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)）
● ● ●
“什么是生命的數(shù)學(xué)語(yǔ)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(jì)劃）40周年大會(huì)閉幕式上，湯超在發(fā)言結(jié)尾拋出幾個(gè)引人深思的看似“無(wú)解”的問(wèn)題。這是生命科學(xué)領(lǐng)域最前沿的問(wèn)題之一，也是湯超從事交叉學(xué)科研究以來(lái)探索的主要方向。
湯超在統(tǒng)計(jì)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(kāi)創(chuàng)性工作，其中有不少已被寫入教科書。他以獨(dú)特的“科學(xué)品味”，致力于用物理學(xué)思想方法研究生物問(wèn)題，探索生命系統(tǒng)中的定量規(guī)律和設(shè)計(jì)原理。
一位物理學(xué)家的生命科學(xué)探索之路
中學(xué)時(shí)，湯超最喜歡物理，進(jìn)中科大物理系是他的夢(mèng)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(jìn)入了力學(xué)系。出于對(duì)物理的熱愛(ài)，大學(xué)時(shí)他自學(xué)了不少物理，并常去旁聽(tīng)物理系的課。
上世紀(jì)80年代，李政道發(fā)起CUSPEA項(xiàng)目，圓了湯超的“物理夢(mèng)”。該計(jì)劃由中美雙方聯(lián)合通過(guò)專門的招生途徑，每年選送百名左右國(guó)內(nèi)大學(xué)生，赴美攻讀博士學(xué)位。湯超作為考取CUSPEA項(xiàng)目的首批留學(xué)生來(lái)到美國(guó)，在芝加哥大學(xué)攻讀統(tǒng)計(jì)物理學(xué)。
湯超的導(dǎo)師、統(tǒng)計(jì)物理大師卡達(dá)諾夫?qū)λ绊戭H深?！敖?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(wèn)題的思維方式、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)深入的研究作風(fēng)，不僅為湯超打下了扎實(shí)的物理學(xué)基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了他敏銳的“科學(xué)嗅覺(jué)”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(guó)家實(shí)驗(yàn)室做博士后的湯超就在自組織臨界性問(wèn)題——一個(gè)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(méi)有研究限制，有的是充分的自由和空間。利用這個(gè)機(jī)會(huì)，湯超開(kāi)始探索新的領(lǐng)域。他敏銳地感覺(jué)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(kāi)始接觸生物學(xué)問(wèn)題，“覺(jué)得特別好玩兒”。
在他看來(lái)，生命科學(xué)有很多有待探索的領(lǐng)域，但是有點(diǎn)“摸不著頭腦”。于是，他開(kāi)始參加各類的組會(huì)、看生物文獻(xiàn)，度過(guò)了“苦樂(lè)參半”的半年，樂(lè)在享受探索的過(guò)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(bào)告會(huì)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?！盎砣婚_(kāi)朗，”湯超意識(shí)到，“是不是可以用統(tǒng)計(jì)物理方法來(lái)研究蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題呢？”自己在生命科學(xué)領(lǐng)域的第一個(gè)選題就這樣不經(jīng)意間找到了——這個(gè)問(wèn)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(jì)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(jì)算機(jī)科學(xué)等。”蛋白質(zhì)折疊的研究開(kāi)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(wèn)題，此后“一發(fā)不可收拾”。
“是我能為國(guó)家科研發(fā)展出力的時(shí)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(guó)。當(dāng)時(shí)，中國(guó)的交叉學(xué)科無(wú)論從理念上，還是科研環(huán)境上都和國(guó)外有不小差距?！案母镩_(kāi)放、出國(guó)留學(xué)改變了我的人生軌跡，也改變了整個(gè)國(guó)家的命運(yùn)?，F(xiàn)在，是我能為推動(dòng)國(guó)家科研發(fā)展出力的時(shí)候了?！?/p>
在湯超看來(lái)，國(guó)內(nèi)形勢(shì)已經(jīng)發(fā)生了很大變化，國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家實(shí)力和國(guó)家科研投入都比以前增強(qiáng)了很多。其實(shí)，90年代開(kāi)始，湯超就經(jīng)常往返于美國(guó)和國(guó)內(nèi)，到一些高校和科研院所講課，參加學(xué)術(shù)會(huì)議。
1999年，湯超受李政道委托開(kāi)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(lái)兩三個(gè)月，直到2011年，他舉家回國(guó)?；貒?guó)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(huì)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(lái)更可能會(huì)出現(xiàn)新的‘生命的數(shù)學(xué)語(yǔ)言’，新的‘生命的物理’。如果堅(jiān)持打破學(xué)科界限來(lái)研究生命現(xiàn)象，影響將是巨大的?！?/p>
