本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在深思熟虑的动物总部,我们正在启动一个新的系列,对正在或已经进行各种动物研究的人进行七个问题的采访——生物医学、行为学、认知等等。您是否对动物研究是如何进行的,或者为什么动物研究如此重要感兴趣?您是否认为自己将来可能想做一些动物研究?这个采访系列就是为您准备的。
我已邀请朋友、科学伙伴和值得信赖的顾问博拉·齐夫科维奇(推特,博客)担任我们的首位受访者。除了他在Scienceblogs上广泛撰写博客,涵盖的主题从生物学和昼夜节律到科学传播、新闻、媒体和博客,他还担任PLoS ONE的社区经理。他还是科学在线会议的组织者,以及开放实验室系列的系列编辑,该系列精选了博客上最好的科学写作。
以传统的博拉风格,这次采访很长,但我发现它非常有趣,而且一些主题非常重要,所以我没有对其进行删减。
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
跳过折叠部分,开始享受采访吧!
首先,您能向我的读者介绍一下您自己吗?您能告诉我们一些关于您的学术和/或科学职业轨迹吗?
我在南斯拉夫(现在的塞尔维亚)的贝尔格莱德长大,那时它是一个灰色、肮脏、污染严重的城市(现在好多了),有两百万人口,周围唯一的物种很容易辨认:鸽子、家麻雀、乌鸦、老鼠、流浪狗、流浪猫、家蝇、蚊子和蟑螂。然而,我一直热爱动物。我尽可能地去动物园,去每一个来访的马戏团,还骑马。我在乡下度过夏天,但我家里没有人有自然主义的专业知识,我也没有书或野外指南,所以我从未学会如何在野外识别各种小动物——那只是一只鸟或一只蜥蜴或一只昆虫,仅此而已,没有更多细节。
我很快就喜欢上了生物学,阅读我能找到的一切——一本稀有的书,一篇偶尔的杂志文章。那是网络出现之前的几十年!认识到当时在那里从事基础生物学职业的机会不多,我转而进入兽医学院。并继续骑马和训练马匹,目标是成为一名马科兽医。
1990年代的巴尔干战争把我带到了美国。最初的两年,我在北卡罗来纳州的一个马场工作,在那里我有机会与许多兽医交谈,并观察到两国在这个职业上的差异。与此同时,我终于有机会找到并阅读我一直想读的数百本书,从斯蒂芬·杰伊·古尔德到理查德·道金斯以及介于两者之间的一切。
我对生物学的旧爱重新燃起,并且意识到在美国,人们可以从事基础科学,而兽医不像在老家那样光荣,我决定改变我的重点。在北卡罗来纳州立大学兽医学院被告知我必须从头开始(我在贝尔格莱德几乎要毕业了)只是加强了这一决定。我的GRE和托福成绩都非常好,但我只申请了三所当地学校(北卡罗来纳州立大学、北卡罗来纳大学和杜克大学),因为带着一个新生儿搬出这个地区会很困难。
一年后,我发现自己是北卡罗来纳州立大学动物学系(现在的生物学系)的硕士研究生。那一年,北卡罗来纳大学生物学系(规模小得多)没有招收任何新的研究生。杜克大学的录取率不到10%,我的成绩单让他们感到困惑,所以他们决定不在我身上冒险。
我通过自费选修两门研究生课程进入了北卡罗来纳州立大学——约翰·范登伯格博士的行为内分泌学和赫伯特·安德伍德博士的生物钟。我在这两门课程中都取得了优异的成绩,他们有机会了解我是谁,这使得我很容易被研究生院录取。我完全被生物钟课程迷住了——这个领域是我在课程目录中搜索要选修的课程时才听说的——所以在学期末,我问安德伍德博士是否愿意接受我作为他的研究生。
您可以在这里阅读更多关于我的马术生涯的信息,以及在这里阅读更多关于我的生物学/科学轨迹的早期历史。
您提到了兽医学作为一种职业,在美国和国内(在贝尔格莱德)之间的一些重要差异,这些差异使您选择了基础科学。您能详细说明一下吗?
我个人一直更喜欢基础科学而不是应用科学。但在1980年代的南斯拉夫,人们在基础科学方面无能为力——大学里做了一点,研究机构里做了一点,但资金、基础设施或支持却少得可怜。而且选择项目的自由也不多。没有试管和试剂,人们坐在实验室里喝咖啡和闲聊(我听说今天情况好多了)。另一方面,对于热爱动物的人来说,当兽医很有趣。特别是如果我要成为该国为数不多的运动马科专家之一,我将过上不错的生活,受到人们的极大尊重,并且通常会过上有趣、智力和体力都具有挑战性且美好的生活。
在美国,兽医学竞争非常激烈。拥有文凭,一个人在全国范围内居住和工作地点的选择不多。开设诊所需要相当多的资金。而且诉讼文化迫使人们实行防御性医疗,而不是治疗动物的艺术。另一方面,即使在经济危机和博士过剩的情况下,美国仍然是地球上从事基础科学的最佳地点——这里拥有一定程度的智力自由、可用的基础设施水平,并且总体而言,基于精英管理的系统远高于任何其他国家,特别是与小型的前社会主义国家相比。
有些人决定他们想与动物一起工作,然后找到他们喜欢的特定研究项目。另一些人对特定的经验问题感兴趣,并发现动物研究是解决该问题的最佳方法之一。您为什么决定参与动物研究?
