奇思妙想得到的科研灵感，却难以写进论文里_风闻

编者按：本文继续夜间科学的探索（此系列文章参见文末相关阅读）。在这篇文章中，作者阐述了科学的两种语言，一种即严谨精准的日间科学语言，是经科研工作长期训练习得的，用于论文写作、学术交流；另一种是使用隐喻和拟人化的夜间科学语言，随意而有创造性，能为研究对象带来直观的理解。两者都是科研中不可或缺的，但后者并不会被正式表达出来，甚至在学生时期被禁止使用。而对于中国科研工作者来说，“现代科学”本身即舶来品，且中文博大精深，或许已经模糊了两者的界限，因此去了解并使用术语之外的夜间科学语言，对帮助我们激发科研灵感有实际意义。

撰文 | Itai Yanai、Martin Lercher

翻译 | Kestrel

“如果我们允许自己以一种特许的方式谈论基因，即仿佛它们拥有刻意的目的，同时我们又有把握，在必要时可以将我们使用的略为随意的语言还原为正规的术语，那我们就可以提出这样一个问题：一个自私的基因究竟想做什么？”

——理查德·道金斯（Richard Dawkins），《自私的基因》p.88

“我把系统1和系统2拟人化为行动者（agent），因为比起抽象的分类，人们更容易思考具有行为倾向和特征的行动者。行动者之所以能成为强大的研究对象，因为它们活灵活现，而且就是这么做事儿的。”

——丹尼尔·卡尼曼（Daniel Kahneman），私人通信

现代科学在认识世界方面取得的惊人成就，很大程度上根植于其严谨的结构：科学家们清晰地阐明假设，设计含有恰当对照的确证性实验，并运用统计方法评估研究结果的可信度。这些过程形成了弗朗索瓦·雅各布（François Jacob）所称“日间科学”的核心。为了发挥这些优势，我们在论文手稿和会议报告上描述我们的工作时，会采用一种高度精确且避免隐喻的语言。掌握这种语言是我们成为日间科学研究者正式训练的重要环节。然而，科学还有同样重要的第二种语言，它鲜有被明确教授，而且常常被忽视。这就是“夜间科学（night science）”的语言——我们工作的创造性部分，在这里我们构想出原初的、模糊的，也是后面要用日间科学来验证的猜想。在夜间科学中，坚持精确反而变成一种阻碍，而隐喻和拟人化（anthropomorphizing）——对非人对象，例如细胞、蛋白、基因进行人格化，将赋予我们探索未知的强大直觉。一旦我们在夜间科学探索中确定了一个想法，我们可以将它翻译为规范的日间科学语言，从而利用手中严格的日间科学工具设计并执行实验。为了避免误解，我们在交流时必须明确区分涉及到的夜间科学语言。但是将这种语言作为日间科学规范语言的补充加以培养，是我们成长为富有创造力的科学家的重要阶梯。

不要拟人化基因，它们不喜欢

“我们是生存机器——是为保存我们的自私分子（即基因）而被盲目编程的机器人运载工具”。当这句话最初被理查德·道金斯写在《自私的基因》的前言时，它是令人震惊的。难道有人会真的觉得基因具有人类的特点，比如自私，或者有编程出物或人的能力？这种拟人化——将人类的特点或意向赋予非人个体——本就不是按字面意思来理解。道金斯很清楚基因不会真的是自私的，真这样想就太荒谬了。但它的拟人化语言创造了一个强大的、引人入胜的意象，形象地展示了基因在演化过程中的核心角色。

人类语言中的隐喻俯拾皆是（chock-full）：据估计，为了捕捉（capture）到我们战友（brothers in arms）的想象力，我们每分钟都会部署（deploy）几个隐喻（前面这一句中有四个）。拟人化是一种特殊的隐喻，在科学家间的非正式交流中尤为普遍。同时，许多科学家认为它们不适合出现在科学讨论中，主张隐喻和拟人化是属于诗歌的领域，而科学是严谨与精确的国度。我们被教导，把一个基因说成是“自私的”，可能导致讯息误传和理解偏差。确实，有人认为微生物学中关于“微生物间战争”的拟人化描述已经误导了科研，妨碍了科学家理解“抗菌”小分子分泌的多元功能。其结果是，老师们教我们思考或者谈论生物学的时候不要去拟人化，许多学生的作业就曾被他们的教授判了死刑，并用红墨水留下墓志铭般的批注“不要拟人化！”

