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與生物學(xué)不同,物理學(xué)的基本方法是把一個具體的對象抽象成一個數(shù)學(xué)描述的公式。
冰心老人曾說過:“愛在左,情在右,走在生命的兩旁,隨時散種,隨時開花……”用此來形容中國科學(xué)院微生物研究所研究員婁春波目前的研究領(lǐng)域,再恰當(dāng)不過。
在婁春波的研究領(lǐng)域里,一邊是物理,一邊是生物,每當(dāng)他沉浸其中,就會從心底萌發(fā)出無限的幸福感。
當(dāng)物理遇上生物
和大多數(shù)從事生物工作的研究人員不同,婁春波的背景不是生物學(xué)而是物理學(xué),但如今他卻將這兩個看似相距甚遠的專業(yè)運用得得心應(yīng)手。
大學(xué)時期,婁春波十分喜歡物理這一學(xué)科?!芭c生物學(xué)不同,物理學(xué)的基本方法是把一個具體的對象抽象成一個數(shù)學(xué)描述的公式,然后再用這個公式把一些不重要的因素忽略掉,從而總結(jié)出一個精練的結(jié)論?!眾浯翰ǜ嬖V《中國科學(xué)報》記者。
婁春波發(fā)現(xiàn),當(dāng)物理學(xué)遇上生物學(xué)自然就會產(chǎn)生一些奇妙的“化學(xué)反應(yīng)”,與傳統(tǒng)的研究領(lǐng)域不同,這個新興的交叉學(xué)科就是要用物理的方法來解釋生命現(xiàn)象,有人也把這種思維的模式稱作是Hypothesis driven,就是假設(shè)驅(qū)動的理論研究。
談到自己如何與生物學(xué)結(jié)緣時,婁春波的經(jīng)歷既有幾分隨機性的因素,也少不了其中必然性的趨勢。他說,物理學(xué)是一門深厚的科學(xué)領(lǐng)域,很多人都想更為深入探索,從而擴展和應(yīng)用到其他一些領(lǐng)域,并展開一些交叉式的研究。
為了尋找自己本科科研的題目,當(dāng)時讀大學(xué)的婁春波正在學(xué)習(xí)量子力學(xué),偶然間他在圖書館看到了一篇文章,主要內(nèi)容是描述量子力學(xué)在蛋白質(zhì)內(nèi)部能量傳輸過程的應(yīng)用。
這讓他頗受啟發(fā),從而進一步聯(lián)想到:其實很多生物耗能的酶都是以ATP(三磷酸腺苷)來作為底物的,而ATP底物實際上就是一個patch(酶活位點),那么ATP水解的能量又是怎樣傳到酶活部位呢?
這實際上是一個有趣的生物學(xué)基本問題,為此,許多科學(xué)家給出了各種各樣的假說。當(dāng)時婁春波才剛剛接觸生物學(xué),他只是覺得這個學(xué)科既有趣又有些不可思議,有種說不出來的魅力。
這次的思想火花碰撞,讓婁春波從此選擇了生物物理這個方向。他在研究生階段的學(xué)習(xí)主要是理論生物學(xué),也就是用理論公式來計算生物現(xiàn)象。隨著研究的深入,他逐漸對生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的計算和復(fù)雜的生物網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)產(chǎn)生了濃厚興趣,特別是其中包含了很多非線性、復(fù)雜性的現(xiàn)象。
從此,婁春波像著了魔,“雙穩(wěn)態(tài)、振蕩器”這些常人陌生的詞匯,在他的腦海里顯得格外親切。
科研路上痛并快樂
科研求學(xué)的道路上,有失敗的汗水也有成功的喜悅。博士研究生階段,婁春波所進行的科研題目具有較大的難度,涉及生物學(xué)進化以及定量研究進化過程中的路徑問題,解決該問題需要定量精確的理論驗算和試驗上的結(jié)論達到完全精確的吻合。
