饒毅
本文在簡要回顧中國科學史的基礎上，介紹一些近年研究的內容，肯定中國科學令人樂觀的進步，並討論可能的意義。同時也指出，中國優秀論文總量仍不到世界的百分之一，低於中國經濟在世界所占的百分比、也不能適應中國持續發展的要求。中國科學的規模需要相當程度的擴大、品質有待進一步提高。中國科技還存在面臨許多問題和挑戰。
中國科學歷史上的優秀例子
一個國家科學研究狀況可以近似地由發表論文的情況所反映。以下，本文主要從生命科學的研究來討論中國科學的情況，一方面這是我有一定判斷力的領域，另一方面生命科學是科學技術最重要的組成部分之一，可以反映科學主流。討論中國論文發表情況前，先談兩個背景：中國科學的歷史情況，優秀科學和著名雜誌的關係。
奠定中國生命科學研究是二、三十年代協和醫學院生理系林可勝 (Robert KS Lim)和生化系吳憲 (H Wu)。他們不僅自己研究出色，而且培養和帶領了其他研究者。林可勝在胃腸道生理和神經生理有優秀工作。1942年，他在中國當選為美國科學院外籍院士，是近代歷史上第一位被世界科學界推崇的華裔科學家。1965年，他在美國時當選為美國科學院院士。當時華裔美國院士有：物理學家吳健雄(1958)、數學家陳省身（1961)、應用數學家林家翹(1961)、物理學家李政道(1964)和楊振寧(1965)。其中只有林可勝主要工作是在中國做的。吳憲在生化和營養方面有出色的研究。他在哈佛留學期間對血糖分析方法有重要改進，回國後研究蛋白質變性達世界領先水準，他的妻子嚴彩韻和助手劉思職等參與這些工作。中國現代遺傳學奠基者、先後在燕京和北大的李汝祺於1923年至1926年在美國哥倫比亞大學摩爾根 (Thomas Morgan) 小組作研究生，他本人以及與摩爾根的傑出技術員布理基斯 (C. Bridges) 合作研究了染色體畸變對果蠅發育的影響，1927年他在第一期《遺傳學》雜誌發表的論文，確定了包括一個叫Notch的基因的致死期，而Notch至今仍然是發育遺傳學家們的重要研究對象。藥理學家陳克恢(KK Chen)於1923到1925年在協和醫學院藥理系短期工作。他從中藥麻黃中提取和研究麻黃素，其中對麻黃素的藥理作用是他成名世界藥理學界的工作。他的發現是中國藥學家對世界的一個貢獻：一般西方現在日常用的感冒藥裏都有他研究的藥物成分，中藥如此成功地成為西藥的例子迄今還是很少的。1925年後他再到美國學醫而獲醫學博士學位。以後，成為美國大藥廠禮萊藥廠的研究部主任和美國藥理毒理學會理事長，而他最有名的工作還是他在協和做的。植物生理學家李繼侗和學生殷宏章在南開大學的研究發現了光合作用的暫態效應，他們的論文1929年發表在英國《植物學志》,70年代仍為美國的同行列為光合作用研究歷史的一個重要工作。植物學家羅宗洛對作為植物氮源的硝酸鹽和銨鹽的比較研究，得到了有應用價值的結果。先在協和、後在中國科學院上海生理所的馮德培，對神經傳遞有重要研究、他在30年代對神經可塑性的開拓性研究多年來被哥倫比亞大學肯得爾(Eric Kandel, 2000年諾貝爾獎得主)推崇，1986年馮當選為美國科學院外籍院士。30年代協和生理系的張錫鈞對中樞神經系統內化學傳遞和乙醯膽鹼遞質作用有重要研究。以後在中科院細胞所的莊孝惠，他在30年代對胚胎誘導的研究工作到90年代還被英國科學家在《自然》雜誌上引用過。這些早期中國生命科學家的研究除了吳憲起初是發表在《生物化學》上以外，多數都發表在英文的《中國生理學雜誌》上。因為他們研究的水準，這個雜誌受同行重視，如當時在澳大利亞的神經生物學家(以後的諾貝爾獎得主)埃科斯 (John Eccles) 也讀《中國生理學雜誌》，吳憲在這個雜誌的文章也被《自然》介紹。