这根本不是一个有意识的决定。这只是当时世界的运作方式!让我解释一下……
我来自兽医学院的背景。我深厚的生理学背景以及与动物打交道的经验,都是我被该项目录取的重要优势,尤其是因为没有人能弄清楚来自完全不同教育系统的成绩单意味着什么。
当我于1994年加入该系时,分子生物学是在其他地方进行的——在遗传学系或生物化学系或微生物学系。我们系里的每个人都与动物一起工作。那是一种“当然”的事情——当时只有一两位教员经常跑凝胶。该系的内部划分是在户外与动物一起工作的人(生态学家)和在实验室里与动物一起工作的人(生理学家)之间。少数人两者都做:一位生态学家偶尔会将动物带到实验室进行行为实验,需要了解它们在野外做什么,一位生理学家会将他的一些动物放在自然或半自然的围栏中,以测试他的一些假设,对于这些假设,纯粹的实验室测试可能会产生误导。研究鱼类的人员通常也做实验室和野外工作。
当然,许多实验室在进行纯粹的动物工作的同时,也进行了大量的组织培养、细胞培养和激素测定研究。动物既是研究的主体,也是研究的对象,而不仅仅是DNA样本的来源。该系的人员直接与他们自己的动物一起工作,并亲自照顾它们。由于研究了许多不同的物种,那些PI(及其学生和技术人员)也是他们动物饲养的世界专家,并且不会冒险让他们的动物因一些遥远的动物设施中不露面的技术人员而感到压力。只有一些在我们的部门很少使用的小鼠和大鼠可以委托给外人,因为它们有明确的饲养方法。其他所有物种(尤其是像毒蛇这样的东西!)最好由实验室自己饲养,以确保它们得到最好和最适当的照顾。
我的兴趣在于进化,但我的背景和优势在于生理学,因此在研究生院从事生理学研究(同时可能从进化的角度思考数据)对我来说是一个合理的计划。昼夜节律领域令人兴奋,日本鹌鹑(安德伍德实验室使用的鸟类物种)是一种很少使用且引人入胜的动物模型,用于研究某些特定方面,这些方面(或者在当时)在哺乳动物中很难或不可能做到。因此,在第一天,我开始学习如何照顾鹌鹑以及如何与它们一起工作。我当时从未想到有一种方法可以在不与动物一起工作的情况下研究生物学——那有什么意义呢?
您还需要回顾历史。在1994年,该领域了解了少数原生生物(眼虫,假单胞菌)的周期突变体,但没有分子表征。我们知道仓鼠的tau突变体,但在很久以后才知道问题基因是什么。当时已知的唯一两个与昼夜节律相关的基因是果蝇中的period和粗糙脉孢菌中的frequency。那是分子时间生物学的史前史,当时可用的技术无法做太多事情,大多数昼夜节律实验室(包括我们的实验室)都没有配备以任何方式研究基因的能力:没有技术,没有经验,没有设备,坦率地说,也没有兴趣。
在1995年,也就是我研究一年后,第二个果蝇时钟基因Timeless被发现,第一个哺乳动物时钟基因Clock也被发现。随后,在许多物种中发现了许多其他基因,包括动物中的cryptochrome,bmal和doubletime,真菌中的wc,植物中的toc和蓝细菌中的kai。许多早期研究都很粗糙,并且由于对基因发现感到兴奋,而忽略了对时钟工作方式的现有理解,过度简化了这些基因的作用,以至于完全错误。这些发现的兴奋将其他领域的人们带入了时间生物学,他们的最初几篇论文往往由于对该领域的无知而包含实验设计和数据解释方面的初学者错误。对新的闪亮物体,即左右快速发现的基因感到过于兴奋,而对它们如何融入整个系统没有足够的理解。这变成了一种潮流,我没有兴趣加入其中。我更感兴趣的是作为“鹌鹑专家”而闻名和受到尊重,他在多个不同的组织水平(其中分子水平可能是一个)上进行扎实的工作,将生态和进化思维融入生理工作,并且不犯新手错误,而不是成为成千上万研究period如何与timeless相互作用的无聊且几乎无关紧要的细节的人之一。这是我的偏见,我的个性,也是我进入该领域时的时代精神。世界已经改变了……
在您的动物研究过程中,您参与过的最有趣或最具挑战性的项目有哪些?
