Was machen Wissenschaftler nachts, wenn sie keine Artikel veröffentlichen?

Dieser Artikel ist ein in Genome Biology veröffentlichter Kommentarartikel von Itai Yanai, Professor für Biochemie und Molekularpharmakologie an der New York University School of Medicine, und Martin J. Lercher, Professor für Bioinformatik an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Der Originaltitel lautet „Night Science“ und der aktuelle Titel wurde vom Übersetzer hinzugefügt.

Der Artikel greift das vom Nobelpreisträger François Jacob vorgeschlagene Konzept der „Nachtwissenschaft“ auf, um die Erfahrungen des Autors bei der Untersuchung von Hypothesen und Problemen im wissenschaftlichen Forschungsprozess zu beschreiben. Anders als die in der öffentlichen Wahrnehmung wohlorganisierte und logisch strenge „Wissenschaft am Tag“ bezeichnet die „Wissenschaft in der Nacht“ den Erkundungsprozess vor der Formulierung einer Hypothese. Wenn die Idee noch nicht ausgereift ist, hat die Wissenschaft eine andere Seite, die sprunghaft, mehrdeutig und blind ist. „Fanpu“ hat zuvor einen Artikel des berühmten Physikers Professor Anthony Zee mit dem Titel „Intuition und Raten: Xu Yihong spricht über Nachtflüge in der Physik“ veröffentlicht, der diesem Artikel ähnelt.

Geschrieben von | Itai Yanai, Martin Lercher

Übersetzt von Zhou Shuyi

Wenn uns jemand mitten in der Nacht wecken und fragen würde: „Wie funktioniert Wissenschaft?“ Wir antworteten sofort: „Zuerst haben wir eine Hypothese, dann machen wir Vorhersagen und dann vergleichen wir sie mit experimentellen Daten, um sie zu testen. Wenn die Vorhersagen nicht mit den Daten übereinstimmen, geben wir die Hypothese auf oder ändern sie …“ Unsere Lehrer haben uns das beigebracht, und wir hatten nicht Unrecht. Doch diese Darstellung verschleiert die spannendsten Vorgänge in der Wissenschaft und ignoriert den kreativsten und wohl wichtigsten Teil unserer Arbeit – das, was François Jacob „Nachtwissenschaft“ nennt. Anders als die „Tageswissenschaft“, die sich auf die analytische, logische Prüfung von Hypothesen durch Experimente konzentriert, ist die Nachtwissenschaft der chaotische Bereich, in dem wir mögliche Hypothesen erforschen und Ideen noch Gestalt annehmen müssen. Tagsüber widerlegen wir Hypothesen und beobachten, welche zutreffen. In der Nacht stellen wir Hypothesen auf. Die Verfahren der Nachtwissenschaft werden selten zur Sprache gebracht, da sie im Vergleich zu herkömmlichen wissenschaftlichen Methoden wie der logischen Deduktion abstrakt und illusorisch erscheinen. Wir glauben jedoch, dass hinter dieser Absurdität eine tiefere Bedeutung steckt und dass eine spezielle Forschung hierzu die Dimension der wissenschaftlichen Erforschung erweitern könnte. In einer Reihe zukünftiger Artikel werden wir nach und nach die unbekannte Seite der Wissenschaft aufdecken.

Eine gescheiterte Studie?

Unsere Forschung war an einem Punkt angelangt, an dem wir nicht weiterkamen und für uns eine schmerzhafte Zeit fern von zu Hause und isoliert von der Welt verbrachten – das ist eine lange Geschichte. Deshalb beschlossen wir, eine Woche lang unser Glück bei einem Projekt zu versuchen, das uns beide sehr interessierte. Die Grundlagen dieses Projekts scheinen solide genug. In früheren Studien haben wir festgestellt, dass die Genexpression sehr unbeständig ist. Ursprünglich ging man davon aus, dass Gene nur bei Bedarf „angeschaltet“ werden. Mittlerweile ist uns jedoch klar geworden, dass die Genexpression nicht nur zwangsläufig durch den „funktionalen“ Mechanismus der natürlichen Selektion beeinflusst wird, sondern dass sie sogar so unbeständig sein kann, dass ein Großteil davon zufällig ist. Studien zur Genomentwicklung basieren üblicherweise auf der Perspektive der funktionellen Selektion und der zufälligen Drift. Daher erscheint es sinnvoll, die Genexpression auf ähnliche Weise zu behandeln: Sie unterliegt sowohl dem Einfluss unvermeidlicher als auch zufälliger Faktoren.

