意想不到的发明
改变世界的重大科学发现，都源于多年前的基础研究
(视频)
我们常常以为，那些颠覆性的科技突破，比如基因编辑或核磁共振，都是在明确目标的指引下，经过精心规划和巨额投资才诞生的产物。这似乎是理所当然的。
但历史告诉我们一个截然不同的故事。如果回溯源头，你会惊奇地发现，许多最伟大的变革，其种子都播撒在一些看似与实际应用毫无关联的“无用”之地。谁能想到，研究温泉里的耐热细菌会彻底改变法医学？探索胡萝卜根里的化学物质会催生出平板电视？或者，分析一种沙漠蜥蜴的毒液，竟能开启一个价值千亿的减肥药市场？
这些都不是巧合。它们雄辩地证明了一个真理：由纯粹好奇心驱动的基础科学研究，其潜在价值无可估量。在支持基础科学研究面临不确定性的今天，这个教训比以往任何时候都更加重要。本文将分享七个这样的真实故事，它们清晰地展示了“无用之用”的巨大力量，以及那些最初看似不起眼的探索，是如何在不经意间改变了我们的世界。
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如今，以Ozempic（奥司他韦）为代表的GLP-1类药物已成为全球瞩目的“减肥神药”和糖尿病治疗的革命性药物，其市场规模预计将达到千亿美元。然而，这项医学奇迹的关键突破，却源于对一种动物的纯粹生物学研究——美国唯一的有毒蜥蜴，格拉巨蜥（Gila monster）。
故事的核心是一种名为GLP-1的分子，它能有效调节血糖和食欲，但在人体内几分钟内就会被分解，无法成药。正当研究陷入僵局时，蜥蜴登场了。1992年，由Jean-Pierre Raufman领导的团队在格拉巨蜥的毒液中发现了一种名为exendin-4的肽。这种物质的结构与人体的GLP-1惊人地相似，但效果却持久得多。科学家Daniel Drucker——他曾参与GLP-1的早期研究——敏锐地意识到其潜力，并开始探索它与GLP-1受体结合的可能性。这个意外的发现，完美地解决了GLP-1药物研发的核心难题。这是一个从动物学基础研究到价值千亿市场的绝佳例证。
故事始于1990年的一次植物学实验。科学家Richard Jorgensen试图通过增加一个额外的色素基因，来培育出颜色更深的紫色矮牵牛。然而，实验结果却完全出乎他的意料：他得到的不是更紫的花，反而是纯白色的花。这个令人费解的“失败”结果激发了科学家的好奇心。经过多年的深入探究，他们最终揭示了这背后隐藏的一种全新的生物学机制，称为“RNA干扰（RNAi）”，即微小的RNA分子可以触发对特定信使RNA（mRNA）的破坏，从而在蛋白质生成之前有效地“沉默”一个基因。这一基础生物学领域的重大发现，如今已开创了一个全新的药物类别，催生了像fitusiran这样的药物，用于治疗血友病等曾经难以攻克的遗传性疾病。
1966年的夏天，一位名叫Hudson Freeze的本科生在黄石国家公园的温泉中采集样本。他成功地从接近沸腾的泉水中分离并培养出了一种能在极端高温下生存的微生物——Thermus aquaticus。1970年，他和导师Thomas Brock从这种细菌中分离出了一种耐热酶。然而，真正改变世界的关键一步发生在1976年。当时，俄亥俄州辛辛那提大学的另一个团队从T. aquaticus中分离出了另一种至关重要的耐热酶——DNA聚合酶（Taq聚合酶）。这个发现起初并未引起太多关注，直到它遇到了生物化学家Kary Mullis。Mullis当时正在发明聚合酶链式反应（PCR）技术，这项技术需要反复加热来分离DNA链，但他一直缺少一种能在高温下稳定工作的聚合酶。Taq聚合酶的出现，完美地补上了这最后一块拼图。如今，PCR技术已成为法医学DNA指纹鉴定、癌症诊断和器官移植匹配等领域不可或缺的基石。