美国对我来说是全新的。研究生院对我来说是全新的。基础科学对我来说是全新的。当我在1994年加入安德伍德实验室时,我不知道会发生什么。有些事情我几年后才了解到……
例如,我不知道在安德伍德实验室待不到一年的人有一个很长的名单。安德伍德博士正在挑选自学者。一开始,他会给您一份拨款副本(以便您了解您和其他人的工作内容),一小叠实验室以前的论文(以了解背景知识),以及一项要做的实验。显然,很多人不明白他们应该实际做这项工作。安德伍德博士可能会每年温和地问他们几次是否有任何数据可以展示。如果到年底还没有,那么他们在实验室的存在就结束了。
我很高兴直接投入研究。我阅读了该领域的文献,一直追溯到19世纪——可能直到1995年左右的每一篇论文,当时分子领域爆发,产生了太多(最初大多是粗制滥造的,直到人们学会)论文,以至于无法跟上。我也从未过多关注该领域的医学方面或几乎任何关于人类的研究。但我阅读了关于日本鹌鹑、鸟类行为、激素和进化理论以及其他相关主题的非昼夜节律论文。
我照顾鹌鹑,每天探望它们,每周下载一次数据并将其展示给老板。几个月后,我开始对我认为数据意味着什么提出自己的看法。又过了几个月,我开始建议我们稍微更改实验方案,以便更好地捕捉到我们目前在数据中看到的内容(“好的,从现在开始就这样做”)。我开始建议进行额外的实验(“好的,做吧”),我们开始在白板上进行有趣的讨论。赫伯特·安德伍德是一个严肃的人(并且留着一把大胡子,遮住了面部表情),所以至少在第一年左右,我无法从他那里感受到他对我的工作是否满意。因此,我更加努力地工作,以防万一……我正在利用在美国的机会,选修双倍于预期的课程,包括恐龙骨学、禽类生物技术技术和科学史课程。所有这些都发生在我第一个孩子还很小,第二个孩子刚出生的时候,我正在担任各种解剖学和生理学实验室的助教,我的妻子也在上学——我们在我和她的课程之间交换孩子,我大部分研究都是在晚上和周末进行的。
当时我不知道的另一件事是排名——我的PI、我的系和我的大学在国家或全球范围内处于什么地位。我稍后才了解了一些这些东西。1995年,当时的系主任对所有教员进行了引用分析——结果是安德伍德博士在顶层,其他几位还算中等,而其他所有人基本上都不算什么(我必须在此指出,该系在过去十五年中取得了令人难以置信的进步,为每个空缺职位聘请了杰出的年轻研究人员——今天和15年前的区别就像白天和黑夜。原因很难弄清楚,但当时的大学新校长玛丽安·福克斯虽然远非所有人喜爱,但她改变了北卡罗来纳州立大学的气氛——突然之间,每个人都失去了农业/技术州立学校的自卑感,开始将学校视为顶尖的研究机构,因此大胆地向顶尖研究人员提供职位,而不是“我们可以得到的任何人”。此外,W.M.凯克行为生物学中心的成立以积极的方式改变了该系的基调,鼓励每个人进行高水平的合作工作。)。
几年后,当我第一次参加会议时,参加了生物节律研究协会(SRBR)的会议,我对所有我读过论文的大人物感到敬畏,并且主要与其他研究生在一起。当然,第一个问题是“你的PI是谁?”“赫伯特·安德伍德”“哇!你真幸运!伟大的导师!”显然,直到那时我才知道,我的老板在该领域享有相当高的声誉。
当您做您的工作并发表您的论文,并且真的不知道它与其他人所做的工作相比如何时——在研究生生涯的开始阶段是可以理解的困惑——偶尔从其他人那里获得一些反馈是很好的。很久以后我才意识到,在不必经历多轮审查的情况下发表五篇论文是非常不寻常的。在那五篇论文中,我们只需要在一个手稿中更改一个词(将“biweekly”更改为“twice a week”)。我在我们的第一份手稿上看到的第一份评论是这样的:“正如安德伍德实验室所预期的那样,这项工作非常出色,写作清晰。讨论部分很长,但应保持原样,因为它对该领域的新来者来说是一个很好的综述”。这就是全部,整个评论!直到多年后,当我开始阅读科学博客上的恐怖故事时,我才知道这有多么罕见!
1998年,我完成了我的硕士论文答辩(也是我成为美国公民并投下第一票的那一年)。我的答辩持续了50分钟,观众中的一些人认为这是博士论文答辩——数据太多了。我从我的论文中获得了两篇长的第一作者论文,加上一篇关于我们在实验室一起完成的工作(不属于任何人的论文)和一篇综述。多年以后,当我开始写博客时,我重新审视了我的旧论文,并试图将它们从科学语言翻译成普通英语。我在这里总结了这篇综述,我的第一篇第一作者论文在这里,以及我们的集体论文在这里。我的第二篇第一作者论文产生了两个博客帖子——一篇直截了当的摘要在这里,以及从生态角度对相同数据的在这里的观察。后一篇帖子导致了多年后进行的更多研究——我最近在这里发布了这些结果的博客。
大约在那个时候,克里斯·斯蒂尔作为第二位博士生加入了我们的实验室。直到那时,我都是孤身一人——只有安德伍德博士和我自己。没有技术员,没有本科生,什么都没有——最后一位博士生、一位博士后和一位技术员在我到达实验室后不久就完成了工作并离开了。大约在同一时间,我们将我们的鹌鹑从城外的一个小屋搬到了校园内一个全新的动物设施。我不得不拆除我们的设备,拆除数百根电线,然后在新的实验室里重新组装和重新布线。此外,我还建造了十个新的箱子/笼子,包括所有的电线和其他相关的东西。在几个月的时间里,我成为了一名相当不错的木匠和电工。由于新大楼里有太多的电力,我们花了大约六个月的时间进行故障排除,才设法消除我们在无线电遥测系统中受到的所有干扰。