Itai Yanai (links), Martin Lercher (rechts)

Deshalb kamen wir vor 15 Jahren nach Heidelberg, um diese Idee zu erkunden. In öffentlichen Datenbanken ist eine große Anzahl von Genexpressionsprofilen gespeichert. Wir luden die Daten mit unseren Laptops herunter und saßen einen ganzen Tag in einem Café, das wir häufig besuchten, und analysierten sie – nein, das war nicht der schmerzhafteste Teil. Wir wussten, dass in den Daten etwas Interessantes lauerte, waren uns aber nicht einmal sicher, wonach wir suchten. Die Forschungsrichtungen können sich im Laufe des Tages ändern. Die beiden Personen haben den Code unabhängig voneinander geschrieben, einer mit Matlab und der andere mit der Sprache R. Beim „Kontrollieren der Antworten“ sind die Ergebnisse dann fast immer unterschiedlich. Führen Sie das Debuggen und Vergleichen erneut durch, bis die Ergebnisse konsistent sind. Aber was bedeutet dieses Ergebnis? Ein einzelnes Ergebnis kann oft zu mehreren, verwirrenden Interpretationen führen. Also begannen wir erneut mit dem Brainstorming und fragten uns: Was genau ist unser Problem? Sind diese Daten wirklich der Schlüssel zur natürlichen Selektion der Genexpression? Manchmal arbeiten wir hart und haben konkrete Pläne und Probleme zu testen. manchmal geben wir uns langen Phasen der Fantasie hin, in denen neue Probleme und Methoden auftauchen.

Dieser Prozess unterscheidet sich stark von den Forschungsmethoden, die wir gelernt haben: Wählen Sie ein Fachgebiet, wählen Sie ein Problem innerhalb des Fachgebiets, schlagen Sie eine Reihe möglicher alternativer Hypothesen vor und sammeln Sie dann Daten zum Testen. Vielleicht bleibt eine Hypothese bis zum Ende bestehen und übersteht die Zeit – und eine neue Theorie ist geboren. In der oben genannten Studie ist dies jedoch nicht der Fall und es ist nicht einmal klar, worin das Problem selbst besteht. Wir haben lediglich einige Beobachtungen, die nicht unseren Erwartungen entsprechen. Um sie zu verstehen, versuchen wir, das Licht der Evolution auf sie zu werfen. Was sind die Annahmen? Wir haben keine Annahmen und auch kein klar definiertes Problem. Dies ist sicherlich keine wissenschaftliche Methode. War dies also eine gescheiterte Studie? Wir möchten argumentieren, dass dies nicht der Fall ist, sondern vielmehr ein gutes Beispiel für eine systematische Kluft zwischen der „wissenschaftlichen Methode“ und der wissenschaftlichen Forschung darstellt, die die meisten von uns erleben. Tatsächlich könnte diese Lücke die Ursache für die Depression vieler neuer wissenschaftlicher Forscher sein.

Wissenschaft tagsüber und Wissenschaft nachts

François Jacob teilte sich 1965 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin mit André Lwoff und Jacques Monod. Das von ihm gezeichnete Bild spiegelt den gesamten wissenschaftlichen Prozess möglicherweise besser wider als das aktuelle „hypothesengetriebene“ Forschungsparadigma. In seiner Autobiografie unterteilt Jacob die wissenschaftliche Arbeit in zwei Arten, die er Tagwissenschaft und Nachtwissenschaft nennt [Anhang]. Die Wissenschaft des täglichen Lebens ist die Wissenschaft, über die Sie in den Nachrichten lesen und die Sie in der Schule lernen. Sie lässt sich mit dem Wort „hypothesengetrieben“ zusammenfassen. Die Männer und Frauen in weißen Kitteln, die Pipetten halten und konzentriert auf Computerbildschirme starren, sind der Inbegriff der Wissenschaft im Alltag. Ein Wissenschaftler am Tag ist wie ein Jäger, der eine klare Vorstellung von der Beute hat, die er verfolgt.

