互动科普

五年过去了，这项代价高昂的跨学科研究实验取得了怎样的回报？

撰文  M·米切尔·沃德诺普（M. Mitchell Waldrop） 

翻译 赵旭丹

珍妮莉娅法姆研究学院（Janelia Farm Research Campus）的实验室主楼修建在弗吉尼亚州的阿什本，这座面朝波托马克河河谷的建筑是用玻璃和混凝土建成，其修长的造型显得非常美观。在这里，杰拉尔德·鲁宾（Gerald Rubin）指着用餐区的3个大号咖啡壶说，“我们发现，每年支出20 000美元提供免费优质的咖啡是值得的，这样大家就不用尝试在实验室煮咖啡了。”

免费提供咖啡确实是个好办法。与这处价值3亿美元的基础设施相关的一切，无不依赖于霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的丰厚财力。HHMI是一家位于美国马里兰州塞维蔡斯附近的非营利性研究基金组织，它在5年前创办了珍妮莉娅法姆研究学院，这是它的第一个内部研究基地。

更重要的是，这个研究学院实现了鲁宾所谓的“科学文化的实验”。把全球顶尖的研究人员放到一个非常便于跨学科交流的环境中——他们只需要走到咖啡壶边就可以偶遇（参见“培养协作”）。然后，让他们去挑战一系列重大科学难题——那些长时间、高风险、高回报，并能解决神经科学中关键问题的研究课题。利用HHMI充足的资金，让他们不再为传统学院生活中的琐事费心。没有行政工作，不用授课，没有申请终身职位的困扰，也不需要申请经费。“这是真正的象牙塔，”目前担任研究学院负责人的鲁宾如是说。他从2003年研究学院刚建成时就一直在这里。

对于这个年耗资达1亿美元的实验项目，人们的期待是它能够产出非同寻常的大科学（great science）成果。对于鲁宾而言，那绝不仅仅是出色的研究。他说：“如果20年后我们回顾以往时，只是说‘我们再造了索尔克生物研究所（Salk Institute）’，那我们就完全失败了。”随后他又立刻补充道，位于加利福尼亚州拉荷亚的索尔克生物研究所的确是世界上最出色的独立研究机构之一。“但是问题在于，那并不是我们建造珍妮莉娅法姆研究学院的目的”。

作为遗传学家，他认为珍妮莉娅法姆研究学院最终必须通过“删除测试”（deletion test）：就像敲除一个基因可以解析其功能一样，如果将珍妮莉娅法姆研究学院从未来的科研世界中拿走，也应该能够反映它对于生物学不可或缺的贡献。

创建伊始

尽管已经在珍妮莉娅法姆工作了5年，但鲁宾也承认，没有任何有力的证据能表明，珍妮莉娅法姆研究学院能够通过这一非常有挑战性的测试。考虑到学院的远期研究目标，再加上在一座乱糟糟的农场基础上创造一个全新学院的难度，鲁宾表示，他根本没有期待学院能在未来5年甚至10年内，创造出最好的研究成果。迄今为止，这项实验仅仅证明：经费充足和不再束手束脚的学术自由，确实能够吸引高水平的研究人员来到这里。

不过，高水平研究人员的到来直接导致珍妮莉娅法姆的实验室发表论文数稳步增长（参见“发表论文数不断增长”），同时也让那些起初怀疑珍妮莉娅远大目标的研究人员开始对它产生敬意。

哥伦比亚大学的神经科学家埃里克·坎德尔（Eric Kandel）当年曾经持怀疑态度，而现在他说，珍妮莉娅发展到现在已经是个重大成功，“在珍妮莉娅，虽然还没有哪个人击出全垒打，但是团队已经准备就绪了”。

珍妮莉娅法姆研究学院的创意源自1999年。当时，科罗拉多大学的生物化学家托马斯·切赫（Thomas Cech）同意担任HHMI所长，并开始尝试一些新东西。HHMI当时已经在为全球数百名研究人员提供经费，而随着资助款项的增加，切赫认为HHMI应该寻找对科学影响更大的新方式，而不仅仅是多资助几百人而已。为此，他找到了当时在加利福尼亚大学伯克利分校的遗传学家鲁宾，请他担任HHMI负责生物医学研究领域的副所长。

鲁宾首先回顾了他自己的一些美好经历：在本科时参加了美国冷泉港实验室的暑期课程，在英国剑桥大学医学研究理事会的分子生物学实验室（LMB）攻读博士学位，在马里兰州巴尔的摩的卡内基科学研究所的胚胎学系度过3年时光。他思考着，是什么使得这些学术机构如此伟大？