随着克里斯加入实验室以及容量的增加,我们的工作真正起飞了。克里斯和我成为了好朋友,在校内外都花了很多时间在一起。我们聘请了一些优秀的本科生来帮助研究(其中一些人现在正在大型研究机构中作为研究生在科学领域崭露头角——安德伍德博士的推荐信打开了很多扇门)。
在大约一年的时间里,在刚刚获得新的资助之后,克里斯和我一起做所有的事情,开始了无数新的实验,但还没有区分哪些实验将纳入谁的论文。在那一年年底,安德伍德博士要求我们分配一下。我们互相看了看。克里斯说“我研究雄性”,我说“我研究雌性”,就是这样。这实际上比您想象的更有意义——雄性用于研究大脑、松果体和眼睛中的时钟和褪黑激素,而没有任何循环的性类固醇激素将噪音引入数据。我使用雌性来观察这些类固醇激素对时钟有什么影响,卵巢本身是否有时钟,以及所有这些如何影响光周期现象(利用日长的变化来触发季节性事件)。因此,这种划分是合乎逻辑的。克里斯的工作又产生了三篇论文,其中一篇我是合著者。我在这里和在这里发布了关于他的两篇论文的博客。
我的博士论文应该包含一系列研究性类固醇对昼夜节律功能影响的实验。我做了,但我也最终做了四倍的工作——我关于光周期现象的硕士论文后续实验系列,一些实验的集合,这些实验在之前的研究中划了一些t,点了一些i,以及一系列实验,这些实验是突然出现在我脑海中的,并构成了一个非常有趣的故事
几年来,我一直痴迷于我自己的数据,对鹌鹑时钟文献倒背如流,非常熟悉另外两个不相关领域的文献,最重要的是多年来每天亲自照顾和观察我的动物,我做出了一些观察,并开始将2 + 2放在一起。我有一个预感,只是一个预感,但对我来说听起来似乎是合理的。没有钱去做,也没有初步数据来写拨款申请。更不用说这将严重分散我本应做的工作的注意力。所以我决定通过搭便车的方式得出初步数据,即我正在做的工作,从而不额外做任何IACUC(机构动物护理和使用委员会)会不高兴的事情。反正我都在繁殖和饲养鹌鹑——我可以计算它们的数量和称量它们的重量,而无需获得特别批准。我可以做我的常规实验,但从数据中提取额外的信息。与其只是观察它们,不如写下每一个行为实例,并对其进行统计。事实证明,我的预感是正确的。但我还不能告诉您任何关于它的信息,因为这些都没有发表,我仍然希望有一天能够发表。
在研究生院十年后,我感到精疲力竭,筋疲力尽。我的父亲、祖母和婆婆(我与她关系密切)相继去世。我变得抑郁。我停止做实验,正在写我的博士论文。每周我都会向老板展示我的进展,但每周展示的内容都越来越少。有一周,由于我在写作方面没有任何进展,我决定最终向他展示我的秘密、幕后、基于预感的数据——一份长达45分钟的PowerPoint演示文稿,充满了数据。他的眼睛睁大了,下巴掉下来了,他确保门是关着的,最后他说这才是我的博士论文,其他一切都属于附录。但即使这样也无法将我从抑郁症中拯救出来。在9/11事件后的布什国家生活令人沮丧。开始阅读政治博客令人沮丧。表现得像个男子汉,不承认自己有问题也无济于事。
并且对任何潜在的博士后职位都不感到兴奋也没有帮助。每个人都告诉我,我需要在分子实验室做博士后,学习这些技术,以便能够“推销自己”。但我对此并不太在意。我对动物行为感兴趣。也许获得一些新的神经科学技术将是一个更好的策略。埃里克·赫尔佐格正在我们系面试,如果他搬到这里就好了。在同一个系做博士后会很奇怪,但仅仅他的出现就会让我振作起来(如果您不认识埃里克,没有人不会因他的出现而振作起来),我们可以一起做一个实验,也许他可以帮助我激励自己完成博士论文。但他去了其他地方工作,搬家和建立实验室并开始工作需要一些时间,那对我来说就太晚了。迈克·尼塔巴赫(耶鲁大学)尚未涉足时间生物学——他的工作令人兴奋且处于前沿,如果他当时已经在该领域,我会尝试去那里做博士后。雷·西尔弗有一天来访,告诉我们,由于资金状况,她已经停止了她令人兴奋的鸟类工作,只专注于哺乳动物,也就是说,我不在乎的东西。我参观了伦敦帝国学院的罗素·福斯特实验室,但他正在结束关于鼹鼠的令人兴奋的工作,并将实验室转移到一些我发现不太有趣的超分子方向。
附近的一个癌症实验室开始涉足昼夜节律,我们一起写了一份拨款申请,其中包括一些关于鹌鹑时钟基因表达的初步研究。拨款没有获得资助,但我还是去了那个实验室(我们甚至没有电泳仪),并在那里进行了一系列实验,看看跑凝胶是什么感觉。我发现我真的不擅长使用移液器!我还了解到,尽管他们保证了,但我并不相信我自己的数据:步骤太多,盲目遵循试剂盒配方太多,太相信所有试剂都在做它们应该做的事情——而且数据完全显示了我的预期(而不是最近发表的其他几篇鹌鹑论文所显示的),这让我感到怀疑——这太好了,难以置信。整个过程让我不高兴。
最后,实验室中过度竞争的气氛真的令人反感。每个人都沉默寡言地工作,每天13个小时,每周六天或七天,变得像H.G.威尔斯《时间机器》中的埃洛伊人一样苍白。有一周,我参加了一个庞大实验室的昼夜节律小组的实验室会议,在星期五下午,会议在下午5点结束。一位博士后展示了一些数据,解释了凝胶上的条带是人为产生的,并提出了一种在不产生人为产生的情况下进行实验的方法。PI告诉他,在星期一早上第一件事就是给他看干净的数据。
什么?
