深度！基礎(chǔ)研究的再認(rèn)識

作者 ｜ 吳家睿

基礎(chǔ)研究當(dāng)今在中國得到前所未有的重視。

基礎(chǔ)研究（Basic Research） 這一概念于20世紀(jì)中葉隨著美國主導(dǎo)的科學(xué)建制化開始流行，并被視為現(xiàn)代工業(yè)社會的“研究與開發(fā)”（Research & Development，R & D）框架內(nèi)的一個重要組成部分。

筆者認(rèn)為這個重要并被廣泛使用的概念，在當(dāng)前的語境中尚有許多內(nèi)容需要梳理和討論。

基礎(chǔ)研究具有不同的層次和類型

基礎(chǔ)研究有不同的層次，有些基礎(chǔ)研究工作“深”，其研究成果揭示出世間萬物的普遍聯(lián)系，如牛頓的萬有引力定律和達(dá)爾文的自然選擇理論等；有些基礎(chǔ)研究工作“淺”，其研究成果通常只是反映了部分事物之間的特定關(guān)系，如某種生物的代謝通路或者細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。前者在國內(nèi)往往被稱為原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究，并有一個形象的說法——“從0到1”。

為了解決我國基礎(chǔ)研究缺少“從0到1”原創(chuàng)性成果的問題，科技部等5部門在2020年專門發(fā)布了《加強(qiáng)“從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》。

也就是說，并非所有基礎(chǔ)研究工作都是原創(chuàng)性的，我國的基礎(chǔ)研究成果大多是非原創(chuàng)性的。

需要注意的是，基礎(chǔ)研究的“原創(chuàng)性成果”并沒有一個絕對的判定標(biāo)準(zhǔn)。

首先，不同學(xué)科的基礎(chǔ)研究涉及的對象不一樣，結(jié)果的普適性也就不一樣。如熱力學(xué)第二定律等物理學(xué)法則適用于宇宙間萬物，中心法則等生命科學(xué)規(guī)律僅屬于生命世界；而生命科學(xué)的分支學(xué)科，如免疫學(xué)或神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)現(xiàn)適用范圍更窄。

但是，各門學(xué)科均有其學(xué)科特有的原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究。

其次，從科學(xué)研究的進(jìn)程來看，“從0到1”很少是從“絕對的0”開始。如DNA雙螺旋模型的提出是一個典型的“從0到1”重大原創(chuàng)性成果；但是，這個研究成果是建立在孟德爾、摩爾根的遺傳學(xué)研究成果之上，尤其是建立在埃弗里通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA而非蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的研究成果之上。

基礎(chǔ)研究通常被劃為兩種類型，一種是科學(xué)家好奇心驅(qū)動的、沒有明確目的之自由探索，另一種則是國家和社會需求或科學(xué)前沿目標(biāo)導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究。

基礎(chǔ)研究可以是目標(biāo)導(dǎo)向的，這類定向性基礎(chǔ)研究在國家科技創(chuàng)新體系中占有重要的位置。

值得強(qiáng)調(diào)的是，應(yīng)該反思一下自由探索型基礎(chǔ)研究在現(xiàn)實中的實際地位。倡導(dǎo)自由探索最著名的是美國科技管理專家布什；但是，在“布什報告”推動下形成的國家建制化科學(xué)體系中，由科學(xué)家好奇心驅(qū)動的自由探索實際上是得不到鼓勵和支持的，因為該體制依靠的是一種圍繞科學(xué)精英開展研究活動的“精英中心化”科研范式。

自由探索通常被定義為研究者在好奇心驅(qū)動下開展沒有實際應(yīng)用目的之科學(xué)研究。如何評判“研究目的”？

首先，這個詞帶有很強(qiáng)的主觀色彩。研究者本人在開展一項具體的研究時可能清楚自己的研究目的并清晰地表達(dá)出來，也可能不清楚或沒有表達(dá)出來，甚至可能故意隱藏真實目的；研究目的可能是單一的，也可能是復(fù)合的，還有可能是變化的。

