大牛是如何奠定科研基础的？
大约10年前，一位著名的中国生物学家蒲慕明先生有一封在互联网上广为流传的电子邮件。这封邮件是蒲老师写给他实验室所有博士生和博士后的，我完全同意他的观点。无论在普林斯顿还是清华，我都把这封邮件转发给实验室的所有学生，让他们知道。其中一段是这样的:
“我认为最重要的是在实验室的工作时间。今天，一个成功的年轻科学家平均每周花60个小时在实验室进行研究...我建议每个人每天至少花6个小时进行紧张的实验操作，花2个小时以上进行阅读和其他与科研直接相关的工作。文件和书籍的阅读应主要在这些工作时间之外进行。”
有同学看完邮件跟我说:“看来我不是搞学术的料，因为我真的承受不起那份痛苦。”我经常回答:“当我在你这个年龄时，我会觉得像这样工作很长时间是不可思议的。”但不知不觉中，你会逐渐被科研的精妙所感动，会为自己的努力和成就而自豪，会逐渐适应这种生活方式！“这样的回答其实来自于我自己的经历和理解。
我从小就特别爱玩，也不爱学习，但是来自学校和父母的教育和压力逼着我尽量努力学习。高中就读于河南省实验中学，凭着比别人更努力的努力，综合成绩一直名列前茅。1984年全国高中数学联赛河南赛区第一名，我走进了清华。大学阶段，我保持了努力学习的传统，综合成绩全班第一，前年毕业。然而其实我很少真正独立思考，对自己的专业也不感兴趣。大学毕业的时候，我并没有打算从事科研，而是一心一意想下海经商。结果一不小心走上了美国留学之路。
可想而知，留学第一年，我的情绪波动很大，浮躁，迷茫。我根本没有打算学习或做研究，而是花了很多时间在中国餐馆工作和学习计算机课程。第二年，我开始逐渐适应科研的“枯燥”，开始有了一点自己的体会。有时候，在了解了一些细微之处后，会忍不住“沾沾自喜”，也会有“原来是这么多”的想法，逐渐对自己的科研能力有了一点信心。在此期间，博士研究生的所有课程已经完成。我每天早上9点到晚上7点做体检，一周五天，周末会去两天半。到了第三年，我已经开始明白科研的逻辑了，有点跃跃欲试的感觉。经常在小组会上提问，这种“入门”的感觉增加了我的研究兴趣。我经常工作到晚上11，赶从霍普金斯医学院到住处附近霍姆伍德校区的末班车。在1993中，我在实验笔记本的日期旁边标注了“这是我在实验室连续工作的第21天”来激励自己。其实这有点作秀，因为有个周末我只做了五六个小时的实验。到了第四年，我完全适应了实验室的科研环境，不会再觉得无聊，也不会再有时间的压力。时间安排完全服从实验需要，尽量提前。其实这期间的实验时间比刚进实验室的时候长了很多，但是感觉好多了。
读研后期，我的努力在实验室是出了名的。在纽约做博士后，是我人生中最苦的两年。我做实验到半夜3点左右，回到住处躺下睡觉往往是4点多。但每天早上8点，我都会被纽约第一大道的汽车噪音吵醒，9点左右回到实验室开始新的一天。一日三餐都在实验室，分别是晚上9点，3点，90点。这样的生活节奏持续11天，从下周的周一到周五，周五晚上我坐灰狗长途汽车回巴尔的摩的家。周末两天每天睡将近10个小时来弥补过去11天睡眠的严重不足，然后在周一早上开始接下来的11天。虽然身体很累，但我很满足，很自豪。我知道我在用行动构筑未来，在创业，有时在日记里鼓励自己。我住在纽约曼哈顿65街和第一大道的交叉口附近，离纽约著名的中央公园很近，那里有文化娱乐活动，但是在纽约工作了两年，我从来没有踏足过中央公园。
我一定会把这段经历告诉我所有的学生。大一经常问我:“老师，你觉得苦吗？”我一般会回答:“只有做自己不感兴趣的事情才会觉得苦，感兴趣的时候一点都不苦。”是的，一场精彩的实验给我带来的享受比看一部美国大片要多得多。回想当时的辛苦，还是觉得很自豪，很激动！有时候我会想:如果我读博士、博士后的七年半时间里不努力，而是无拘无束地看电影、看小说、寻求娱乐(那时候的互联网远没有现在丰富)，现在会是什么样子？
要成为一名优秀的博士生，付出时间是必要条件。
(2)如果你想在科学研究中取得突破和成功，仅仅刻苦地花时间是不够的，批判性分析是一种必要的素质。
