如何从0到1完成生命科学研究 | 小学生研究结直肠癌？

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生命科学 科学研究 课题设计

顾名思义，生命科学是一门专门研究生命的科学。

但如何从0到1完成一项生命科学研究呢？

这个问题，我们打算从大家初中刚接触生物的时候讲起：

其实，早在大家初中接触《生物学》的时候，就得以窥见这个学科里头最根本的方法论：

提出问题——作出假设——制定计划——实施计划——得出结论——表达和交流

七年级生物课本第二章关于鼠妇的实验设计

正如人教版《生物学》七年级上册第二章中的这个探究课题——非生物因素对某种动物的影响：

课本以光对于鼠妇分布的影响作为提出的问题；

根据已有的一些信息作出合乎逻辑的假设——鼠妇适于生活在阴暗的环境中，光会影响鼠妇的分布；

为验证提出的假设，制定严谨、有效的实验计划。尽量考虑各种可能遇到的麻烦和操作细节，避免实际执行过程中出现问题；多次记录、重复实验计算平均值，减少偶然因素带来的误差；

执行实验计划；

利用数据处理方式（如不同的统计学方法等），对结果进行分析，得出结论；

以汇报、写成文章/论文等形式对整个研究进行表达和交流。

这个研究可能看起来稍显简单，但和那些发表在顶级期刊的论文骨子里是一样的，有着相同的方法论，只不过是在不同的生物学尺度研究问题。

这些高大上的文章期刊

其实遵循的研究模式都是类似的

关于生物学尺度，在高中生物（人教版）必修一：分子与细胞中也有提到：

原子<小分子<生物大分子<细胞<组织<器官<系统<个体<种群和群落<生态系统<生物圈

注：原子、小分子和生物大分子在原教材中未出现。

上文中提到的“光对鼠妇分布的影响”是在个体和种群的尺度上进行生命科学研究，随着物理、化学等其他学科和技术的发展，更大或更小尺度的研究得以开展。

例如用更小的尺度对这个课题进行研究：

在器官和组织的尺度上，鼠妇的什么器官负责接受、处理光信号等；

在细胞和大分子的尺度上，在鼠妇的那些细胞中的什么分子会因为光信号的输入，作出构象等的改变，从而影响一些信号通路的调节或某些蛋白表达水平的变化等其他生物学功能的进行等；

在原子和小分子的尺度上，在行使感应光信号的关键蛋白中，那些氨基酸残基或某些金属离子是该蛋白的活性位点所必须的等等；

例如用更大的尺度对这个课题进行研究：

在群落和生态系统的尺度上，因为各种各样的地理/生态环境带来的不同时长、强度的光照，会对鼠妇的生态位有什么影响等等。

因此，生命科学的研究殊途同归，只不过是以不同的尺度和方式来探究生命的奥秘。

例如最近炒得沸沸扬扬的#小学生研究结直肠癌获全国奖项#，也同样可以用类似的方法论来解构。

截图自微博

提出问题——C10orf67在结直肠癌发生发展中有什么样的功能，其背后的机制是什么样的？

作出假设——因为高原哺乳动物（包括人类）的集体对高原适应的主要表现之一就是低氧适应，而低氧在人类疾病包括实体瘤中也常发生。根据高原适应和肿瘤细胞适应的相似性，高原哺乳动物低氧适应受选择的关键突变基因C10orf67可能会成为肿瘤细胞治疗的标志物和药物靶点。

制定计划——检测C10orf67在肿瘤细胞中的表达水平；构建C10orf67低表达的细胞系和缺陷型小鼠，并检查细胞生长状况的生长周期因此受到的影响；探究该基因表达水平之于癌症细胞对化疗药物敏感性的影响等。

实施计划

得出结论——C10orf67在结直肠癌中高表达，敲低其表达可以显著抑制细胞的增殖，将细胞阻滞在G2/M期。进一步的研究表明该基因可以调节结直肠癌细胞对化疗药物的敏感性。

表达和交流——该项目参加全国青少年科技创新大赛。

根据来自全国青少年科技创新大赛官网的信息来看，这位同学不仅完成了给出的部分截图中所示的Western Blot、qPCR、Knockdown、细胞生长曲线等实验，还构建了基因缺陷小鼠、分析临床样本等。

对于一个六年级的小学生而言，理解提出问题—作出假设—制定计划—实施计划—得出结论—表达和交流，这般生命科学研究的方法论并不意外；在其他专业人士的指导和监督下完成一些实验也在情理之中（其实很多实验只需要稳定、不出错的将一些东西按顺序混合起来）。

但这项研究背后的生物学/医学价值，对于该领域底层逻辑的理解和知识框架对大多数青少年来说是晦涩难懂的。

将小学生作为“工具人”完成这样的项目无异于揠苗助长，并不能对其自身知识体系或科学素养的养成带来很大的价值（尽管这样的奖项对于升学等可能有很大帮助）。

甚至适得其反，会让人容易轻视基础知识的积累、对其背后生物学/医学价值的思考以及科学研究逻辑的理解。

近期学术圈的另一个热点事件则刚好说明了，对某个领域坚实的知识框架和深刻的理解才能够更好地产出有价值、有意义的研究。

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