文 | 《中國科學(xué)報》記者 趙廣立
因?yàn)槊直容^特別，胡脊梁從小到大都是老師偏愛點(diǎn)名的對象。
“好多人看到我的名字后可能都會印象深刻，老師點(diǎn)我名后，也喜歡點(diǎn)評幾句，勉勵我好好學(xué)習(xí)，長大要成為國家棟梁。”在與《中國科學(xué)報》的連線中，目前身在麻省理工學(xué)院開展博士后研究工作的胡脊梁大方回應(yīng)。
(資料圖片)
10月7日，這個長相神似明星古巨基的95后小伙，剛剛以第一作者身份，在Science發(fā)表了他二度“科研轉(zhuǎn)向”后的第一篇論文。沒錯，通過物理競賽被保送到清華大學(xué)錢學(xué)森力學(xué)班（即清華“錢班”）后，他先后跟隨自己的興趣兩次調(diào)整科研方向，之后不到兩年便發(fā)出了這篇Science文章。
胡脊梁告訴《中國科學(xué)報》，他會在明年上半年結(jié)束MIT的博士后研究后，回國繼續(xù)從事科研。他的科研理想，是希望“有一天能夠把生物書寫得像物理書一樣簡潔而優(yōu)美”。
一個“反直覺”的發(fā)現(xiàn)：用物理學(xué)描述生態(tài)群落
如何定義一個科學(xué)問題是優(yōu)美的、重要的？
胡脊梁的回答是：“和大多數(shù)人直覺完全相反的”。
他的這個觀點(diǎn)，受現(xiàn)在導(dǎo)師、年輕的MIT物理系教授Jeff Gore的影響很大。Jeff Gore四十出頭，“有著很高的科學(xué)品味和獨(dú)特的人格魅力”；他曾在MIT取得物理、數(shù)學(xué)、電子和金融的學(xué)士學(xué)位，之后在加州大學(xué)伯克利分校完成單分子物理博士論文。在MIT博后期間，Jeff用酵母體系完成歷史上第一次對于生態(tài)博弈論的實(shí)驗(yàn)觀測。
胡脊梁發(fā)表在Science上的論文，就是一個“反直覺”的發(fā)現(xiàn)。
在這篇題為Emergent phases of ecological diversity and dynamics mapped in microcosms的論文中，胡脊梁與Jeff Gore找到了一個用物理學(xué)研究思路解決生態(tài)學(xué)問題的方法。他們一反傳統(tǒng)生物學(xué)家不斷追問現(xiàn)象背后機(jī)制細(xì)節(jié)的科研邏輯，致力于“用一個簡潔優(yōu)美的框架來描述混沌隨機(jī)的生態(tài)系統(tǒng)”。
結(jié)合理論和微生物群落實(shí)驗(yàn)，他們證明：只需要知道“物種數(shù)量”和“平均種間相互作用強(qiáng)度”這兩個粗?；瘏?shù)，就可以預(yù)測生態(tài)群落中涌現(xiàn)的動力學(xué)相位及相變。
“熱力學(xué)描述大量氣體分子的行為，只需要溫度和壓強(qiáng)等少數(shù)涌現(xiàn)的狀態(tài)變量，而不需要知道每個分子的坐標(biāo)和速度。”順著這個思路，胡脊梁他們在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)了類似的粗粒化描述方法。
生態(tài)學(xué)領(lǐng)域?qū)τ谏锒鄻有院腿郝浞€(wěn)定性的關(guān)系一直存在爭議，主因是自然生態(tài)系統(tǒng)展現(xiàn)的復(fù)雜動力學(xué)，既可能是環(huán)境的隨機(jī)震蕩造成的，也可能是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的本征屬性（復(fù)雜種間相互作用網(wǎng)絡(luò)）造成的。對此，一方面，早期一些理論學(xué)家提出，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的增加必然導(dǎo)致其失去穩(wěn)定性；另一方面，也有科學(xué)家證明生態(tài)系統(tǒng)的震蕩能維持物種多樣性。
而胡脊梁等人這項(xiàng)工作提出的框架，恰好將理論生態(tài)學(xué)這兩個最著名的理論整合到了一起。
這是學(xué)者第一次對復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)提出的一個比較統(tǒng)一的框架——它不再依賴于任何生物學(xué)的細(xì)節(jié)，像一個具有普適性的簡潔公式，可以用來描述大到熱帶雨林、小到腸道菌群的任何一個生態(tài)群落。
僅靠兩個變量就預(yù)測復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，這是大膽的、頗具開拓性的嘗試。胡脊梁介紹說，這篇論文投出后，返回的審稿意見有50多頁，但三個審稿人都給出了高度評價，“心里就有了底，感覺自己這項(xiàng)工作的意義得到了認(rèn)可”。