反对在科学中使用拟人化表述的理由简单而直接：基因、蛋白质和细胞不会“感觉”或者“想要”任何东西，它们不是受意图驱动的，而是基于物理和化学的力量来运动和变化。拟人化思考是儿童早期推理的典型特征，而理解无生命“行为”背后的根本原因，是表现心智成熟的重要一步。既然如此，为何拟人化表述在非正式科学思考和讨论中仍然无处不在呢？它们并非局限于生物学，可以说是遍及所有科学分支；在人工智能研究中尤甚，甚至有人说它们“往轻了说误导认知，往重了说极其危险”。拟人化语言到底是我们应该努力去根除的坏习惯，还是要为其好用的地方辩护呢？

意向本能

人类这种动物，其决定性的特征就是我们对社会结构和社会交互的依赖。我们演化的整个过程中，高度的社会认知是至关重要的：一方面，我们的生计常常有赖于群体内的合作；另一方面，大部分史前人类死亡事件被认为是由其他人类造成的。甚至到今日，为了合作并偶尔与他人竞争，我们必须以合理的速度和准确性理解并预测他人的行为。我们的大脑通过采取一种“意向立场”（intentional stance），运用一种“心智理论”（theory of mind）来达成此目的：我们推断他人的信念、欲望和意图，并据此预测相应的行为[注1]。所以有理由认为，人类大脑已经在自然选择的压力下进化了，这种选择压力基于预设他人的意图，偏好快速、直觉性地预测其行为。

这种观点有神经科学研究的支持。我们身体的大部分能量预算被大脑消耗掉了，而大脑消耗的大部分能量，即使是明显处于静息状态，也是用于维持身体的自发活动（即维持稳态）。表现出活动能量消耗最大的脑区，与我们采取“意向立场”时活跃的脑区重合。功能磁共振成像（fMRI）研究甚至表明，这些脑区的自发性活动会预激活大脑，当问题出现时大脑就能快速采取一种意向立场。

因此，我们的大脑可能已在演化过程被优化，以处理基于意图框架的信息。这样的特化可以类比GPU，它是专门为处理图形类信息而优化的，但也可以被重新用于任何能转化成数学上等价形式的问题上。当我们处理没有倾向性的信息时也会直觉性地采取意向立场，例如弗里茨·海德（Fritz Heider）和玛丽安·西梅尔（Marianne Simmel）的动画[注2]，里面有两个三角形和一个圆形，它们都可以移动（图1）。当人们被要求描述他们在动画中所看到的内容时，许多人会讲一个关于这些几何对象的动机和情感的故事。似乎人类的天性，就是会去用隐喻语言和拟人化手法讲故事——尽管从科学家做科学研究的视角来看，这可能是不合适的。事实上，心理学实验显示，当人们被引导去为手上的任务构思隐喻或类比时，他们能够更快地解决问题。

图1 Heider-Simmel动画。一部里面有两个三角形和一个圆形的动画短片，会引导我们讲一个充满动机和目的的故事。

两种语言

科学重视精确性的理由显而易见：严格验证观点的能力是对非逻辑性思维的一次伟大胜利。虽然人们可以提出任何关于自然的论断——声称水具有记忆，断言星辰的方位能预示个人命运的走向，或是相信“每日一苹果，医生远离我”这样的老话，但科学有手段验证这些假说并丢弃那些没有通过验证的假说（即证伪）。并且为了确保检验过程在逻辑上站得住脚，我们必须用精确的、不含隐喻的语言来表述待检验的假说。

描述假说检验所要求的日间科学语言，几乎是科学手稿中唯一使用的语言，我们以一个假说开始，对其作出合理解释（通常是事后才明白），然后着手验证它。在学术会议上，我们用日间科学的语言试图说服同行们接受我们的发现。在基金申请中，当我们要为一个重要假说撰写严格的科学方法时，日间科学的语言走向了舞台中央。它也是期刊俱乐部和论文评审采用的独家语言，对一个科学论断的验证迫使我们对基本假设提出严格质疑，看看它是否经得起挑战。

尽管日间科学的语言有助于科学思想的精准表述和验证，它并不是特别适合于新观念的创造。作为人类，我们需求一种可以发挥直觉的语言——一种让我们对现象有“感觉”的语言。这就是夜间科学的语言。在夜间科学语言中，我们可以自由地拟人化，帮助我们理解某个现象为什么以及如何发生。夜间科学语言不是精确的，但我们牺牲严谨性的同时，获得了直觉性。我们问“那个有机体想要什么”的时候，我们身临其境地站在基因的视角思考，琢磨在给定条件下一个基因组的最佳策略是什么。