顯然，他人評判研究者之“目的”并非易事；尤其不要把某項研究獲得的結(jié)果簡單等同于驅(qū)動研究者開始進(jìn)行研究的目的。

當(dāng)然，人們也可以建立各種“客觀”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評判。

例如，美國國防部于1963年開展了一個叫“后見之明”的項目，評估在武器創(chuàng)新過程中科學(xué)和技術(shù)活動各自作出的貢獻(xiàn)，結(jié)論是基礎(chǔ)研究的貢獻(xiàn)不大。

隨后美國國家科學(xué)基金會也進(jìn)行了類似的評估項目——“追溯研究”，得到的結(jié)論卻是基礎(chǔ)研究的貢獻(xiàn)巨大。

這兩個評估項目的差異之一是，評估回溯時間的標(biāo)準(zhǔn)不同，前者是“回溯20年”，后者是“回溯50年”。

也就是說，不同的判別標(biāo)準(zhǔn)可能影響到最終對基礎(chǔ)研究之目的和價值等的判斷。

基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究間的復(fù)雜關(guān)系

許多人認(rèn)為純粹的基礎(chǔ)研究不應(yīng)該考慮應(yīng)用，但是，在當(dāng)代建制化的R&D框架中，很難找到這樣純粹的基礎(chǔ)研究。

“布什報告”認(rèn)為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究聯(lián)合構(gòu)成完整的科研創(chuàng)新體系，這種看法被美國科技界總結(jié)為一種線性模式，即基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究是兩個相對獨立的科研活動模塊，先有作為創(chuàng)新源泉的基礎(chǔ)研究，而后才有基于基礎(chǔ)研究成果的應(yīng)用研究。

但這種簡單化的線性模式顯然很難完全反映現(xiàn)實中復(fù)雜的科技創(chuàng)新活動。

1997年，美國普林斯頓大學(xué)學(xué)者斯托克斯通過一個二維坐標(biāo)體系把基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究之關(guān)系分為四類，其中由求知欲驅(qū)動的純基礎(chǔ)研究被稱為“波爾象限”，由應(yīng)用引發(fā)的基礎(chǔ)研究被稱為“巴斯德象限”，而純應(yīng)用研究則被稱為“愛迪生象限”。斯托克斯當(dāng)時沒有給第四個象限取名。

在這個二維象限圖中，巴斯德象限不僅指出應(yīng)用研究也可以是基礎(chǔ)研究的起點，而且表明應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究之間有時并沒有明確的界限，二者的研究目標(biāo)是可以融合的。

自由探索型基礎(chǔ)研究被視為好奇心驅(qū)動的研究，通常等同于由科學(xué)問題或假設(shè)驅(qū)動的研究。

但是，在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時代，出現(xiàn)了一種新的研究類型——數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究。開展研究的出發(fā)點不是好奇心，其研究目的也不是去解決某個科學(xué)問題或者驗證某個科學(xué)假設(shè)，而是獲取研究對象的海量數(shù)據(jù)。

在生命科學(xué)領(lǐng)域最具代表性的數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究就是人類基因組計劃——研究目的是測定組成人類基因組的30億個堿基的排列順序。

數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究通常不直接涉及具體的應(yīng)用目標(biāo)。人類基因組計劃希望通過測定堿基序列而發(fā)現(xiàn)基因組包含的所有基因和其他組成元件。

因此，數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究往往被稱為“發(fā)現(xiàn)的科學(xué)”（Discovery science）。這種發(fā)現(xiàn)的科學(xué)既可以支撐假設(shè)驅(qū)動的基礎(chǔ)研究，也可以服務(wù)于需求驅(qū)動的應(yīng)用研究。

顯然，數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究既不是傳統(tǒng)意義上的基礎(chǔ)研究，也不是單純的應(yīng)用研究，而更適合納入到斯托克斯教授沒有命名的第四個象限。

筆者建議把該象限稱為“第谷象限”（Tycho’s Quadrant）——這位丹麥天文學(xué)家對眾多天體的運(yùn)行進(jìn)行了精密觀測，而這些天體觀測數(shù)據(jù)隨后為開普勒創(chuàng)立行星運(yùn)動的三大定律奠定了基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)研究沒有標(biāo)準(zhǔn)的或者既定的模式

