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Mario Capecchi 神经生物学
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个人科研历程与领域切换
马里奥·卡佩奇(Mario Capecchi)是犹他大学的资深教授,在该校工作多年,主要致力于科研工作,同时承担少量教学任务。他的科研生涯有一个鲜明特点:每10年便会彻底更换研究方向,这种转变不仅涉及研究内容的更新,还包括社交圈的重构,更换领域后,他需要结识全新的同行,从之前的癌症研究领域转向神经生物学领域时,交流对象也随之变成了神经科学家。
卡佩奇表示,他很享受这一过程,整个职业生涯中始终坚持这样的节奏。他认为,这种切换的重要性在于保持“无知”的状态,不预设应该探索的问题,进入新领域后从底层做起,一步步积累,这是让思维焕发活力的过程,因为大脑需要持续的挑战才能保持活跃,否则便会陷入“休眠”。
种领域切换是否是有意识的选择?
卡佩奇给予了肯定回答。他表示,自己会提前规划下一步的研究方向,通常会先开设一门相关课程,迫使自己深入研读文献、掌握领域核心内容,以便向学生授课,随后便会专注于该领域10年。截至访谈时,他进入神经生物学领域已有三年时间。
当前神经生物学研究重点
卡佩奇最著名的成就是在分子生物学和遗传学领域,但如今已转向神经生物学,当前的研究重点和令人兴奋的进展是什么?
卡佩奇介绍,目前主要研究两种常同时发生的神经精神障碍——焦虑症和强迫症。在研究的小鼠模型中,这两种疾病的共发率达到100%,而在人类中这一比例约为80%。核心疑问是,这两种疾病为何会相伴发生,而研究的突破得益于新技术的应用,卡佩奇本身非常注重技术导向,他认为科学研究必须不断改变,而新技术往往能带来意想不到的发现。
卡佩奇以光遗传学技术为例,指出该技术已应用多年,但从未有人将其用于神经元以外的细胞。他们团队尝试将其应用于大脑中的免疫细胞——小胶质细胞,结果令人意外:在大脑特定区域激活小胶质细胞时,小鼠会出现相应行为;关闭激光后,行为便会停止。
小胶质细胞作为大脑免疫细胞,不像神经元那样产生动作电位,类似白细胞,激活后引发的具体行为是什么?
卡佩奇回应,正是焦虑和强迫行为,这也是他们聚焦这两种疾病的原因。
此外他们还取得了一项突破性发现:长期以来,科学界的共识是小胶质细胞只有单一群体,但他们提出并证实了存在第二种群体。这一观点最初遭遇了阻力,因为许多研究者不愿打破固有认知,但后续研究表明,两种群体的存在是合理的——生物学中,任何结构的存在都有其功能需求。更重要的是,这两种群体的作用是相反的,而非并行:一种会增强相关行为,另一种则会减弱,两者共同作用,能根据环境条件设定新的行为平衡点,从而灵活调节焦虑水平。在小鼠模型中,强迫行为表现为过度梳理毛发,甚至导致皮肤撕裂,而这两种行为的强度都受到小胶质细胞的调控——神经元负责产生具体行为,而小胶质细胞通过与神经元通信,控制行为的输出水平。
小胶质细胞调控神经活动的具体机制?
卡佩奇坦诚目前尚不清楚,这也是他们下一步的研究重点。他们已知小胶质细胞与神经元之间存在“通信”,但尚未明确“通信内容”,例如这种通信是否依赖直接的电接触,毕竟所有细胞都有膜电位,离子的流入会改变膜电位,而他们通过光遗传学技术调控小胶质细胞的膜电位,进而影响其行为和神经元的反应。目前,他们正搭建相关工具,以测量这种“通信”过程。
科研热情与持续工作的动力
卡佩奇仍每天全身心投入实验室工作,好奇在已年过八旬、获得诺贝尔奖、看似“功成名就”的情况下,是什么支撑继续从事这项艰巨的工作?
卡佩奇表示,核心动力是好奇心——当看到完全出乎意料的现象时,那种“顿悟”的瞬间带来的兴奋感,是他坚持的关键。他如今做科研不再是为了证明什么,而是单纯享受科学探索的过程,这就像一场与自然的“较量”:自然知道一切如何运转,而人类只能观察现象,却无法知晓背后的原理,探索这些原理的过程本身就充满乐趣。
焦虑症目前已成为一个全球性的严重问题,尤其是新冠疫情后,发病率大幅上升。但他也指出,适度的焦虑并非坏事,能让人保持冷静、专注,帮助人们专注于目标而不被干扰;类似地,适度的梳理行为能带来满足感,但病理性的过度梳理则会导致损伤。因此,研究小胶质细胞对这些行为的调控,不仅具有学术价值,还可能为相关疾病的干预提供新的思路。
转向神经生物学的契机
为何选择神经生物学中的这一方向,而非其他神经科学领域?
