院士風(fēng)采 | 湯超：有“品味”的交叉學(xué)科探索者
?攝影：王天天
撰文 | 王巖（北京大學(xué)新聞網(wǎng)）
編輯 | 山石 凌薇（北京大學(xué)新聞網(wǎng)）
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“什么是生命的數(shù)學(xué)語言？什么是生命的物理？”在2019年11月舉行的CUSPEA（中美聯(lián)合培養(yǎng)物理類研究生計劃）40周年大會閉幕式上，湯超在發(fā)言結(jié)尾拋出幾個引人深思的看似“無解”的問題。這是生命科學(xué)領(lǐng)域最前沿的問題之一，也是湯超從事交叉學(xué)科研究以來探索的主要方向。
湯超在統(tǒng)計物理、凝聚態(tài)物理、非線性科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)、物理生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等領(lǐng)域做了許多開創(chuàng)性工作，其中有不少已被寫入教科書。他以獨特的“科學(xué)品味”，致力于用物理學(xué)思想方法研究生物問題，探索生命系統(tǒng)中的定量規(guī)律和設(shè)計原理。
一位物理學(xué)家的生命科學(xué)探索之路
中學(xué)時，湯超最喜歡物理，進中科大物理系是他的夢想。但高考那年中科大和北大的物理系在江西都不招生，湯超進入了力學(xué)系。出于對物理的熱愛，大學(xué)時他自學(xué)了不少物理，并常去旁聽物理系的課。
上世紀(jì)80年代，李政道發(fā)起CUSPEA項目，圓了湯超的“物理夢”。該計劃由中美雙方聯(lián)合通過專門的招生途徑，每年選送百名左右國內(nèi)大學(xué)生，赴美攻讀博士學(xué)位。湯超作為考取CUSPEA項目的首批留學(xué)生來到美國，在芝加哥大學(xué)攻讀統(tǒng)計物理學(xué)。
湯超的導(dǎo)師、統(tǒng)計物理大師卡達諾夫?qū)λ绊戭H深。“經(jīng)常是聊著聊著天，研究方向就有了?！敝ゴ蟮哪欠N討論式的科研和教學(xué)氛圍、超越學(xué)科界限注重科學(xué)問題的思維方式、認真嚴謹深入的研究作風(fēng)，不僅為湯超打下了扎實的物理學(xué)基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了他敏銳的“科學(xué)嗅覺”和思辨能力，形成了他日后的學(xué)術(shù)風(fēng)格。
很快，在布魯克海文國家實驗室做博士后的湯超就在自組織臨界性問題——一個自己在研究生階段就十分感興趣的方向上——做出了出色的成果，在學(xué)界引起了很大反響。
1991年，湯超任職于NEC普林斯頓研究所。這里沒有研究限制，有的是充分的自由和空間。利用這個機會，湯超開始探索新的領(lǐng)域。他敏銳地感覺到大自然中最復(fù)雜的生命現(xiàn)象可以提供新的“素材”。湯超開始接觸生物學(xué)問題，“覺得特別好玩兒”。
在他看來，生命科學(xué)有很多有待探索的領(lǐng)域，但是有點“摸不著頭腦”。于是，他開始參加各類的組會、看生物文獻，度過了“苦樂參半”的半年，樂在享受探索的過程，但苦于“找不到研究題目”。
真正的轉(zhuǎn)折發(fā)生在一次關(guān)于蛋白質(zhì)折疊的學(xué)術(shù)報告會上，主講人是斯坦福大學(xué)一位研究超導(dǎo)物理的教授。他的研究方向從物理轉(zhuǎn)向生物。“豁然開朗，”湯超意識到，“是不是可以用統(tǒng)計物理方法來研究蛋白質(zhì)折疊問題呢？”自己在生命科學(xué)領(lǐng)域的第一個選題就這樣不經(jīng)意間找到了——這個問題也引導(dǎo)湯超日后提出新的概念，即蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可設(shè)計性概念。
“生命現(xiàn)象是一片肥沃的土壤，可以催生新的物理、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)等。”蛋白質(zhì)折疊的研究開啟了湯超交叉學(xué)科研究的航程。他嘗試著用物理學(xué)的思維和方法解決更多生命科學(xué)領(lǐng)域的問題，此后“一發(fā)不可收拾”。
“是我能為國家科研發(fā)展出力的時候了”
2005年起，湯超在加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）任教。這里既有最優(yōu)秀的生物學(xué)家，也能接觸到最前沿的生物學(xué)課題。湯超參與到招聘、科研、教學(xué)、管理等各方面的工作，幫助UCSF建立系統(tǒng)生物學(xué)研究方向。
六年后，事業(yè)順風(fēng)順?biāo)臏瑳Q定回國。當(dāng)時，中國的交叉學(xué)科無論從理念上，還是科研環(huán)境上都和國外有不小差距?！案母镩_放、出國留學(xué)改變了我的人生軌跡，也改變了整個國家的命運。現(xiàn)在，是我能為推動國家科研發(fā)展出力的時候了?！?/p>
在湯超看來，國內(nèi)形勢已經(jīng)發(fā)生了很大變化，國民經(jīng)濟、國家實力和國家科研投入都比以前增強了很多。其實，90年代開始，湯超就經(jīng)常往返于美國和國內(nèi)，到一些高校和科研院所講課，參加學(xué)術(shù)會議。
1999年，湯超受李政道委托開始籌建定量生物學(xué)中心的前身——理論生物學(xué)中心。最初每年回來兩三個月，直到2011年，他舉家回國。回國后他全職擔(dān)任定量生物學(xué)中心主任和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心（北大）學(xué)術(shù)委員會主任。
?2002年，李政道與理論生物學(xué)中心部分成員合影（右三為湯超）
