劉裘蒂｜諾貝爾獎和「無用的知識」＊阿波羅新聞網

CDT編者按：

項立剛近日發表言論，稱「諾貝爾獎幫不了科技發展！」

物理學獎得主皮布爾斯從不受重視的謎題入手。諾獎的秘密似乎不是急着去當最後的收成者，而是拓荒的先鋒者。

文丨FT中文網專欄作家劉裘蒂

即使貿易戰以「切臘腸」的方式邊打邊談，未來中美之間的抗衡主戰場也勢必是金融和科技。這樣的大背景下，在2019年諾貝爾獎得主陸續出爐的這一個多星期，我們除了再度焦慮和揣測中國人何時能夠拿到更多的諾貝爾科學獎項之外，不妨多思考諾貝爾獎的本質是什麼。

根據《大英百科全書》的詞條，諾貝爾獎被認為是世界「知識成就」方面最負盛名的獎項。

眾所周知，瑞典化學家阿爾弗雷德•諾貝爾立遺囑，將大部分財產用於獎勵表彰在物理、化學、生理學或醫學、文學與和平等五個領域中「為人類帶來最大貢獻的人」。另外，瑞典銀行於1968年設立了一項紀念諾貝爾的經濟科學獎項，這個皇家銀行經濟科學獎，成了所謂的諾貝爾經濟學獎。

由諾獎得主來華的「淘金潮」可以管窺中國人對於諾貝爾獎的狂熱，中國人的「諾貝爾情結」隨着「科技趕超」的聲浪而有增無減。但是到了今年宣佈的醫學獎和物理學獎為止，美國仍然以380人居冠，其次是英國的132人，再次是德國108人，日本以27人排名第八。

從今年國內媒體對諾貝爾醫學獎的報道角度來看，「鳳凰科技」的標題是：「諾貝爾生理學或醫學獎揭曉腎癌治療或最先受益」。《第一財經》的標題是：「2019年諾貝爾生理學或醫學獎揭曉，概念股開盤走強」。中國新聞網的標題是：「諾貝爾物理學獎今揭曉：史上留名憑實力獲獎還要些運氣？」

美國有線電視新聞網CNN的標題是「諾貝爾醫學獎獎勵人類對於氧氣反應的新發現」。《紐約時報》的標題是「諾貝爾醫學獎獎勵研究細胞如何處理氧氣」。《華爾街日報》的標題是「美國和英國科學家獲得諾貝爾醫學獎」。

兩相對比之下，美國媒體平鋪直敘，並且在文章中強調得主的研究哲學，而中國媒體的專注點似乎更為「功利」：實際的用途，對於股市（財富）的影響，以及如何得獎。

✦2019年的諾貝爾醫學獎和物理學獎

今年共享醫學獎的三位科學家，分別是來自哈佛醫學院達納-法伯癌症研究所的威廉•凱林、牛津大學和弗朗西斯•克里克研究所的彼得•拉特克利夫、以及美國約翰霍普金斯大學醫學院的格雷格•塞門扎。他們在過去20多年間，各自獨立地研究細胞如何感知和適應不斷變化的氧氣供應。

作為生命有機體的命脈，氧氣是細胞生存的必要條件，但氧氣過多或過少也會致命。因此三位科學家試圖回答這個問題：細胞如何調節自身對於氧氣多寡的反應？

諾貝爾獎委員會說，2019年獲獎者發現了調節因應氧氣水平變化的基因活動的分子機制，從而「擴展了我們對生理反應如何使生命成為可能的知識」，並且使我們「弄清這一切如何運作」，呈現了「完整清晰的故事」。

這些發現對治療供氧不足的各種疾病（包括貧血、心臟病和中風）具有重要意義，也促使血管生成阻滯劑，通過阻斷腫瘤細胞觸發其獲取氧氣和營養所需的新血管生長的能力來治療癌症。諾貝爾學會認為這項研究具有「教科書發現」式的里程碑，未來將是生物學基礎教育的學習課程。

但即使有許多應用的場景，根據CNN的報道，得獎人凱林表示：「我想指出的是，我們的故事是試圖產生知識，並理解事物如何運作。如果你足夠深入，並且對事物的理解足夠好，那麼偶爾會有轉化（實用）的機會出現。」

塞門扎在接到諾貝爾獎委員會的電話通知時，正在填寫一項研究補助的申請書。在他看來，「幾乎所有科學發現的影響都會在以後顯現出來。當我們開始研究工作時，我們並沒有預見到這個機制的廣泛影響。」

在與諾貝爾獎委員會的電話訪談中，拉特克利夫回想起當他開始研究腎臟和其他器官如何根據氧氣的分量而調節紅細胞生成素的製造，他的同事認為這個研究無關緊要。但由於他對科學解謎的動力，他始終堅持着。