卡佩奇回顾了自己的科研历程:他曾先后从事发育生物学、癌症生物学研究,最终转向神经生物学。在发育生物学领域时,他主要研究同源盒基因(HOX基因),这类基因负责调控身体蓝图,确保身体各部位(如手臂、器官)处于正确位置,协调身体发育。但在研究过程中,他们发现一个意外现象:敲除其中一个同源盒基因后,小鼠的身体发育正常,却出现了病理性的梳理行为——这一“异常”现象引起了他的兴趣,也成为他转向神经生物学的切入点,他希望弄清楚,负责调控身体发育的同源盒基因,为何会影响行为。
同源盒基因(HOX基因)的核心功能
“同源盒基因是什么、核心功能是什么?”
卡佩奇解释道,同源盒基因是一类转录因子,负责开启或关闭其他基因,小鼠和人类中均有39个这类基因,它们参与身体蓝图的所有构建过程,是所有多细胞生物调控身体结构的关键。生物从球形胚胎发育为具有特定形态的个体,首先需要建立身体轴(三维空间中的方位),同源盒基因便负责设定这些轴,确保身体各部位定位准确、连接正常且功能完好。这类基因最早在果蝇中被发现,例如,某个同源盒基因发生突变时,果蝇的头部可能会长出触角而非其他结构。卡佩奇的团队正是在研究果蝇同源盒基因的基础上,进一步探索其在哺乳动物中的功能,从而进入了发育生物学领域。
卡佩奇补充,同源盒基因的作用具有特异性,不同的同源盒基因负责身体不同区域的发育,例如一个基因调控胸部某一部位,另一个基因调控其下方或上方区域。他们最初研究同源盒基因突变时,预期会出现身体结构缺陷,但敲除其中一个基因(Hoxb8)后,却只出现了行为异常——小鼠过度梳理毛发,且这种行为会持续发展,这一意外发现让他们聚焦于同源盒基因与行为调控的关联,也促使他们转向神经生物学领域。
基因敲除技术的研发历程与挑战
卡佩奇因研发基因敲除技术而闻名,这项技术能让科学家移除特定基因或DNA片段,通过观察“缺陷”来推断基因功能,他因此获得2007年诺贝尔奖(与他人共同获得,表彰其在利用胚胎干细胞进行小鼠特定基因修饰方面的发现)。
卡佩奇用通俗的语言解释了这项技术:首先识别想要操控的基因,将其放入载体中大量复制,然后修改基因序列——可以改变一个碱基对、十个碱基对甚至数千个碱基对,最常见的操作是删除基因的功能片段,观察小鼠出现的异常,进而推断该基因的功能。
他回忆,这项技术研发初期,科学界对基因功能的认知完全错误,没有人能预测敲除某个同源盒基因会带来什么结果,只能通过“扰动系统—观察结果”的方式推断基因功能。这项技术的强大之处在于,不仅能删除基因,还能在基因中插入标记(如红色、绿色荧光标记),从而在活体动物中追踪相关细胞的活动。卡佩奇强调,这项技术的核心是“体内研究”,目前人类还没有能力在体外研究复杂的生物现象,必须在活体动物中进行扰动和观察,才能真正理解基因的功能。
关于技术研发的时间线,他在1973年来到犹他大学,1975年开始正式投入基因敲除技术的研究。研发初期,他向美国国立卫生研究院(NIH)申请资助,却被评审小组拒绝,理由是“这项研究不可能实现”。当时,他的申请包含三个部分,评审小组建议他放弃最具创新性的基因敲除部分,专注于另外两个常规部分。但卡佩奇做出了一个冒险的决定:用另外两个部分的资助资金,继续推进基因敲除技术的研究。他坦言,当时的风险极大,如果四年内研究失败,他的科研生涯可能就此终结。
在没有资助、且面临巨大失败风险的情况下,是什么支撑他坚持下去?
卡佩奇表示,他当时已获得终身教职,但核心动力是他的假设:他知道同源重组在生物体内存在(例如,生殖细胞结合时,染色体通过同源重组实现基因混合),他推测这种机制也存在于体细胞(非生殖细胞)中,如果体细胞中存在同源重组机制,那么就有可能实现特定基因的靶向修饰,他认为生物体内已经存在相关的“分子机器”,他的任务只是弄清楚如何操控这台机器,使其按照人类的需求工作。而当时评审小组的质疑是,外源DNA在拥有30亿碱基对的基因组中,无法找到对应的同源序列,但卡佩奇坚信,同源重组机制会让这一过程成为可能。四年后,研究取得成功,他再次向同一评审小组提交资助申请,对方表示“很高兴你没有听从我们的建议”。
科研风险与资助体系的思考
如今的科学界是否还能允许这种高风险的研究,这种风险承担更多是源于个人性格,还是当时的科研环境,以及如今是否还有这样的机会?
