本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映的是作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
當臭名昭著的“砷 DNA”細菌的所謂發現被髮表時，我一位研究天體生物學的朋友對它讚不絕口，認為這是一項令人興奮的科學進步。當我主要基於我對含砷生物分子不穩定性的理解而對這一發現表示保留時，她滔滔不絕地說：“但你當然會持懷疑態度；你是一名有機化學家！”
她是對的。作為化學家，我和我的許多同事忍不住將注意力集中在我們認為整個發現中最值得懷疑的方面：不知何故，與我們對基本化學的理解相反，細菌內部的“砷 DNA”卻在穩定地運轉、複製並執行其常規功能。
事實證明，化學家是對的。研究人員幾個月後對砷 DNA 類似物進行的測量發現，砷類似物的穩定性與它們的磷酸鹽類似物相差驚人的 1017 倍。奇怪的是，物理學家、天文學家、地質學家甚至生物學家對這一發現的有效性都更加寬容。出於某種原因，這些科學家使用的標準與化學家使用的標準不同，最終化學家的標準被證明是“正確的”標準。這並不是化學家的勝利和其他科學的汙點，因為在某些情況下，其他科學可能在確定前所未有的科學發現的真偽時使用了正確的標準。
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因此，砷 DNA 的慘敗說明了現代跨學科科學一個非常有趣的方面——需要調和不同科學之間可能存在的不同證據或證明標準。這一方面是 Steven Benner、William Bains 和 Sara Seager 在《天體生物學》雜誌上發表的一篇簡短但發人深省的文章的重點。
這篇文章解釋了為什麼地質學家、物理學家和生物學家在不同程度上接受的證明標準，卻不被化學家接受。答案與我們所說的“背景知識”有關。在這種情況下，鑑於他們對砷酸酯不穩定性的瞭解，化學家不得不提出這樣的問題：骨架中用砷取代磷的 DNA 如何能保持穩定。後者已經研究了幾十年，雖然以前沒有合成過砷 DNA 本身，但已知較簡單的砷酸酯在水中高度不穩定。化學家們很自信地從這些簡單的案例中推斷出對砷 DNA 穩定存在的質疑；如果砷 DNA 真的如此穩定，那麼他們五十年以來所瞭解的關於砷酸酯的一切都將是錯誤的，而這種可能性極小。因此，對於化學家來說，砷 DNA 是一種非同尋常的主張。正如卡爾·薩根所說，他們需要看到非同尋常的證據才能相信它，而這種證據最終並沒有出現。
然而，對於地質學家來說，接受這些說法要容易得多。正如這篇文章指出的，這是因為在礦物質中，同一元素週期表列中的元素很容易與其他元素相互交換。眾所周知，砷尤其會取代砷酸鹽和磷酸鹽礦物岩石中的磷。與化學家不同，地質學家發現砷取代磷的說法與他們的經驗非常一致。物理學家也欣然接受了這個觀點。正如作者所說，物理學家通常會區分兩個假設；在這種情況下，DNA 含有砷的假設與 DNA 不含有砷的假設。因此，物理學家發現許多明顯表明 DNA 中存在砷酸鹽的測試為支援一個假設而非另一個假設提供了支援。物理學家沒有意識到要問的關鍵問題是關於砷 DNA 的穩定性。
像化學家一樣，生物學家也持懷疑態度。生物學家通常透過將新生命形式與現有生命形式進行比較來檢查其有效性。在這種情況下，當檢查細菌的基因序列和譜系時，發現它們與普通的含磷酸鹽細菌非常相似。因此，生物學家的背景知識促使他們提出這樣的問題：為什麼一種與其他現有細菌相似的細菌會突然在砷而不是磷上生存。
當然，最終，沒有一項重複的研究發現 GFAJ-1 細菌中存在砷。但這可能對化學家來說是最不令人驚訝的。因此，GFAJ-1 的案例表明，不同的科學對於他們認為的“證據”可能具有不同的標準。對一個領域來說可能合適的東西，對其他領域來說可能存在爭議或不可接受。這一事實至少有助於回答 GFAJ-1 論文中的一個問題：為什麼它會被像《科學》這樣著名的期刊接受？答案几乎肯定與手稿被送給行星科學家而不是化學家或生物學家作為審稿人有關。這些科學家有不同的證據標準，他們熱情地推薦了這篇論文的發表。這裡的一個關鍵教訓是，任何關於跨學科主題的論文都必須至少傳送給來自該領域每個學科的一位專家。天體生物學、藥物發現和社會心理學等高度跨學科的領域是這種政策的首選。
依賴於學科的證明標準不僅解釋了偶爾糟糕的科學如何被髮表，或者有希望的結果如何被拒絕，而且還深入探討了事實上構成科學“證明”的更深層問題。這個問題讓我想起了關於心理學或經濟學是否是一門科學的定期辯論。事實是，很多時候，心理學或經濟學中的證明標準可能不被物理學家或統計學家接受。舉一個簡單的例子，在心理學實驗中，通常不可能獲得優於 0.6 的相關性。然而，這種標準在心理學界可以被接受為證明，部分原因是關於人類的實驗太複雜，無法獲得更準確的數字；畢竟，大多數人不是斜面或從塔上掉落的球。此外，人們可能並不總是需要準確的相關性來辨別有價值的趨勢和模式。統計顯著性可能並不總是與現實世界的顯著性相關（執行臨床試驗的研究人員尤其會意識到這一事實）。
Benner、Bains 和 Seager 的文章最後提出瞭如何在高度跨學科的科學中調和相互衝突的證明標準，這是一個在本質上跨學科研究的時代將變得越來越重要的問題。
我認為 GFAJ-1 的慘敗本身就提供了一個答案。在那種情況下，基於多年經驗，化學家提出了最“明顯”的反對意見。此外，這是一種“強烈”的反對意見，因為它真的提高了他們學科的風險；如前所述，如果存在砷 DNA，那麼化學家所瞭解的關於基本化學反應的大部分內容可能不得不被修改。從這個意義上說，這確實是卡爾·波普爾所提倡的那種可證偽的、成敗攸關的測試。因此，一個有說服力的策略可能是首先考慮這些強烈的、明顯的反對意見，無論它們來自哪個學科。如果一項發現通過了這些強烈反對意見的考驗，那麼它可能會受到其他學科提供的要求較低、更寬鬆的標準的約束。如果它通過了所有標準，那麼我們或許實際上可以聲稱有一項新發現，而這種發現很少出現，並且可以推動整個領域的發展。