50到70年代的三十年裏，中國大陸科學家一般不被允許到國際雜誌發表論文。而臺灣科學力量單薄。大陸有些好的工作，沒有在國際雜誌發表。包括:1955年北京生物製品研究所湯飛凡等用雞胚接種方法從沙眼病人的眼結膜刮屑物中分離培養到沙眼病原體；1958年到1965年合成胰島素(參加者有中科院上海生物化學所、北京大學、中科院上海有機化學所等，組織者包括王應睞，1982年國家自然科學一等獎獲得者為鈕經義、龔嶽亭、鄒承魯、杜雨蒼、季愛雪、邢其毅、汪猷、徐傑誠；其中汪猷和邢其毅等負責合成A鏈、鈕經義和龔嶽亭合成B鏈，鄒承魯、杜雨蒼等使單獨合成的兩鏈結合起來；這項工作在60年代就為英國劍橋大學教授、諾貝爾獎獲得者肯德魯爵士 (John C. Kendrew) 和瑞典皇家科學院諾貝爾化學獎評審委員會主席梯瑟留斯 (A．Tiselius) 等高度評價；梯瑟留斯曾說：“你們能從書上學到原子彈的知識，但學不到人工合成胰島素”)；生化所曹天欽對原肌球蛋白的研究和球蛋白輕鏈的發現；60年代初科學院上海藥物所鄒岡和上海第一醫學院張昌紹發現嗎啡鎮痛的腦內位點，對於鎮痛研究有推動（他們1964年的英文論文發表於《中國科學》，1991年被美國科學索引機構發現在其領域引用最高)；上海腦研究所張香桐長期在運動皮層、神經元樹突生理功能和針刺鎮痛的神經機理研究等多方面作出了重要貢獻；上海植物生理所殷宏章和沈允鋼等發現光合磷酸化過程中存在著高能中間態；60年代後期到71年中國分析胰島素晶體結構，有中科院生物物理所梁棟材、林政炯、王家槐、物理所李鵬飛和北京大學人員參與，成功地解出胰島素高解析度結構。這個研究發表在《中國科學》，英國結構生物學家、諾貝爾獎得主荷潔津(Dorothy Hodgkin)關注這個工作，雖然荷潔津本人也做同樣的工作、而且比中國早一些有論文，當她1972年到北京後，給牛津大學同事的信中稱讚中國胰島素晶體結構研究工作的美麗。她在國際結晶學大會上介紹此研究，使國際科學界注視中國，在《自然》雜誌專門介紹中國工作時稱:“北京圖譜目前是(也許永遠是)胰島素最精確的圖譜”;70年代上海生化所王德寶等人工合成酵母丙氨酸tRNA；上海生化所李載平推動中國分子生物學研究起步和對中國肝炎病毒研究也有重要貢獻。
80年代，上海第二醫學院王振義實驗室發現全反式維甲酸可以治療白血病的特定亞型(急性早幼粒細胞白血病)，王振義這一工作於1988年在《血液》雜誌上發表，他們的新方法已被世界接受，為中國和世界各地的白血病人帶來福音，是近二十年來中國生物醫學最重要的工作之一，也是中國極少向世界推出現代治療藥物和方法的一個例子。
從部分中國科學優秀工作可以看到歷史的側面。當然，因為個人瞭解有限，這裏不可能全面介紹生命科學的優秀工作，特別缺乏對傳統生物學和生態等方面的介紹。
優秀研究和著名雜誌
在早期生命科學界，優秀論文並不一定要競爭到某個或某幾個特定的雜誌上發表。美國的《生物化學雜誌》和英國的《生理學雜誌》都發表過一些得諾貝爾獎的論文。但近幾十年來，將優秀論文競爭到著名雜誌發表的情況比較激烈。迄今為止，中國在這些雜誌發表論文數量很少，主要是因中國科學水準還不高、研究欠嚴密、思想欠創新。是否有國外科學家的偏見?偏見會有，但中國研究水準不足是主要原因。英文水準有限現在也不是主要原因。在相當長時間，中國需要努力把研究水準提高，把好論文投到著名或優秀雜誌。審稿人和編輯對著名雜誌的論文高要求有助於提高研究品質。基礎科學研究不應該鼓勵在中國雜誌發表，象德國和日本等科學發達國家，都還是把好的論文投稿到美國和英國的英文雜誌，因為這是國際交流和競爭的需要。想把中國雜誌趕快推上去是不現實的：目前中國的研究群體還沒有能力把中國雜誌推到世界水準，而如果堅持把好的論文都投到中國雜誌上去，反而有可能影響中國科學發展。