卡佩奇表示,高风险研究在如今依然存在,他自己目前的研究也仍面临资助困难,甚至有“似曾相识”的感觉,就像当年研发基因敲除技术时那样,他认为,科学研究必须承担风险,但目前的资助体系更倾向于“稳妥”,评审机构希望资金能产生明确的“有用成果”,而高风险研究往往无法保证这一点。
他对比了美国和英国的科研资助体系:英国的体系更倾向于支持有潜力的研究者,即使他们的研究需要长期投入且短期内没有成果,例如,肯德鲁(Kendrew)花了25年时间研究蛋白质结构,期间未发表任何论文,最终取得突破并获得诺贝尔奖,而英国的资助机构始终支持他。但美国的体系并非如此,研究者需要不断发表论文来证明自己的价值,才能获得持续的资助。卡佩奇认为,这种体系不利于高风险、高回报的研究,科学需要冒险才能取得重大突破,而目前的体系迫使研究者规避风险,专注于短期内能出成果的研究。
若采用“支持研究者而非具体项目”的资助模式,如何判断哪些研究者值得支持?
卡佩奇表示,这本身就是一种风险,难免会有研究者最终没有产出,但资助机构需要有信心,相信有潜力的研究者能在长期投入后取得突破。他强调,风险与失败是科学研究的一部分,接受失败才能获得更大的回报。他以自己目前的焦虑症研究为例,虽然面临资助困难,但他坚信研究有重大价值,如今已开始发表相关论文,相信会逐渐获得认可。
卡佩奇还提到,美国的科研资助体系多年来变化不大,始终充满挑战,研究者大多依赖NIH的资助进行医学研究。如今,他甚至需要用自己的退休金支持实验室的运转,因为科研工具越来越昂贵,即使部分技术看似成本降低,但新工具的投入仍让科研成本居高不下。他坦言,有很多研究者因承担高风险而失败,最终默默无闻,但这种冒险依然是值得的。
早年学术经历与哈佛岁月
在犹他大学建立实验室之前的经历,尤其是博士和博士后阶段的情况?
卡佩奇表示,他的博士和博士后阶段均在哈佛度过,那段时期正是分子生物学诞生的黄金年代,来自化学、生物学、遗传学、医学、物理学等多个领域的学者汇聚在一起,共同探索新的研究方法,氛围令人振奋。他的第一个研究项目是探索蛋白质合成的启动、终止和持续机制——当时,这些领域几乎一片空白,无论转向哪个方向,都能发现重要的研究问题。
他回忆当时的科研环境与现在大不相同:几十年前,花费一两年时间就能在《细胞》(Cell)杂志上发表论文,而如今,往往需要十年以上的积累才能发表一篇高水平论文。他在哈佛期间,受到了多位顶尖学者的影响,阅读了埃尔温·查戈夫(Erwin Chargaff)等人的论文,了解到当时研究遗传密码、基因调控的新工具,这些都让他对分子生物学充满热情。
卡佩奇于1961年进入研究生院,毕业后没有做博士后,而是直接进入哈佛医学院任职。他的博士阶段在詹姆斯·沃森(James Watson)的实验室度过,沃森的直觉非常敏锐,虽然他不擅长动手做实验,但善于思考,能够推测自然的运作方式,然后指导团队验证。沃森对卡佩奇非常支持,甚至为他配备了技术人员,使得卡佩奇在博士阶段就发表了10篇论文——这在如今非常罕见,现在的博士生通常只能发表1-2篇论文。
谈及沃森的性格,卡佩奇表示,沃森非常专注、支持学生,同时也会通过“竞争激励”的方式推动学生进步,例如,故意说有其他研究者在做类似的蛋白质合成研究,促使学生加快进度,因为在科学领域,“第二名往往不算数”。但这种竞争并非恶意,研究者之间依然会分享信息,氛围依然融洽。此外,卡佩奇还提到,他同时受到沃利·吉尔伯特(Wally Gilbert)和沃森的指导,两人在实验室会议上会严厉批评学生的工作,虽然当时觉得艰难,但这种训练让他们在进入“真实世界”后更加从容,也让他们更加自信。
卡佩奇经历了分子生物学的黄金年代,见证了遗传密码、蛋白质合成等核心机制的发现,想必结识了许多顶尖科学家?
卡佩奇证实了这一点,他提到克里克(Crick)每年会两次到访实验室,当时的研究者们能够及时了解全球各地实验室的研究进展,也深刻体会到“协同合作比竞争更重要”——即使研究同一课题,不同研究者的实验目的和思路也不同,协同合作能产生更大的价值。
当前最具潜力的科研领域
如今的生物学领域中,是否有类似当年分子生物学那样,汇聚多领域人才、充满突破可能的“热门领域”?
卡佩奇认为,最接近的是神经科学——如今,计算机领域的学者等多领域人才不断涌入神经科学,带来了新的思路和方法,这是非常健康的发展趋势,也是他选择进入神经生物学领域的原因之一。
神经科学之所以充满潜力,是因为此前缺乏有效的研究工具,而如今,各种新技术不断涌现,使得研究者能够深入探索大脑的复杂机制。大脑拥有数十亿个细胞,细胞间的相互作用以毫秒级速度进行,目前的技术还无法实时捕捉这些过程,例如,现在通过仪器观察人类思考“苹果”的过程,需要15分钟才能定位相关脑区,而他们的目标是将这一时间缩短六个数量级,这一过程中必将诞生多个诺贝尔奖。卡佩奇认为,神经科学将在很长一段时间内保持活力,因为其复杂性远超其他领域,而人类对大脑的认知依然非常有限。
从政治学到分子生物学的转变
在攻读博士之前的经历,尤其是大学期间的专业选择和科研兴趣的起源?