然而,要把進化這樣一個變幻莫測的科學(xué)問題按照物理學(xué)可控性的方式重復(fù)出來,進而發(fā)展出一整套系統(tǒng)的理論,難度巨大,這讓婁春波遇到了不少困難。在研究遇到瓶頸的時候,他對已有的科研結(jié)論進行思考,在原有的研究方向上進行了局部調(diào)整,也就是現(xiàn)在所從事的合成生物學(xué)方向。
婁春波從生物學(xué)普遍存在的雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象入手,從lambda噬菌體基因調(diào)控開關(guān)到大腸桿菌的菌毛有無,從乳糖代謝過程中的All-to-None現(xiàn)象到真核生物的表觀遺傳現(xiàn)象,都是他所關(guān)心的科研問題。
通過不斷深入的研究,婁春波堅信這些雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象背后的分子生物學(xué)機制和相應(yīng)的理論模型是很值得深入探討的問題。
那段時間,他的研究工作主要包括兩部分,一是利用盡可能簡化的理論模型描述大腸桿菌在耐藥性上的表型分化現(xiàn)象,二是在定量試驗數(shù)據(jù)最為豐富的lambda基因開關(guān)系統(tǒng)中,試圖引入最精細的理論模型,解決一些前人不能理解的試驗現(xiàn)象。
最終,婁春波成功設(shè)計了記憶模塊和或非門邏輯模塊,并且利用定向進化的方式得到時序性邏輯元件。
經(jīng)過多年的持續(xù)研究,婁春波開始在合成生物學(xué)相關(guān)研究中取得突破性進展,部分成果發(fā)表在《自然》雜志子刊《分子系統(tǒng)生物學(xué)》上,這被認(rèn)為是中國第一次發(fā)表的合成生物學(xué)文章,引起國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。
擴寬眼界 用于探索
當(dāng)記者問到能否給一些剛踏進科研門檻的新人們一些建議時,婁春波認(rèn)為做科研需要有充分的文獻積累。
“也許剛開始讀文獻的時候,什么都不懂,但讀文獻這個意愿就是擴增自己大腦的好機會?!彼赋?,一些年輕的科研人員只關(guān)注自己所研究的小領(lǐng)域的技術(shù)知識、學(xué)術(shù)觀點,卻忽略了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展,這似乎有些狹隘了。
婁春波建議科研新人對自己進行合適的定位,根據(jù)自己的目標(biāo)培養(yǎng)能力,如果將科研作為未來發(fā)展的方向,就應(yīng)該逐漸培養(yǎng)自己在科研問題上獨立思考和解決問題的能力,并且在確定的研究方向上具有一定的積累。
此外,科研人員要養(yǎng)成開放式的思維方式。婁春波認(rèn)為,研究生們在自己的研究領(lǐng)域有積累固然重要,但這樣的積累必須不能是封閉的,否則就會成為前進征途上的羈絆。“一個學(xué)生在有導(dǎo)師指導(dǎo)的時候可以把實驗做得很好,并不算是成功,而只有具備獨立科研能力的學(xué)生才是合格的?!?/p>
婁春波還表示,在科研上要敢于懷疑權(quán)威,但前提是懷疑者要具有一定的甄別能力,因為懷疑精神是實實在在的,不僅要依據(jù)自己的邏輯和理解作出判斷,還要基于客觀事實的本質(zhì)。
平時,婁春波會與學(xué)生和工作人員坐在一起進行一些針對經(jīng)典文獻討論,并建議學(xué)生在研究生階段作出十幾次這樣的訓(xùn)練積累,從而養(yǎng)成掃描自己領(lǐng)域最好雜志的習(xí)慣。
雖然來到微生物所時間不長,未來可能還會有更多未知的艱難險阻,但婁春波始終相信風(fēng)雨過后必將是更為絢爛的彩虹。
?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2015-03-02 第7版 學(xué)人)
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