這裏只討論生命科學著名雜誌：英國的《自然》、美國的《科學》、《細胞》、《新英格蘭醫學雜誌》和《自然》的幾個分科雜誌。《新英格蘭醫學雜誌》的權威性和歷史要優於《自然?醫學》。但絕對區分雜誌很難：《自然?細胞生物學》與《分子細胞》和《基因與發育》相當並與《歐洲分子生物學組織雜誌》接近，《自然?神經科學》與《神經元》相當，《自然?免疫學》與《免疫》和《實驗醫學雜誌》相當。《自然》和《科學》有不同論文，一般認為《自然》和《科學》的長文(在兩個雜誌裏分別稱為articles和research articles)最難進，然後是《細胞》，再是《自然》和《科學》的短文(分別稱為letters和reports)。當然長短還和資料多少有關。
我要說明，具體一個研究優秀與否，不能完全依賴看論文在什麼雜誌發表來評價。事實上，今年我在中國科學院教研究生時，期中考試就是讓學生們批評一篇《自然》雜誌的論文。雜誌發表情況是專家對科學評價的一部分，因每一文章所經過的審稿人和編輯有限，論文出來以後專家們通過更多時間進行廣泛的評價會更準確。但是，作為總體來說，特別是從一個國家的情況來說，論文發表情況可以反映科學研究整體水準。
中國以前在優秀雜誌發表論文的情況
被一些國際權威綜述雜誌邀請寫文章是很難得的，中國生命科學家應邀寫過綜述的包括：科學院植物所湯佩松1983年為《植物生理年評》和上海生理所馮德培1988年為《神經科學年評》邀請寫個人科學生涯、北京醫學院神經科學研究所韓濟生1982年應邀在《藥理和毒理年評》寫綜述、科學院生物物理所鄒承魯應《生化科學趨勢》邀在1991年寫綜述、1995年寫回顧胰島素合成的工作生涯。以下主要討論直接報導研究的原始論文。
1930和40年代中國有相當多的《自然》和《科學》論文。包括：物理學家吳有訓、趙忠堯、餘瑞璜、施士元、陸學善、王淦昌和何增祿，化學家李方訓、汪猷等。生命科學的湯佩松、殷宏章、汪敬熙、張昌紹、金蔭昌等，地質學家李四光等。中國當時的物理學家在《物理評論》、化學家在《美國化學會雜誌》上還有較多論文。而微生物學家湯飛凡和醫學科學家張孝騫分別在《實驗醫學雜誌》和《臨床研究雜誌》等優秀雜誌上有論文發表。
50年代以後，我們現在可以查到的是：1957年6月29日，中國科學院植物研究所和北京大學的湯佩松和同事在《自然》雜誌發表論文。1949年以前湯佩松在武漢大學、西南聯大和清華大學生物系和農學院工作，在植物呼吸代謝的控制等方面有重要貢獻，特別是發現同一植物中呼吸代謝途徑的多樣性。1957年湯佩松等發現：水稻幼苗生長時，如果通過提供硝酸鹽使它們得到含氮環境，水稻會產生適應反應，體內被誘導產生硝酸還原酶，而此酶作用於硝酸底物。這一工作澄清了當時還有爭議的底物誘導植物適應性反應問題，證明了高等植物體內適應酶的形成。
1967年9月9日，臺灣大學醫學院藥理系的李鎮源等在《自然》發表論文，報導去除神經對肌接頭上?銀環蛇毒素位點的作用。李鎮源等最重要的工作是1963年發現?銀環蛇毒素，以後一系列的研究表明它可以不可逆地結合到神經遞質乙醯膽鹼的受體上，這個毒素對研究乙醯膽鹼受體和神經肌接頭的發育兩方面都有很大的幫助。我的兩位同事、神經肌接頭發育的世界權威賽因斯(Joshua Sanes)和利克特曼(Jeffrey Lichtman)今年在《自然神經科學綜述》的文章仍引用李鎮源1967年的論文，並強調發現?銀環蛇毒素對於研究突觸後發育的重要性。