没有人告诉我何时、何地以及如何做我的工作。我可能会选择在晚上、周末和节假日工作,因为当周围没有人时,我的工作效率最高(我非常善于社交和非常活跃,所以当有人在身边时,我喜欢聊天而不是工作),但这只是我的选择。我从未在安德伍德实验室(或北卡罗来纳州立大学动物学系的任何实验室)经历过这种态度。昼夜节律研究非常缓慢——一天,一个数据点——而且有起有伏。只要我在某些时候有一些数据进来(并且并行进行几个实验会有所帮助——至少在一个时间点可能有一个正在工作),数据雪崩会穿插在失败实验的干旱时期,我就没事。安德伍德博士从不设定最后期限,当然不是这么短的期限,当然也不是强迫我在周末违背自己意愿工作的期限。在安德伍德实验室,平衡工作和家庭始终被理解为对研究生心理健康(从而提高生产力)很重要,并使每个人都更快乐。在癌症实验室的这段经历当然没有让我的心情好转,也没有让我摆脱抑郁症。我期待博士后阶段是研究自主性提高而不是降低的阶段。显然,世界不是这样运作的,我才刚刚开始了解这一点。
所以我离开了科学界,转而成为一名科学博客作者。人们想知道,如果我完成了博士论文答辩,熬过了博士后,并在学术界找到了一份工作,那将会怎样。那些都是有趣的幻想。但我并不后悔这个决定。
在研究中使用动物(委婉地说)是相当有争议的。如果您感觉可以讨论这个问题,我们很想知道您对此问题的看法。
由于不再参与任何研究,我很容易讨论这个话题,而且我过去也这样做过——请参阅这篇博客文章,了解关于动物权利的讨论,以及这篇旧帖子,了解我对动物研究的看法和经验(两者也都链接到我关于该主题的其他一些帖子)。
分子生物学提出假设,动物研究处置假设。或者:分子生物学产生假设,动物研究检验假设。生物化学、分子生物学和细胞生物学发现了细胞中发现的分子运作方式的有趣细节。但是所有这些海量数据都只是假设,需要在整个生物体中进行测试。每个分子发现都表明,一个过程可能以某种方式在生物体中起作用。只有整个生物体的研究才能说明该过程是否真的在现实世界中以这种方式起作用。
在整个生物体中进行测试之前,来自培养皿或凝胶研究的数据都是化学。一旦在整个生物体中得到证实,这些数据就变成了生物学。为什么?因为生物学是一门研究生物体、它们对环境的适应以及这些适应的进化的科学。了解内部零件(包括一直到分子水平的所有零件)以及它们在培养皿中的工作方式仅在有助于回答生物体问题时才有用。同样的逻辑适用于与人类医学相关的生物学问题——生病的是人——尽管我个人对医学问题没有太大的兴趣。无论一个人对生物学的个人兴趣是什么,生物体研究都是必不可少的。
一群分子在一个细胞内以一种方式相互作用,使该细胞中的一切都以大约24小时的周期循环,这令人难以置信地着迷!但是早期的分子论文从单个细胞中的一群基因所做的事情到整个动物的节律性都做出了巨大的飞跃。对分子机制复杂性的日益了解,对重置细胞时钟的输入的更好理解,对细胞时钟定时各种事件的输出的更好理解,身体中的每个细胞都具有时钟的认识,以及对时钟细胞如何“交谈”的更好理解,逐渐大大改进了关于昼夜节律分子基础的文献,正是因为这些发现迫使人们的思维从单个细胞及其中的分子中转移出来,并提升到更高级别的过程,例如,时钟细胞如何在组织中作为整体工作,以及不同的组织和器官如何影响彼此的时间安排,以及外部环境如何影响昼夜节律系统,以及这样的系统如何进化为一种适应。这又将我们带到了生物体的层面,以及在整个动物中研究该系统的必要性。
在研究生物节律时,重要的是要理解分子参与者的身份(序列)并非那么重要。 蓝藻、植物、真菌、动物——它们都使用完全不同的分子来驱动细胞和生物体的节律性,这意味着独立的起源和进化,但功能相同。重要的是研究它们运作的规则,这些规则通常最好通过数学模型来理解,
例如,相位-响应曲线、极限环等。环境线索(例如,光)如何重置生物钟?这如何影响组织中时钟细胞之间的同步?这又如何影响器官和器官系统之间的同步,从而产生连贯的生化、生理或行为功能? 了解分子参与者的身份作为一种工具非常有用——如果你知道序列,你可以将染料或某种在黑暗中发光的东西附着到时钟基因启动子之一上,从而测量和可视化细胞培养物、组织培养物或整个生物体中的节律性。然后修改实验环境有助于我们揭示复杂昼夜节律系统元素运作的规则。
在哺乳动物中,大部分昼夜节律系统是由单个起搏器驱动的,这个起搏器非常小——仅位于大脑底部(所谓的视交叉上核)的几千个细胞。在活体、自由移动的哺乳动物中,很难操纵或研究这些细胞的各种亚群,以了解它们使用什么规则相互作用以产生连贯的每日输出。但在非哺乳动物脊椎动物(如鸟类)中,存在多个起搏器,其中一些相当大且易于接近,例如大脑顶部的松果体器官或眼睛的视网膜。这些器官易于操作——可以一次移除一个,看看当缺少一个或多个部分时,系统的其余部分如何工作;或者可以切断连接它们的神经;或者可以(药理学地)操纵时钟之间的候选信号分子(例如,褪黑激素);或者通过放置黑色不透明补丁(如果覆盖眼睛,它们看起来像海盗眼罩!)来阻止光线到达一个或多个时钟,无论是持续放置还是每 12 小时放置和取下一次等等,并从这些实验中找出规则。 这就是我们在实验室主要做的事情(加上一些激素测定,以及后来的免疫测定和组织培养)——你可以猜到,其中一些事情相当具有侵入性!这使我回到动物研究的问题:这很复杂。我当然不主张不受监管的、痛苦的动物实验,仅仅因为研究人员有科学好奇心,而这种好奇心只能通过这种方式得到满足。我们必须决定什么是可以接受的和什么是不可以接受的动物研究方式,同时要知道,同意不进行某些类型的实验可能意味着我们自愿接受我们将永远不知道某些科学问题的答案。 每次都做出艰难的决定。