Aber helles Tageslicht ist nur die Hälfte des Tag-Nacht-Zyklus. Was ist mit der Nachthälfte? Nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um die Hypothese zu untersuchen, die Sie testen. Kam es aus der Leere? Und wie wird es mit der Zeit dicker und verworrener? Für dieses Problem gibt es keine einheitliche Lösung. In vielen Fällen haben wir möglicherweise nicht einmal eine logische Antwort, was vielleicht der Grund dafür ist, dass wir sie aus den meisten Beschreibungen des wissenschaftlichen Prozesses ausschließen. Wie Jacob sagte: „Die Wissenschaft irrt blind durch die dunkle Nacht. Sie zögert, stolpert, weicht zurück, schwitzt und wacht dann plötzlich auf. Sie zweifelt an allem, versucht ständig, sich selbst zu finden, sich selbst zu hinterfragen und sich aufzumuntern. Die Nachtwissenschaft ist eine Werkstatt, in der verschiedene Möglichkeiten, die zu Bausteinen und Steinen des wissenschaftlichen Gebäudes werden sollen, sorgfältig poliert werden.“ Bei Daytime Science nutzen wir den bestehenden wissenschaftlichen Konsens, um Hypothesen zu testen und die Grenzen des Wissens Stück für Stück in einem nahtlosen, logischen Tempo zu erweitern. Wenn wir uns jedoch ausschließlich auf den bestehenden Konsens und die Logik verlassen, werden diese Enklaven außerhalb des Kontinents des Wissens unerreichbar sein. Aus diesem Grund müssen wir oft einen Sprung in die Welt der nächtlichen Wissenschaft wagen, in der Ideen nur lose miteinander verknüpft sind und der Geist in weitschweifigen Assoziationen umherspringt, anstatt einem logischen Schritt nach dem anderen zu folgen. Von Zeit zu Zeit kehren wir in die Welt der Wissenschaft am Tag zurück, um die Vorzüge der Ideen der Wissenschaft am Abend bei Tageslicht zu überprüfen und sie vielleicht sogar einem strengen Hypothesentest unter Verwendung der Kernmethoden der Wissenschaft am Tag zu unterziehen – und springen dann zurück in die Traumwelt, um unsere Erkundung fortzusetzen. Natürlich muss die Nachtforschung nicht unbedingt nachts durchgeführt werden; Stattdessen ist es nicht verkehrt, Hypothesen auch nach 22 Uhr zu testen. Aber es handelt sich um zwei völlig unterschiedliche Denkweisen – so unterschiedlich wie Tag und Nacht.

Schematische Darstellung der Wissenschaft am Tag und der Wissenschaft in der Nacht. Das Denken am Tag folgt einem logischen, schrittweisen Prozess und gelangt daher nur zu den Ideen, die der aktuellen Hypothese (dem isolierten Tal im unteren Teil des Bildes) sehr nahe kommen. Aber wir können hinaus in die offenere Welt der Nachtwissenschaft gehen, wo Intuition, Assoziation, unerklärliche Beobachtungen und die lockere Anwendung von Prinzipien aus anderen Bereichen Sprünge zwischen Ideen ermöglichen. Wenn eine neue Idee aufkommt, können Sie zurückgehen und sie mithilfe alltäglicher wissenschaftlicher Methoden gründlich testen.

Die Nacht ist die kreative Seite

Nachtforschung ist ein wichtiger Teil der Wissenschaft und die in diesem Bereich gezeigte Kreativität trägt nicht nur zur Aufstellung neuer Hypothesen bei, sondern ist auch für die Entwicklung neuer Forschungsmethoden von wesentlicher Bedeutung. Wenn wir jedoch über Wissenschaft sprechen, neigen wir dazu, sie als einen rein rationalen Prozess zu beschreiben, bei dem Wissenschaftler von einem logischen Schritt zum nächsten gehen. Tatsächlich ist dies nach den uns bekannten wissenschaftlichen Erkenntnissen nicht der Fall. Seine Nachtseite ist bei weitem nicht so sauber und streng. Um diese chaotische Seite zu vertuschen, erzählen wir mit der Ermutigung der Zeitschriftenherausgeber und Gutachter sorgfältig unsere Forschungsgeschichten und verbergen die „Nachtseite“ vor den Augen unserer Kollegen, als wäre die gesamte Forschung von Anfang an bei Tageslicht gut organisiert worden. Obwohl wir nicht dafür eintreten, dass alle wissenschaftlichen Arbeiten wie Tagebücher geschrieben werden sollten, sind wir davon überzeugt, dass die Geschichten der Nachtforschung nicht nur schön sind, sondern dass ihre genaue Betrachtung auch eine äußerst wichtige Perspektive für die Ausbildung junger Wissenschaftler darstellt. Wenn wir einander mitteilen können, wie unsere Hypothesen entstanden sind, fühlen wir uns möglicherweise sicherer, wenn wir das nächste Mal in eine Nacht der Wissenschaft eintauchen, und können sogar einige Strategien verfeinern, um diesen kreativen Prozess interessanter und produktiver zu gestalten.