「但我相信這可以解決，可以由某人來解決。它的影響後來（才）可見……這項研究說明了基礎研究的價值……我們開始了旅程之際，並沒有清楚地了解這些知識的價值。」

今年的諾貝爾物理學獎表揚了三位得主各自在天體物理學上的貢獻，其中普林斯頓大學的阿爾伯特•愛因斯坦科學名譽教授詹姆斯•皮布爾斯（見圖），被瑞典皇家科學院稱為「豐富了整個研究領域，並為過去50年中從推測轉變到科學的宇宙學奠定了基礎。」

皮布爾斯在自己的網頁上自述：「我繼續從事宇宙物理學方面的工作，偏愛不受重視的問題。儘管從我半個世紀前遇到的小型科學，到當今的大型科學，已經有了長足的發展，但不受重視的問題並不少見。」

也就是說，這些獲諾獎科學家的出發點並不是在實際的應用上，而是對於知識本身的好奇。很多時候，越是基礎、越是不受重視的問題，反而產生越大的影響力。

✦我們仍然需要無用的知識

這使我想起10月5日在紐約哥倫比亞大學國際書院舉行的第27屆中國旅美科技協會年會上，2008年諾貝爾化學獎得主馬丁•查爾菲以「我們仍然需要無用的知識」為題做了主旨演講。查爾菲認為自己得到諾獎的研究成果，歸功於多名前輩「意外」的發現。

「無用的知識」的典故來自以將愛因斯坦帶到美國而著名的普林斯頓高級研究學院創始主任亞伯拉罕•弗萊克斯納，他在經典文章「無用知識的有用性」（1939）中，提出了一個科學研究的悖論：僅僅出於好奇心而不關心實際應用，尋求對深層問題的答案，通常不僅會帶來最大的科學發現，而且會帶來最革命性的技術突破。

當時弗萊克斯納寫道：「從實際應用的角度來看，知識生活從表面上看是一種無用的活動形式……這些無用的追求，始料未及地引來了未曾預想到的應用。」

弗萊克斯納在1930年代與實業家喬治•伊斯特曼（柯達膠捲和相機發明者）進行了一次小型辯論，討論誰對科學做出了最大的貢獻。伊斯特曼認為是發明廣播並改變世界的古列爾莫•馬可尼。

然而弗萊克斯納認為，因為有詹姆斯•克萊克•麥克斯韋和海因里希•赫茲等前輩科學家的發現，馬可尼的發明乃是勢不可擋。儘管麥克斯韋和赫茲並沒有追求其工作的任何實際應用，但正是無窮的好奇心才使他們提出了引發革命的原則。

✦查爾菲的「無用科學之旅」

查爾菲自己的「無用科學之旅」從高中時期的實驗即已開始，而突破點在於1988年參加的一個關於生物發光的研討會，會上有科學家介紹了水母的發光機制和綠色熒光蛋白（GFP）在其中的作用。

而發現綠色熒光蛋白如何造成水母發光機制的故事，要從日本有機化學家和海洋生物學家下村修開始：他當時在美國普林斯頓大學深造，開展對水母發光機制的研究。由於當時普遍認為生物熒光的物質基礎都類似於熒光素，並非蛋白質，所以下村修和他導師開始的研究思路並未集中在蛋白質上。

經歷了一系列失敗之後，下村修決定擺脫熒光素的思維，從蛋白質的角度來重新開展實驗路線，這導致他與導師的研究思路產生了嚴重分歧，然而下村修決定繼續堅持他的探索。

有一次，下村修將裝有廢棄樣本的管子扔到了盥洗池，他驚奇地看到倒灌的海水使管子裏的樣本發出了熒光。這個意外發生的現象使他發現熒光蛋白對於鈣離子的敏感反應，在分離並純化水母發光蛋白之後，下村修發現純化的水母發光蛋白發出藍色光，但水母在自然條件下發出的卻是綠色熒光。

下村修和同事推測在水母中存在另外一種綠色熒光蛋白，這種綠色熒光蛋白將水母發光蛋白發出的藍光進行了過濾，從而使水母發出綠色光。下村脩通過接下來的實驗分離了後來為生命科學帶來革命性突破的綠色熒光蛋白（GFP）。

在當今生命科學和醫學研究中，GFP被廣泛使用為示蹤物。在下村修的研究基礎上，另一名研究者道格拉斯•普瑞澤在博士研究生階段克隆了編碼水母發光蛋白的基因。但兩年後他沒有申請到其他研究經費，無法就GFP能否通過基因工程在其他生物細胞內表達開展進一步研究，因而關閉自己的實驗室另謀生路，成了一名時薪不到10美元的巴士司機。

