清华钱班学生两度转行,从入门到一作发Science只用2年,明年回国做PI

这个学生在“钱班”成绩一般,但是他用论文一样可以证明自己。本科毕业、直博,而在一切看似顺风顺水之际,他又突然换方向,转硕再读博,研究更加复杂多样的生态动力学。
2022-10-24 17:01 · 微信公众号:量子位  杨净 衡宇   
   

两度“转行”之后,95后贵州小伙以一作身份,在Science发表了*篇文章。

而这距他刚入门,也才不过两年时间。

他叫做胡脊梁,曾以物理竞赛保送到清华钱学森力学班(“钱”班),随后在大二那年跟随兴趣所向。

在听了施一公讲座之后,他决定转至细胞动力学,一个物理和生物交叉研究领域。

中国科学院院士郑泉水曾对他印象深刻,为了完成一篇论文,他一年时间学了20门研究生的课程。这个学生在“钱班”成绩一般,但是他用论文一样可以证明自己。本科毕业、直博,而在一切看似顺风顺水之际,他又突然换方向,转硕再读博,研究更加复杂多样的生态动力学。

入门2年一作发Science

不妨就以他最新的Science论文成果,来介绍他的研究领域。

一言以蔽之,这篇文章在解决“是什么导致生态系统不稳定?”的问题。

事实上这个问题由来已久,过去许多科学家都在致力于破译其中所有的影响因素。

这其中较为著名的两个预测因素为,群落中物种的数量以及物种之间的相互作用。

然而这放在现实自然系统中却很难得到验证,即便可以观察物种之间的相互作用,通常也无法完成控制实验。

而胡脊梁所在的团队,解决这个问题的途径是:物理学

为生态系统创建一个“相图”,最终验证需要结合着两个参数:物种数量种间相互作用强度整合一起,成功预测生态群落稳定与否的情况。

具体而言,他们在实验室合成了2到48种细菌的生态系统,监测群落在生长、分散和稀释周期中群落的组成和生物量。

此外他们发现,成对共生的概率随着补充的葡萄糖和尿素浓度的增加而降低。这意味着,通过增加营养物质的方式,可以用来加强物种之间的相互作用。

实验结果显示,群落生物量的波动在物种规模或者相互作用强度增加下,也会同样增加。以48个物种群落为例,研究人员发现只有在低营养浓度下才会达到稳定。

最后他们还绘制了“相图”,描述生态系统如何仅基于两个因素发生变化。类似于物理中基于温度和压力,来描述水的状态变化。

结果显示,相同条件下,波动的群落比稳定的群落更加多样化。

通讯作者、胡脊梁的导师Jeff Gore表示,相图的惊人之处在于它可以以非常简单的形式总结大量信息,找出一个边界来预测稳定性的丧失以及波动的开始。

据中国科学报报道,这是学者*次对复杂生态系统提出一个比较统一的框架——

仅靠两个变量,不依赖于任何生物学细节,就可以描述任何一个生态群落。

据胡脊梁本人介绍说,这篇论文投出后,返回的审稿意见有50多页,但三个审稿人都给出了高度评价,“心里就有了底,感觉自己这项工作的意义得到了认可”。

MIT官方消息,这种相图的创建,可以帮助生态学家在信息很少的情况下,对森林等自然生态系统中可能发生的情况做出预测。

MIT直博转硕再读博

胡脊梁现在在MIT从事生态动力学领域研究。Science上发表的这篇论文,是他从单细胞力学转方向后,发表的*篇文章。

是的没错,2年前,MIT直博的胡脊梁,研究领域还是单细胞力学

博士三年级那年,发生了什么?

时间回到2017年。那时候,胡脊梁从清华毕业,以直博生身份进入MIT,并延续了本科阶段研究细胞动力学的路线。

郑泉水接受采访时曾回忆,博一时,胡脊梁的思维和钻研劲头让MIT导师们格外留意。为此,物理系专门开展了一个研讨会,讨论主题是:胡脊梁这样的学生是怎么培养出来的?

进入MIT后,胡脊梁于2019年和2021年先后发出两篇PNAS(《美国科学院院报》)。

然而,“改变方向”这四个字却在他心中扎根。

胡脊梁自身惯有的学习思维偏“工程式”,更喜欢简洁有逻辑,能够从复杂现象抽象出优美模型或理论的东西。

因此,他长期认为生物学的书不太优美,存在许多冗余信息。

直到他接触了生物物理学:原来生物学也可以用简洁的语言去描述。

于是,直博第三年,胡脊梁选择“转行”,一头扎进生态动力学的河流。

这其中不仅有其自身思维方式和研究范式的原因,他现在的导师、也是Science所发表论文的通讯作者,Jeff Gore,提供了巨大帮助。

Jeff是MIT物理学教授,研究方向正是生物物理学。

他所在的戈尔生物物理实验室,研究兴趣是利用微生物种群,探索种群或群落内部的相互作用是如何导致丰富突发现象的。

几番接触下来,胡脊梁发现Jeff和他思考问题的方式和兴趣方向非常契合,他深觉,如果进入Jeff的选题组,一定是一种“享受”。

胡脊梁主动找到 Jeff,表明自己想转到他的课题组读博的强烈意向。

在完全能够直博毕业的情况下,胡脊梁先转为硕士毕业,改投Jeff门下。

如愿以偿,胡脊梁进入Jeff的“Physics of Living System Center”课题组攻读博士学位。

“我现在在研究复杂微生物群落的动力学,这些菌群广泛存在于人体肠道、皮肤以及植物的根系和土壤。”胡脊梁介绍道,“不同种类的细菌有物种间的相互作用,物种和环境之间也有相互作用,就形成了一个完整的生态系统。”

