骨骼的 X 射线以个体化骨骼遗骸。因此，在他们的研究中，从受试者收集的数据包括他们手部的X射线，作者通过这些数据测量并比较了骨骼大小。两人还找到了人类学家帕特里夏·克莱默（Patricia Kramer）博士，她以猕猴作为模型来了解人类骨关节炎的起源和进展。团队有了她的专业知识，能够预测他们观察到的骨骼变化对这些人关节疾病发展的影响。他们在专业领域的结合促成了富有成效的合作，并发表了一篇经过同行评审的期刊文章。 有关本文的更多信息，请参阅题为《攀岩者骨骼变化》（Bone Changes in Rock Climbers）的阅读指南。

【考考自己】新手科学家

尽管我们倾向于赞扬个别科学家的成就，但个人在不与其他科学家合作的情况下取得伟大成就的情况很少见。科学家们不断地与自己机构的合作者以及世界各地的研究人员合作。事实上，科学共同体的作用之一是促进科学家之间的合作和沟通，以促进科学进步。

虽然机遇在这一发现中发挥了重要作用，但它并不是随机。埃德曼对海洋生物学的兴趣是他来到鱼市的首要原因之一。法国微生物学家路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）有句名言：“机会青睐有准备的头脑”，他说得再正确不过了。当埃德曼看到与他的兴趣相关的数据时，他就认出了这些数据，尽管对于没有埃德曼专业知识的其他人来说可能并不明显。

同样，大多数科学家都明白，意想不到的结果本身就可能是重大发现，他们准备接受并调查这些事件。1981 年，哈佛大学的流行病学家布莱恩·麦克马洪 (Brian MacMahon) 发现了这样一个意想不到的结果。他和同事开始确定酒精或烟草是否会增加患胰腺癌的风险。他们要求 369 名胰腺癌患者和 644 名对照患者完成一项有关他们生活习惯的调查。研究人员没有发现饮酒或吸烟与胰腺癌之间存在任何显著关系。然而，他们的结果表明，患有胰腺癌的受访者更有可能喝咖啡——他们甚至没有调查这种关系（MacMahon 等，1981）。

麦克马洪多年来一直在追寻咖啡与胰腺癌之间的潜在联系，他甚至在接受采访时表示自己已经放弃喝咖啡了（Schmeck，1981）。但仅仅因为科学家追求一个研究问题并不意味着结果会很重要。经过二十多年的研究和 25 项发表的关于喝咖啡与胰腺癌之间关系的研究，这个问题得到了解决。美国国家癌症研究所的研究员麦考德（Dominique Michaud）和她的同事表明，事实上，喝咖啡与胰腺癌之间没有因果关系（Michaud 等，2001）。麦克马洪和同事最初看到的相关性可能是由于饮食等混杂因素造成的，他们在最初的研究中没有控制这些因素。

多样性的影响

对着一份著名科学家名单，你或许会沮丧：例如诺贝尔奖获得者或美国国家科学院院士以男性为主，大部分是欧洲人和美国人，其中大部分是白人。但看看当今任何科学共同体的成员，你都会看到一些非常不同、更加多样化的东西。性别、种族和文化都会影响一个人，但不会妨碍任何人成为科学家。

事实上，科学受益于多元化的背景和观点。性别发挥重要作用的学科之一是灵长类人类学。整个 20 世纪 60 年代，文献中将几种灵长类动物的科群描述为雄性占主导地位，而该物种的雌性是被动的，依赖于更具攻击性的雄性同类。这些期刊文章的作者都是男性；事实上，20 世纪 60 年代，美国没有一位女性获得人类学博士学位。

