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    當前熱訊:入門2年即一作發Science!27歲MIT博后明年將回國

    2022-10-21 20:40:05

    文 | 《中國科學報》記者 趙廣立

    因為名字比較特別,胡脊梁從小到大都是老師偏愛點名的對象。

    “好多人看到我的名字后可能都會印象深刻,老師點我名后,也喜歡點評幾句,勉勵我好好學習,長大要成為國家棟梁。”在與《中國科學報》的連線中,目前身在麻省理工學院開展博士后研究工作的胡脊梁大方回應。


    (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發表了他二度“科研轉向”后的第一篇論文。沒錯,通過物理競賽被保送到清華大學錢學森力學班(即清華“錢班”)后,他先后跟隨自己的興趣兩次調整科研方向,之后不到兩年便發出了這篇Science文章。

    胡脊梁告訴《中國科學報》,他會在明年上半年結束MIT的博士后研究后,回國繼續從事科研。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美”。

    一個“反直覺”的發現:用物理學描述生態群落

    如何定義一個科學問題是優美的、重要的?

    胡脊梁的回答是:“和大多數人直覺完全相反的”。

    他的這個觀點,受現在導師、年輕的MIT物理系教授Jeff Gore的影響很大。Jeff Gore四十出頭,“有著很高的科學品味和獨特的人格魅力”;他曾在MIT取得物理、數學、電子和金融的學士學位,之后在加州大學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博弈論的實驗觀測。

    胡脊梁發表在Science上的論文,就是一個“反直覺”的發現。

    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研究思路解決生態學問題的方法。他們一反傳統生物學家不斷追問現象背后機制細節的科研邏輯,致力于“用一個簡潔優美的框架來描述混沌隨機的生態系統”。

    結合理論和微生物群落實驗,他們證明:只需要知道“物種數量”和“平均種間相互作用強度”這兩個粗?;瘏?,就可以預測生態群落中涌現的動力學相位及相變。

    “熱力學描述大量氣體分子的行為,只需要溫度和壓強等少數涌現的狀態變量,而不需要知道每個分子的坐標和速度。”順著這個思路,胡脊梁他們在生態網絡中發現了類似的粗?;枋龇椒?。

    生態學領域對于生物多樣性和群落穩定性的關系一直存在爭議,主因是自然生態系統展現的復雜動力學,既可能是環境的隨機震蕩造成的,也可能是生態網絡的本征屬性(復雜種間相互作用網絡)造成的。對此,一方面,早期一些理論學家提出,生態網絡復雜性的增加必然導致其失去穩定性;另一方面,也有科學家證明生態系統的震蕩能維持物種多樣性。

    而胡脊梁等人這項工作提出的框架,恰好將理論生態學這兩個最著名的理論整合到了一起。

    這是學者第一次對復雜生態系統提出的一個比較統一的框架——它不再依賴于任何生物學的細節,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群落。

    僅靠兩個變量就預測復雜的生態系統,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,感覺自己這項工作的意義得到了認可”。

    論文發出后也收到了非常積極的評價。北京大學前沿交叉學科研究院定量生物學中心/聯合生命科學中心助理教授李志遠認為,“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”。中國科學院深圳先進技術研究院研究員戴磊則認為,這項工作應該“寫入教科書”。

    哈佛大學醫學院副教授、布萊根女子醫院副研究員劉洋彧則肯定了其現實意義:這篇文章的結論“對人類微生物組穩定性研究將產生深遠影響”,而回答這些基本的生態學問題,“將會更好地幫助我們理解微生物組與人類健康的關系”。

    一路“開掛”遇伯樂,直博轉碩再讀博

    “我的思維方式和研究范式始終都是偏物理學框架的。”

    胡脊梁告訴記者,他從小到大的學習和思維,都更喜歡那種簡潔有邏輯、能夠從復雜現象抽象出優美模型或理論的東西。這驅動他一路找到了自己喜歡的研究方向:生物物理學。

    天空為什么是藍色的?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,“那時候就想做科學家”。

    胡脊梁

    然而,通過物理競賽被保送到清華大學后,胡脊梁第一次對“物理”迷茫了。

    “當時在錢班學力學、航空航天等內容,感到這些方向上的理論框架已經比較完善,學到的東西可能會更多用于解決一些工程上的細節問題,就覺得取得創新突破的機會不怎么大。”誕生了這個念頭后,胡脊梁開始搜尋新的科研目標。

    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于生命科學研究的講座。“我意識到,生命科學在基礎研究方面有很多突破的機會——它也是一個遠離平衡態的熱力學耗散結構,是一種很獨特的物理體系。”于是從大二起,胡脊梁開始接觸物理和生物交叉的研究領域。

