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科技创新的三大层次与境界

 
编者按:
 
很多人期待颠覆性创新,但是对创新的内涵不甚了解。事实上,创新既有科学与技术上的创新,同样也有文化、社会方面的创新。科学上的创新涉及面广,一类是“开路式”的创新,它是前无古人,后有来者,从无到有的创新;一类是从有到无的创新,它是前有古人,后无来者,一次性彻底解决了人类历史上重大的科学问题;还有一类创新是从有到有的创新,它会改写历史,只不过前面的古人可能是错的或理论体系需后人重塑。颠覆性创新人人梦寐以求,它需要一步一个脚印、脚踏实地,并不常出现,一旦出现,也会经常遭受常人不予理解的冷漠。
 
撰文 | 复旦大学
责编 | 叶水送
 
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刚刚过去的2016年,大众创业、万众创新的浪潮席卷全国,“创新”一词喧腾众口,多少热血青年雄赳赳气昂昂地奔赴创新创业的战场,盼望着能够淘到人生的第一桶金。真实的情况会是怎样?有多少个颠覆性创新出现,并改变我们的生活?
 
什么是创新(Innovation)?简单地说就是利用现有的条件创造出新的东西来,而新的东西既看过程,也关注结果,还包括新想法、新方案以及新设备。创新既可以体现在社会经济治理层面,如“新常态”概念的提出,也包含科学技术的创新,如原创性科学研究和技术的革新。原创性科学研究要提出新理论、新方法、新假说并加以验证,还要开辟新的研究领域。这不仅要对科学充满热情,还要有屡战屡败,屡败屡战的勇气,因为科学就是在尝试、在冒险,而且成功率极低,所以创新性的科学研究是一段艰苦且终点未卜的旅途。
 
科学创新的三个层次
 
科学创新涉及面广,但可分为三类。
 
1)前无古人,后有来者:这是一种从无到有的创新,是一种“开路式”(Open the door)的研究,不仅为我们打开新的科学之门,也开创了一个全新的研究领域,正所谓“这世界上本没有路,走的人多了,就成了路”。
 
比如2016年诺贝尔生理或医学奖授予日本科学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi),他在上世纪90年代以酵母为模型,开创性地通过遗传筛选找到了自噬相关的基因,促进了人们对自噬分子机制的了解,极大地推动了自噬异常与疾病发生的关系研究,大隅良典无疑开创了一个新的研究领域。
 
还以诺奖发现为例,2015年诺贝尔生理或医学奖授予因发现"脑内GPS"的英国科学家约翰·奥基夫(John O'Keefe)和挪威科学家爱德华·莫泽(Edvard I. Moser)、梅·布莱特·莫泽(May-Britt Moser)夫妇。人类及哺乳动物对位置的感知以及方向的判断是一种本能,而脑内负责定位系统的细胞让我们能够在空间中感知位置并实现定位。毋庸讳言,大脑中内置的“GPS”细胞研究掀开了人类探索大脑奥秘的新篇章,推进了国际脑研究计划的实施和发展。
 
2)前有古人,后无来者:这是一种从有到无的创新,这种创新一次性彻底解决了人类历史上重大的科学问题,是一种“Close the door”式研究,并可以在此树立一个牌子“Stop here”。这种创新的结果就是一次性解决问题,别人不需要在此问题上再耽误工夫,数学研究在这方面尤为突出。
 
如果自然科学的皇后是数学,数学的皇冠是数论,那么“哥德巴赫猜想”就是皇冠上的明珠。大约在200多年前,一位名叫哥德巴赫的德国数学家提出了“任何一个大偶数均可表示为两个素数之和”。他一生也没证明出来,后来写信请教俄国圣彼得堡的数学家欧拉。欧拉费尽了脑筋,带着一生的遗憾离开了人世,却留下了这道数学难题。众所周知,这道猜想后来被我国著名数学家陈景润加以部分证明。
 
又比如,华人数学家张益唐在孪生素数研究方面所取得的突破性进展,发现存在无穷多差小于7000万的素数对,从而在孪生素数猜想这个重要问题上前进了一大步。
 
在生物医学方面,比如烈性传染病天花病毒的疫苗的研究,当一个病毒的疫苗被成功研制后,绝对是开创性的创新工作,后续的相关研究就会逐渐减少,目前世界上研究天花病毒的学者很少就是一个例证。结构生物学也是类似的情况,当一个蛋白的结构被解析后,其他人就很少再去解析该蛋白结构。这类创新就是彻底解决了以前悬而未决的问题,以后别人只能绕道而行。
 