1973年，人类学家简·兰开斯特（Jane Lancaster）在加州大学伯克利分校研究灵长类交流时获得博士学位，发表了一篇文章《赞扬雌性猴子的成就》（In praise of the achieving female monkey ）（Lancaster，1973）。这篇文章提出了一个在当时显得激进的观点：雌性猴子可以做雄性猴子做的任何事情。灵长类生物学家塞尔玛·罗威尔 (Thelma Rowell) 证明，是雌性狒狒而非雄性狒狒决定了群体日常觅食的路线（Rowell，1972）。生物人类学家雪莉·斯特鲁姆 (Shirley Strum) 表明，对于繁殖成功率而言，雄性狒狒在与雌性发展关系方面的投入比雄性狒狒在群体中的排名更为重要（Strum，1974）。随着越来越多的女性进入人类学领域，她们不断挑战灵长类动物行为的传统刻板印象（Schiebinger，2000）。今天，很大程度上由于女性在该领域的贡献，科学家们认识到，雌性狒狒文化中提供了社会稳定，而雄性狒狒则从一个群体迁移到另一个群体。

错误与误判的影响

当然，尽管个人拥有诸多优势——我们的创造力、多样性以及我们利用偶然性的能力——但我们的失败也随之而来。 我们可能会犯错误。 20 世纪 60 年代中期，在俄罗斯科斯特罗马实验室工作的苏联物理学家尼古拉·费德亚金 (Nikolai Fedyakin) 观察到，在狭窄的石英管中凝结的水似乎表现出奇特的性质，包括与糖浆相似的非常高的粘度。 其他苏联科学家听说了这项工作并复制了这种奇怪的液体，并在科学期刊上发表了他们的发现（Lippincott、Stromberg、Grant 和 Cessac，1969）。这种奇怪形式的水被认为是一种罕见的聚合形式，其中单个分子结合在一起形成阻碍流动的长链，因此这种新物质被称为聚水（polywater）。 到20世纪60年代末，聚水已经引起了科学界的轩然大波——一些科学家能够重现结果，而另一些科学家则不能。

20世纪70年代初，当时在贝尔实验室工作的研究科学家丹尼斯·卢梭（Denis Rousseau）利用红外光谱法证明聚水并不是一种新形式的水。 它只是因脏玻璃器皿而受到污染的普通水，其成分与人类汗液相似（Rousseau & Porto，1970）。费德亚金犯了一个诚实的、非常人性化的错误——他的观察是真实的，他能够重现结果；然而，他对自己的发现得出了错误的结论。还好，虽然个人会犯错误，但科学共同体会通过重复实验并进一步研究报告的现象来纠正这些错误。卢梭正是这么做的（有关此主题的更多信息，请参阅科学伦理模块）。这种审查和复制，是科学过程中确保科学知识可靠的重要组成部分。

除了犯错误之外，科学家还可能彻头彻尾地进行欺骗。例如，首尔国立大学的研究员 Woo Suk Hwang和一群韩国和美国的合作者在2004年发表了一篇论文，声称他们已经创建了第一个与患者 DNA 相匹配的人类胚胎干细胞系（Hwang 等，2004）。这项工作被誉为具有里程碑意义，发表该论文的《科学》期刊考虑将这项研究命名为2005年“年度突破”之一。然而，在韩国网站上出现了关于数据违规的匿名指控。这篇论文经过严格审查，后来从期刊中撤回。后续调查表明，研究人员通过伪造报告的大部分数据参与了欺诈。

犯下欺诈行为的科学家很少，就像在生活和工作中很少有人欺诈一样（有关该主题的更多信息，请参阅科学道德模块）。科学共同体通过复制、开放出版、协作和同行评审（请参阅我们的同行评审模块）过程帮助发现和纠正欺诈。

创造力与科学家

克里斯托弗·爱德华兹（Christopher Edwards）撰文“对的东西：伟大科学家的不同之处”（The right stuff: What distinguishes great scientists）。他认为，伟大科学家区别于其他人的不是他们的天才，而是开放的思想和创造力（Edwards，2000）。 上面的许多例子都强调了这种观点——这些科学家不一定比其他人更聪明。相反，他们创造性地、勤奋地追求自己的兴趣。科学本身的进步取决于个人在寻求研究问题答案时所带来的经验和创造力。如果您想了解更多有关科学家日常工作的信息，可以看看《企鹅日记》系列（The Penguin Diaries），该系列记录了研究南极巴布亚企鹅和帽带企鹅（Gentoo and Chinstrap penguins）饮食的研究人员的日常任务。

几只青椒