    “我大概是第一個從錢班轉去做生物的。”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學院的俞立教授。”

    俞立課題組的大門就這樣向這個大二學生敞開了。更讓胡脊梁沒想到的是,俞立沒有把他當“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算、和博士生一樣使用課題組經費,并見空插針地給他補生命科學研究的課。

    “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”,胡脊梁把作息調成從清晨6點到凌晨1點,用加倍的努力啃下了兩個學科的基礎知識。大四那年,他以第一作者身份,將一篇刻畫“哺乳動物細胞內細胞器在細胞質內的力學行為與其尺度、速度等因素有關”的論文,發表在《美國科學院院報》(PNAS)。

    胡脊梁在科研方面優異的表現,使他獲得了多所名校拋來的橄欖枝。2017年,他以直博生身份進入MIT,繼續從事細胞動力學研究。

    然而,在細胞動力學領域連續發出3篇PNAS之后,胡脊梁卻想“轉行”。

    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慣和興趣非常契合,比較確定能從他身上學習很多東西”,而且覺得“一定很享受Jeff組的科學選題”。

    Jeff Gore

    在直博的第三年換方向,糾結還是有的。胡脊梁向鄭泉水、俞立等老師表達了自己的真實想法,他們都無一例外支持他追隨自己內心的想法。原本還有些猶豫的他,當晚就給Jeff寫了郵件。

    Jeff從學業的角度,問他要不要考慮先拿到博士學位,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的情況下,他先轉碩士畢業,又轉投到Jeff Gore的“Physics of Living System Center”課題組攻讀博士學位。

    “現在回看,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《中國科學報》。博士畢業后,胡脊梁繼續留在了Jeff的課題組做博士后研究。

    “錢班”夯基礎,MIT拓思路

    胡脊梁興趣導向的科研經歷,不僅讓他在不同領域都取得了不錯的成果、收獲了很好的科研體驗,在精神上也更加充實飽滿。他對記者表示,這與他在清華“錢班”夯實科研基礎的“洗禮”和在MIT包容的科研氛圍都分不開。

    借此機會,《中國科學報》通過胡脊梁了解了清華“錢班”科研素質培養的概況:

    大一期間就有機會接觸許多前沿的學術報告,然后慢慢挖掘到自己潛在感興趣的科研領域,這在“錢班”被稱為“X-idea”;

    大二就開始進入SRT(Student Research Training,本科生科研訓練)階段,從具體的科研項目中找“科研的感覺”;

    順利的話,大三進入下一階段“ORIC”(Open Research for Innovation Challenge,開放挑戰性創新研究),開始用一年左右的時間獨立負責一個完整的科研項目;

    到了大四,就可以參與SURF(Senior Undergraduate Research Fellowship,高年級學生研究員)計劃,每名學生都有機會去海外知名高校進行6-8個月拓展,拓寬國際視野、與國際前沿接軌。

    據了解,在鄭泉水等人的努力下,清華大學“錢班”分別于2009年、2011年將SURF、與SRT納入必修環節,并于2014年開設8學分的ORIC。

    “我覺得‘錢班’這種緊鑼密鼓、有階段性的科研訓練,對學生是一個非常有效的科研培養模式。”胡脊梁說。他還告訴《中國科學報》,“錢班”并不因其名為“錢學森班”而讓大家專研航空航天,而是充分尊重每名學生的興趣和特長的同時,完成基礎科研能力訓練。

    “鄭泉水老師他們經常強調讓大家都能找到自己獨特的興趣點,而不是讓大家都在同一個維度比高低、形成惡劣競爭甚至‘內卷’。”

    在MIT度過5年,胡脊梁也留意了中西對學生能力培養的不同。“清華學生的學習壓力肯定比MIT高很多,通過課程打下的知識基礎也非常扎實和牢固;MIT并不注重‘教得全’,而是注重把最前沿的東西傳遞給學生,讓學生感受到有趣,強調學以致用,這是我們缺乏的。”

    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,同時學術交流更順暢些,很多人很樂意把沒發表過的研究拿來作報告;國內相對可能更封閉、傳統些。”

    從兩種科研環境中汲取過營養的胡脊梁,自己對做科研也有一點體會。他以偶像楊振寧先生為榜樣分享道:“一定要對自己研究領域有一個宏觀的了解和把握,知道本領域什么問題是重要的、核心挑戰是什么。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。”

    相關論文信息:

    https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7841

    標簽: Science

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