基礎(chǔ)研究往往被貼上一些固定的標(biāo)簽，如探索性強(qiáng)、周期長、需要穩(wěn)定支持等。

但是，不同種類的基礎(chǔ)研究具有各自的特點，其具體的研究起點、研究路徑、研究方法、研究環(huán)境可能有所差別。

不同類型的基礎(chǔ)研究對經(jīng)費的需求顯然是不一樣的。

例如，高能物理的研究通常需要大科學(xué)裝置，如粒子對撞機(jī)或加速器，僅僅是建造這些裝置就需要幾十億甚至數(shù)百億元的經(jīng)費；天文學(xué)領(lǐng)域也經(jīng)常需要大型的觀測裝置，最近****上天的韋布空間望遠(yuǎn)鏡的建造共花費了大約100億美元。

有些研究則不需要很多經(jīng)費，如理論物理領(lǐng)域的許多研究工作。

生命科學(xué)過去需要的經(jīng)費不多，如孟德爾在教堂花園里利用豌豆進(jìn)行的遺傳學(xué)研究；但是，今天的生命科學(xué)領(lǐng)域有些研究工作也需要使用一些昂貴的設(shè)備，例如結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究需要核磁儀或冷凍電鏡。

總的來說，人們不能籠統(tǒng)地將經(jīng)費強(qiáng)度和基礎(chǔ)研究水平畫等號，更不能簡單地認(rèn)為原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究成果是用錢堆起來的。

不同的基礎(chǔ)研究需要的時間也是長短不一，有的研究要“十年磨一劍”，有的研究則顯然不需要如此長的時間。

物理學(xué)史上的兩個經(jīng)典案例：牛頓在鄉(xiāng)間度過的一年半時間里完成了牛頓力學(xué)體系的建構(gòu)，被稱為牛頓的豐收年；愛因斯坦在專利局工作的三年時間里完成了多項重要的研究，并于1905年連續(xù)發(fā)表了包括了狹義相對論在內(nèi)的4篇原創(chuàng)性研究論文，被稱為愛因斯坦的豐收年。

即使我們認(rèn)為這些“超級天才”是例外，科學(xué)史上顯然也有許多在短時間就做出重要發(fā)現(xiàn)的案例，如DNA雙螺旋模型的提出滿打滿算也就花了4年左右。

技術(shù)的先進(jìn)性或發(fā)展程度也會影響研究時間，這在高度依賴儀器設(shè)備的實驗科學(xué)中尤為突出。世紀(jì)之交的人類基因組計劃花了10年左右才基本完成了測序工作，而采用今天的測序技術(shù)只需要幾個月甚至更短時間就能夠完成同樣的任務(wù)。

顯然，獲得高水平基礎(chǔ)研究成果尤其是原創(chuàng)性研究成果與研究所需要的時間長短沒有線性關(guān)系。

基礎(chǔ)研究最需要的是批判理性和超越精神

基礎(chǔ)研究目前得到了國家和社會的高度重視和支持，經(jīng)費資助和體制機(jī)制保障等各種外在因素顯然會有很大的提升和改進(jìn)。

但是，我們要認(rèn)識到，從事基礎(chǔ)研究，尤其是進(jìn)行“從0到1”的原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究，更需要研究者具有“仰望星空”的科學(xué)探索精神。這種科學(xué)探索精神靠兩個要素支撐，首先是批判理性——不迷信權(quán)威與傳統(tǒng)、勇于批判他人與自我；其次是超越精神——超越現(xiàn)實的束縛、超越功利的誘惑。

（本文轉(zhuǎn)載自《生命科學(xué)》，有刪節(jié)。作者系中國科學(xué)院大學(xué)杭州高等研究院生命與健康科學(xué)學(xué)院執(zhí)行院長、中國科學(xué)院系統(tǒng)生物學(xué)重點實驗室主任）

《中國科學(xué)報》 (2022-03-04 第1版 要聞）