幸好普瑞澤和眾多科研實驗室分享了他克隆出的基因，包括之後同年獲得諾貝爾化學獎的查爾菲與錢永健（當年下村修也獲獎）。普瑞澤的貢獻雖然沒有得到諾貝爾獎委員會的認可，但是在談到普瑞澤時，查爾菲曾經說：「他們可以忽略掉我，把這個獎頒給普瑞澤。」

當注入細菌之中並用紫外線照射時，GFP可以作為動植物內部的一種手電筒，使人們可以實時觀察細胞、生物組織和過程。下村修最初從水母中分離出綠色熒光蛋白後，科學界很少有人相信它可以在其他生物體中表達，但查爾菲證明了GFP可以在兩種活生物體中表達，他的論文「綠色熒光蛋白作為基因表達的標誌」成為分子生物學與遺傳學領域被引用次數最多的20篇論文之一。

現在GFP被認為是通用的遺傳標記。那麼，無心發現的GFP有什麼「實際」應用呢？

不同色彩的蛋白質允許對體內生長的癌細胞進行顏色編碼，並能夠通過單細胞解像度將宿主與腫瘤區分開。使用熒光蛋白進行的非侵入性成像可以跟蹤轉移性癌症的動態，並實時跟蹤各個動物。表達熒光蛋白的癌細胞的非侵入性成像能夠實時確定對實驗小鼠施加不同抗腫瘤藥和抗腫瘤藥的功效。使用熒光蛋白在細胞核和細胞質中差異標記癌細胞，可以觀察體內癌細胞的核質動態、有絲分裂、細胞凋亡、細胞周期位置以及細胞核和細胞質的差異行為，例如在癌症發生期間細胞的變形和外滲。

✦給小老鼠按摩

查爾菲因此在2012年得到了美國科學界的「無用科研」金鵝獎。金鵝獎由美國眾議員吉姆•庫珀與包括美國科學促進協會在內的一群科學組織在2012年設立，旨在表彰乍看起來似乎很無聊的聯邦政府資助研究項目、但後來對社會產生了重要貢獻的發現。

2014年的得主是已故的杜克大學神經科學家索爾•尚伯格，他利用幼鼠研究了影響生長激素和鳥氨酸脫羧酶水平（兩種生長指標）的因素。尚伯格的發現源自他和團隊將幼鼠與母鼠分開的實驗。

在團隊觀察中，儘管吃得飽飽，體溫也很健康，但被遺棄的幼鼠的生長指標水平暴跌。後來研究人員注意到：母鼠在生完孩子後會不斷舔它們的幼崽，於是研究人員嘗試使用小刷子模仿母親舌頭舔幼鼠的動作。尚伯格後來開玩笑說：「我無法讓實驗室技術人員真正用舌頭去舔鼠崽。」。

在重複這樣的「按摩」動作後，研究人員觀察到，幼鼠體內酶的水平上升了，生長激素也上升了，小動物再度生機勃勃。

研究的結果發現這種模仿的觸覺刺激會影響重要的生長激素和酶的水平，這一結果激發邁阿密大學醫學院的心理學家蒂凡尼•馬蒂尼•菲爾德研究按摩對早產兒的影響，確定了同樣原理對於人類的適用性。這個看似奇怪的發現，使得數百萬早產兒得以倖存下來。

在金鵝獎委員會看來，當一位年輕科學家拿一把用來清潔相機鏡頭的小刷子，輕巧地在一隻鼠崽的背部按摩，他不是為了解悶，或是浪費納稅人的錢。這些美國聯邦政府資助的實驗結果帶來了照顧嬰兒方式的重大改變，不但挽救了生命，還節省了數十億美元的醫療費用。

因此真正的創新需要基礎性的探索，即使這些探索在今天看來完全不切實際。瞄準現在並不能夠創造未來，我們必須想像新的可能性。

✦「至用無用」

在旅美科協的年會中，耶魯大學幹細胞研究中心主任、美國兩院院士林海帆教授講述了幹細胞領域的最新發展，我問他，中美在幹細胞研究方面最大不同之處為何？他認為美國和日本目前領先幹細胞研究，中國正積極趕上，但由於中國人急切地尋找商業的應用，有時會轉移真正可貴的研究目標。

同場年會中，IBM研究中心的認知計算系統研究部門主任熊瑾珺博士試圖重寫「摩爾定律」。他認為隨着半導體技術接近基本極限，摩爾定律已逐漸消失，解決對高容量、低延遲和高能效計算的需求，越來越多寄望於多元系統借着人工智能（尤其是機器學習和深度學習）最近的蓬勃發展，這進一步滿足了對包括雲計算、移動計算和物聯網在內的計算系統的需求。

英特爾創始人之一戈登•摩爾在1965年提出（1975年修正）「摩爾定律」：只要英特爾和同行信守拓展技術的承諾，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔兩年便會增加一倍，性能也將提升一倍。