1989年，微生物学家Francisco Mojica正在研究西班牙盐沼中的一种古菌。在测序其基因组时，他发现了一些奇怪的、不断重复的短DNA片段。这些序列最初被认为毫无意义，但Mojica的好奇心驱使他坚持了十多年的研究。他最终发现，这些片段之间插入了来自病毒的DNA，它们共同构成了细菌对抗病毒的一种古老的适应性免疫系统。正是基于这一基础发现，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna等科学家才得以将这一自然防御机制，改造为今天强大的基因编辑工具CRISPR，开启了基因治疗的新纪元。这项源于纯粹好奇心的发现所带来的巨大影响，至今仍让其发现者感到震撼。
“每当我看到CRISPR的新应用，或者CRISPR治愈了某个人，我的大脑都会爆炸。”
— 微生物学家 Francisco Mojica
20世纪50年代，地球化学家Clair Patterson的目标是解决一个纯粹的科学问题：精确测定地球的年龄。但在实验中，他被一个意想不到的难题困住了——无处不在的铅污染严重干扰了他的测量。为了获得准确数据，他不得不建造一个超洁净的实验室来过滤空气。在成功地利用陨石测定出地球年龄为45.5亿年后，Patterson将注意力转向了那个困扰他的问题：这些铅污染究竟从何而来？
他与地球化学家Mitsunobu Tatsumoto合作，通过严谨的研究，最终证明含铅汽油是主要元凶。他的发现引发了一场与实力雄厚的铅工业的艰苦斗争，但他的执着最终促成了全球范围内对含铅汽油的禁令，据估计，这一举措每年拯救了超过一百万人的生命。
1888年，奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在研究从胡萝卜根中提取的化学物质时，发现了一种名为胆固醇苯甲酸酯的晶体表现出奇特的行为。当加热时，它会在一个温度下熔化成混浊的液体，但在更高的温度下才会变得透明。这种介于固体和液体之间的奇特状态，被物理学家Otto Lehmann命名为“液晶”。然而，这一概念挑战了当时物理学界公认的物质“固、液、气”三态分类体系，因此在长达半个多世纪的时间里被学界忽视。直到20世纪下半叶，对液晶的研究才被重新激活，并最终催生了我们今天无处不在的液晶平板显示屏（LCD）技术，从电视、电脑到智能手机，液晶彻底改变了我们与信息世界互动的方式。
MRI（核磁共振成像）是现代医学诊断的支柱，它能无创地生成人体内部精细的图像。这项技术的源头，可以追溯到1930年代对原子核及其内部基本粒子物理性质的研究——一个在当时被认为是“非常深奥”且“看不到任何应用前景”的纯理论领域。物理学家Isidor Rabi通过研究原子核在磁场中的“自旋”属性，发现了核磁共振现象，并因此获得了诺贝尔奖。
起初，这一发现仅仅被用于化学实验室，作为分析分子结构的工具。然而，真正的医学革命发生在1970年代以后。物理学家Paul Lauterbur和Peter Mansfield基于Rabi的理论，开创性地将其发展成为一种强大的医学成像技术，使我们能够以前所未有的清晰度观察大脑、心脏和肿瘤。他们也因此共同获得了2003年的诺贝尔奖。一项纯粹的物理学探索，最终彻底改变了医生诊断疾病的方式。
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这七个故事不仅仅是科学趣闻。它们共同指向一个深刻的结论：对基础科学研究的投入，具有无法估量的长期价值。这些由纯粹的好奇心驱动、最初并不追求任何应用的探索，其成果往往是无法预测的，但一旦出现，便可能深刻地改变整个世界。
这并非只是坊间趣闻，其经济和社会影响是可量化的。正如前白宫科学顾问John Holdren所指出的：
“基础研究的投资回报——即对社会的回报——非常高，通常每投入一美元就能获得多美元的回报。”
当我们审视当下，不禁会思考：在今天那些看似不起眼、远离市场的科学探索中，又潜藏着哪个未来将再次颠覆我们世界的种子呢？
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