《自然》雜志曾對1576名研究人員進行過一次在線問卷調(diào)查。結(jié)果顯示，超過70%的科學家在嘗試重復別人的實驗時失敗，一半以上甚至無法還原自己的實驗。
實驗重復到底有多重要？為什么實驗結(jié)果會重復不了？在進行重復實驗時要注意什么？中國科學院院士、分子微生物學家趙國屏在接受采訪時表示，越是“重大意外”發(fā)現(xiàn)，越需要“多層次重復”。他結(jié)合自身經(jīng)驗，提出許多實操建議。
問：在您所從事的生物學研究中，重復實驗對確保結(jié)果正確性有多重要？
趙國屏：可重復的重要性是毋庸置疑的。實驗科學區(qū)別于其他科學研究的核心，就是在可以控制的條件下，以可以重復的實驗方法，去發(fā)現(xiàn)或認識物質(zhì)運動的規(guī)律。這里有兩個關(guān)鍵詞，一是“條件可控”，二是“可以重復”。
我在大學學電鏡的時候，老師給我們看過一張圖，可能很多人都看過——《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，“看電鏡照片，你想看到什么就會看到什么；沒有其他相應(yīng)的證據(jù)，僅憑‘看到的結(jié)果’不能說明問題。”這也是我們開展實驗科學的意義所在，通過多視角、多層次的重復，驗證實驗所揭示“認知”的準確性、客觀性。
“條件可控”是“可以重復”的前提，在生命科學研究中有多種控制條件的方法。一是隔離，就是把“體內(nèi)”復雜系統(tǒng)中的某些問題放到細胞、亞細胞或者分子層次上，進行“體外”實驗研究。二是設(shè)置對照，生命運動涉及因素繁多，且往往互相影響，可以使用“對照”的辦法控制條件。但每次只比對一個條件，而且盡可能控制其他條件不變，也不容易。三是正確的檢測方法，譬如，盡可能獲得定量數(shù)據(jù)，注意數(shù)據(jù)檢測的線性范圍，注意采集序貫而非簡單重復數(shù)據(jù)等。上述三個方面，都是為了在不同層次上保證實驗（數(shù)據(jù)）可以被重復。
問：雖然重復如此重要，但是《自然》雜志曾做過一次問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，超過70%的科學家無法重復別人的實驗，一半以上無法還原自己的實驗。您認為出現(xiàn)這兩種情況的原因是什么？對于重復不了的實驗，應(yīng)該如何理性看待？
趙國屏：這兩種情況比較常見，并不奇怪，但是原因很復雜，可能有多個不同層次的答案。
需要強調(diào)，這種討論必須首先排除主觀的“學術(shù)不端”。數(shù)據(jù)造假或者“刻意”修改數(shù)據(jù)的“實驗結(jié)果”自然無法重復。造假是嚴重的學術(shù)不端行為，是絕對不能容忍的，一造假就斷送了一生的學術(shù)生涯。所以，判定造假需要充分的證據(jù)，包括認定“造假動機”。
不可重復并不意味著一定造假了，也可能是認識不足、方法局限、操作不當?shù)人鶎е碌�，常常表現(xiàn)為“不可完全重復”。在生命科學研究中，最常見的原因往往與上述三個“控制條件”不完備有關(guān)。這方面我自己就有很多經(jīng)驗教訓。
我的一位學生曾經(jīng)在體外實驗中，“證實”了國外研究者提出的一個調(diào)控因子磷酸化的假說，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。該學生因此開始懷疑自己以往的實驗結(jié)果，在重復實驗中發(fā)現(xiàn)過去結(jié)論是“假陽性”，換了一種方法后，結(jié)果正相反。最后，他又用了兩年時間，通過結(jié)構(gòu)生物學、生化分子生物學（體外）以及遺傳與生理（體內(nèi)）等實驗，綜合證明了“不能磷酸化”這個“真陰性”的結(jié)果，發(fā)表了很好的論文。
類似的例子很多。檢測方法、試劑和樣品的取樣及存儲條件等都會影響實驗結(jié)果的可重復性。有些生化試劑不穩(wěn)定，放置一段時間濃度會改變，如果不校準濃度，結(jié)果自然無法完全重復。