卡佩奇表示,他本科初期是政治学专业,但学习一段时间后,发现政治学缺乏像物理学那样的“科学性”,于是转而专注于科学,最终选择了分子生物学。
他就读于安提阿学院(Antioch College),该校采用“工读交替”模式,学生每学习一个季度,就去相关领域工作一个季度。他曾在麻省理工学院(MIT)的亚历克斯·里奇(Alex Rich)实验室工作,当时分子生物学刚刚兴起,这段经历让他彻底放弃了物理学,全身心投入分子生物学领域,也让他感受到了科研的乐趣。
童年经历:二战时期的意大利街头生活
童年和青少年时期的成长经历?
卡佩奇的回忆回到了二战时期的意大利,他在意大利的街头长大,前五年几乎以“偷窃”为生,靠自己寻找食物生存。
这段经历发生在二战期间,何时来到美国,如何完成教育?
卡佩奇介绍,他的母亲是一位诗人,曾在法国巴黎索邦大学接受教育,二战期间因散发反对纳粹和法西斯的传单,被盖世太保逮捕并送往达豪集中营。在被逮捕前,母亲意识到自己的处境危险,认为卡佩奇独自生活比和自己在一起更安全,于是将他安置在一个农场,并留下了一些资金供他生活。但这些资金很快耗尽,卡佩奇从此开始了街头生活。
母亲在1945年从达豪集中营被解放,之后花了将近两年时间寻找卡佩奇,因为他在街头不断辗转,没有固定的住所。找到卡佩奇后,母亲通过在美国的弟弟(卡佩奇的舅舅)获得了前往美国的资金,1946年,两人乘坐轮船抵达美国。
卡佩奇回忆,他们抵达美国后,首先在纽约的埃利斯岛停留,随后前往舅舅居住的一个公社,他的舅舅是一位物理学家,生活在公社中。抵达美国的第二天,他就被送去上学,当时他已经9岁,从未接受过正规教育,也完全不懂英语。
美国的适应与教育历程
对乘船前往美国的记忆,以及学习英语、适应美国生活的过程?
卡佩奇表示,横渡大西洋的航行花了两周时间,船上大多是难民,在此之前,他在九年里只吃过一次热饭,抵达美国后,生活发生了巨大的变化,从无依无靠的街头儿童,变成了有65人共同关心的公社成员。他坦言,自己当时就像一个“野人”,不懂如何与人相处,甚至不知道金钱的用途,第一次去商店用金钱购买东西时,店员甚至报了警。在他的认知里,生存的核心只有食物和住所,没有其他多余的需求。
关于英语学习,卡佩奇表示,舅舅一家不允许他说意大利语,认为这样能让他更快掌握英语,而他仅用了三到四周时间就学会了说和读英语。进入学校后,他被安排在三年级,一位优秀的老师给予了他极大的帮助,老师给了他一卷很长的牛皮纸,让他画壁画,通过这种方式,他在无需刻意学习语言的情况下,逐渐掌握了英语,也慢慢适应了学校生活。
卡佩奇表示,他在最初的学校里,教育更多是“被强迫的”,学校里有很多来自军人家庭的顽皮孩子,没有人鼓励学生学习,大家也不认为学习是一件有意义的事情。后来,他转入一所贵格会预备学校,这里的氛围完全不同,学术氛围浓厚,为他进入大学打下了坚实的基础。在高中时期,他非常擅长体育运动,尤其是摔跤,甚至有机会获得体育奖学金,但他最终选择了一所没有体育项目的大学,决心专注于学术,并在大学期间迅速成长,能够轻松与来自纽约顶尖高中的优秀学生竞争。
童年经历对科研风格的影响
早年生活充满了不可控因素——与母亲分离、街头求生、突然移民美国、被迫适应新环境,这些经历是否影响了科研风格?
卡佩奇给予了肯定回答,他认为,公社生活对他的转变至关重要,65位公社成员的关心和帮助,让他从一个“野性”的孩子,逐渐适应了社会生活。其理念——“金钱无关紧要,服务和教育才是最重要的”,也对他产生了深远影响,公社为孩子们提供了丰富的活动,让他接触到了艺术、科学等各种领域,拓宽了视野。
此外,他的舅舅作为物理学家,参与了第一台量子力学显微镜的研发,这种科学背景也潜移默化地影响了他,让他对科学产生了兴趣。卡佩奇表示,童年的街头生活让他学会了观察、耐心和适应,这些能力也迁移到了科研中,他善于观察实验中的细节,耐心等待实验结果,愿意不断适应新的研究领域,这些都是他科研成功的重要因素。
童年街头生活的细节与生存智慧
卡佩奇表示,那段生活的核心只有“生存”,他常常几天没有食物,身体逐渐适应了这种状态,即使现在,他也能连续五天不进食而不觉得饥饿。为了生存,他有时会与他人合作,有时则独自行动,两人合作时,一人负责分散注意力,另一人负责获取食物,效率更高。
他坦言当时获取食物的唯一方式就是偷窃,因为战争期间,每个人都自身难保,没有人会主动给予他食物,他也从未想过乞讨,因为那是“浪费时间”。为了成功偷窃,他必须仔细观察周围的环境和人们的行为,找到合适的机会,这种敏锐的观察力,也成为他后来科研中“观察实验现象”的重要能力。
童年的经历是否让他变得非常敏锐,善于观察他人行为?