博士生和本科生最大的区别是，本科生侧重于学习和吸收人类积累的知识，兼顾科学研究和技能训练；博士生的本质是通过科学研究探索和创造新知识。现在和过去所学的知识是为了更好地服务于科研。在本科阶段，提出问题很重要，但答案往往已经存在，所以问题是否关键就不那么关键了。博士阶段则完全不同，你必须具备批判性分析的能力，否则你无法成为一名优秀的科学家。这，我称之为方法论的改变。
其实整个大学和研究生教育的本质就是培养批判性分析的能力，让学生拥有进行创新性科研的方法论。这里的例子很多，涉及面非常广，所以我想在这里举几个例子。
正确分析负面结果是成功的关键。作为一名生命科学的博士生，如果每一项实验都进行得很顺利，都能得到阳性结果，除了少数研究领域，一般只需要6~24个月就能得到博士学位所需的全部结果。然而实际上，在美国，生命科学的博士生拿到博士学位大约需要6年时间。这个数字本身就说明，大部分实验结果会与预期不一致，或者是负面结果。大部分低年级博士生对否定结果持否定态度，这直接影响到他们批判性分析能力的培养。
其实只要有适当的对照实验，判断正确的阴性实验结果往往是成功的必经之路。一般来说，任何探索性项目的每一步都有几种甚至十几种可能的进展方式。进步的过程，基本上就是排除不正确路径，找到正确方向的过程。很多时候也是一个一个的尝试、排除这些甚至十几个可能的方式，直到找到一个可行的方式的过程。在这个过程中，一个可信的否定结果往往能让我们信心满满地放弃目前的做法。如果使用得当，这种划分将确保我们最终走上正确的实验方法。从这个角度来说，负面的实验结果不仅正常，而且有利于项目的最终成功。我告诫并鼓励我所有的学生:只要你不断得到可信的否定结果，你的项目很快就会步入正轨；而在不断分析否定结果的过程中掌握的强大逻辑分析能力，会让你迅速成熟，成长为一名优秀的科学家。
我一直很担心那些一帆风顺，很少得到否定结果的学生，因为他们从来没有真正经历过科学研究中批判性分析的训练。偶尔我的实验室也有这样的学生，他们在很短的时间内(大概两年，有时甚至一年)完成了博士论文所要求的成果。对于这些同学，我一定会让他们继续承担一些有挑战性的新课题，让他们经受负面结果的磨炼。没有这些训练，他们很难真正具备批判性分析的能力，也很难成为未来能够独立领导一个实验室的优秀科学家。
所以，不要害怕负面的结果。关键是如何从分析负面结果的过程中获得正确的信息。
(3)“一个人必须对自己想做的事情做出选择，不可能面面俱到。无论是看科研文献，还是听学术讲座，目的都是为了学习相关经验，更好地为自己的科研课题服务。”永远不要盲目追求完美。
耗时的完美主义阻碍创新和进步。Nikolai Pavala Teach是我的博士后导师，也是最有影响力的科学家之一。他具有很强的实验判断和思维能力，做出了一系列里程碑式的研究工作，在结构生物学界享有盛誉。31岁晋升正教授。1996年4月，我刚到尼古拉的实验室，纯化了一种高表达的蛋白质Smad4。过了两天，虽然提纯了蛋白质，但结果并不理想:产量可能只有应有的20%左右。我看到尼古拉斯的时候害羞的说:“收益率很低。我打算继续优化蛋白质的纯化方法，提高产量。”他问我:“为什么要提高产量？现有的蛋白质不够你做初步结晶实验吗？”我回答:“我有足够的蛋白质进行结晶筛选，但我需要优化产量以获得更多的蛋白质。”他粗鲁地打断我:“不..产量足够高。你的时间比产量更重要。请尽快开始结晶。”实践证明了尼古拉斯建议的价值。我只用了几毫克的蛋白质做结晶试验，很快就意识到这种蛋白质的长度并不理想，N端柔性的几十个氨基酸需要通过蛋白质工程去除。其实N端去掉几十个氨基酸的蛋白质，不仅表达量高，而且生化性质稳定，非常容易纯化，也不用担心产量的问题。
在大胆创新实验的初始阶段，实验的每一步设计当然要尽可能的细致。但一旦按计划开始，我们就不需要在中间步骤的实验结果上追求完美，而是要毫不犹豫地一步一步把实验推向终点，看看能否得到与假设大致相符的整体结果。如果大体一致，你就要回去仔细完善每一步的实验设计。如果不符合要求，而且整体实验设计和操作没有错误，那么你的假设(或整体方向)很可能有很大问题。
这种方法论每天都在实验中使用。自从1998开始自己的独立实验室以来，我一直告诫所有同学不要盲目追求完美。
科研文献与学术讲座的选择