“今天的生物學(xué)中，原理、公式、數(shù)學(xué)方程多了，但是將來更可能會出現(xiàn)新的‘生命的數(shù)學(xué)語言’，新的‘生命的物理’。如果堅持打破學(xué)科界限來研究生命現(xiàn)象，影響將是巨大的?！?/p>
湯超帶領(lǐng)團隊，利用北京大學(xué)的多學(xué)科優(yōu)勢，集中數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、工學(xué)、生物和信息科學(xué)的研究力量，開展并推動定量系統(tǒng)生物學(xué)研究取得一系列進展。
湯超課題組把非線性動力學(xué)概念用在生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)上，提出了生物系統(tǒng)魯棒性的理論解釋，并為細胞周期、細胞命運決定、干細胞重編程等生物問題提供了新的定量的視角。他們還用統(tǒng)計物理的思想方法研究生物網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，找出了其中具有普適性的設(shè)計原理。
?湯超在學(xué)術(shù)會議上作報告
理論生物學(xué)中心的發(fā)展得到了各界的肯定和贊譽，不僅被評為第一批教育部創(chuàng)新研究團隊，還成為2007年國家自然科學(xué)基金委員會支持的首個“交叉學(xué)科”創(chuàng)新研究群體；2008年，又得到北京市重點學(xué)科建設(shè)對于交叉學(xué)科的支持。
“兩個小孩一個初中一個高中，回國對他倆來說犧牲很大，但他們還是跟我回來了?！薄捌拮映擞X得北京的空氣有些差以外，沒有其他怨言了?！奔胰说闹С指寽硇耐渡碛趪鴥?nèi)交叉學(xué)科的建設(shè)。
培養(yǎng)有“科學(xué)品味”的交叉學(xué)科人才
湯超把導(dǎo)師卡達諾夫既自由寬松又嚴謹深入的培養(yǎng)理念“復(fù)制”到定量生物學(xué)中心和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的學(xué)生培養(yǎng)、科研人才管理與招生等各個方面。
他多次用“科學(xué)品味”形容對學(xué)生的要求?！翱茖W(xué)品味是對科學(xué)問題的敏感性，知道如何提出一個好的科學(xué)問題?！痹谒磥?，自由寬松的氛圍還有助于孕育思辨精神、對科研的熱情，這些與知識技能同等重要。
“每周固定討論一篇別人的文章，大家一起評價這個研究做得對不對，解決了哪些問題，有沒有意思，這些都是提高科研品味的過程?！?/p>
?湯超與全職回國后培養(yǎng)的第一批博士生合影
兩個研究中心為創(chuàng)新型跨學(xué)科人才成長提供了“寬松優(yōu)質(zhì)的土壤”。不去計較文章發(fā)表，采取五年一次的評估制。在湯超看來，這樣的制度可以讓大家靜下心來思考一些長遠的、有意義的工作。
沒有專業(yè)限定，沒有年齡限制，也沒有考試……生命科學(xué)聯(lián)合中心看似“自由放任”的招生模式實則嚴格苛刻。沒有專業(yè)限定，是希望將學(xué)生招收背景擴大到生命科學(xué)之外；沒有年齡限制，不局限于應(yīng)屆本科生，更利于發(fā)現(xiàn)更多有經(jīng)驗的人才；沒有考試，則意味著新的評價模式——學(xué)生由很多PI面試，需要回答涉及面極廣的問題——這樣對學(xué)生素質(zhì)有更準(zhǔn)確的了解和把控?！跋Ｍ褜W(xué)生從考試中解放出來，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力?！?/p>
這幾年，擔(dān)任前沿交叉學(xué)科研究院執(zhí)行院長的湯超，更是將自己的理念擴展到更廣的領(lǐng)域。研究院10個中心涵蓋數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工學(xué)等學(xué)科的眾多交叉研究領(lǐng)域，聚集了一大批學(xué)科帶頭人和年輕學(xué)術(shù)骨干，在開展各項前沿問題研究與科學(xué)技術(shù)攻關(guān)方面取得一系列重大研究進展。
研究院各中心每年均有大量研究成果發(fā)表在各類學(xué)術(shù)期刊。各中心先后承擔(dān)“863計劃”“973計劃”“國家自然基金”“國家重大科技專項課題”等數(shù)百項國家級、省部級科研項目，獲得多項國家自然科學(xué)獎和國家技術(shù)發(fā)明獎。
?湯超與學(xué)生
“實現(xiàn)真正的學(xué)科交叉要做的事情還很多?！睖奶剿髦窂奈赐Ｐ?，“希望有一天我們的學(xué)科概念更加淡化，各個學(xué)科徹底打通，溝通更加通暢，甚至不需要設(shè)立交叉學(xué)院這樣的機構(gòu)?！?/p>
到那時，“什么是生命的數(shù)學(xué)語言”“什么是生命的物理”或許就“不是問題”了。
人物簡介：
湯超，北京大學(xué)物理學(xué)院講席教授，前沿交叉學(xué)科研究院執(zhí)行院長，定量生物學(xué)中心主任，北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心（北大）學(xué)術(shù)委員會主任。湯超教授在統(tǒng)計物理、非線性科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)、物理生物學(xué)等領(lǐng)域開展了許多開創(chuàng)性工作，近年來著力用物理學(xué)思想及方法研究生物問題，探索生命系統(tǒng)中的定量規(guī)律和設(shè)計原理。2019年11月22日，當(dāng)選為中國科學(xué)院數(shù)學(xué)物理學(xué)部院士。
注：本文轉(zhuǎn)載自北京大學(xué)新聞網(wǎng)BMC。