湯超帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用北京大學(xué)的多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，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(kāi)展并推動(dòng)定量系統(tǒng)生物學(xué)研究取得一系列進(jìn)展。
湯超課題組把非線性動(dòng)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(xì)胞周期、細(xì)胞命運(yùn)決定、干細(xì)胞重編程等生物問(wèn)題提供了新的定量的視角。他們還用統(tǒng)計(jì)物理的思想方法研究生物網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，找出了其中具有普適性的設(shè)計(jì)原理。
?湯超在學(xué)術(shù)會(huì)議上作報(bào)告
理論生物學(xué)中心的發(fā)展得到了各界的肯定和贊譽(yù)，不僅被評(píng)為第一批教育部創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，還成為2007年國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)支持的首個(gè)“交叉學(xué)科”創(chuàng)新研究群體；2008年，又得到北京市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)對(duì)于交叉學(xué)科的支持。
“兩個(gè)小孩一個(gè)初中一個(gè)高中，回國(guó)對(duì)他倆來(lái)說(shuō)犧牲很大，但他們還是跟我回來(lái)了?！薄捌拮映擞X(jué)得北京的空氣有些差以外，沒(méi)有其他怨言了?！奔胰说闹С指寽硇耐渡碛趪?guó)內(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(dá)諾夫既自由寬松又嚴(yán)謹(jǐn)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(gè)方面。
他多次用“科學(xué)品味”形容對(duì)學(xué)生的要求?！翱茖W(xué)品味是對(duì)科學(xué)問(wèn)題的敏感性，知道如何提出一個(gè)好的科學(xué)問(wèn)題。”在他看來(lái)，自由寬松的氛圍還有助于孕育思辨精神、對(duì)科研的熱情，這些與知識(shí)技能同等重要。
“每周固定討論一篇?jiǎng)e人的文章，大家一起評(píng)價(jià)這個(gè)研究做得對(duì)不對(duì)，解決了哪些問(wèn)題，有沒(méi)有意思，這些都是提高科研品味的過(guò)程?！?/p>
?湯超與全職回國(guó)后培養(yǎng)的第一批博士生合影
兩個(gè)研究中心為創(chuàng)新型跨學(xué)科人才成長(zhǎng)提供了“寬松優(yōu)質(zhì)的土壤”。不去計(jì)較文章發(fā)表，采取五年一次的評(píng)估制。在湯超看來(lái)，這樣的制度可以讓大家靜下心來(lái)思考一些長(zhǎng)遠(yuǎn)的、有意義的工作。
沒(méi)有專業(yè)限定，沒(méi)有年齡限制，也沒(méi)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(shí)則嚴(yán)格苛刻。沒(méi)有專業(yè)限定，是希望將學(xué)生招收背景擴(kuò)大到生命科學(xué)之外；沒(méi)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(yàn)的人才；沒(méi)有考試，則意味著新的評(píng)價(jià)模式——學(xué)生由很多PI面試，需要回答涉及面極廣的問(wèn)題——這樣對(duì)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(lái)，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)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(zhǎng)的湯超，更是將自己的理念擴(kuò)展到更廣的領(lǐng)域。研究院10個(gè)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(kāi)展各項(xiàng)前沿問(wèn)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(jìn)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(jì)劃”“973計(jì)劃”“國(guó)家自然基金”“國(guó)家重大科技專項(xiàng)課題”等數(shù)百項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目，獲得多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)和國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)。
?湯超與學(xué)生
“實(shí)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(gè)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(jī)構(gòu)?！?/p>
到那時(shí)，“什么是生命的數(shù)學(xué)語(yǔ)言”“什么是生命的物理”或許就“不是問(wèn)題”了。
人物簡(jiǎn)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(zhǎng)，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(huì)主任。湯超教授在統(tǒng)計(jì)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(kāi)展了許多開(kāi)創(chuàng)性工作，近年來(lái)著力用物理學(xué)思想及方法研究生物問(wèn)題，探索生命系統(tǒng)中的定量規(guī)律和設(shè)計(jì)原理。2019年11月22日，當(dāng)選為中國(guó)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。