先说文学和研讨会的选择。尼古拉·帕瓦拉·蒂奇是一个多才多艺的人。在很多博士后的心目中，他必须读很多文章，经常参加学术讲座。没想到，事实大大出乎我们的意料。
在我的博士阶段，导师杰里米·伯格非常重视相关科研文献的阅读，每周在小组内召开文献研讨会，讨论重要的科研进展。刚到尼古拉的实验室时，我试图展示自己阅读文学的知识，同时也想和尼古拉讨论，以得到他的“真传”。1996春天的一天，我精读了《自然》杂志上的一篇文章。午饭前遇到尼古拉斯时，我向他描述了这篇文章的精妙之处，并期待他的评论。尼古拉斯看起来有点尴尬。“不好意思，我没看过这篇文章。”当时我就想，哦，可能这篇文章太新了，他看不懂。几天后，我看了几个月前发表在《科学》杂志上的一篇研究文章，去和尼古拉斯讨论。没想到他说没看过。几次碰壁后，我莫名其妙地问他:“你这么博学，一定是广泛阅读了很多文献。你为什么不读我提到的这些论文？”尼古拉斯看着我说:“我读书不多。”我问:“你不博览群书，怎么科研这么好？”？你怎么能在论文中引用这么多文献？“尼古拉斯的回答让我很惊讶:“我只看和我的研究兴趣直接相关的论文，写论文的时候才大量阅读。"
我在其中做博士后的斯隆-凯特林癌症中心，有很好的系列学术讲座，经常邀请生命科学各个领域的“大牛”来做讲座。有一次，一位诺贝尔奖获得者来讲课，要求点名与尼古拉交谈。在大多数人看来，这是一个难得的机会。尼古拉斯对他的秘书说:“请转达我的歉意，我碰巧在演讲那天出去了。”我们也为尼古拉斯感到难过。让我万万没想到的是，诺贝尔奖获得者演讲当天，尼古拉把自己关在办公室里，从早到晚从不出门，自然也不去报告厅。当然，这可能是巧合——尼古拉斯取消了旅行计划。但是从我们对他的了解来看，十有八九是在写论文。后来我们也意识到，这样的事情发生在尼古拉斯身上并不稀奇。
在离开尼古拉的实验室之前，我抛给他这个从未彻底解开的谜团:“如果你不怎么读文献，也不怎么听课，怎么可能成为这么优秀的科学家？”他回答说他的时间有限，每天只在实验室呆10小时左右。权衡利弊之后，他只能把有限的时间花在他认为最重要的事情上，比如分析结构、和学生讨论功课或者写文章。
尼古拉的回答表达了一个简单的道理:一个人必须对自己想做的事情做出选择，不可能面面俱到。无论是阅读科研文献，还是听学术讲座，目的都是为了学习相关经验，更好地为自己的科研课题服务。
(4)在博士阶段，尤其是前两年，我认为有必要花足够的时间听各种相关领域的学术讲座，广泛阅读科研文献，为批判性思维打下坚实的基础；但随着科研的深入，文献阅读和学术讲座的选择需要有针对性，时间的分配要权衡。
挑战传统思维。从我懂事开始，我就被教导，任何事情的失败都是有原因的，我应该找到失败的原因，然后再重新开始。直到1996，我的实验都遵循这个原则。但是在尼古拉斯的实验室里，这个“基本原则”受到了正当的挑战。
有一次，一个复杂的实验失败了。我很郁闷，准备花几天时间多做一些对照实验，找出问题所在。我没想到尼古拉斯会阻止我。他皱着眉头问我，为什么要搞清楚实验为什么会失败？我觉得这个问题不合理，我理直气壮地回答:
“我需要知道哪里出了问题，以确保下次成功。”尼古拉斯马上评论道:“不需要。你真正需要做的是重复实验，也许下次就能做到。与其花大量时间搞清楚一个实验为什么会失败，不如先重复一遍。面对一个复杂的一次性实验失败了，最好的办法就是认真再做一遍。”后来，尼古拉斯升华了他的观点:“是否找出一个实验失败的原因是一个哲学问题。澄清每一个小错误的习惯性思维，不一定是最好的方式。”仔细想想，这些话还是有道理的。不是所有失败的实验都要找原因，尤其是生命科学实验。因为实验过程比较复杂，大部分的失败都是因为简单的操作失误造成的，所以可以仔细的再做一遍，往往可以解决问题。只有那些没有找到失败原因就无法前进的关键性实验，才需要追根溯源。
我选的这些例子有些“偏激”，但只有这样才能更好的震撼大家的思维。其实在我自己的实验室里，这些例子已经给所有的学生讲过很多遍了，而且每次讲完后，我都会告诉你，破除迷信和怀疑的关键是要遵循逻辑！顺着逻辑，这是我在实验室里注定要重复的一句话，每天至少要对不同的学生说五遍。我每次和博士生讨论课题都是遵循严格的逻辑，通过推理和排除找到实验的下一个解。严格的逻辑是批判分析的基础。