鲁宾把这个问题提给了很多人，包括非生物学研究机构的资深人士——这些研究机构中最著名的当数位于新泽西州默里山的贝尔实验室。1984年之前，它的母公司——美国电话电报公司（AT&T）还没有被分拆，那时的贝尔实验室一直是创新中心。鲁宾说，所有这些人的回答出人意料地一致：研究小组规模小，从而促进了交流和指导；小组带头人是活跃的实验室科学家（bench scientists），而不是行政人员或筹款人；研究经费来自内部，无须寻求资助；最后，没有人拥有终身职位，因而研究人员不断流转，研究思路能保持鲜活。

很多研究所都实施了其中的一些原则。尽管贝尔实验室和LMB分别致力于应用物理学和分子生物学研究，但在最辉煌的日子里，它们都实施了所有这些原则。鲁宾说，现在没人这样做了——尤其是，没有人再从内部获取资金支持。他认为，这正是HHMI的大好时机。

切赫和HHMI的理事会从一开始就热衷于这一想法，其他人却并不认同。“我不觉得重建一个LMB有什么必要，”坎德尔在回忆他当初的质疑时说，“在我看来，我不清楚这个研究学院要解决什么问题，我甚至不知道他们会从事什么领域的研究。”很多受到HHMI资助的高校研究人员都担心这一新举措会导致他们的经费被削减，而他们之中的大多数人都怀疑HHMI根本没办法说服顶级研究人员，让他们放弃自己在研究中心的终身职位，搬到阿什本郊外的一家农场，那可是距离华盛顿足足一小时车程的郊区。

同样有争议的是，这一计划的研究战略是挑战少数几个巨大的科学难题，而不是处理为数众多的生物医学问题。2004年，HHMI举办了5场系列研讨会，探讨挑战哪些难题。一个被迅速确定的难题是生物成像技术（biological imaging）。“对我们而言，这是个大问题，”鲁宾说。不仅因为它需要融合物理、化学、生物学以及其他多个学科，他说：“这个问题将会使许多领域中的‘不能’变成‘可能’，就像DNA测序技术曾经做到的那样。”

另一个重大方向是了解神经回路（neural circuits），以及探求它们如何产生行为。这将填充神经科学领域的一大鸿沟，坎德尔说。“很明显，我们现在对神经元有足够的了解，”他解释道，“我们拥有的成像技术也能够查看大脑各区域之间是如何互联的。但我们还没有把这两者联系起来。”当时，已经有一些新技术可用于解决这一问题——最著名的当数光遗传学（optogenetics），它利用光追踪和操控特定神经元的活动，从而使研究人员能够探究这些神经元的功能以及神经元之间如何连接。

但在当时，光遗传学在神经科学中的应用还处于起步阶段。而且总有可能出现这样的情况：珍妮莉娅法姆研究学院的科学家花费20年时间，终于弄清楚黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的神经回路，却发现它与人类的大脑毫无关联。尽管许多人认为神经回路的基本原理和逻辑在进化过程中保留了下来，但坎德尔依然肯定地说，“这是非常有勇气的决定”。

科研沃土

2006年10月，HHMI正式启动珍妮莉娅法姆的实验室主楼建设工程，这座依山而建的建筑长达300米，呈S形，被命名为“景观大厦”（Landscape building）。严格来说，这并不是一个温暖而安逸的地方。大厦顶部两层用走廊连通，透过内部的玻璃墙可以看到一排排实验台，整座充满光线的巨大建筑让人恍如置身于机场中央大厅。下一个拐弯似乎就是尽头，但又总是延续下去，让人觉得似乎正踏入无穷之境。

但这些都没有阻止朱莉·辛普森（Julie Simpson）。她在威斯康星大学麦迪逊分校完成神经科学博士后研究之后，于2006年夏天来到这里。从聆听切赫宣讲珍妮莉娅法姆研究理念的那天开始，她就热切地希望能来到这里——她说，刚到这里时，“我不得不带着安全帽，因为他们还没安装完我实验室的地板！”但这丝毫没有减弱她的热切希望。

她没有失望。“我非常高兴能够成为致力于解决重要问题的团队中的一员，”她说，“每个报告都是相关的，每个同事都对同一件事情感兴趣”——尽管会有不同的视角，也有建设性的争论。辛普森领导的团队利用光遗传学技术，追踪那些使黑腹果蝇产生特定天生反应的神经回路——例如梳理行为（grooming behaviour）。她说，通过大量对比这种回路的结构，可以发现它们内在的规律。