Die Trennung zwischen umsetzungsorientierten, methodischen Tagen und erkundungsorientierten, kreativen Nächten beschränkt sich nicht nur auf den wissenschaftlichen Bereich; Dies gilt für alle Berufe, die Kreativität erfordern. In der bildenden Kunst könnte man beispielsweise zwischen Tageskunst und Nachtkunst unterscheiden. „Tag“ bezeichnet die Umsetzung einer Idee im Atelier, und „Nacht“ bezeichnet die Zeit vor (oder manchmal auch während) der Umsetzung, wenn der Künstler die Idee ausbrütet (z. B. die Komposition eines Gemäldes oder einer Skulptur). Bis ein Künstler einen Plan hat, ist ein Großteil des kreativen Prozesses möglicherweise bereits abgeschlossen. Ähnlich verhält es sich in der Musik: Die „Tageszeit“ ist für das Spielen der Musik oder das Arrangieren der Details des Arrangements zuständig, während die „Nachtzeit“ die Zeit ist, in der die Inspiration kommt. In Wissenschaft, Kunst, Musik und all diesen Bereichen spielt kreative nächtliche Aktivität eine entscheidende Rolle. Fast jede menschliche Aktivität erfordert ein gewisses Maß an Kreativität, daher ist eine minimale „nächtliche“ Erkundung wahrscheinlich ein wesentlicher Bestandteil fast aller menschlichen Unternehmungen.

Wie steht es also mit unseren Forschungserfahrungen in Heidelberg? Aus diesem Experiment gingen weder veröffentlichte Ergebnisse noch wertvolle Hypothesen hervor. Bedeutet das, dass es keine Wissenschaft ist? Die Antwort ist natürlich nein. Ist das Zeitverschwendung? Das ist nicht der Fall. Diese Zeit der nächtlichen wissenschaftlichen Erkundung war nicht nur faszinierend, sondern eröffnete auch die Entdeckung eines bestimmten, in Dunkelheit gehüllten Gebiets. Später haben wir oft daran zurückgedacht und uns für Projektvorschläge und veröffentlichte Arbeiten inspirieren lassen. In diesem Sinne ist die Nachtwissenschaft nie vergeblich – wir können unseren Horizont jederzeit erweitern und unser Denken neu gestalten. Diese Erkundungen helfen uns dabei, bei zukünftigen Forschungen auf dem richtigen Weg zu bleiben und die richtigen Fragen zu stellen – eine wichtige nächtliche wissenschaftliche Aktivität, die wir im nächsten Artikel dieser Reihe untersuchen werden.

Anhang: François Jacobs Diskussion über „Night Science“

Dieser Absatz ist eine Übersetzung aus „Von Fliegen, Mäusen und Menschen“, einem 1997 erschienenen Buch des französischen Molekularbiologen François Jacob. ——Anmerkung des Übersetzers

François Jacob (1920–2013) | NobelPrize.org

„Wenn jemand von Ihnen hier von theoretischen Physikern etwas über ihre Methoden lernen möchte, fordere ich Sie dringend auf, nicht auf das zu hören, was sie sagen, sondern darauf zu achten, was sie tun.“ Sagte Albert Einstein. In den Augen der meisten Menschen ist wissenschaftliche Forschung ein rein logischer Prozess, der kalt, streng und gewissenhaft ist, genau wie wissenschaftliche Lehrbücher oder Bücher zur Geschichte und Philosophie der Wissenschaft. Aus diesem Grund haben Philosophen endlos über die hypothetisch-deduktive Methode diskutiert, über Wahrheit und „Wahrhaftigkeit“ gesprochen und jedes Detail des Prozesses wissenschaftlicher Entdeckungen unter die Lupe genommen. Gleichzeitig beschreiben Wissenschaftler ihre Arbeit als eine Reihe von Ideen und Experimenten, die in geordneter und logischer Weise ineinander fließen. In wissenschaftlichen Arbeiten schreitet die Vernunft auf dem breiten Weg von der Dunkelheit zum Licht voran, ohne jemals Fehler zu machen, ohne Zweifel und ohne zu zögern. Nur seine Rationalität ist perfekt.

Wenn Sie sich jedoch genauer ansehen, was Wissenschaftler „tun“, werden Sie möglicherweise überrascht feststellen, dass die Forschung tatsächlich sowohl sogenannte „Tageswissenschaft“ als auch „Nachtwissenschaft“ umfasst. Die Argumente der Tageswissenschaft greifen so nahtlos ineinander wie das Ineinandergreifen von Zahnrädern; die Ergebnisse sind eindeutig: Eins ist eins und zwei ist zwei, ohne jegliche Zweideutigkeit. Seine formalen Standards sind ebenso erstaunlich wie die Gemälde von Leonardo da Vinci und die Fugen von Bach. Wenn man hindurchgeht, fühlt man sich, als wäre man in einem französischen Garten. Wir haben Einblick in den wissenschaftlichen Fortschritt, sind stolz auf unsere bisherigen Leistungen und blicken voller Zuversicht in die Zukunft. Die Wissenschaft macht tagsüber in Licht und Glanz Fortschritte.

