哪些是生命的物理語(yǔ)言？
哪些是生命的化學(xué)？
在2019年11月舉辦的（中俄聯(lián)合培養(yǎng)數(shù)學(xué)類(lèi)研究生計(jì)劃）40華誕會(huì)議開(kāi)幕式上，上海學(xué)院前沿交叉學(xué)科研究院湯超院士在發(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)探求的主要方向。
湯超在統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、凝聚態(tài)化學(xué)、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(xiě)入教科書(shū)。他是朋友們心里的“科學(xué)女神”，以奇特的“科學(xué)品位”江西省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所，旨在于用數(shù)學(xué)學(xué)思想方式研究生物問(wèn)題，探求生命系統(tǒng)中的定量規(guī)律和設(shè)計(jì)原理。
我們一起走進(jìn)新晉中國(guó)科大學(xué)教授，上海學(xué)院講席院士、前沿交叉學(xué)科研究院執(zhí)行主任、定量生物學(xué)中心組長(zhǎng)：湯超院士，體會(huì)朋友們心里那位清華“男神”的奇特科學(xué)品位！
一位化學(xué)學(xué)家的生命科學(xué)探求之路
學(xué)校時(shí)，他最喜歡數(shù)學(xué)，進(jìn)中科大數(shù)學(xué)系是他的夢(mèng)想。但中考那年中科大和清華的數(shù)學(xué)系在廣東都不招生，湯超步入了熱學(xué)系。出于對(duì)化學(xué)的熱愛(ài)，學(xué)院時(shí)他自學(xué)了不少化學(xué)，并常去旁聽(tīng)數(shù)學(xué)系的課。
上世紀(jì)80年代，李政道發(fā)起項(xiàng)目，圓了湯超的“物理夢(mèng)”。該計(jì)劃由中俄雙方聯(lián)合通過(guò)專(zhuān)門(mén)的招生途徑，每年選送百名左右國(guó)外學(xué)院生，赴美攻讀博士學(xué)位。湯超作為報(bào)考項(xiàng)目的首批留中學(xué)生來(lái)到日本，在洛杉磯學(xué)院攻讀統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)。
湯超的導(dǎo)師、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)大師卡達(dá)諾夫?qū)λ绊戭H深。“經(jīng)常是聊著聊著天，研究方向就有了。”芝大的那個(gè)討論式的科研和教學(xué)氣氛、超越學(xué)科界限重視科學(xué)問(wèn)題的思維方法、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)深入的研究作風(fēng)，除了為湯超打下了扎實(shí)的數(shù)學(xué)學(xué)基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了他敏銳的“科學(xué)觸覺(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非常感興趣的方向上——做出了出眾的成果，在學(xué)界造成了很大反響。
1991年，湯超任職于NEC斯坦福研究所。這兒沒(méi)有研究限制，有的是充分的自由和空間。借助這個(gè)機(jī)會(huì)，湯超開(kāi)始探求新的領(lǐng)域。他敏銳地覺(jué)得到大自然中最復(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)得非常好玩兒”。
在他看來(lái)，生命科學(xué)有好多有待探求的領(lǐng)域，而且有點(diǎn)“摸不著腦子”。于是，他開(kāi)始出席各種的組會(huì)、看生物文獻(xiàn)，渡過(guò)了“苦樂(lè)參半”的半年，樂(lè)在享受探求的過(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，主講人是哈佛學(xué)院一位研究超導(dǎo)數(shù)學(xué)的院士。他的研究方向從數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)向生物。“豁然活潑，”湯超意識(shí)到，“是不是可以用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)方式來(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)象是一片廣袤的底泥，可以催生新的化學(xué)、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。他嘗試著用數(shù)學(xué)學(xué)的思維和方式解決更多生命科學(xué)領(lǐng)域的問(wèn)題，隨后“一發(fā)不可拾掇”。
“是我能為國(guó)家科研制展出力的時(shí)侯了”
2005年起，湯超在加洲學(xué)院洛杉磯校區(qū)（UCSF）任教。這兒既有最優(yōu)秀的生物學(xué)家，也能接觸到最前沿的生物學(xué)課題。湯超參與到急聘、科研、教學(xué)、管理等各方面的工作，幫助UCSF構(gòu)建系統(tǒng)生物學(xué)研究方向。
五年后，事業(yè)做得風(fēng)生水起的湯超忽然決定歸國(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)境上都和美國(guó)有不小差別。
“改革開(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)。如今，是我能為促進(jìn)國(guó)家科研制展出力的時(shí)侯了。”
在湯超看來(lái)，國(guó)外形勢(shì)已然發(fā)生了很大變化，國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家實(shí)力和國(guó)家科研投入都比原先提高了好多。雖然，90年代開(kāi)始，湯超就常常往返于英國(guó)和國(guó)外，到一些院校和科研院所授課，出席學(xué)術(shù)大會(huì)。
1999年，湯超受李政道委托開(kāi)始設(shè)立定量學(xué)生物中心的前身——理論生物學(xué)中心。最初每年回去兩三個(gè)月，直至2011年，他舉家歸國(guó)。歸國(guó)后他全職兼任定量生物學(xué)中心校長(zhǎng)和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心（清華）學(xué)術(shù)委員會(huì)部長(zhǎng)。