如果你读过 丽贝卡·斯克鲁特 的 《海瑞塔·拉克斯的不朽人生》(你应该读一下——这是一本非常好的书),你就会了解到过去几十年人类研究伦理的演变。社会在改变。科学在改变。我们的伦理规范也在改变。在那时,从病人身上取一块组织意味着什么都没有:取一块组织,对病人来说基本上是垃圾,但对于可能在未来拯救生命的医学研究来说,可能是非常有用的材料。但是今天,这块组织可以被研磨,DNA 可以被提取出来,基因组可以被测序!哇——这块组织不再只是一块组织了:它现在包含更多关于它来自的病人的可提取信息,也许是病人不想分享的信息。所以你必须首先请求许可,并学会接受拒绝!并且要认识到,科学中一些可解决的问题,因此,将永远无法解决,这也没关系。
动物研究也是如此。社会对动物研究的敏感性随着时间而变化。今天没有人可以做 19 世纪曾经做过的实验。这很好。但如果当时没有做那些实验,我们就不会对生物学有足够的了解,以设计出今天不再需要这些实验的技术。正如历史上的所有事情一样,用我们当前的文化、道德或伦理标准来评判过去的人们是错误的。他们做了在当时符合伦理道德的事情。同样的事情不再被认为是合乎道德的,所以我们不再做了。但幸运的是,我们的前辈可以做到,并且做到了,我们站在巨人的肩膀上建立了生物学的大厦,其中包含了使动物实验中最残酷的例子变得过时的知识。它们对于推动该领域的发展是必要的,但它们不再是必要的,即使这意味着我们将永远无法了解某些事情。
在我们的实验室里,我们过去会花大约六个月的时间讨论我们可能想做的每一个实验,然后才决定是否值得做,以及我们是否确信我们已经完善了实验设计,使其能够最大限度地提高实验的效用,并最大限度地减少使用的动物数量,最大限度地减少痛苦,并最大限度地提高我们从实验中获得的益处。这些实验已经获得了 NIH 的资助,这意味着它们已经获得了 IACUC(机构动物护理和使用委员会)的批准,因为 NIH 要求将 IACUC 的批准书附在资助申请书中。如果我们决定对程序进行修改,我们将不得不再次获得 IACUC 的批准,这通常需要很长时间。但规则是永远不要在获得 IACUC 绿灯之前接触动物。如果他们说不,那就是最终决定。我们可能会诅咒和咒骂,但我们会将注意力转向其他实验并再次尝试。
在美国,联邦(和州)层面对动物研究的监管比对人类受试者研究的监管更早(可以说更成熟、更完善)。由于一些骇人听闻的不道德研究被曝光,包括塔斯基吉梅毒实验,对人类研究的监管被写入法律。 IRB(内部审查委员会)的存在和活动对于防止此类不人道的研究再次发生至关重要。但这也有其负面影响。 IRB 已经变得臃肿的官僚机构,正在涉足并非严格意义上的伦理领域。除了花费大量资金外,它们还经常延误或取消有用的研究,引导学生远离人类受试者研究,最危险的是,迫使研究人员以使研究比最初提出的更危险、更不道德的方式修改协议。这种趋势——IRB 在远远超出联邦和州规则的领域和层面上做出决定,并产生有害影响,甚至有一个术语:“伦理蔓延”。 阅读迄今为止发表的关于这种现象的少量研究,例如 凯文·D·哈格蒂的《伦理蔓延:以伦理之名管理社会科学研究》,《定性社会学》,第 27 卷,第 4 期,2004 年冬季,伊戈尔·冈查洛夫的《伦理蔓延、软法和实证主义:人类受试者研究治理中的监管创新问题》,受试者研究(2009 年 10 月 2 日),福斯特和莱文的《人类受试者研究的失调》,JAMA.2007;298: 2196-2198.,以及 冈萨拉斯等人撰写的《IRB 世界的任务蔓延》,《科学》,2006 年 6 月 9 日:1441(随后是 2006 年 9 月 8 日刊的几封致编辑的信)非常具有启发性、令人大开眼界和令人震惊。它甚至触及了新闻业,尤其是当在大学里由新闻学院的学生完成时——参见 莱昂·达什的《新闻业与机构审查委员会》,《定性探究》,第 13 卷,第 6 期,871-874 (2007) 和 玛丽·乔·费尔德斯坦的《学生对抗研究委员会》,《数字密苏里人》,2001 年 5 月 13 日 以了解一个例子。
我不知道是否有关于动物研究中伦理蔓延发生的任何研究。然而,该领域的每个人都清楚地意识到它正在发生——而且发生得非常快!我在 1994 年研究生第一年做的那种实验,到 2003 年左右,我就无法获得批准了。我的导师在我离开实验室后,提交了一份关于侵入性明显较小的实验的小型提案,却遭到了 IACUC 的断然拒绝。这清楚地表明实验室无法再进行任何研究,他收拾了整个实验室,并将所有设备送给宾夕法尼亚州的一位年轻研究人员,并在剩下的几年里继续教书直到退休。