論文發(fā)出后也收到了非常積極的評價。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院定量生物學(xué)中心/聯(lián)合生命科學(xué)中心助理教授李志遠(yuǎn)認(rèn)為，“這是一篇定量微生物群落中‘控制變量與序參量’的漂亮工作”。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員戴磊則認(rèn)為，這項(xiàng)工作應(yīng)該“寫入教科書”。
哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院副教授、布萊根女子醫(yī)院副研究員劉洋彧則肯定了其現(xiàn)實(shí)意義：這篇文章的結(jié)論“對人類微生物組穩(wěn)定性研究將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響”，而回答這些基本的生態(tài)學(xué)問題，“將會更好地幫助我們理解微生物組與人類健康的關(guān)系”。
一路“開掛”遇伯樂，直博轉(zhuǎn)碩再讀博
“我的思維方式和研究范式始終都是偏物理學(xué)框架的。”
胡脊梁告訴記者，他從小到大的學(xué)習(xí)和思維，都更喜歡那種簡潔有邏輯、能夠從復(fù)雜現(xiàn)象抽象出優(yōu)美模型或理論的東西。這驅(qū)動他一路找到了自己喜歡的研究方向：生物物理學(xué)。
天空為什么是藍(lán)色的？日出和日落時為什么會變成紅色？兒時的胡脊梁就對這些自然現(xiàn)象很好奇，閱讀的書目也從科普讀物慢慢變成牛頓、愛因斯坦、楊振寧等人撰寫的科學(xué)叢書，這些似懂非懂的知識讓他很感興趣，“那時候就想做科學(xué)家”。
胡脊梁
然而，通過物理競賽被保送到清華大學(xué)后，胡脊梁第一次對“物理”迷茫了。
“當(dāng)時在錢班學(xué)力學(xué)、航空航天等內(nèi)容，感到這些方向上的理論框架已經(jīng)比較完善，學(xué)到的東西可能會更多用于解決一些工程上的細(xì)節(jié)問題，就覺得取得創(chuàng)新突破的機(jī)會不怎么大。”誕生了這個念頭后，胡脊梁開始搜尋新的科研目標(biāo)。
這期間他看了很多書、聽了很多報告，其中就包括中科院院士施一公關(guān)于生命科學(xué)研究的講座。“我意識到，生命科學(xué)在基礎(chǔ)研究方面有很多突破的機(jī)會——它也是一個遠(yuǎn)離平衡態(tài)的熱力學(xué)耗散結(jié)構(gòu)，是一種很獨(dú)特的物理體系。”于是從大二起，胡脊梁開始接觸物理和生物交叉的研究領(lǐng)域。
“我大概是第一個從錢班轉(zhuǎn)去做生物的。”胡脊梁說。沒想到的是，他要做物理生物交叉研究這件事，得到了清華錢班首席教授、中科院院士鄭泉水的大力支持。
“鄭老師在了解到我對生物感興趣之后非常支持我，專門用兩三個小時跟我講交叉研究，還把我推薦給清華生命科學(xué)學(xué)院的俞立教授。”
俞立課題組的大門就這樣向這個大二學(xué)生敞開了。更讓胡脊梁沒想到的是，俞立沒有把他當(dāng)“小孩兒”，而是將他與博士生一視同仁：給他和博士生同樣的預(yù)算、和博士生一樣使用課題組經(jīng)費(fèi)，并見空插針地給他補(bǔ)生命科學(xué)研究的課。
“這些老師給了我很大的信心和動力。”他說，至今他都和鄭泉水、俞立兩位老師保持著良好的互動。
在俞立“門下”，胡脊梁把作息調(diào)成從清晨6點(diǎn)到凌晨1點(diǎn)，用加倍的努力啃下了兩個學(xué)科的基礎(chǔ)知識。大四那年，他以第一作者身份，將一篇刻畫“哺乳動物細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的力學(xué)行為與其尺度、速度等因素有關(guān)”的論文，發(fā)表在《美國科學(xué)院院報》（PNAS）。
胡脊梁在科研方面優(yōu)異的表現(xiàn)，使他獲得了多所名校拋來的橄欖枝。2017年，他以直博生身份進(jìn)入MIT，繼續(xù)從事細(xì)胞動力學(xué)研究。
然而，在細(xì)胞動力學(xué)領(lǐng)域連續(xù)發(fā)出3篇PNAS之后，胡脊梁卻想“轉(zhuǎn)行”。
原因就是Jeff Gore。
Jeff年輕有為，很有聲望。胡脊梁在MIT聽過Jeff的課，也了解過他做的工作，通過跟他的交流，“非常確信他的科研水平，也很喜歡他的科研品味”，重要的是“他思考問題的方式跟我的思維習(xí)慣和興趣非常契合，比較確定能從他身上學(xué)習(xí)很多東西”，而且覺得“一定很享受Jeff組的科學(xué)選題”。
