如何提高化学研究的可重复性？

发布时间：2019/10/29 10:11:41     浏览次数：1787

实验室里最苦恼的事情之一可能就是无法重复一个让人惊喜的实验。

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“可重复”对于科学实验的重要性不言而喻。理工科学生的第一节实验课，老师估计都会教“重复多次取平均”的规则。对于科学家来说，发表不可重复的实验结果，除了结论受到质疑，学术操守甚至人格也会遭受牵连。这样的例子数不胜数，轻者如Douglas Melton，自己从顶级期刊撤稿，重者如黄禹锡、小保方晴子等人，丢掉工作身败名裂（点击阅读相关）。重磅科研成果的不可重复一次次成为社会舆论的热点话题，最近一次的当属河北科技大学副教授韩春雨发表在Nature Biotechnology 上的NgAgo论文的重复性争议，直到现在，结果仍然扑朔迷离。

看上去，大多数实验可重复性问题出现在生物学、医学等领域中（点击阅读相关），那么化学是否独善其身呢？

去年，Nature 杂志调查了1500位科学家，其中70%的受访者认为科学正面临严重的可重复性危机。不过，超过一半的受访者仍然信任各自领域的出版物，其中化学家们的信心最坚定，但同时对重复他人工作（甚至自己工作）之困难的抱怨也最多。这看起来自相矛盾，麻省理工学院（MIT）的有机合成化学家Rick Danheiser认为可能的解释是：相比其他领域，化学家们会更经常寻求准确地重复实验。

化学实验的可重复性现状如何？药物化学家Derek Lowe指出，目前的天然产物化学研究中，几乎所有的多步合成法都不能真正用来生产，天然产物的主要来源仍然是从自然界提取。

药物研发领域可能是可重复性最好的领域之一了。因为该领域有大量企业科学家做贡献。企业科学家没有发表论文的压力，他们发表有问题的数据得不到任何好处。而且企业科学家更重视专利的申请，而可重复性可能会带来法律问题。

Lowe还认为，顶级期刊和垃圾期刊的可重复性问题都非常突出，大部分工作扎实、实验可靠的研究都发表在了中等期刊中。顶级期刊追求工作的新颖性，很可能忽视了重复性问题。

化学界一直在努力提高本学科的可重复性，他们都有哪些好主意呢？

可重复才能发表的期刊

Organic Syntheses 是一本“不走寻常路”的科学出版物，从1921年发表第一篇文章开始，这本杂志上发表的每一个反应都能被重复。如此完美的秘诀是一篇文章出版之前，杂志社都会委托独立实验室重复待发表的结果。文章所有实验会在一位编委的实验室中重复，通常由研究生或博士后在编辑的监督下操作。Danheiser是Organic Syntheses 的主编，他说他们的目标是六个月内完成重复工作。2010至2016年间，这本杂志因为产率或选择性不可重复而拒掉了7.5%的投稿。这种对可重复性的严谨，在化学甚至整个科研界都绝无仅有。

从创刊伊始，Organic Syntheses 就严格要求重复性，并以此为发表条件。图片来自网络

这倒不是说其他学科的学者不严谨，而是学科特点所决定。生物实验变量太多，完全重复绝对是件极具挑战性的工作；而物理和某些化学分支的实验则需要特殊或昂贵的仪器，也很难在别处重复。

跨越学科界限

本月，Chemical Probes Portal网站收录了第275个化合物。这个网站致力于提高科学实验的可重复性。它建立了一个小分子生物探针数据库，网站主管Amy Donner说他们主要解决两个问题：第一个问题是确保研究者在实验中使用了正确的试剂，而另一个更大的问题是对于如何使用那些化学探针来调节活体内的生物过程是否理解错误。

Chemical Probes Portal首页。图片来源：chemicalprobes.org

世界上的化学探针成千上万，数量太多也成了问题。需要使用这些探针的生物学家往往不具备检验这些探针的专业知识。Chemical Probes Portal的目标是根据目标蛋白给出建议使用和规避的探针列表，尽管这一点暂时还做不到。目前，研究者可以在网站上交流探针的使用情况，即便是负面结果也能提醒其他人不要再浪费时间。这样一来，一种化学探针的优点和缺点将逐渐揭露出来。

考虑到化学探针的数量确实太多，为了短时间内扩大网站的影响，Chemical Probes Portal的小目标是挑出某蛋白最好和最坏的探针。

标准化命名

Research Resource Identifier（RRID）是另一项致力于提高实验可重复性的尝试，具体做法是规范文献中引用的各类试剂、软件、抗体和模式生物的名字。尽管已经有200种期刊开始鼓励作者使用RRID的命名规则，但化学领域的期刊似乎比较“固执”。

但实际上化学文献也因为化合物命名不统一而苦恼。因为教会所有人如何规范命名并不是一蹴而就的事情，RRID项目目前的最低目标是让研究者至少使用PubChem ID这样的数字编号。

电子实验记录本

另一种提高实验可重复性的方案风靡化学工业界，它就是电子实验记录本（electronic laboratory notebooks，ELNs）。依赖IT系统的电子实验记录本可以储存所有实验条件和原始实验数据，保证数据永远不会遗失，方便研究者翻阅以往数年的实验记录。它还可以搜索分子结构，以便于快速查找反应。在同一个研究组或公司内，同事间可以互相访问，这有利于减少重复劳动，并能提高实验的重复率。化学反应信息的电子化甚至有利于利用互联网技术帮助合成路线设计（点击阅读相关）。

此外，电子实验记录本还能快速、准确地提供化学计量学计算和化合物安全信息，它比笔记本电脑更加适于实验室使用。

不过学术界很少使用电子实验记录本，可能是价格太高吧。

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近年来有机合成界最耀眼的明星学者之一、斯克里普斯研究所的化学家Phil Baran（点击阅读相关）认为实验数据的“开源”比同行评议的作用更大。化学的重复性问题应该比其他领域更容易解决。作者有责任把实验信息公开，并鼓励其他实验室去验证和重复。尤其是方法学论文更应该如此，因为它们是多步合成路线的基础。

由此可见，提高整个化学学科的实验可重复性，归根到底还是需要依靠信息的准确和公开透明。对化学研究者自身而言，实验之前应多方考察文献真实性，并从设计实验起就做好详实的实验记录，包括所用试剂的详细信息，这些基本要求一定不能忽视。只有这样，万一将来论文受到质疑甚至你自己都无法重复实验的时候，你还有机会找出问题的关键，并进行补救。

实验不能重复并不是最糟的，垫底的还有“学术不端”这口超级黑锅。