Im Gegensatz dazu irrt die nächtliche Wissenschaft blind in der dunklen Nacht umher. Es zögerte, stolperte, kauerte, schwitzte und wachte dann plötzlich auf. Es zweifelt an allem und versucht ständig, sich selbst zu finden, sich selbst zu hinterfragen und wieder auf die Beine zu kommen. Night Science ist ein Workshop, in dem Möglichkeiten geschärft werden, die zu Bausteinen der Wissenschaft werden könnten. Wenn Hypothesen auf der Ebene grober Eindrücke und vager Vorahnungen bleiben; wenn verschiedene Phänomene isoliert und unverbunden bleiben; wenn der Versuchsplan mehrdeutig und chaotisch ist und unklare Umrisse aufweist; wenn die Gedanken durch verschlungene, dunkle Gassen wandern, aber immer wieder in die Irre gehen - dem Zufall ausgeliefert, irren die Ideen im Labyrinth umher und suchen in den zahlreichen Darstellungen nach einem Hinweis, einem Wink, einer unerwarteten Verbindung. Es ist wie ein Gefangener, der in einer Zelle umherirrt und nach einem Ausweg und einem Lichtschimmer sucht. es schwankt endlos zwischen Hoffnung und Enttäuschung, Aufregung und Depression. Wir können nicht wissen, ob die Wissenschaft aus der Dunkelheit hervortreten und das Licht der Welt erblicken kann oder ob Gefangene ihre Freiheit wiedererlangen können. Wenn dies alles plötzlich klar wurde, war es ein reiner Zufall – ein Wunder, das plötzlich und ohne Vorwarnung kam, wie Donner und Blitz. Nicht die Logik weist den Weg, sondern Instinkt, Intuition, der Wunsch zu verstehen und die Leidenschaft für das Leben. In der endlosen inneren Debatte schießen mir immer wieder zahllose Annahmen, Vergleiche, Kombinationen und Assoziationen durch den Kopf. Schließlich wurde eines Tages das erste Feuer entzündet. Die Flammen zerrissen die Dunkelheit und erleuchteten augenblicklich alles. Das Licht war blendend und atemberaubend, wie tausend strahlende Sonnen. Nach dem Schock beginnt ein Kampf mit der alten Denkweise. Das konzeptionelle System, auf das man sich zuvor zum Denken stützte, ist nun widersprüchlich. Wir haben kein Recht zu behaupten, dass die neue Hypothese von ihrem anfänglichen groben Prototyp zu Perfektion und Reife weiterentwickelt werden kann, noch können wir sicher sein, dass sie logischen Tests standhält und als alltägliche Wissenschaft akzeptiert wird.

Worte des Übersetzers

„Es ist allgemein anerkannt, dass die wissenschaftliche Forschung Theorien allein durch die Beobachtung von Phänomenen und die Ansammlung experimenteller Ergebnisse entwickeln kann“, schrieb Jacob in „Von Fliegen, Mäusen und Menschen“. Das ist schlichtweg falsch. Jahrzehntelange, konsequente Forschung wird möglicherweise nie zu Ergebnissen von wissenschaftlichem Wert führen. Wie Max Planck sagte, hat die Wissenschaft neben den harten Fakten auch einen „metaphysischen“ Teil. Dies ist oft der Bereich der Nachtwissenschaft.

Rund um die Nachtwissenschaft beschreiben mehrere Autoren mit poetischen Strichen eine eher romantische Reise. Und doch wird die moderne Wissenschaft häufig als ein äußerst wettbewerbsintensives und entmutigendes Fließband angesehen. Unter großem Publikationsdruck könnten gleichgültige, engstirnige und pragmatische Wissenschaftler bevorzugt werden. Ich hoffe nur, dass es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auch in Zukunft noch Platz für Wissenschaftler wie Jacob geben wird. Anstatt tagsüber zu arbeiten, fliegen sie lieber um Mitternacht in eine Weite und Fülle, die direkt bis zu den Sternen reicht. Jacob sagte: „Wie Literatur und Malerei hat auch die Wissenschaft ihren Stil. Es geht nicht nur darum, wie man die Welt sieht, sondern auch darum, wie man die Welt hinterfragt.“

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