夜间科学语言看似犯了一个错误——将欲望和意图强加于基因、蛋白质和细胞等非人类个体。尽管这种语言看起来不准确且具有误导性，但在许多情况下它就是严谨的日间科学语言的简略表达方式。用夜间科学的拟人化术语表达的科学陈述，可以重新转化为日间科学的语言。表1给出了一些例子，其中一个取自我们所著的《基因社会》（The Society of Genes），我们写出过“癌基因的目的是争取一种不公平的优势”。当然，一个基因并不会尝试去做任何事情——基因就是基因而已。我们的意思可以更严谨地重新表述为“原癌基因发生突变后，若导致携带该突变的细胞增殖速率增加，随着时间推移，携带该突变的细胞在身体总细胞中的占比会增加。”当我们用夜间科学语言表达这一概念时，我们知道我们可以将其翻译回原来严谨的日间科学语言。不过，通过想象癌基因有意图，我们获得了关于其参与的生理和演化过程的直观理解，而这能帮助我们更快、更深入地思考肿瘤发生机制。夜间科学语言契合了我们大脑回路的一种特殊偏好，它依托大脑中那套久经磨砺且运作娴熟的意图识别能力，并基于此作出预测。

表1 将夜间科学的语言翻译成日间科学的语言

在日间科学和夜间科学两种语言之间，你自己或者同事会问的典型问题可能存在质的不同（见表2）。为了在生物学中应用意向立场，并利用我们大脑基于预测意向行为的能力所建立的直觉，你就应该问出那些可能在日间科学中听起来傻傻的问题。如果你是这个蛋白质，你的目标是什么？如果你是那个细胞，你会用特定的调控模式实现什么？这样的语言不仅缺乏严谨性，甚至可能产生误导——基因、蛋白质和细胞当然不是具有信念和欲望的理性主体。但这就是夜间科学的天性：不拘一格，只要它有可能为你提供关于某个系统的宝贵观点。那些观点经过日间科学的检验后，可能被证明是完全错误的，但在这个过程中，我们可能会发现关于该系统潜在机制的重要信息。尤其对普罗大众而言，夜间科学语言可以让他们建立一种对科学议题的直觉；这就是为什么拟人化表达和其他隐喻在科普文献中如此普遍。若没有经过科学训练，这样的直觉本身并不容易转译为精确的日间科学语言，但它传达的理解力是十分强大的。

表2 两种科学语言中的不同问题

当然，将科学划分成两种语言——夜间科学和日间科学——本身就是一种类比：两种语言都用同样的词汇和语法。但它们在思维模式上截然不同，也许正如斯诺（C. P. Snow）抱怨的，人文科学和自然科学是“两种文化”。保持这两种语言之间的分野理由充分，即强调观念的产生与后续的验证之间的区别。这种区别正是现代科学的标志性特征。相反，炼金术士通常不去分清日间科学还是夜间科学。他们相信在隐喻的背后有更深层次、更基本的真理存在，从而模糊了隐喻关系与真实关系之间的界限。由于未能清晰地区分想法（idea）和验证（test），他们的科学探索受到了严重阻碍。

发现的语言

夜间科学语言不单单有助于我们对复杂概念形成直观理解。对某些重要的新思想的产生，它更是不可或缺的，因为不是每一个隐喻性的夜间科学想法，正如表1所示的那样，都可以从一开始就能一对一地被翻译为精准的日间科学语言。一个真正的新思想初具雏形的时候，可能都还没有恰当的词汇来形容它。为了让这个想法可以被证伪，即可以被日间科学验证，它需要不断被重塑和精炼，而最初我们唯一能凭借的，正是那种不精确却直观的语言（图2）。

图2 科学的两种语言。夜间科学中提出的想法，最初是以拟人化和其他隐喻形式表达的，可能朦胧模糊、不完全成形，但最终可以转化成精准的日间科学语言。

举个例子，我们来看看“自私的基因”这一说法，以及这种拟人化的语言如何促成了基因组内“超自私元件”的发现。既然有机体只是一个“生存机器”，一个基因可以“选择”变得自私，不给有机体的适合度提供任何有用的贡献。这个概念导致了自私DNA的发现：这类基因能够通过一种复制机制确保其在基因组中的存续，而不为有机体增加额外功能。转化成日间科学语言，这一概念已经随着转座元件（transposable element）的识别和界定得到充分验证。当然，它们也可能会获得对整个基因组适合度有益的新功能，但这点不应掩盖其作为纯粹自私元件的起源。