卡佩奇表示,确实如此,这种观察力一直延续到现在,他在科研中非常注重视觉观察,善于发现实验中细微的异常。他认为,街头生活教会他的“耐心、专注和适应能力”,本质上是达尔文式的生存法则,只有善于观察、耐心等待、灵活适应的人,才能生存下来,而这种能力,也让他在科研中能够坚持高风险的研究,不急于求成,逐步探索真相。
对战争与分离的记忆
童年时期是否理解战争的意义,是否明白母亲为何要分离?
卡佩奇表示,他当时已经懂德语和意大利语,当盖世太保来逮捕母亲时,他听懂了他们的对话,知道母亲要被送往集中营,也知道自己可能很长一段时间都见不到母亲,甚至可能永远见不到。
他的最早记忆,就是母亲被带走的场景——他清楚地记得当时的农场,多年后,这一场景被刊登在报纸上,他认出了农场的房子,甚至回到了那里,见到了当时照顾他的家庭,对方还保存着母亲当年留下的文件和肖像,这些都成为他珍贵的回忆。
街头生活是否充满恐惧?
卡佩奇表示,他并没有感到恐惧,因为所有的注意力都集中在“获取食物”上。他熟悉各个农场的位置、鸡舍的地点,知道如何偷窃鸡蛋和蔬菜水果,也知道如何躲避农场主的狗;在城镇里,他则瞄准街头小贩和小商店,寻找获取食物的机会。为了避免被人认出,他每10到12天就会转移到一个新的村庄或城镇,不断向南移动,这也是母亲花了两年时间才找到他的原因。
家庭与个人生活
抵达美国时,战争是否已经结束,以及母亲是否也一同留在美国?
卡佩奇表示,母亲1945年被解放,1946年找到他,随后两人前往美国,但母亲因在达豪集中营遭受的创伤,始终未能精神康复,无法照顾他,因此,他主要由舅舅照顾,母亲则没有留在美国。
他曾多次试图让母亲讲述集中营的经历,但母亲始终不愿多谈,只偶尔透露零星的细节。关于父母的关系,卡佩奇介绍,父母从未结婚,父亲是意大利人,性格自私,并不值得尊敬,母亲当年没有与他结婚,是一个非常明智的决定。
谈及抵达美国后的感受,卡佩奇表示,那段时间非常快乐,他的绰号是“Cheerio”(意为“欢呼”),因为他总是面带微笑。在美国,他第一次感受到了“物质充足”,甚至因为习惯了街头偷窃,深夜会起床从冰箱里拿食物,直到舅舅告诉他“不需要偷窃,想吃什么就可以拿什么”,他才逐渐改变了这一习惯。
关于童年时期最渴望的食物,卡佩奇表示,当时能找到的食物主要是蔬菜水果和鸡蛋,鸡蛋相对稀有,需要冒险进入鸡舍获取,还要躲避狗的攻击;冬天食物匮乏时,就只能从商店里偷窃可以直接食用的食物。他还提到,自己童年时期唯一一次吃到的热饭是南瓜意式馄饨,这是他从4岁到9岁期间唯一的一次“幸福的饮食记忆”。
如今,卡佩奇对饮食非常讲究,并且是一个“病理性的运动爱好者”,每天锻炼4小时,包括跑步、心血管训练和举重,每天只吃两餐(早餐和晚餐),饮食以有机食物为主,很少吃肉,避免摄入过多糖分和面食。他认为,运动对大脑非常重要,充足的氧气供应能让大脑保持活跃,这也是他能够长期坚持科研工作的重要原因。
科研理念与实验室管理
卡佩奇表示,童年的街头生活让他养成了“自给自足”的习惯,这种习惯也体现在科研中,他的实验室尽量自己完成所有实验操作,例如组织切片,因为他们会比病理学家更仔细地观察切片,确保实验结果的准确性。他不喜欢依赖大型仪器或外部机构,更愿意自己掌握实验技术,因为这样可以更好地控制实验过程,避免受到技术限制。
他提到自己当年从物理学转向分子生物学,就是因为物理学需要越来越大的仪器和团队,而他更希望能“用自己的双手做实验”,不依赖大型设备获取数据。这种对“亲手操作”的偏好,也影响了他的实验室管理风格,他鼓励实验室成员掌握多种实验技术,自主完成实验,培养独立解决问题的能力。
科研文化的变迁与领域差异
在职业生涯中,美国的生物学和学术界的科研文化是否发生了巨大变化?