当我 1994 年刚开始工作时,我们在实验室桌子上做手术,用胶带将麻醉的鸟固定在桌子上,用酒精棉签清洁工具,并且从未发生过任何感染或其他问题——鸟类的免疫系统太强大了,以至于不会发生这种情况。但是,几年后,IACUC 迫使我们从注射麻醉(氯胺酮/罗普混合物)转为完全无菌条件下的吸入麻醉。我的妻子是一名护士,当她看到我戴着手术口罩、帽子和无菌手套的照片时,笑得非常非常厉害。我把一只小(100 克)鸟用吸入面罩设置在一个无菌区域!鹌鹑是家禽。人类手术中不使用这种程度的无菌和麻醉! 实际上,“旧”系统,注射麻醉,速度更快,而且我们根本没有死亡率。但是,随着吸入麻醉手术,我们突然开始看到鸟类死亡,因为鸟类麻醉时间过长(而无处不在的 IACUC 兽医缓慢地检查每一步并仔细说明),麻醉剂的剂量也很棘手。他们改变主意了吗? 是的,没错!他们是全知全能的,动物的实际福祉远不如他们从对那些比他们受过更好教育的人施加权力中获得的快感重要。
但是 IACUC(至少我认识的 NCSU 的 IACUC 是这样,虽然我从其他大学听到了许多类似的恐怖故事)与理性、科学或研究人员的经验无关。他们经常坚持的做法实际上比那些花费数十年研究特定物种并磨练出最佳、压力最小的饲养方法的研究人员提出的方法对动物的福祉更不利。他们是小官僚,对生物学一无所知,并且错误地将人类的审美观应用于他们的决定。因为现代美国人喜欢一切都一尘不染和无菌,所以 IACUC 成员坚持动物也应该如此,即使这完全是错误的。有一位研究鱼类的研究人员被 IACUC 告知要使水箱中的水清澈见底。他不知道是该笑还是该哭——这个物种在浑浊的水中度过了近 5 亿年的时间,水箱中的水是故意弄浑浊的,因为在清水中,鱼可能会因压力而死——但是不,IACUC 不听从理性,他们坚持要按他们的方式行事。 如果我们真的想让我们的鹌鹑快乐,我们会为它们提供沙箱作为沙浴——在野外,鹌鹑会在沙子里沐浴,这有助于对抗螨虫等寄生虫,而且似乎对鸟类来说很愉快。沙子!?IACUC 不接受任何这些。他们说,鸟是长着羽毛的老鼠,应该在无菌条件下饲养。后来,他们希望我们在鸡蛋甚至产出、收集和孵化之前,准确预测未来我们将有多少雄性和多少雌性!我们怎么知道生育率和孵化率会是多少,或者性别比例是多少?他们不接受预期范围——他们想要动物的确切数量。
上面我对 NCSU IACUC 的成员资格相当含糊。毕竟,一些教员名义上是其成员,他们是聪明人,本身也是动物研究人员。真正的问题始于一位新人被任命为 IACUC 主席。他迅速提高了研究批准的“标准”,几乎确保很少有提案能够通过。他直接关闭了一个实验室,因为该实验室没有遵守他的一项荒谬规则。许多其他能够做到的人放弃了动物研究,转而从事体外或分子研究。那些不得不继续研究动物的人,转而研究小鼠或大鼠,并将所有护理工作都留给了动物设施工作人员。有些人从脊椎动物转向无脊椎动物。有些人转到其他学校。一些年轻人听到 IACUC 的状况后拒绝了教授职位。 最后一门在教学实验室中使用动物的研究生课程最终不得不停止这样做。我在业余时间进行无脊椎动物研究——小龙虾——的主要动机之一是为了获得一些经验(甚至可能发表文章),研究一种不需要 IACUC 批准的动物(他们只控制脊椎动物研究)。这个人,在大约十年的时间里,有效地从 NCSU 消除了动物研究——PETA 最渴望的梦想。 曾经有一项行动想要摆脱他,甚至直接向大学校长申诉,但无济于事——没有正式的机制可以解雇 IACUC 主席,因此他继续担任这个角色相当长一段时间(他不再是主席了,但他仍然是 NCSU 的雇员,不确定他现在是否是 IACUC 的成员)。显然,该系统很容易受到个人情感的影响,这表明该系统不够稳健。我很想测试和记录这一点。如果我有时间和精力,我会使用信息自由法案,并传唤从一开始到今天的整个 IACUC 文件,并进行分析。我很想以图形方式展示,并在某处发表,因为我知道从文件中提取的数据会显示这一点,即他来到州立大学导致物种数量、使用的个体动物数量、进行的实验数量、批准的提案数量、提交和资助的赠款数量、实验室和人员(PI、学生)使用动物的数量、发表的论文数量、在研究中使用动物的论文和学位论文答辩数量以及多年来所有这些花费 NCSU 的总金额几乎立即且大幅下降。也许有一天我会这样做。或者应该有人这样做(具有适当的控制——比较来自其他几所学校的相同数据,在这些学校中,动物研究也可能因分子潮流效应而减少,但幅度更小、速度更慢,没有特定的日期作为下降趋势开始的拐点)。看看在新主席在 2006 年左右就位后,数字是否开始改善也将很有趣,这再次表明系统对个人的行为过于敏感。
我感觉,由于没有人关注,伦理蔓延在动物研究中发生的速度比在人类研究领域更快、更恶劣,而人类研究领域则受到持续的公众监督。此外,很难辩论说应该废除临床试验或心理学研究。但是,向未入门的人解释动物研究的重要性,尤其是如果他们已经被喂食了 PETA 的宣传,那将是一场艰苦的战斗。没有人主张废除所有人类研究,但是有人认真地主张(并在媒体上获得机会进行他们的噱头)完全废除动物研究。
对于一位有抱负的科学家,如果他想参与动物研究,您会给他什么建议?