另一个能体现夜间科学语言有助于科学发现的例子，来自我们最近发表的一项研究的探索历程。团队成员夏波使用单细胞RNA测序方法，生成了一个细胞在精子发生（spermatogenesis）期间的基因表达数据集。我们发现了几千个在减数分裂后表达的基因，这个时候基因组是单倍体的[注5]。在一次讨论中，我们当中有人想起一个观察结果，即任何基因都可能在睾丸中表达，但原因尚不明确。我们注意到，在这种脆弱的状态下，打开（turn on）这么多基因对生殖细胞来说是很疯狂（crazy）的事情，因为转录过程可能导致原本意在（intend）成为下一代遗传基础的DNA遭受不可修复的损伤。这引导我们思考，或许细胞想要（want）更多突变，因为遗传多样性是演化适应的引擎。于是我们决定通过交叉比对我们的数据集与已知人群中的DNA变异情况，来验证这个争议性的观点。跳回到日间科学，夏波进行了分析并得到了与预期相反的结果——在精子发生期间表达的基因，并不比未表达的基因产生更多突变，实际上突变更少。然后我们意识到，细胞可能还是想要那些基因少些突变。最后，我们发现了转录偶联修复机制可能在起作用的证据，并且推测雄性睾丸中广泛的基因表达，或许是专门通过我们称为“转录扫描（transcriptional scanning）”的过程来校正突变[注6]。尽管像“细胞想要产生或者校正突变”这样的拟人化语言不准确，但它给了我们一种对系统的直观认识，将我们引向最终的发现。

在最近发表的另一篇论文中，Hugo Dourado为分析最优细胞经济（economy）体系建立了一个理论框架[注7]。虽然这个理论的最终数学形式是纯粹的日间科学，但科研过程是受到一些夜间科学问题驱动的，诸如细菌细胞想要什么——它们想要快速生长（因为生长速率与适合度相关），然后我们推测它们通过某种方式调节（adjust）其组分浓度来达成（achieve）这一点。再一次地，我们需要回到日间科学来证明这个直觉是对的，通过求解相应的方程，并将我们的预测与不同蛋白质浓度对生长速率的依赖关系进行观察比较。

迷失在翻译中

《自私的基因》可能是有史以来最饱受误解的书之一，它的拟人化标题难辞其咎。在公开活动中，道金斯曾多次回应“DNA片段何以能被称为自私”的质疑，指出提问者显然未阅读该书标题的脚注，更别说整本书了。在该书的30周年纪念版的前言中，道金斯甚至直言他后悔用了拟人化的标题——早知道就该听从友人的建议，把书名定为《不朽的基因》。但这并非他的真心话。《自私的基因》为读者提供了一种直觉，关于如何将基因作为自然选择的中心靶点来思考，进而将其看作地球生命故事的推动者。

所以，为何拟人化招致如此多麻烦事呢？如果我们能清晰地区分夜间科学领域和日间科学领域及其对应的语言，其中的一大部分麻烦事便可化解。正如反复强调的那样，如果我们将拟人化带入日间科学的世界，混淆和误解就可能出现。如果我们决定在一场科学演讲或者一篇期刊文章中冒险使用夜间科学语言，我们就离开了默认的日间科学模式。为了不让我们的听众感到迷惑，我们应该明确地指出我们正在涉足夜间科学的领域，而我们要说的所有事情都可以翻译成严谨的日间科学语言——如果确是如此。

反过来，如果在夜间科学的讨论中不断坚持使用日间科学的语言，也会惹人恼火。当我们的大脑在其创造性模式下工作时，不应该指望我们去用精确的语言描述一个仅仅处于孕育之初的想法；还没有到统计学和控制变量等日间科学手段登场的时机。例如，当你以夜间科学语言谈论一个癌细胞想要如何以某种特定策略进行免疫逃逸时，你要是听到对话者回复说，“你知道的，细胞并不会真的想要任何事情”，那你奔涌的思绪可能就戛然而止了。