卡佩奇表示,科研环境一直很艰难,但不同领域的科研文化存在差异——例如,发育生物学领域的氛围比癌症生物学更开放、更具好奇心,他认为,这在很大程度上是因为女性在发育生物学领域中占据主导地位,从领域诞生之初就发挥了重要作用,进而影响了整个领域的文化。
一个领域的科研文化,很大程度上由该领域的顶尖学者决定,如果顶尖学者性格温和、乐于分享,那么该领域的氛围就会更开放;如果顶尖学者性格强硬、充满竞争意识,那么该领域的氛围就会更“ hostile”(充满敌意)。不同领域有不同的特点,有优点也有缺点,有些领域更注重“ hustle”(忙碌、竞争),有些领域则更注重合作与探索。
对年轻科学家的建议
如何建议年轻的博士生或有志于科研的人选择研究领域?
卡佩奇表示,最核心的建议是“选择自己真正热爱的领域”——激情是科研的核心动力,没有人能给予你激情,必须源于自身。人们选择科研领域的原因各不相同,可能是因为家人患有某种疾病,也可能是单纯对某个问题充满好奇,但只有真正热爱,才能在科研中坚持下去。
科学本质上是一项个人事业,核心是“人”,而不是项目。如果一个人对自己的研究没有发自内心的热爱,就很难在科研中取得成就——因为科研中的灵感可能在任何时候出现,只有始终思考研究问题,才能捕捉到这些灵感。他坦言,自己即使在休息时,也会思考实验,甚至会梦到实验,这种全身心的投入,是科研成功的关键。
何时有孩子?
卡佩奇表示,他在30多岁时有了一个女儿,女儿最初曾考虑进入科学领域,但后来主修艺术,现在专注于艺术事业。他认为,艺术比科学更艰难,科学有明确的评判标准,实验结果可重复、可验证,而艺术的评判标准是主观的,没有固定的边界,想要在艺术领域获得认可,难度更大。
如果没有进入科研领域,会选择什么职业?
卡佩奇笑着表示,他会成为一名摔跤教练,他当年擅长摔跤,甚至有机会获得多所大学的体育奖学金,摔跤是他童年和青年时期的重要热爱。
当前学术环境的挑战与反思
与当年进入学术界相比,如今年轻科学家进入学术界、留在学术界的风险和收益有何变化?
卡佩奇表示,如今的学术环境比当年更艰难,一篇论文的重要性被抬到了极高的程度,而且“补充数据”的要求越来越繁琐,导致一篇论文的篇幅无限延长,研究者需要花费大量时间准备补充数据,却没有时间学习新的知识、探索新的问题,这对年轻科学家的成长非常不利。
现在的博士生往往只能专注于一两篇论文,甚至在博士后阶段,依然在做与博士阶段相同的工作,缺乏多元化的学术体验。他建议所有博士生在博士后阶段,选择一个完全不同的研究领域,学习新的技术和思路,拓宽自己的视野——视野越开阔,思维就越开放,就越容易产生新的想法。
关于同行评审制度,卡佩奇认为这是目前最可行的制度,虽然存在滥用的情况(例如,评审者因个人利益提出不合理的批评),但相比其他制度(如执行委员会评审),同行评审依然是最公平、最有效的。他强调,批评对科学至关重要,如果一篇论文只得到“完美”的评价,研究者就无法学到任何东西;只有得到尖锐的批评,才能发现问题、改进研究,因此,他非常欢迎同行的批评和建议。
他还提到,美国的科研资助体系有一个优点,它不是“金字塔结构”,不是由一个顶尖机构或个人控制所有资金,每个研究者都有机会提交资助申请,获得资金后可以自主开展研究,这是美国科研的独特优势,也是很多其他国家无法比拟的。但他也指出,当前的资助体系过于保守,缺乏对高风险研究的支持,评审者往往要求研究者在获得资助前,就证明研究的可行性,这是一种“鸡生蛋、蛋生鸡”的困境,没有资金,就无法开展实验;无法开展实验,就无法证明可行性。
未来科研展望与最终寄语
对未来几年的科研最期待的是什么,尤其是在焦虑症和强迫症的神经生物学研究方面,未来3-4年可能会有哪些突破?