“文革”後，當中國大陸科技教育界尚未普遍走出困境時，《自然》雜誌於1978年10月3日收到中國科學院生物物理所鄒承魯一篇投稿，大概編輯沒有要求修改就在1978年11月10日接受了這篇論文。1979年1月18日在《自然》發表鄒承魯等對甘油醛－3－磷酸脫氫酶活性部位新螢光團形成的研究。鄒承魯在生物化學有多方面研究，60年代研究化學修飾對蛋白質功能的影響，1962年首先提出修飾程度和活性變化間定量關係，這篇在中國發表的論文到1979年在英國出版的經典酶學教科書中有較詳細的介紹。鄒承魯統一研究酶的可逆性和不可逆性抑制，文革後以英文在《生物化學》發表的論文受重視，1988年應邀在《酶學進展》上長篇綜述他實驗室這方面的研究，被廣泛引用至今。近年他研究酶活性位點構型的柔性，部分工作在1993年10月15的《科學》上有討論。鄒承魯是較早開始研究蛋白質折疊的科學家之一，而這個問題到今天也是結構生物學和生物化學一個活躍的重要領域。
1980年，中國科學院微生物所王敖全等在《細胞》發表論文，報導他們在細菌中對轉座子進行的研究。
1981年8月20日，中科院上海生化所張友尚實驗室在《自然》雜誌發表論文，報導他們對胰島素半合成方法的改進。以前對胰島素結構和功能關係的研究知道：胰島素去掉B鏈6個氨基酸後還有活性。在這篇論文裏，他們用酶催化給去掉8個氨基酸的B鏈加上2個氨基酸，得到去掉6個氨基酸的B鏈，而獲得較大量可以結晶的活性胰島素片段。這篇論文與湯佩松和鄒承魯等論文一樣只有兩頁，與當時《自然》其他正規論文是一樣的。那時《自然》還保持一個習慣，只報導重要研究的關鍵結果，而同一工作的詳細過程和結果還可以發表到其他專業雜誌上。張友尚1964年曾留學分子生物學發源地、英國劍橋大學醫學研究委員會的分子生物學實驗室，跟隨著名結構生物學家、諾貝爾獎獲得者克魯格(A. Klug)，在1966年有過一篇在英國工作的《自然》論文，可惜回到中國以後正是“文革”高峰。
1986年，中科院生物物理所的王家槐在《自然》發表兩篇短文，一篇提出蛋白質和DNA結合時，特異結合是在DNA的大溝、而小溝以非特異結合為主。另一篇是提出天花粉蛋白和蓖麻毒蛋白有順序相似性。王家槐以前參加過胰島素結構研究。以後在哈佛大學又有多篇優秀論文發表，最後應聘任教於哈佛醫學院附屬癌症研究所，是那一代中國大陸留學人員中極少有的例子。
1996年5月，臺灣大學醫學院微生物研究所在《自然?醫學》雜誌發表論文，發現用DNA肌肉注射引入過敏原可以誘導特異免疫反應，從而減少以後氣道過敏症狀，提出這是治療過敏反應的方法。它推廣了美籍華裔科學家Margaret Liu首先提出的用DNA注射進行免疫的方法。是否在人類有效，還需更多研究。
1997年臺大醫院在《新英格蘭醫學雜誌》發表論文，證明用肝炎疫苗使肝炎發病率下降後，肝癌發病也減少，強烈支持肝炎和肝癌發病的相關性。雖然以前臺灣在這個醫學權威雜誌有過短篇討論，這是第一次有正式研究論文在那發表，此結果對中國各地都常見的肝病有意義，也對世界醫學有一定意義。其後到2000年，臺灣在該雜誌還有過6篇論文，涉及肝炎治療、病毒感染和角膜移植。
1998年11月，香港科技大學生化系張明傑實驗室在《自然?結構生物學》發表論文，解出了神經元一氧化氮合成酶的一個抑制蛋白的結構。