别做。你入行晚了几十年。已经结束了(除非一群重量级的顶尖科学明星不发出一些严肃的声音,必要时提起诉讼,以使系统恢复现实)。
我很高兴我已经离开实验室科学的主要原因之一是,我不必沮丧地处理阻止我用动物做任何有意义的事情的 IACUC——这真的是一段非常积极的研究生经历中唯一的缺点。 如果你现在在大学给我一个职位、空间、资金,我需要的一切,我会用它做什么?这是一个有趣的思考实验。回顾我一直考虑在余下的职业生涯中做的所有鹌鹑实验,其中有很多,尤其是最具侵入性的实验,我愿意放弃——我们已经知道得足够多了,我可以接受我们永远不知道这些特定问题的答案。还有许多其他实验,大多是非侵入性的(育种实验、行为实验、野外生态学,结合一些数学建模),我仍然很想做,或者看到别人做。但是,如果有空间、时间和金钱,我几乎肯定会转向无脊椎动物模型动物,虽然这意味着从头开始了解该模型,但我永远不会回头。
另一种解决方案,虽然可能只是将不可避免的事情推迟一二十年,是与一个发展中国家的研究人员建立合作关系,在这些国家,动物研究监管尚未达到伦理蔓延的疯狂程度。让合作者完成所有动物实验工作,而你完成体外、计算机和分子工作,并为整个事业提供资金。
除了在科学和研究设计方面拥有扎实的背景使你比普通科学传播者能够更好地理解和传播新的研究发现之外,你作为研究科学家的培训对你作为科学博客作者或 PLoS ONE 的社区经理有帮助吗?
当 PLoS 开放在线社区经理职位时,他们正在寻找既是科学家又具有在线经验的人。他们面试的人往往在一个方面很强,但在另一方面很弱,即要么是几乎没有在线经验的科学家,要么是没有科学教育的博主(甚至是程序员)。在我被聘用时,我真的是唯一一个在两个方面都合格的人——科学家和博主。而且不仅仅是一个博主,而是一个相当知名的博主,深受喜爱的博主,已经拥有相当规模的读者社区。此外,我已经是开放获取的倡导者,并且经常撰写关于 PLoS 文章的博客,因为我可以免费在线阅读它们。管理在线社区、在网上表现得聪明、知道如何赢得信任或化解在线争吵的经验,是我被聘用的两项技能中更重要的一项。我的科学背景偶尔会有所帮助,例如在查看媒体报道、确定对论文的评论是否有意义或选择即将发布的文章以突出显示时。我在某些研究领域(时间生物学、海洋生态学、恐龙古生物学)的联系为我们带来了一些投稿给 PLoS 期刊,尤其是 PLoS ONE,以及一些学术编辑,这反过来又为 PLoS ONE 开辟了来自这些领域的更多投稿。
至于科学博客和传播,至少拥有一些科学背景实际上是成为科学博客作者的先决条件。我与其他写博客的科学家没有什么不同——我倾向于关注我最了解的科学领域,因为我可以从专业的角度,以及自信而清晰地撰写关于这些领域的文章。由于英语是我的第二语言,因此我的英语比母语人士略微简单是可以理解的,这对于与普通受众进行良好沟通是一个很好的起点。即使在我读研究生并且没有计划从事传播职业时,我也一直努力进行良好的沟通。我们实验室的论文虽然是用科学术语写的,但写得非常清楚,这在讨论神秘的昼夜节律时是尽可能清楚的。
我认为关于这个问题的提问应该颠倒过来——科学博客让我成为了一名更好的科学家。阅读其他科学博客作者对科学论文的精湛分析,使我成为更好的文献读者和更具批判性的思考者。我真希望在我开始读研究生时就有科学博客。我会学到很多东西!即使在很早的时候,我也更容易衡量我的研究、我的导师、我的部门和我的学校与其他地方的相比如何。我会了解我的实验室和部门与其他实验室和部门之间的差异。我本应更加欣赏我们实验室轻松、悠闲的氛围,在这种氛围中,老板来到实验室做事情,并在整个退休期间保持他的求知欲,并将博士生视为平等的人。我本应更早地听到更多医学领域的激烈竞争,以及来自此类实验室的博士后恐怖故事。我本应从 DrugMonkey 等博客中了解到,如何在不太轻松的学校、在残酷的竞争中为自己的职业生涯做好准备,如何撰写成功的资助申请书,以及如何驾驭在 NCSU 很容易的学术界的政治和行政方面。我本可以自己开始写博客,甚至尝试某种形式的开放笔记本科学,将自动无线遥测数据直接传输到网络!谁会抢先我?日本鹌鹑?缓慢的昼夜节律研究?不用担心竞争,所以为什么不公开做科学研究呢?
谢谢你的时间,博拉!我希望我的读者发现你的想法和经历和我一样引人入胜。