再如，實驗室測酶活的方法一般都是標準化的，但研究中往往使用突變的酶，活性不是高就是低，并不“標準”。如果不針對具體情況調(diào)整檢測方法，實驗結(jié)果也不能重復。
當然，即便“能重復”的實驗，也不見得都是正確的或者“真的”。我的實驗室曾經(jīng)在某“結(jié)構(gòu)域假說”的指引下，認為我們所研究的酶應(yīng)該是四聚體，并得到了“分子篩”實驗測定的分子量證實。但十幾年過去，在AlphaFold2指導下，我們預測了三維結(jié)構(gòu)，認識到這個酶應(yīng)該是二聚體，并被近年發(fā)展起來的更精準的測定方法所證實，推翻了自己以前的結(jié)論�，F(xiàn)在回頭看，當時只覺得結(jié)果“符合假說”就認可了，沒認識到這是由于低分辨率帶來的“假象”�，F(xiàn)在我們正準備寫文章，不僅糾正過去的錯誤，更將為這一大類酶結(jié)構(gòu)功能的關(guān)系提供全新的知識模型。
不管怎么說，科學研究是可能犯錯誤的。我們既要努力規(guī)避錯誤，也要在犯錯誤之后認真改正，提升研究水平。把心思放到探尋科學規(guī)律的本質(zhì)上，才是應(yīng)有的科學態(tài)度。
問：您的實驗室對重復實驗有何要求？能否給年輕科研人提供一些經(jīng)驗指導？
趙國屏：我們實驗室有句老話：如果你有意外的重要發(fā)現(xiàn)，第一件事情就是去重復。越是“重大意外”發(fā)現(xiàn)，越不能頭腦發(fā)熱。
在生命科學研究實踐中，的確有一些重大突破來自于實驗或觀測的“意外”。但是，更多的意外是人為“錯誤”所致，而且很難找到原因。所以當一個研究者發(fā)現(xiàn)實驗結(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，就一定要在多個層次上考查其“可重復性”。
這方面的教訓是常見的。有一次，一個學生興沖沖地告訴我，發(fā)現(xiàn)用大腸桿菌表達的細菌的溶血素可以誘導細胞凋亡。這可是幾十年來沒見過的“大發(fā)現(xiàn)”。我問她用的什么做對照，她回答說是生理鹽水。我提醒她自己想想這樣對照行不行。學生很不錯，馬上回去用攜帶載體質(zhì)粒的大腸桿菌提取“純化”蛋白做對照，結(jié)果同樣引起凋亡，說明是大腸桿菌表面脂多糖引起的細胞凋亡，與溶血素無關(guān)。
因此，所謂的重復實驗有兩層不同含義。一種是最基本的，就是重復做同樣的實驗。這屬于最低水平的重復，目的是糾正操作誤差。但是，現(xiàn)在實驗技術(shù)越來越先進，操作誤差比較好控制，最致命的是系統(tǒng)誤差。要避免這方面問題，最重要的是不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓，打好基礎(chǔ)。
我剛到美國讀研時，老師給我的第一個任務(wù)是測定一個中和抗體的滴度。我測了一周，發(fā)現(xiàn)誤差達到25%。雖然導師說可以，但我覺得不對勁，就申請了一周重復實驗，不管怎么重復誤差還是很大。最后一天，我真絕望了。但是，我意識到一定不是操作誤差，就到圖書館去查以前的論文，終于發(fā)現(xiàn)自己的數(shù)據(jù)根本不在線性范圍內(nèi)�；氐綄嶒炇遥徽{(diào)整實驗方法，問題就解決了。第二天拿給導師看，他非常高興。后來他跟我說，如果一開始就告訴我問題在哪里，我很快就會忘記，只有自己從失敗中總結(jié)出來的經(jīng)驗，才一輩子都不會忘記。
我現(xiàn)在指導學生的時候，會單獨教一些比較特殊的測定。有的學生跟我說：“趙老師你教的跟教科書不一樣。”其實，教科書往往是從“傳授知識”的角度闡述前人總結(jié)的規(guī)律，而后來者只有經(jīng)過自己的實踐，才能真正理解。
我現(xiàn)在70多歲了，在科學研究中，絕大部分時間依然是在“摸索”。比如我老師留下的一個重要研究課題，經(jīng)過幾代研究生的努力、換了多種方法，雖然有進展，但依然沒有真正突破，我還在努力。
我們對客觀世界的認識相對來說總有片面性、局限性，所以需要不斷研究，在反復的實驗及證偽過程中提煉真知。這才是對待實驗的科學態(tài)度�！