卡佩奇表示,他希望在未来几年内,能够完整描绘出“小胶质细胞—神经元—行为”的神经回路,弄清楚小胶质细胞与神经元之间的通信机制,以及这一回路如何调控焦虑和强迫行为。
他们目前已经能够通过光遗传学技术诱导小鼠的焦虑和强迫行为,并观察到小胶质细胞的反应;同时,也能通过调控行为,观察到小胶质细胞的变化,接下来的核心任务就是填补这两者之间的“中间环节”。此外,他们还发现,在大脑的不同区域(如前额叶皮层、背内侧纹状体等),小胶质细胞调控的行为输出不同,在某些区域激活小胶质细胞会引发梳理行为,在另一些区域则会引发焦虑,在有些区域则会同时引发两种行为,他们需要进一步研究不同脑区的神经回路差异,以及不同神经元在其中的作用。
关于两种小胶质细胞的差异,卡佩奇表示,他们目前只找到了其中一种群体的特异性标记物,尚未找到另一种群体的标记物,也不清楚调控其功能的基因。他推测,这种基因可能具有多效性(一种基因调控多种功能),在其他细胞中也发挥作用,因此难以找到特异性标记物。但他相信,随着研究的深入,他们将能够明确两种群体的分子差异,以及它们调控行为的具体机制。
卡佩奇表示,科研中最让他兴奋的,就是“意外发现”,当实验结果超出预期,当他意识到“自然的运作方式与自己的推测完全不同”时,那种顿悟的感觉,是任何其他事情都无法替代的。当年研发基因敲除技术时,他推测同源重组机制可以在体细胞中发挥作用,当实验证实这一推测时,那种兴奋感,成为他继续前行的动力。
是否还招收博士生?卡佩奇给予了肯定回答,并分享了一段往事,他本科时,曾询问一位教授“如果是你,会选择哪所学校深造”,当时只有MIT、加州理工和哈佛三个选择,教授对他说“你要是疯了才会去其他地方”,这句话说服了他,也影响了他后来的科研选择。
关于对博士生和博士后的指导差异,卡佩奇表示,他会自己承担最具风险的研究,将风险稍低的研究交给博士生;而博士后因为需要考虑未来的职业发展,往往不愿承担高风险研究,因此他会为博士后安排相对稳妥的研究项目。他认为,博士后的核心任务是为“独立运行实验室”做准备,而判断博士后是否准备就绪的标准,就是他们是否敢于与他争论、提出不同的观点,这种质疑精神,是独立科研的重要能力。
他还强调,失败是科研的常态,甚至比成功更有价值,从失败中学习的东西,比从成功中学习的更多。他会教导学生,不仅要接受失败,还要通过完善的对照实验,弄清楚失败的原因,进而调整实验方案,直到成功。他常对学生说“如果自然能做到,我们就一定能做到”,这种信念,支撑着他和他的团队克服了无数困难。
关于运行实验室所需的核心技能,卡佩奇认为,除了智力和实验能力,沟通能力(演讲、写作)和与人合作的能力也至关重要——科学是一项“人的事业”,无法独自完成。但他也指出,目前的学术训练中,往往忽视了这些技能的培养,研究者被默认“通过耳濡目染掌握这些能力”,这是一个很大的不足。他建议年轻科学家,要主动培养沟通能力,学会清晰地表达自己的研究成果,敢于在公众面前演讲,同时要学会与团队成员合作,发挥协同效应。
在访谈的最后,卡佩奇分享了自己对科学的看法。他表示,如今有些人在公众面前贬低科学,但科学不仅解决了很多问题,也将是未来解决全球性挑战(如全球变暖)的关键,全球变暖的解决,离不开科学家研发的新技术,虽然这需要大量的资金投入,但从长远来看,现在的投入是微不足道的,拖延只会让问题更加严重,成本更加高昂。
他强调,人类对科学的依赖,比以往任何时候都更强烈,科学本身没有好坏之分,关键在于如何利用科学成果,科学的使命是探索真相,无论真相是什么,都值得被发现,而滥用科学的责任,不在于科学本身,而在于人类。他鼓励更多年轻人进入科学领域,即使道路艰难,但科学探索的过程本身充满乐趣,“人们付钱让我们做自己热爱的事情,这是无与伦比的”。他最后表示,虽然科研之路充满挑战,但只要坚持下去,就能做出有意义的贡献,改变世界。
【观点分析】
本次访谈围绕Mario Capecchi的科研生涯、研究成果、童年经历及科研理念展开,其核心观点既包含与主流科学共识一致的内容,也存在部分需结合科学怀疑论视角审视的主张,同时还折射出当前学术体系的普遍困境,具体分析如下:
一、与主流科学共识一致的核心观点
1. 科研中“风险与创新”的辩证关系:卡佩奇强调“高风险研究是重大突破的前提”,这与主流科学共识高度一致。科学发展史表明,从基因编辑到神经科学的重大突破,均源于研究者对“不可能”的挑战——例如,他研发的基因敲除技术,最初被认为“无法实现”,最终成为分子生物学的核心技术,这印证了“风险与回报成正比”的科研规律,也符合主流科学界对“基础研究需要长期投入、包容失败”的认知。
2. 技术驱动科研进步:卡佩奇将自身研究的突破归因于新技术的应用(如光遗传学在小胶质细胞中的创新应用),这与主流观点“技术革新是科研突破的核心驱动力”相契合。当前神经科学的快速发展,正是得益于光遗传学、单细胞测序等新技术的出现,而卡佩奇“以技术为导向”的科研思路,符合现代生物学“技术与理论相互促进”的发展模式。