3)前有古人,后有来者:这是一种有到有的创新,会改写历史,只不过古人可能是错的或理论体系需要重塑。科学研究从来都是站在巨人的肩膀上,许多研究就是在前人的基础上做出的,纠正前人的错误或重塑前人的理论是这类研究创新的主要特征。
 
布鲁诺的日心说就是典型的例证,他甚至为此付出了生命的代价。日本京都大学教授山中伸弥在2006年令人惊讶地发现,仅仅通过导入4个关键基因,就可将成熟细胞重编程为多能干细胞,这种诱导多能干细胞被称为iPS细胞,后续证明这种细胞可以发育成为身体各种组织细胞。然而此前人们普遍认为,动物细胞的发育过程是一个不可逆的过程。上个世纪50年代,胚胎发育生物学家Conrad Hal Waddington提出的发育景观假说形象地描述了细胞的自发的层次分叉过程,多能干细胞分化就象一个从山顶滚下的小球,它可以走向任何一个山谷,分化为某种特定的细胞,但分化成熟的细胞变回多能干细胞就是一个不可能发生的事件。这种假说随后被iPS细胞彻底逆转,iPS细胞的发现成就了目前轰轰烈烈的干细胞研究领域。为此,2012年诺贝尔生理或医学奖授予了日本京都大学教授山中伸弥。
另一个典型的例子就是2006年诺贝尔生理或医学奖授予RNAi现象的Andrew Fire和Craig Mello。1998年,Andrew Fire和Craig Mello发现应用双链小RNA即可在线虫中高效沉默基因的表达,而之前人们一直用单链的反义核酸来选择性地沉默基因表达,并提出三链核酸理论作为反义RNA沉默基因表达的基础。双链RNA沉默基因无疑让这个领域的科学家无法理解,当然最后证明RNAi现象是基于完全不同的分子机制,RNAi现象的发现开启了基因治疗领域的新篇章。
最近,沸沸扬扬的基因魔剪——CRISPR/Cas9技术,也是在锌酯酶技术、TELEN技术后出现的又一基因编辑领域的重要技术,要做的事大同小异,但效率和切割准确性大大提高,也使基因编辑技术从高大上变成人人可为的技术,用“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”形容基因编辑技术的发展历程再恰当不过。
 
科学上颠覆性创新极为罕见
 
改写科学史的工作自然是完全的科学创新,不过目前大家喜欢的叫法是颠覆性创新。所谓颠覆性创新(Disruptive Innovation),其实一开始并不是指科学上的创新,而是指商业上设计出颠覆性产品,改变已有的市场模式,能够开辟一片新的市场。科学领域的颠覆性创新,不仅要有非凡的勇气,也需要良好的机遇。
 
前一段时间Elife刊发5篇文章验证许多顶尖刊物发表的重大研究成果,结果仅有一篇文章的结果勉强过关,令生物领域的科学家相当尴尬。验证别人的重要工作本来是学术研究中的关键,也是科学家的份内事,但没有多少人愿意干这件事,原因很简单,如果得到相同结果,能发表吗,答案是否定的,没有杂志会接收这样的文章;如果结果与原作者不符,能发表吗,答案也是否定的,也没有多少杂志愿意发表这样的文章。
 
有学者说,推翻一个已发表的论文观点,需要10倍于该论文的努力,何况颠覆性创新,因为你的研究最初很难得到别人的认可,高端的主流杂志也会将你拒之门外。如果一项研究改变的不仅仅是一项假说,而是目前已经公认的研究结论,那就难上加难了。
 
然而,颠覆性创新从来都是科学发展的里程碑,不仅开拓人类认知的前沿,也往往极大地丰富和改善人们的生产和生活。它是国家和社会发展所需,也是科学研究者梦寐以求的机遇。但对科研工作者个人来说,开展颠覆性创新研究需要超凡的勇气,因为颠覆性创新会让你坐冷板凳,大有天将降大任于斯人也,必先苦其心志,劳其筋骨,饿其体肤,空乏其身。虽然最后让你意志坚定,增常人所不具备之才能,但这种苦行僧式的生活有多少人能熬得住,所以说颠覆性创新有时它就是一个坑。这个坑你跳不跳?反正我跳了。
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