1998年12月，湖南醫學院夏家輝等在《自然?遺傳》雜誌上發表文章，確定了一種影響高頻耳聾產生的基因，這種基因的一些突變可以導致對高頻聲音的聽覺缺陷。一個基因突變後造成某種疾病，一般簡單稱此基因為“罹患基因”。過去二十年，人類遺傳學家們發現了約八百個導致人類疾病的罹患基因。包括許多重要和常見的遺傳病，和一些以前沒有認識到是遺傳導致的疾病。這些研究對於人類有顯而易見的價值。夏家輝等發現一種罹患基因，對於中國來說，是實現了疾病罹患基因研究零的突破，對世界上任何可能患這一類病的人群來說，都是一個幫助。在生物學意義上，因以前其他科學家已經發現幾個耳聾的罹患基因是相似的基因突變造成，使這個工作提示新的生物學機理有限。
1999年5月，香港科技大學生化系張明傑實驗室在《自然?結構生物學》發表論文，解出了神經元一氧化氮合成酶一個重要區域與其它蛋白結合時的結構。一氧化氮這個氣體分子是重要和特殊的信號分子，而一氧化氮合成酶是形成和調節一氧化氮的關鍵。它含有的PDZ區域又是在許多蛋白質相互作用中起重要作用。把這個區域與其它蛋白結合的結構解出使多個領域的科學家感興趣。
2000年1月，在臺灣的中央研究院分子生物所李鴻實驗室在《自然?遺傳》發表論文，他們用老鼠建立了一種人類疾病的模型。脊髓肌肉萎縮(SMA)是因為脊髓中運動神經元病變造成它們支配的肌肉萎縮，法國人類遺傳學家最初認為這個疾病可能因SMN1基因突變造成，以後更多研究認為SMN2也有關。李鴻實驗室和另外的實驗室都發現，在小鼠剔除SMN1基因以後，小鼠在胚胎早期死亡，這與人的SMA疾病不一樣。這種小鼠和人類的差異情況並不少見，一般也就認為大概不能在小鼠複製人的這個疾病。而少見的是，李鴻實驗室在SMN1基因剔除的小鼠中，再用轉基因方法引進人的SMN2基因，在這樣雙重基因改變（剔除加轉基因）後，小鼠發生了和人類SMA疾病很象的症狀。這給世界提供了一個研究SMA疾病發生的模型，也可以用這樣的動物模型來尋找治療的方法。這是李鴻實驗室持之以恆的收穫。他們因此成為研究SMA疾病的世界領先實驗室。是中國歷史上第一次給世界提供人類疾病的動物遺傳模型。
2000年8月，《自然》雜誌發表雲南農業大學朱有勇、陳海如等證明混合水稻品種栽培可以減少病害的論文。通過混合栽培作物來減少病害的思想以前國外科學家已經提出並有小規模證明。朱有勇、陳海如等選用了幾個秈型雜交稻、糯稻和粳稻品種，在雲南10餘個鄉鎮進行大面積混栽，並觀測混栽對稻瘟的控制作用。他們發現，秈型雜交稻與糯稻混栽可以明顯控制稻瘟病，特別是秈糯混栽時，糯稻品種葉瘟和穗瘟的發病率、病情指數均明顯下降。這一大規模試驗證明了混栽的優越性。因為由真菌引發的稻瘟病是水稻的主要疾病，這個試驗的結果在中國有較高的應用價值。同樣原則也能應用於其他疾病。混栽可能帶來收穫時品種混雜，在機器收穫的地區和時代，是有待解決的問題。在中國目前許多靠手工收穫的地區，這個問題可以解決。
2000年10月，四川的華西醫學院魏於全等在《自然?醫學》發表論文，報導異種血管內皮細胞可以誘導抑制多種腫瘤的抗腫瘤免疫反應，從而阻斷腫瘤血管生長，既能防治腫瘤發生、也能減小已經形成的腫瘤，提示一個產生腫瘤疫苗和治療腫瘤的方法。隨時間推移，更多其他實驗室的重複和應用情況也許是告訴我們這個工作重要性的可靠途徑。
另外，大陸和臺灣近年還有一些發表在其他雜誌的較好論文，例如：中科院生物物理所王志珍在《歐洲分子生物學雜誌》、中央研究院分子生物所孫以瀚在《基因與發育》雜誌、同所簡正鼎在《神經元》、上海第二醫學院陳竺和陳賽鵑在《血液》、中科院上海生命科學研究院細胞所的裴鋼在《實驗醫學雜誌》、神經所李朝義在《美國科學院志》、細胞所朱學良在《分子和細胞生物學》、生化所李林在《分子細胞》、生物物理所王志珍和軍事醫學科學院賀福初在《生物化學雜誌》、發育所孫方臻在《發育》、臺灣大學生物系吳怡春在《發育細胞》等。