科技創(chuàng)新的三大層次與境界
? “顛覆性創(chuàng)新”如同“一石三鳥”那樣，可遇不可求。
圖片來自hbr.org
編者按：
很多人期待顛覆性創(chuàng)新，但是對創(chuàng)新的內涵不甚了解。事實上，創(chuàng)新既有科學與技術上的創(chuàng)新，同樣也有文化、社會方面的創(chuàng)新?？茖W上的創(chuàng)新涉及面廣，一類是“開路式”的創(chuàng)新，它是前無古人，后有來者，從無到有的創(chuàng)新；一類是從有到無的創(chuàng)新，它是前有古人，后無來者，一次性徹底解決了人類歷史上重大的科學問題；還有一類創(chuàng)新是從有到有的創(chuàng)新，它會改寫歷史，只不過前面的古人可能是錯的或理論體系需后人重塑。顛覆性創(chuàng)新人人夢寐以求，它需要一步一個腳印、腳踏實地，并不常出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，也會經(jīng)常遭受常人不予理解的冷漠。
撰文 | 于文強（復旦大學生物醫(yī)學研究院教授）
責編 | 葉水送
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剛剛過去的2016年，大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的浪潮席卷全國，“創(chuàng)新”一詞喧騰眾口，多少熱血青年雄赳赳氣昂昂地奔赴創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的戰(zhàn)場，盼望著能夠淘到人生的第一桶金。真實的情況會是怎樣？有多少個顛覆性創(chuàng)新出現(xiàn)，并改變我們的生活？
什么是創(chuàng)新（Innovation）？簡單地說就是利用現(xiàn)有的條件創(chuàng)造出新的東西來，而新的東西既看過程，也關注結果，還包括新想法、新方案以及新設備。創(chuàng)新既可以體現(xiàn)在社會經(jīng)濟治理層面，如“新常態(tài)”概念的提出，也包含科學技術的創(chuàng)新，如原創(chuàng)性科學研究和技術的革新。原創(chuàng)性科學研究要提出新理論、新方法、新假說并加以驗證，還要開辟新的研究領域。這不僅要對科學充滿熱情，還要有屢戰(zhàn)屢敗，屢敗屢戰(zhàn)的勇氣，因為科學就是在嘗試、在冒險，而且成功率極低，所以創(chuàng)新性的科學研究是一段艱苦且終點未卜的旅途。
科學創(chuàng)新的三個層次
科學創(chuàng)新涉及面廣，但可分為三類。
1）前無古人，后有來者：這是一種從無到有的創(chuàng)新，是一種“開路式”（Open the door）的研究，不僅為我們打開新的科學之門，也開創(chuàng)了一個全新的研究領域，正所謂“這世界上本沒有路，走的人多了，就成了路”。
比如2016年諾貝爾生理或醫(yī)學獎授予日本科學家大隅良典（Yoshinori Ohsumi），他在上世紀90年代以酵母為模型，開創(chuàng)性地通過遺傳篩選找到了自噬相關的基因，促進了人們對自噬分子機制的了解，極大地推動了自噬異常與疾病發(fā)生的關系研究，大隅良典無疑開創(chuàng)了一個新的研究領域。
還以諾獎發(fā)現(xiàn)為例，2015年諾貝爾生理或醫(yī)學獎授予因發(fā)現(xiàn)"腦內GPS"的英國科學家約翰·奧基夫（John O'Keefe）和挪威科學家愛德華·莫澤（Edvard I. Moser）、梅·布萊特·莫澤（May-Britt Moser）夫婦。人類及哺乳動物對位置的感知以及方向的判斷是一種本能，而腦內負責定位系統(tǒng)的細胞讓我們能夠在空間中感知位置并實現(xiàn)定位。毋庸諱言，大腦中內置的“GPS”細胞研究掀開了人類探索大腦奧秘的新篇章，推進了國際腦研究計劃的實施和發(fā)展。
? 日本科學家大隅良典和他的自噬研究，圖片來自AFP
2）前有古人，后無來者：這是一種從有到無的創(chuàng)新，這種創(chuàng)新一次性徹底解決了人類歷史上重大的科學問題，是一種“Close the door”式研究，并可以在此樹立一個牌子“Stop here”。這種創(chuàng)新的結果就是一次性解決問題，別人不需要在此問題上再耽誤工夫，數(shù)學研究在這方面尤為突出。
如果自然科學的皇后是數(shù)學，數(shù)學的皇冠是數(shù)論，那么“哥德巴赫猜想”就是皇冠上的明珠。大約在200多年前，一位名叫哥德巴赫的德國數(shù)學家提出了“任何一個大偶數(shù)均可表示為兩個素數(shù)之和”。他一生也沒證明出來，后來寫信請教俄國圣彼得堡的數(shù)學家歐拉。歐拉費盡了腦筋，帶著一生的遺憾離開了人世，卻留下了這道數(shù)學難題。眾所周知，這道猜想后來被我國著名數(shù)學家陳景潤加以部分證明。
又比如，華人數(shù)學家張益唐在孿生素數(shù)研究方面所取得的突破性進展，發(fā)現(xiàn)存在無窮多差小于7000萬的素數(shù)對，從而在孿生素數(shù)猜想這個重要問題上前進了一大步。
