科技創新的三大層次與境界

「顛覆性創新」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新，但是對創新的內涵不甚了解。事實上，創新既有科學與技術上的創新，同樣也有文化、社會方面的創新。科學上的創新涉及面廣，一類是「開路式」的創新，它是前無古人，後有來者，從無到有的創新；一類是從有到無的創新，它是前有古人，後無來者，一次性徹底解決了人類歷史上重大的科學問題；還有一類創新是從有到有的創新，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後人重塑。顛覆性創新人人夢寐以求，它需要一步一個腳印、腳踏實地，並不常出現，一旦出現，也會經常遭受常人不予理解的冷漠。

撰文 | 復旦大學

責編 | 葉水送

剛剛過去的2016年，大眾創業、萬眾創新的浪潮席捲全國，「創新」一詞喧騰眾口，多少熱血青年雄赳赳氣昂昂地奔赴創新創業的戰場，盼望著能夠淘到人生的第一桶金。真實的情況會是怎樣？有多少個顛覆性創新出現，並改變我們的生活？

什麼是創新（Innovation）？簡單地說就是利用現有的條件創造出新的東西來，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。創新既可以體現在社會經濟治理層面，如「新常態」概念的提出，也包含科學技術的創新，如原創性科學研究和技術的革新。原創性科學研究要提出新理論、新方法、新假說並加以驗證，還要開闢新的研究領域。這不僅要對科學充滿熱情，還要有屢戰屢敗，屢敗屢戰的勇氣，因為科學就是在嘗試、在冒險，而且成功率極低，所以創新性的科學研究是一段艱苦且終點未卜的旅途。

科學創新的三個層次

科學創新涉及面廣，但可分為三類。

1）前無古人，後有來者：這是一種從無到有的創新，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生的關係研究，大隅良典無疑開創了一個新的研究領域。

還以諾獎發現為例，2015年諾貝爾生理或醫學獎授予因發現"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的細胞讓我們能夠在空間中感知位置並實現定位。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，後無來者：這是一種從有到無的創新，這種創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，並可以在此樹立一個牌子「Stop here」。這種創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，數學研究在這方面尤為突出。

如果自然科學的皇后是數學，數學的皇冠是數論，那麼「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學家提出了「任何一個大偶數均可表示為兩個素數之和」。他一生也沒證明出來，後來寫信請教俄國聖彼得堡的數學家歐拉。歐拉費盡了腦筋，帶著一生的遺憾離開了人世，卻留下了這道數學難題。眾所周知，這道猜想後來被我國著名數學家陳景潤加以部分證明。

又比如，華人數學家張益唐在孿生素數研究方面所取得的突破性進展，發現存在無窮多差小於7000萬的素數對，從而在孿生素數猜想這個重要問題上前進了一大步。

在生物醫學方面，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製後，絕對是開創性的創新工作，後續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後，其他人就很少再去解析該蛋白結構。這類創新就是徹底解決了以前懸而未決的問題，以後別人只能繞道而行。

著名數學家陳景潤和張益唐

3）前有古人，後有來者：這是一種有到有的創新，會改寫歷史，只不過古人可能是錯的或理論體系需要重塑。科學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新的主要特徵。

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年令人驚訝地發現，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幹細胞，這種誘導多能幹細胞被稱為iPS細胞，後續證明這種細胞可以發育成為身體各種組織細胞。然而此前人們普遍認為，動物細胞的發育過程是一個不可逆的過程。上個世紀50年代，胚胎髮育生物學家Conrad Hal Waddington提出的發育景觀假說形象地描述了細胞的自發的層次分叉過程，多能幹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幹細胞就是一個不可能發生的事件。這種假說隨後被iPS細胞徹底逆轉，iPS細胞的發現成就了目前轟轟烈烈的幹細胞研究領域。為此，2012年諾貝爾生理或醫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年諾貝爾生理或醫學獎授予RNAi現象的Andrew Fire和Craig Mello。1998年，Andrew Fire和Craig Mello發現應用雙鏈小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，並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，當然最後證明RNAi現象是基於完全不同的分子機制，RNAi現象的發現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技術後出現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展歷程再恰當不過。

科學上顛覆性創新極為罕見

改寫科學史的工作自然是完全的科學創新，不過目前大家喜歡的叫法是顛覆性創新。所謂顛覆性創新（Disruptive Innovation），其實一開始並不是指科學上的創新，而是指商業上設計出顛覆性產品，改變已有的市場模式，能夠開闢一片新的市場。科學領域的顛覆性創新，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5篇文章驗證許多頂尖刊物發表的重大研究成果，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，但沒有多少人願意干這件事，原因很簡單，如果得到相同結果，能發表嗎，答案是否定的，沒有雜誌會接收這樣的文章；如果結果與原作者不符，能發表嗎，答案也是否定的，也沒有多少雜誌願意發表這樣的文章。

有學者說，推翻一個已發表的論文觀點，需要10倍於該論文的努力，何況顛覆性創新，因為你的研究最初很難得到別人的認可，高端的主流雜誌也會將你拒之門外。如果一項研究改變的不僅僅是一項假說，而是目前已經公認的研究結論，那就難上加難了。

然而，顛覆性創新從來都是科學發展的里程碑，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和生活。它是國家和社會發展所需，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，開展顛覆性創新研究需要超凡的勇氣，因為顛覆性創新會讓你坐冷板凳，大有天將降大任於斯人也，必先苦其心志，勞其筋骨，餓其體膚，空乏其身。雖然最後讓你意志堅定，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，所以說顛覆性創新有時它就是一個坑。這個坑你跳不跳？反正我跳了。

製版編輯：葉水送丨

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