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返朴

科学全才在今天还能存在吗？

返Itai Yanai等约 14 分钟

本文为“夜间科学”（Night Science）系列第三篇，前文见《不发论文的时候，科学家们都在晚上做什么？》《科学可以被计划吗？》。本文探讨夜间科学创造力的来源——跨学科。科学史上有许多科学全才，他们被称为polymath，在多个领域都有精深的专业能力，例如文艺复兴时期的达·芬奇、伽利略等（因此人们也形容这样广博的创造性是Renaissance mind）。但这样的人才在学科建制化完善、科学领域精确细分的今天已经罕见。当然，人们也意识到跨界思考是创造性的源泉，然而在尝试跨学科研究时，“专家困境”出现了：跨学科创造性增加的同时，你会失去本领域的专业性，同时在业内的可信度也会降低。研究者该如何找到其中的平衡？

撰文 | Itai Yanai、Martin Lercher
翻译 | Kestrel
科学的假设检验模式，弗朗索瓦·雅各布（François Jacob）称之为“日间科学”，在特定的科学领域的界限内运行。作为高度专业化的专家，我们自信且稳妥地遵循自身研究范式和项目规程。但科学还有另一面，雅各布称其为“夜间科学”（night science）：在这里，新观念、问题与假设的产生过程是远没那么结构化的。比起分门别类的日间科学，夜间科学是真正跨学科的。你可能将自己领域的答案带到另一个学科，也可能反过来，尝试踏入另一个领域，可能会让你发现一条通往自己主要领域研究问题答案的路径。要最具创造力，我们最好去广泛培养不同领域的兴趣，就像文艺复兴时期的思想家达·芬奇或伽利略那样。但是这种增强创造力的跨学科性，会带来一个我们称之为“专家困境”（expert’s dilemma）的代价：伴随你失去高度专注的领域专家地位的同时，你的可信度也会降低，这会使你的工作更难获得同行的认可。为了解决这种困境，我们必须在学科性的日间科学专长和跨学科性的夜间科学创造力之间找到自己的平衡。
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席卷而归
在横空出世后仅仅三年，鲍勃·迪伦（Bob Dylan）就已经成为民谣界的一个传奇。他的抗议歌曲是反战运动的配乐，质疑美国介入越南战争的行径。特别是迪伦的歌词，深深吸引着人们；毕竟人家不会因为你的音乐给你颁发诺贝尔奖。然而，1965年3月迪伦发行的第五张专辑《席卷而归》（Bring It All Back Home）引发了争议。这张专辑有一面是出品即成经典的民谣歌曲，比如《铃鼓先生》（Mr. Tambourine Man）。但专辑的另一面，他跳出了民谣的曲风。此前，他的演唱仅以原声吉他和口琴伴奏，而这次，曲目是以架子鼓、电吉他和电贝斯组合的摇滚歌曲。这样的“插电”行为引发了他的乐迷和乐评人的论战。他在民谣圈里的许多“大粉”对此深恶痛绝。
现代科学可能比音乐更加泾渭分明，只是分界是在学科领域之间而不是曲风流派之间。正如诸多民谣乐迷认为迪伦应当坚守民谣阵地，人们也普遍期望科学家在职业生涯中专注于自身学科里的一个分支领域。如果你做基因组生物学，你的课题组大概隶属于自然科学学院下的生物学系。这样受限的“竞技场”将支配我们职业生活的几乎所有事情：我们所参加的专业会议，所发表文章的专题期刊，所加入资助机构内部的评审小组，乃至所教授的课程以及所受聘的部门，无不被这方寸之地所界定。
有充分的理由说明为什么紧密联结的学科结构能促进科学进步。首先，这样的结构让日间科学更加高效。共享既有知识体系的学术共同体能更快向新知迈进。当你的文章接受期刊评审或者在会议上展示时，若能依托既有的核心理论体系，那么你便能专注于新的内容。然而，倘若学科领域的结构化优势让你认为自己领域的重大突破只会来自领域内部，那你可能就错了。
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夜间科学是跨学科的