3. 小胶质细胞的功能多样性:卡佩奇提出“小胶质细胞存在两种功能相反的群体”,这一发现虽最初遭遇阻力,但与近年来主流研究趋势一致。近年来,越来越多的研究证实,小胶质细胞并非单一的“免疫细胞”,而是具有异质性,不同亚群在神经发育、神经疾病中发挥不同作用,卡佩奇的研究进一步丰富了小胶质细胞异质性的认知,与主流神经科学的研究方向相契合。
4. 同行评审的必要性:卡佩奇认为“同行评审是目前最可行的科研评价制度”,这与全球学术界的共识一致。同行评审作为科学成果筛选、纠错的核心机制,虽然存在缺陷,但能有效避免伪科学、低质量研究的传播,确保科研成果的可靠性,其核心价值得到了主流科学界的普遍认可。
二、需审慎审视的观点与潜在逻辑漏洞
1. “每10年更换研究领域”的普适性存疑:卡佩奇将自身的科研成功部分归因于“每10年彻底更换研究领域”,并认为这是一种“ rejuvenating(焕新)”的方式。但从科学研究的规律来看,这种模式并不具有普适性——现代科学的专业化程度极高,神经生物学、分子生物学等领域的知识壁垒越来越高,研究者需要长期积累才能形成核心竞争力,频繁更换领域可能导致研究不够深入,难以取得重大突破。卡佩奇的成功,更多源于其深厚的基础科研能力(如基因编辑技术的积累)和跨领域的思维优势,而非“更换领域”本身,若盲目模仿,可能对年轻科学家的职业生涯造成负面影响。
2. 小胶质细胞与行为调控的“因果关系”需进一步验证:卡佩奇通过光遗传学激活小胶质细胞,观察到小鼠的焦虑和强迫行为变化,进而提出“小胶质细胞调控这些行为”的观点。但这一研究存在潜在的逻辑漏洞——光遗传学技术在激活小胶质细胞的同时,可能间接影响周围的神经元或其他细胞,无法完全排除“间接效应”的干扰,因此“小胶质细胞直接调控行为”的因果关系,仍需更多对照实验(如特异性敲除小胶质细胞某一功能基因)来验证。此外,小鼠模型的研究结果,能否直接迁移到人类(人类焦虑症、强迫症的发病机制更复杂,受遗传、环境等多种因素影响),也需要进一步的临床研究支持。
3. 对“美国科研资助体系”的评价存在片面性:卡佩奇认为美国的科研资助体系“非金字塔结构,更具公平性”,这一观点存在片面性。事实上,美国的科研资助体系存在明显的“马太效应”——知名学者、顶尖实验室更容易获得NIH资助,而年轻学者、高风险研究的资助率极低;同时,资助评审中“论文导向”的倾向,也导致研究者被迫规避风险,专注于短期成果,这与卡佩奇自身“被拒绝资助”的经历形成呼应,也说明其对体系的评价,可能受到自身成功经历的影响,未能全面反映体系的弊端。
4. “童年经历与科研风格”的关联性缺乏实证支持:卡佩奇将自身的“观察力、耐心、适应能力”归因于童年的街头生活,这种关联性更多是个人经验的总结,缺乏实证支持。科研风格的形成,受教育背景、导师影响、个人性格等多种因素的综合作用,童年经历可能是其中的一个因素,但无法直接认定为“决定性因素”,过度强调这一关联,可能陷入“经验主义”的误区。
三、观点的适用边界与潜在风险
1. 科研风险承担的适用边界:卡佩奇“坚持高风险研究”的理念,仅适用于“具备深厚基础、拥有一定资源(如终身教职、自有资金)”的研究者。对于年轻科学家(如无终身教职的助理教授、博士生)而言,过度承担高风险研究,可能导致无法发表论文、无法获得资助,进而影响职业生涯,因此,风险承担需要结合自身的资源和处境,不能盲目模仿。
2. 小鼠模型研究的局限性:卡佩奇的神经生物学研究主要基于小鼠模型,其结论的适用边界仅限于“动物实验”,不能直接推广到人类。人类的神经精神障碍(如焦虑症、强迫症)是多因素共同作用的结果,涉及基因、环境、心理等多个层面,而小鼠模型无法完全模拟人类的复杂生理和心理状态,若将动物实验结果直接应用于临床,可能存在安全风险和效果偏差。
3. “自给自足”实验室模式的潜在风险:卡佩奇主张实验室“自主完成所有实验操作”,这种模式虽然能保证实验的细致性,但在现代科研中,存在效率低下、资源浪费的风险。随着科研技术的专业化,很多实验(如高通量测序、复杂成像)需要专业的平台和技术人员,自主完成不仅会增加实验成本,还可能影响实验结果的准确性,因此,“自给自足”应与“合作共享”相结合,而非绝对化。
四、总结
Mario Capecchi的访谈,不仅展现了一位诺奖得主的科研历程和学术理念,也折射出当代科研领域的机遇与困境。其核心贡献——基因敲除技术,彻底改变了分子生物学和遗传学的研究方式,而他对神经生物学的探索,也为焦虑症、强迫症的研究提供了新的视角。从科学怀疑论的角度来看,他的观点既有符合主流科学共识、具有启发性的部分,也存在需要进一步验证、具有片面性的内容。
总体而言,卡佩奇的科研理念——“保持好奇心、勇于承担风险、注重技术创新、享受科研过程”,对年轻科学家具有重要的借鉴意义,但需结合自身实际,理性看待其“领域切换”“自给自足”等个性化做法,避免盲目模仿。同时,他对科研资助体系、学术评价制度的反思,也反映了全球学术界的共同困境,值得科研管理部门和研究者共同思考,如何构建更包容、更支持创新的科研环境,让更多高风险、高回报的研究得以开展。
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D:2026.03.15
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