另一位早期成员是物理学家埃里克·白兹格（Eric Betzig），20世纪80年代他就已经在贝尔实验室工作。那时，从神经科学到反物质，无不是贝尔实验室的研究对象。然而，随着基础科学在实验室中地位下滑，失望的白兹格于1994年回到他父亲的机械工具公司工作。在决定重新回归科研后不久，他于2006年加入珍妮莉娅法姆研究学院，研究范围是各种成像技术。

“珍妮莉娅法姆吸引我的地方和当初的贝尔实验室一样，”他说，“你拥有所有需要的资源，而且没有发表文章的压力。没有这些条件，我是不会做科研的。”在来到珍妮莉娅之前，白兹格正在开发一项名为光敏定位显微镜（photoactivated localization microscopy，PALM）的技术，这是他与另一位现在也在珍妮莉娅法姆工作的物理学家哈拉尔德·赫斯（Harald Hess）合作的成果。通过使用天文学家最早采用的图像处理算法，该技术检测单个荧光分子位置的精度达到了纳米级。自从来到珍妮莉娅，白兹格已经开发了另外三项成像技术，这些技术可以帮助他的生物学家同行，在前所未有的精细程度上研究活细胞，其分辨率更高，对细胞的伤害更小。

鲁宾说，珍妮莉娅法姆绝不是对每个人都适合的地方。“我试图让它成为少数人无法拒绝的环境，”他说，研究人员必须足够自信而不需要终生职位，不介意偏远的位置，不介意小组规模不能超过6人的限制，而且愿意亲手参加工作。

实际上，有非常多研究人员符合这样的描述。现在，珍妮莉娅法姆研究学院已经有20名研究小组带头人，每隔5年，学院会对他们进行评估和续约。第一轮评估将在明年春天进行——辛普森说这是一个“恐怖”的过程，其实只是因为这是全新的方法，没人确切知道如何进行。此外，有 26人从事不续约的5年限期工作，还有100多位访问科学家。算上所有小组成员以及服务人员，珍妮莉娅法姆共有员工424人。

但这儿看上去几乎还是空的。“这是你第一眼就能注意到的，”钱泽南（Robert Tjian）说。作为一名生化学家，他曾经是鲁宾在加利福尼亚大学伯克利分校的同事，在2009年接替切赫担任HHMI所长。“要把这幢大楼装满，我们可能还需要100～150名科学家。”

保持活力

这里还空着一部分的原因是，招聘科学家比鲁宾最初估计的更费时间。他说，对于未来的招聘，最大的问题是研究小组的6人上限。另外，位置偏远也是一个因素，虽然不像预期的那样严重。

鲁宾和他的同事已经竭尽全力来消除这种隔离感。珍妮莉娅的访问学者计划，提供机会让科学家来此度过几周甚至数月的时间，研究中心每年会举办十多场学术会议。尽管如此，偏远的位置依然是将来的一大挑战，卡拉·沙茨（Carla Shatz）说。她是一名神经科学家，指导斯坦福大学跨学科Bio-X计划，同时也是珍妮莉娅法姆顾问团的成员。“珍妮莉娅应该仔细思考，在一个附近没有医学院、工学院、生物系、物理系、化学系，甚至连一所本科院校都没有的地方，怎么做才能产生激情、创造力和创新”。

一个挑战是，如何保持研究计划的活力。钱泽南说，在初期对成像和神经回路的集中关注是有效的，“这样每个人都会知道珍妮莉娅是什么”，但长远看来，如果不能拓宽覆盖面，并把追寻新机会的自由交给科学家，这里势必会停滞不前。

这也是珍妮莉娅仍然保留了那么多空缺职位的另一原因：他们预留了扩张的空间。根据今年早些时候一系列规划研讨会的结果，鲁宾已经开始聘请细胞生物学、进化生物学、结构生物学和化学领域的小组带头人——每一个都和神经回路有重叠，但都会将学院的研究计划拓展到新的方向。

回首珍妮莉娅最初的5年，鲁宾说，他感到非常满意。“我们已经证明，我们可以从一座空空如也的建筑成长为功能健全的实验室，我们能聘请一流的科学家，而他们也能来到这里解决有趣的问题，”他说，“人们曾经认为我们肯定做不成的那些事，我们全都做成了。”

但随后会怎样？珍妮莉娅法姆会在接下来的5～10年做出“大科学”的成果吗？它能通过鲁宾的“删除测试”吗？它能改写生物学入门教科书（这是切赫最喜欢的对于“大科学”的定义）吗？或者，它能培育出“一系列创造新方向的研究计划”（这是钱泽南最大的期待）吗？

这是没法回答的问题。正如辛普森所说，“你无法创造‘大科学’。你所能做的就是创造使它成为可能的环境，然后静观其变”。