对于鲍勃·迪伦而言，特定曲风的质感——不管是乡村、摇滚，还是蓝调，都服务于激发他的灵感——不断去找寻超越界限的表达。正是摇滚的恣意不羁，才催生出《像一块滚石》（Like a Rolling Stone）这首充满愤恨的时代之歌，也恰是乡村音乐的载体，才孕育出《躺下吧，女士》（Lay Lady Lay）。特定曲风的边界只会限制迪伦创作的笔触。可以说，迪伦之所以能创作并演绎出其巅峰之作，正是因为他能超越特定音乐风格的桎梏。如此看来，迪伦堪称“文艺复兴式全才（Renaissance mind）”的典范，而这种现象其实是普遍存在的：音乐虽有流派之分，但音乐家们在探索其能力范围内的全部可能性时，往往最具创造力。
类似地，科学领域和学科之间的边界也并非天然存在；实际上，根本不存在界限。学科、领域和子领域只是将知识和方法论逐级细化的聚类方式之一，但这种聚类既不唯一，它的划分标准也没有明显的最优性。许多界限可能只是简单地反映了一个领域的发展历史。置身在某个领域的界限内工作，可能有助于我们构建理解和观念，但是正如固守流派的音乐家那样，这些边界会阻碍我们的创造力，束缚我们朝其他方向迈进。在我们最具创造力的夜间科学时刻，当我们想到问题的潜在解决方案、构思假想时，当我们需要做出前所未料的关联时，如果能让自己的思维自由穿梭于领域与学科之间，我们会做得更好。毕竟，如果没有条条框框，我们就不用费劲去摆脱条条框框。这种思维方式也可以被称为水平思维（horizontal thinking）或横向思维（lateral thinking）。
为了“僭越”领域的界限，无论个人还是团队，对多个学科都有所了解是十分有益的，因为这提供了更多建立思想联系的机会。在现代科学实践中，所谓的跨学科通常被诠释为来自不同学科的科学家并肩协作的工作模式。但真正的跨学科性——即便是在合作的框架下——也要求我们真正跨学科地思考。团队中终究需要有人提出关键的思想，而那个人往往正是拥有多领域见解的人。所以，尽管科学的框架是分门别类的，科学家的创造性却得益于跨学科视野。这或许可以解释为何那么多杰出的生物学家原先所接受的教育训练是在其他领域，比如马克斯·德尔布吕克（Max Delbrück）、玛莉-克莱尔·金（Mary-Claire King）、弗朗西斯·克里克（Francis Crick），比比皆是。但一个庞大而背景多样的团队也有其重要性：如果更多变的思维方式、更多样的想法在饮水机旁汇聚，这里便为跨界思维联系的产生提供了沃土——现代职场正是以此取代了传统咖啡馆，成为创意人士碰面擦出思想火花的场所。
有相当一部分少数派科学家在离开自己最初的专业领域后仍然游刃有余。他们可能专精于某种研究方法，然后被吸引到了新的领域，因为应用该方法能够产生激动人心的新数据；抑或他们可能通过自己项目的副产品而接触到了陌生领域，结果一头扎了进去。许多这样的科学家变成了“游牧学者”，在职业生涯中每隔几年就切换领域。保罗·埃尔德什（Paul Erdös）正是一位频繁穿梭于数学各分支之间的“文艺复兴式全才”。相传他一生中大部分时光都在不同合作者之间辗转，寄居在他们的家中，直到工作完成，然后再问接下来自己该与谁合作。每当开启新合作时，他总会找到自己和合作者两个人都最感兴趣的问题。这位数学家晚年积攒了如此之多的同行合著手稿，以至于学界开始流行“埃尔德什数”——根据合著关系计算与埃尔德什的“学术距离”（相当于科学界版本的Kevin Bacon六度分离理论，甚至很可能是后者的起源）。埃尔德什有一句每当新合作者首次开门迎接他时都会说出的标志性话语，美妙概括了文艺复兴式全才的心态：“我的大脑敞开着（My brain is open）。”
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专家困境
跨学科性的增加真的会带来更多洞见吗？元研究（meta-research，即关于研究本身的研究）已通过文献计量学方法对此展开探讨：一篇论文的影响力可以由其被引数近似衡量，而它的跨学科性则反映在其所引参考文献涉及领域的多样性。不过，研究结果呈现出矛盾性。有一些研究显示，一项工作中研究领域的增加与其影响力的提升相关，而另一些研究则显示跨学科性的增加未必有益。深挖影响力与跨学科性之间的关联不但显示了其益处，也显露了其代价。而从实用性来说，对不同形式的跨学科性进行区分还是很有帮助的。参考文献涉及领域的差异性跟影响力呈现正相关，但如果参考文献中的不同领域太过均衡或者学科距离太过遥远，则与这篇论文的被引次数呈现负相关。因此夜间科学的探索可能在涉及“毗邻可能”领域最为丰产——即尚未被发现、但仍能经由给定学科触及的知识疆域，即便我们需要跨越领域的人为边界。然而，从科学家个人的角度来审视这些关系，会发掘一个令人不安的真相：那些从事跨学科研究的科学家往往不如专家高产。至少在一定程度上，这反映了发表跨学科研究中涉及的困难。