Jeff Gore
在直博的第三年換方向，糾結(jié)還是有的。胡脊梁向鄭泉水、俞立等老師表達(dá)了自己的真實(shí)想法，他們都無一例外支持他追隨自己內(nèi)心的想法。原本還有些猶豫的他，當(dāng)晚就給Jeff寫了郵件。
Jeff從學(xué)業(yè)的角度，問他要不要考慮先拿到博士學(xué)位，再來課題組做博士后研究。但胡脊梁非常清楚自己想要做什么。于是在完全能夠直博畢業(yè)的情況下，他先轉(zhuǎn)碩士畢業(yè)，又轉(zhuǎn)投到Jeff Gore的“Physics of Living System Center”課題組攻讀博士學(xué)位。
“現(xiàn)在回看，那可能是我在MIT讀博期間做得最正確的一個選擇。”胡脊梁告訴《中國科學(xué)報》。博士畢業(yè)后，胡脊梁繼續(xù)留在了Jeff的課題組做博士后研究。
“錢班”夯基礎(chǔ)，MIT拓思路
胡脊梁興趣導(dǎo)向的科研經(jīng)歷，不僅讓他在不同領(lǐng)域都取得了不錯的成果、收獲了很好的科研體驗(yàn)，在精神上也更加充實(shí)飽滿。他對記者表示，這與他在清華“錢班”夯實(shí)科研基礎(chǔ)的“洗禮”和在MIT包容的科研氛圍都分不開。
借此機(jī)會，《中國科學(xué)報》通過胡脊梁了解了清華“錢班”科研素質(zhì)培養(yǎng)的概況：
大一期間就有機(jī)會接觸許多前沿的學(xué)術(shù)報告，然后慢慢挖掘到自己潛在感興趣的科研領(lǐng)域，這在“錢班”被稱為“X-idea”；
大二就開始進(jìn)入SRT（Student Research Training，本科生科研訓(xùn)練）階段，從具體的科研項(xiàng)目中找“科研的感覺”；
順利的話，大三進(jìn)入下一階段“ORIC”（Open Research for Innovation Challenge，開放挑戰(zhàn)性創(chuàng)新研究），開始用一年左右的時間獨(dú)立負(fù)責(zé)一個完整的科研項(xiàng)目；
到了大四，就可以參與SURF（Senior Undergraduate Research Fellowship，高年級學(xué)生研究員）計(jì)劃，每名學(xué)生都有機(jī)會去海外知名高校進(jìn)行6-8個月拓展，拓寬國際視野、與國際前沿接軌。
據(jù)了解，在鄭泉水等人的努力下，清華大學(xué)“錢班”分別于2009年、2011年將SURF、與SRT納入必修環(huán)節(jié)，并于2014年開設(shè)8學(xué)分的ORIC。
“我覺得‘錢班’這種緊鑼密鼓、有階段性的科研訓(xùn)練，對學(xué)生是一個非常有效的科研培養(yǎng)模式。”胡脊梁說。他還告訴《中國科學(xué)報》，“錢班”并不因其名為“錢學(xué)森班”而讓大家專研航空航天，而是充分尊重每名學(xué)生的興趣和特長的同時，完成基礎(chǔ)科研能力訓(xùn)練。
“鄭泉水老師他們經(jīng)常強(qiáng)調(diào)讓大家都能找到自己獨(dú)特的興趣點(diǎn)，而不是讓大家都在同一個維度比高低、形成惡劣競爭甚至‘內(nèi)卷’。”
在MIT度過5年，胡脊梁也留意了中西對學(xué)生能力培養(yǎng)的不同。“清華學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力肯定比MIT高很多，通過課程打下的知識基礎(chǔ)也非常扎實(shí)和牢固；MIT并不注重‘教得全’，而是注重把最前沿的東西傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生感受到有趣，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，這是我們?nèi)狈Φ摹?rdquo;
他也感受到不同的科研氛圍：“美國給我整體的感覺是科研思路更廣，能看到大家做以前沒人嘗試過的新方向更多一些，同時學(xué)術(shù)交流更順暢些，很多人很樂意把沒發(fā)表過的研究拿來作報告；國內(nèi)相對可能更封閉、傳統(tǒng)些。”
從兩種科研環(huán)境中汲取過營養(yǎng)的胡脊梁，自己對做科研也有一點(diǎn)體會。他以偶像楊振寧先生為榜樣分享道：“一定要對自己研究領(lǐng)域有一個宏觀的了解和把握，知道本領(lǐng)域什么問題是重要的、核心挑戰(zhàn)是什么。有了對大局的把控，才能確定下來一個立意比較好的課題、解決一些相對重要的問題。”
相關(guān)論文信息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7841
標(biāo)簽： Science