我们的科学训练是以日间科学的语言进行的：通过它的术语，我们学习如何设计带有阴性对照和阳性对照的实验，如何发现隐藏假设，以及如何运用恰当的统计学。这种模式可能让我们误以为这是科学唯一合适的语言。但学习夜间科学的语言同样重要，在其中我们尝试从研究对象的有利视角去看世界——一个基因，一个蛋白质，一个细胞——然后问“它想要什么？”在我们想要建立直觉的地方，夜间科学语言总有其位置：利用我们大脑的连接方式，采取意向立场，根据推断出的信念和意向，我们去预测研究对象会发生什么。许多情况下，夜间科学模式下思考和发言可能更接近丹尼尔·卡尼曼所说的“快思考”，依托本能启发法，充满直觉和感性；而清醒严谨的日间科学则更接近深思熟虑、富含逻辑的“慢思考”模式。我们两种模式都需要，而科学家们告诫他们的学生不要去拟人化（而不是告诉他们什么时候（when）要去拟人化）可能是不利于科学发展的。夜间科学语言开启了快速、直觉性探索的潜力；在其当中我们皆成诗人，让科学更美好。

译者注

[1] “意向立场”是由认知科学家丹尼尔·丹尼特（Daniel Dennett）提出的概念，是指通过赋予某个行为主体以信念、知识等认知状态来解释其行为，并据此预测其行动的阐释策略。“心智理论”也是认知科学中重要的概念，指能够理解自己和他人拥有不同的心理状态的能力，由心理学家大卫·普雷马克（David Premack）和盖伊·伍德拉夫（Guy Woodruff）于1978年提出。简单来说，拥有心智理论意味着你能够站在别人的角度思考问题，去推断他为什么会这么做。

[2] 1944年，两位社会心理学家弗里茨·海德和玛丽安·西梅尔通过一个简单的动画短片发现，绝大多数观看者会自发地、不可避免地赋予这些几何图形意图、情感和社会角色（如欺凌者、受害者），并构建出连贯的叙事故事（如：大三角在欺负小三角和圆圈，小三角想保护圆圈，它们一起努力逃脱了大三角的追捕）。这一经典实验深刻揭示了人类固有的、自动化的拟人化倾向和社会认知模式，即我们倾向于将运动解释为有目的的社会行为并归因于内部特质。这一观点成为归因理论和社会认知研究的基石，并对动画、设计等领域产生了深远影响。

[3] 这是氨酰-tRNA合成酶催化氨酰化反应的关键步骤，即确保将正确的氨基酸精准地“挂”在其对应的tRNA上。在酶的催化下，异亮氨酸与ATP结合后，形成中间体异亮氨酸-AMP，此时酶的活性位点会“封闭”，等待特异性识别的tRNA的进入（tRNA合成酶具有极高的特异性，能精准分辨出对应的tRNA）。最后，对应tRNA的结合触发高效的氨酰化反应，将异亮氨酸迅速转移到tRNA上，从而避免了异亮氨酸-AMP的水解。

[4] 如图3所示，坐标竖轴为适合度且向上为正方向，当一个有利突变在种群中频率逐渐提高时，种群整体的适合度提高，表现在坐标图上为向一个适合度为极大值的山顶移动。但是极大值不一定是最大值，当种群处于极大值（即局部最大值时），适合度想要进一步提高，就必须先降低，即跨越适合度的“深谷”。

图3 适合度景观示意图丨图源：DOI: 10.1126/science.adh3860

[5] 细胞经历了减数分裂，每个细胞只有一套染色体，这个时候称为是“单倍体”。

[6] 这里的意思是，为了减少突变，这些基因开启转录，并在过程中利用相关机制扫描并校正突变。所以在这个过程中，这些基因表达出产物并非“目的”，而只是副产物，其主要作用是扫描并校正突变。

[7] 细胞经济理论大意是说，微生物细胞如同一个精明的经济体，在核心资源（核糖体）有限的约束下，通过进化选择出最优的资源分配策略：将蛋白质合成能力（核糖体）在制造代谢酶（用于转化营养物质）和制造更多核糖体（用于扩大产能）之间进行权衡分配，其终极目标是最大化生长速度。该理论揭示了细胞生理的核心逻辑——生长速率根本上由资源投入的“经济效率”决定，即如何在有限资源下获得最高的“酶投资回报”，成功解释了不同营养条件下蛋白质组分配的变化规律，并为预测细胞行为和优化代谢工程提供了强大框架。

本文基于知识共享许可协议（CC BY 4.0）译自Yanai, I., Lercher, M. The two languages of science. Genome Biol 21, 147 (2020).

https://doi.org/10.1186/s13059-020-02057-5

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