这样的元研究量化了很多人先前已经经验过的：科学的学科性与跨学科之间的存在矛盾。随着我们对其他领域了解更多，我们的创造力就能涉足更远、更广阔的方向。这为我们的夜间科学注入了力量。但另一方面，跨学科研究者很可能会缺乏某些其主攻领域的专家一般会有的详尽知识，许多同行会因此认为此人不堪信任。是有一些通才，真正在多个领域都是专家，但对于我们大多数人来说，想获得第二领域的扎实知识，只有以减少主要领域的专业深度为代价才有可能。这就是我们所说的“专家困境”：你越变得跨学科，你在同行中的可信度可能就越低（图1）。所以，尽管跨学科研究者可能带来了一个好观点，但可能没有人会理他，因为他不知道这个领域的来龙去脉，所以当基金评审或期刊编辑评估其工作时，凭什么认真对待它呢？因此，在科学家颂扬跨学科性的同时，真正以跨学科的方式工作对个人来说可能会成为职业负担。跨学科性当然增强了我们的夜间科学创造力，但它也可能同时遏制我们的日间科学事业。
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图1 专家困境。一位科学家跨领域创造性思维能力的增加几乎不可避免地与专业深度的丢失相关，进而其人在本领域的可信度降低，同行对其工作的接受度下降。
面对专家困境，不同科学家在上面这个谱图中选择了不同的位置。有些科学家在左端找到舒适区，成为某个领域高度专业化的专家。他们深耕数年，常常是数十年，才达到对某个体系拥有精深理解的境界。细胞程序性死亡和蛋白质降解的分子通路的发现便是该策略的一个典型。当然了，世界上总是存在埃尔德什这样的人，不断变换领域，是真正的游牧学者。但往往，谱图里面会有一个平衡点，也许可以成为专家困境的答案。
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科学思想的进出口业务
跨学科创造性是一条双行道。你可能意识到来自其他领域的一个概念或者方法，甚至仅仅只是一个类比，却对你解决本领域的问题有帮助。反过来，你本领域的一个概念或者方法可能对回答另一个领域尚未有定论的问题有帮助；而你发现的关联甚至可能会引出那个领域的新问题。表1对两个方向都列出了一些例子。在所有这些例子中，领域间的关联并非显而易见，并且无法通过纯粹在单一领域内思考而获得。相反，正是科学家的跨学科思考，才使得发现这些关联成为可能。
从另一个领域进口思想
向另一个领域出口思想
癌症：引入演化思想来解释疾病发展进程（见正文）。
网络思维：将网络分析方法应用于互联网鲁棒性（robustness；见正文）研究。
基因调控：借鉴电气工程中的概念来分析基因调控网络。
量子计算机：将量子物理引入计算机科学领域。
DNA序列分析：运用动态规划来进行序列联配。
CRISPR/Cas：将演化理论与免疫学引入基因组编辑领域。
P颗粒：将P颗粒建模为拥有类似液体的性质（译者注：P颗粒是秀丽隐杆线虫的生殖系细胞核周边的RNA和其结合蛋白组成的颗粒，因产生它们的细胞谱系而得名）。
古DNA：运用基因组学揭示古人类历史。
酵母细胞间的相互作用：运用经济学中的博弈理论（囚徒困境）来解释细胞相互作用。
模因（meme；译者注：也被译为文化基因、梗/哏，词形与gene相似）：应用演化知识对文化变迁进行建模。
表1 科学领域间思想进出口的例子
从另外一个领域进口思想的经典案例就是自然选择理论应用于癌症研究。出生于1850年的德国动物学家威廉·鲁（Wilhelm Roux）以其在实验胚胎学领域的先驱工作，并且建立了最初的组织培养而著名。除了胚胎学方面的核心工作之外，威廉·鲁对达尔文关于物种演化中自然选择作用的著作十分着迷。在一个只能被视为夜间科学的伟大时刻，威廉·鲁灵光乍现，想到自然选择是一个如此普遍的原理，所以它也应当被应用在体内细胞之间的相互竞争中。威廉·鲁在1881年出版的著作《机体各部分间的斗争》（Der Kampf der Theile im Organismus）中阐述了他的思想；往后其大部分的日间科学工作就致力于验证他在这本书中首次提出的普遍思想。主流癌症研究花了上百年消化这个思想，而随着我们迈入21世纪，几乎没有癌症研究者质疑癌细胞的蔓延是由突变和选择之间的相互作用支配的。自然选择的原理也被应用在了生物学以外的领域。早在1873年，《哈泼斯杂志》（Harper’s New Monthly Magazine）就写道：“依照达尔文描述为自然选择的原理，相较长词，短词正在占据优势，[…]而地方性习语各方面均处于劣势。”——这就是模因概念的萌芽，模因即通过操纵人类大脑进行传播的“文化基因”。