在生物醫(yī)學方面，比如烈性傳染病天花病毒的疫苗的研究，當一個病毒的疫苗被成功研制后，絕對是開創(chuàng)性的創(chuàng)新工作，后續(xù)的相關研究就會逐漸減少，目前世界上研究天花病毒的學者很少就是一個例證。結構生物學也是類似的情況，當一個蛋白的結構被解析后，其他人就很少再去解析該蛋白結構。這類創(chuàng)新就是徹底解決了以前懸而未決的問題，以后別人只能繞道而行。
? 著名數(shù)學家陳景潤和張益唐
3）前有古人，后有來者：這是一種有到有的創(chuàng)新，會改寫歷史，只不過古人可能是錯的或理論體系需要重塑?？茖W研究從來都是站在巨人的肩膀上，許多研究就是在前人的基礎上做出的，糾正前人的錯誤或重塑前人的理論是這類研究創(chuàng)新的主要特征。
布魯諾的日心說就是典型的例證，他甚至為此付出了生命的代價。日本京都大學教授山中伸彌在2006年令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，僅僅通過導入4個關鍵基因，就可將成熟細胞重編程為多能干細胞，這種誘導多能干細胞被稱為iPS細胞，后續(xù)證明這種細胞可以發(fā)育成為身體各種組織細胞。然而此前人們普遍認為，動物細胞的發(fā)育過程是一個不可逆的過程。上個世紀50年代，胚胎發(fā)育生物學家Conrad Hal Waddington提出的發(fā)育景觀假說形象地描述了細胞的自發(fā)的層次分叉過程，多能干細胞分化就象一個從山頂滾下的小球，它可以走向任何一個山谷，分化為某種特定的細胞，但分化成熟的細胞變回多能干細胞就是一個不可能發(fā)生的事件。這種假說隨后被iPS細胞徹底逆轉，iPS細胞的發(fā)現(xiàn)成就了目前轟轟烈烈的干細胞研究領域。為此，2012年諾貝爾生理或醫(yī)學獎授予了日本京都大學教授山中伸彌。
? 細胞分化的滾球理論
另一個典型的例子就是2006年諾貝爾生理或醫(yī)學獎授予RNAi現(xiàn)象的Andrew Fire和Craig Mello。1998年，Andrew Fire和Craig Mello發(fā)現(xiàn)應用雙鏈小RNA即可在線蟲中高效沉默基因的表達，而之前人們一直用單鏈的反義核酸來選擇性地沉默基因表達，并提出三鏈核酸理論作為反義RNA沉默基因表達的基礎。雙鏈RNA沉默基因無疑讓這個領域的科學家無法理解，當然最后證明RNAi現(xiàn)象是基于完全不同的分子機制，RNAi現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)開啟了基因治療領域的新篇章。
? RNAi的作用原理
最近，沸沸揚揚的基因魔剪——CRISPR/Cas9技術，也是在鋅酯酶技術、TELEN技術后出現(xiàn)的又一基因編輯領域的重要技術，要做的事大同小異，但效率和切割準確性大大提高，也使基因編輯技術從高大上變成人人可為的技術，用“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”形容基因編輯技術的發(fā)展歷程再恰當不過。
科學上顛覆性創(chuàng)新極為罕見
改寫科學史的工作自然是完全的科學創(chuàng)新，不過目前大家喜歡的叫法是顛覆性創(chuàng)新。所謂顛覆性創(chuàng)新（Disruptive Innovation），其實一開始并不是指科學上的創(chuàng)新，而是指商業(yè)上設計出顛覆性產(chǎn)品，改變已有的市場模式，能夠開辟一片新的市場?？茖W領域的顛覆性創(chuàng)新，不僅要有非凡的勇氣，也需要良好的機遇。
前一段時間Elife刊發(fā)5篇文章驗證許多頂尖刊物發(fā)表的重大研究成果，結果僅有一篇文章的結果勉強過關，令生物領域的科學家相當尷尬。驗證別人的重要工作本來是學術研究中的關鍵，也是科學家的份內事，但沒有多少人愿意干這件事，原因很簡單，如果得到相同結果，能發(fā)表嗎，答案是否定的，沒有雜志會接收這樣的文章；如果結果與原作者不符，能發(fā)表嗎，答案也是否定的，也沒有多少雜志愿意發(fā)表這樣的文章。
有學者說，推翻一個已發(fā)表的論文觀點，需要10倍于該論文的努力，何況顛覆性創(chuàng)新，因為你的研究最初很難得到別人的認可，高端的主流雜志也會將你拒之門外。如果一項研究改變的不僅僅是一項假說，而是目前已經(jīng)公認的研究結論，那就難上加難了。
然而，顛覆性創(chuàng)新從來都是科學發(fā)展的里程碑，不僅開拓人類認知的前沿，也往往極大地豐富和改善人們的生產(chǎn)和生活。它是國家和社會發(fā)展所需，也是科學研究者夢寐以求的機遇。但對科研工作者個人來說，開展顛覆性創(chuàng)新研究需要超凡的勇氣，因為顛覆性創(chuàng)新會讓你坐冷板凳，大有天將降大任于斯人也，必先苦其心志，勞其筋骨，餓其體膚，空乏其身。雖然最后讓你意志堅定，增常人所不具備之才能，但這種苦行僧式的生活有多少人能熬得住，所以說顛覆性創(chuàng)新有時它就是一個坑。這個坑你跳不跳？反正我跳了。