在接受《中国科学报》采访时,胡脊梁将这次转换方向称为“可能是在MIT读博期间做得最正确的一个选择”。

吸引众多导师的清华钱班学生

在不同领域取得不错的成果,除了MIT的5年研究经验,还归功于本科时,胡脊梁在清华大学“钱班”夯实了基础。

何谓钱班

2009年,为尝试回答“钱学森之问”,清华大学成立了“清华学堂人才培养计划”钱学森力学班(以下简称钱班),每年招收本科生30名。

(钱学森之问的内容:为什么我们的学校总是培养不出杰出人才?)

2013年,就读于贵阳市*中学的胡脊梁,以理科653分参加钱班全国创新挑战赛,获*名,并获得清华学堂计划奖学金。

在钱班,胡脊梁遇到了另一个让他获益匪浅的老师,清华钱班首席教授、中科院院士郑泉水。

本科期间,胡脊梁因产生了一个稚嫩的idea,在寒风中与郑泉水交谈了两个多小时。

尽管这个课题最后也没有做出什么结果,但郑老师当时还是像对待一个博士生一样尊重我的想法,并培养我。

在郑泉水身上,胡脊梁学得最多的,就是一个科学家拥有的思考问题的过程。

彼时,在郑泉水的努力下,钱班先后将SURF(Senior Undergraduate Research Fellowship,高年级学生研究员)、SRT(Student Research Training,本科生科研训练)纳入必修环节。

后来,钱班还开设8个学分的ORIC(Open Research for Innovation Challenge,开放挑战性创新研究),学生需用1年左右的时间,独立负责一个完整的科研项目。

胡脊梁就读大一那一年,正是钱班以研究学习为目的的“进阶史研究学习系统”开始完整运行的第二年。他的ORIC在北京大学定量生物学中心完成。

进阶式研究学习系统给胡脊梁留下的印象,是“一个非常有效的科研培养模式”:

钱班充分尊重每名学生的兴趣和特长的同时,完成基础科研能力训练。

郑泉水老师他们不是让大家在同一个维度比高低、形成恶劣竞争。

也是大一那一年,胡脊梁就表现出了对细胞膜的好奇,满怀着憧憬,胡脊梁开始实验、观察、建理论模型。

为此,他自学20门研究生课程,主动联系生物系、化学系及北大生物学院的实验室。

受他的热情吸引,仅清华生命科学学院,就有16位教授来给钱班上课;MIT物理系、材料系、计算机系、机械系等院系的6位教授也加入钱班,开设了挑战性问题课程。

因为兴趣的天平倾斜,大二时,胡脊梁进行了*次方向转变

那时候,胡脊梁听完西湖大学校长、中国科学院院士施一公的讲座,更觉21世纪是生物的时代,随即尝试往这方面发展。

据他本人描述,他大概是*个从钱班转去做生物的。出乎他意料,郑泉水表示了大力支持。

郑泉水不仅拎出来两、三个小时专门给他讲交叉研究,还把他推荐给了清华生命科学学院教授俞立。

亟待探索生命科学世界的胡脊梁,更是主动找到力学与生物学几何方向的实验室,开启了物理生物交叉研究的篇章。

俞立对待胡脊梁这名本科生,和对待别的博士生并无二致。

和博士生同样的预算、和博士生一样使用课题组经费,不同之处在于,偶尔还有小灶——补生命科学研究的课程。

“这些老师给了我很大的信心和动力。”至今,他还和郑泉水、俞立两位老师保持联系,在MIT的直博转硕再读博,也得到了两位老师的支持和鼓励。

总而言之,钱班在胡脊梁的学习生涯中雕刻下浓墨重彩的一笔。

回顾钱班就读生涯,胡脊梁的成绩并不算出类拔萃,但他用论文证明了自己的能力。

本科期间,胡脊梁共发表5篇论文,其中1篇还是以共同一作身份,发表在PNAS上。

(所以他一共发了3篇PNAS)

One More Thing

胡脊梁日后的规划现在已经明了:

据中国科学报消息,在结束MIT的博士后研究后,他将于回国继续从事科研,做个PI(Principle Investigator,学科研究员)。最终实现“有一天能够把生物书写得像物理书一样简洁而优美”。

他说,现在的导师Jeff给他的另一个启发是,以后自己做PI时,也要让大伙儿开开心心做科研,有自己的风格,也有一定的自由度。

“人在心情好的时候,才有创造。”

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