一旦观念在一个领域中产生，它可能后来被发现是如此泛用，以至于将本领域的人们带领到迥异领域去获得深刻见解——请见表1的右侧。艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西（Albert-László Barabási）领导的一组跨学科网络分析应用研究就是一个很好的例子。1999年，巴拉巴西和当时他的研究生雷卡·阿尔伯特（Réka Albert）报告，许多网络——包括互联网，学术文章间的引用模式，或者电影演员的合作关系图——有一种奇特的共同性质。这些网络是“无标度的”（scale free）：不管放大多少倍，它们都包含几个出奇“受欢迎”的节点——它拥有许多连接，而大部分其他节点只有一个连接。为这项工作寻求资助时，巴拉巴西广泛探索了各类项目，远远超出其曾经工作过的领域。在他的著作《链接：网络新科学》（Linked: The New Science of Networks）中，他描述曾经偶然看到美国国防部高级研究计划局（DARPA）的项目征集，主题是“开发使未来计算机能够抵御攻击并继续提供网络服务的技术”。该项目与他工作的关联只能说是极其微弱的，但通过将他们的方法应用于研究系统鲁棒性问题，巴拉巴西的团队虽为网络安全领域的外来者，却有了一个重大发现：此类网络具有强大的容错能力，但抵抗攻击的能力异常脆弱。（译者注：这里指攻击链接多的超级节点即可让网络瘫痪，但对于随机错误网络可以维持稳定。）
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白天当专家，夜晚当全才
我们怎么样才能通过跨学科思考来增加夜间科学的创造力呢？第一步就是要知道日间科学和夜间科学的区别，以及学科和科学家之间的区别。学科是指导日间科学的结构化框架，但也是我们可能需要在创造性阶段去穿越的人为界线。夜间科学是关于发现前所未知和出乎意料的工作，所以没有定案可以遵循。为了扩展我们的跨学科思维，广泛阅读是个好办法——即使浅尝辄止也不必自惭形秽；相反，这常常是必需的。我们虽不能事事成为专家，培养广泛兴趣——例如通过科普书——可以找到其他领域的粗略地图，了解他们在思考什么问题、所用的方法，以及用以引导他们思考的概念和类比。去听只与你自己工作稍有重叠的讲座也可能很有启发性。通过将他们的数据和问题与你自己的专业知识关联起来，你可能会得到新的想法：一种用他们的数据帮助探索自身领域问题的方法，或者用自己熟悉的方法去解决他们问题的办法。这样，你仍然可以驾轻就熟地深耕专业领域，同时又熟悉了其他领域并能够从中汲取灵感：白天像个专家一样思考，而夜晚博采众长。
专家对科学进步的重要性始终如一，大学构建精密的学科结构自有其深意。白天是专业学者的统治时间。但科学研究的创造性——夜间科学——随我们在学科间移动的能力而增强。多年来，科学界对跨学科性的强调程度像钟摆一样增减往复。纵然，当人们号召跨学科性的时候，它也会以纯粹日间科学的形式出现——强调庞大团队，由背景多样但高度专精自身领域的学科专家组成。但与此形成对比的是，跨学科创造力似乎当“团队”只有一位或两位科学家时最为兴旺，并且常常发生在一位没有受过目标领域正式训练的科学家在夜间科学的冒险中（并且，在许多案例中，后来甚至也在他们的日间科学中发生）。所以，如果你一直想要去探索其他领域，但又感觉到可能是浪费自己的时间，那么：“别想太多，没关系（don’t think twice, it’s alright）。”（译者注：这句话也是鲍勃·迪伦作品的歌名。）
本文基于知识共享许可协议（CC BY 4.0）译自Yanai, I., Lercher, M. Renaissance minds in 21st century science. Genome Biol 21, 67 (2020). https://doi.org/10.1186/s13059-020-01985-6
注：本文封面图片来自版权图库，转载使用可能引发版权纠纷。
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