“今天的生物學(xué)中，原理、公式、數(shù)學(xué)等式多了，而且將來(lái)更可能會(huì)出現(xiàn)新的‘生命的物理語(yǔ)言’，新的‘生命的化學(xué)’。假如堅(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。”
湯超率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，借助上海學(xué)院的多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，集中物理、物理、化學(xué)、工學(xué)、生物和信息科學(xué)的研究力量，舉辦并促進(jìn)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)路上，提出了生物系統(tǒng)魯棒性的理論解釋?zhuān)榧?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。她們還用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的思想方式研究生物網(wǎng)路拓?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。
李政道先生2002年與理論生物學(xué)中心部分成員合照
理論生物學(xué)中心的發(fā)展得到了各界的肯定和贊揚(yáng)，除了被評(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，又得到上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)對(duì)于交叉學(xué)科的支持。
“兩個(gè)兒子一個(gè)中學(xué)一個(gè)中學(xué)，歸國(guó)對(duì)他倆來(lái)說(shuō)犧牲很大，但她們還是跟我回去了。母親不僅認(rèn)為上海的空氣有些差以外，沒(méi)有其他怨言了。”家人的支持更讓湯超全身心涉足于國(guó)外交叉學(xué)科的建設(shè)。
培養(yǎng)有“科學(xué)品位”的交叉學(xué)科人才
湯超把導(dǎo)師卡達(dá)諾夫既自由修身又嚴(yán)謹(jǐn)深入的培養(yǎng)理念“復(fù)制”到定量生物學(xué)中心和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心的中學(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)品位”形容對(duì)中學(xué)生的要求。“科學(xué)品位是對(duì)科學(xué)問(wèn)題的敏感性，曉得怎樣提出一個(gè)好的科學(xué)問(wèn)題。”在他看來(lái)，自由修身的氣氛還有助于蘊(yùn)育思辨精神、對(duì)科研的熱情，這種與知識(shí)技能同等重要。
湯超全職回清華后，培養(yǎng)的第一批博士生
“每周固定討論一篇他人的文章，你們一起評(píng)價(jià)這個(gè)研究做得對(duì)不對(duì)，解決了什么問(wèn)題，有沒(méi)有意思，這種都是提升科研品位的過(guò)程。”
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)的底泥”。不去計(jì)較文章發(fā)表，采取三年一次的評(píng)估制。在湯超看來(lái)，這樣的制度可以讓你們靜下心來(lái)思索一些長(zhǎng)遠(yuǎn)的、有意義的工作。
沒(méi)有專(zhuān)業(yè)限定，沒(méi)有年紀(jì)限制，也沒(méi)有考試……生命科學(xué)聯(lián)合中心看似“自由縱容”的招生模式實(shí)則嚴(yán)格嚴(yán)苛。沒(méi)有專(zhuān)業(yè)限定江西省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所，是希望將中學(xué)生招收背景擴(kuò)大到生命科學(xué)之外；沒(méi)有年紀(jì)限制，不局限于應(yīng)屆專(zhuān)科生，更利于發(fā)覺(jué)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)生有好多PI筆試，須要回答涉及面極廣的問(wèn)題——這樣對(duì)中學(xué)生素養(yǎng)有更確切的了解和把控。“希望把中學(xué)生從考試中解放下來(lái)，培養(yǎng)她們發(fā)覺(jué)和解決問(wèn)題的能力。”
湯超和實(shí)驗(yàn)室的同事們?cè)谏虾W(xué)院定量生物學(xué)中心峰會(huì)上
這幾年，兼任前沿交叉學(xué)科研究院執(zhí)行主任的湯超，更是將自己的理念擴(kuò)充到更廣的領(lǐng)域。研究院10個(gè)中心囊括物理、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工學(xué)等學(xué)科的諸多交叉研究領(lǐng)域，集聚了一大批學(xué)科帶頭人和年青學(xué)術(shù)骨干，在舉辦各項(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)表在各種學(xué)術(shù)刊物。各中心先后承當(dāng)“863計(jì)劃”“973計(jì)劃”“國(guó)家自然基金”“國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)課題”等數(shù)百項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省局級(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)。
“實(shí)現(xiàn)真正的學(xué)科交叉要做的事情還好多。”湯超的探求之路未曾停息，“希望有三天我們的學(xué)科概念愈發(fā)淡化，各個(gè)學(xué)科徹底打通，溝通愈發(fā)通暢，甚至不須要籌建交叉大學(xué)這樣的機(jī)構(gòu)。”
到那時(shí)，“什么是生命的物理語(yǔ)言”“什么是生命的化學(xué)”或許就“不是問(wèn)題”了。
人物卡片
湯超，上海學(xué)院化學(xué)大學(xué)講席院士，前沿交叉學(xué)科研究院執(zhí)行主任，定量生物學(xué)中心校長(zhǎng)，清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心（清華）學(xué)術(shù)委員會(huì)部長(zhǎng)。
湯超院士在統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、非線性科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)、物理生物學(xué)等領(lǐng)域舉辦了許多開(kāi)創(chuàng)性工作，近些年來(lái)切實(shí)用數(shù)學(xué)學(xué)思想及方式研究生物問(wèn)題，探求生命系統(tǒng)中