兩度“轉行”之後，95後貴州小伙以一作身份，在Science發表了第一篇文章。而這距他剛入門，也才不過兩年時間。他叫做胡脊梁，曾以物理競賽保送到清華錢學森力學班（“錢”班），隨後在大二那年跟隨興趣所向。

在聽了施一公講座之後，他決定轉至細胞動力學，一個物理和生物交叉研究領域。

中國科學院院士鄭泉水曾對他印象深刻，

為了完成一篇論文，他一年時間學了20門研究生的課程。這個學生在“錢班”成績一般，但是他用論文一樣可以證明自己。

本科畢業、直博，而在一切看似順風順水之際，他又突然換方向，轉碩再讀博，研究更加複雜多樣的生態動力學。

△圖源：中國科學報

入門2年一作發Science

不妨就以他最新的Science論文成果，來介紹他的研究領域。

一言以蔽之，這篇文章在解決“是什麼導致生態系統不穩定？”的問題。

事實上這個問題由來已久，過去許多科學家都在致力於破譯其中所有的影響因素。

這其中較為著名的兩個預測因素為，群落中物種的數量以及物種之間的相互作用。

然而這放在現實自然系統中卻很難得到驗證，即便可以觀察物種之間的相互作用，通常也無法完成控制實驗。

而胡脊梁所在的團隊，解決這個問題的途徑是：物理學。

為生態系統創建一個“相圖”，最終驗證需要結合著兩個參數：物種數量和種間相互作用強度整合一起，成功預測生態群落穩定與否的情況。

具體而言，他們在實驗室合成了2到48種細菌的生態系統，監測群落在生長、分散和稀釋週期中群落的組成和生物量。

此外他們發現，成對共生的概率隨著補充的葡萄糖和尿素濃度的增加而降低。這意味著，通過增加營養物質的方式，可以用來加強物種之間的相互作用。

實驗結果顯示，群落生物量的波動在物種規模或者相互作用強度增加下，也會同樣增加。以48個物種群落為例，研究人員發現只有在低營養濃度下才會達到穩定。

最後他們還繪製了“相圖”，描述生態系統如何僅基於兩個因素發生變化。類似於物理中基於溫度和壓力，來描述水的狀態變化。

結果顯示，相同條件下，波動的群落比穩定的群落更加多樣化。

通訊作者、胡脊樑的導師Jeff Gore表示，相圖的驚人之處在於它可以以非常簡單的形式總結大量信息，找出一個邊界來預測穩定性的喪失以及波動的開始。

據中國科學報報導，這是學者第一次對複雜生態系統提出一個比較統一的框架——

僅靠兩個變量，不依賴於任何生物學細節，就可以描述任何一個生態群落。

據胡脊梁本人介紹說，這篇論文投出後，返回的審稿意見有50多頁，但三個審稿人都給出了高度評價，“心裡就有了底，感覺自己這項工作的意義得到了認可”。

MIT官方消息，這種相圖的創建，可以幫助生態學家在信息很少的情況下，對森林等自然生態系統中可能發生的情況做出預測。

MIT直博轉碩再讀博

胡脊梁現在在MIT從事生態動力學領域研究。Science上發表的這篇論文，是他從單細胞力學轉方向後，發表的第一篇文章。

是的沒錯，2年前，MIT直博的胡脊梁，研究領域還是單細胞力學。

博士三年級那年，發生了什麼？

時間回到2017年。那時候，胡脊梁從清華畢業，以直博生身份進入MIT，並延續了本科階段研究細胞動力學的路線。

鄭泉水接受采訪時曾回憶，博一時，胡脊樑的思維和鑽研勁頭讓MIT導師們格外留意。為此，物理系專門開展了一個研討會，討論主題是：胡脊梁這樣的學生是怎麼培養出來的？

進入MIT後，胡脊梁於2019年和2021年先後發出兩篇PNAS（《美國科學院院報》）。

然而，“改變方向”這四個字卻在他心中紮根。

胡脊樑自身慣有的學習思維偏“工程式”，更喜歡簡潔有邏輯，能夠從復雜現象抽像出優美模型或理論的東西。

因此，他長期認為生物學的書不太優美，存在許多冗餘信息。

直到他接觸了生物物理學：原來生物學也可以用簡潔的語言去描述。

於是，直博第三年，胡脊梁選擇“轉行”，一頭扎進生態動力學的河流。

這其中不僅有其自身思維方式和研究範式的原因，他現在的導師、也是Science所發表論文的通訊作者，Jeff Gore，提供了巨大幫助。

△傑夫·戈爾

Jeff是MIT物理學教授，研究方向正是生物物理學。

他所在的戈爾生物物理實驗室，研究興趣是利用微生物種群，探索種群或群落內部的相互作用是如何導致豐富突發現象的。

幾番接觸下來，胡脊梁發現Jeff和他思考問題的方式和興趣方向非常契合，他深覺，如果進入Jeff的選題組，一定是一種“享受”。

胡脊梁主動找到Jeff，表明自己想轉到他的課題組讀博的強烈意向。

在完全能夠直博畢業的情況下，胡脊梁先轉為碩士畢業，改投Jeff門下。

如願以償，胡脊梁進入Jeff的“Physics of Living System Center”課題組攻讀博士學位。

“我現在在研究複雜微生物群落的動力學，這些菌群廣泛存在於人體腸道、皮膚以及植物的根系和土壤。”胡脊梁介紹道，“不同種類的細菌有物種間的相互作用，物種和環境之間也有相互作用，就形成了一個完整的生態系統。”

在接受《中國科學報》採訪時，胡脊梁將這次轉換方向稱為“可能是在MIT讀博期間做得最正確的一個選擇”。

吸引眾多導師的清華錢班學生

在不同領域取得不錯的成果，除了MIT的5年研究經驗，還歸功於本科時，胡脊梁在清華大學“錢班”夯實了基礎。

何謂錢班？

2009年，為嘗試回答“錢學森之問”，清華大學成立了“清華學堂人才培養計劃”錢學森力學班（以下簡稱錢班），每年招收本科生30名。

（錢學森之問的內容：為什麼我們的學校總是培養不出傑出人才？）

2013年，就讀於貴陽市第一中學的胡脊梁，以理科653分參加錢班全國創新挑戰賽，獲全國第一名，並獲得清華學堂計劃獎學金。

在錢班，胡脊梁遇到了另一個讓他獲益匪淺的老師，清華錢班首席教授、中科院院士鄭泉水。

△鄭泉水

本科期間，胡脊梁因產生了一個稚嫩的idea，在寒風中與鄭泉水交談了兩個多小時。

儘管這個課題最後也沒有做出什麼結果，但鄭老師當時還是像對待一個博士生一樣尊重我的想法，並培養我。

在鄭泉水身上，胡脊梁學得最多的，就是一個科學家擁有的思考問題的過程。

彼時，在鄭泉水的努力下，錢班先後將SURF（Senior Undergraduate Research Fellowship，高年級學生研究員）、SRT（Student Research Training，本科生科研訓練）納入必修環節。

後來，錢班還開設8個學分的ORIC（Open Research for Innovation Challenge，開放挑戰性創新研究），學生需用1年左右的時間，獨立負責一個完整的科研項目。

胡脊梁就讀大一那一年，正是錢班以研究學習為目的的“進階史研究學習系統”開始完整運行的第二年。他的ORIC在北京大學定量生物學中心完成。

進階式研究學習系統給胡脊梁留下的印象，是“一個非常有效的科研培養模式”：

錢班充分尊重每名學生的興趣和特長的同時，完成基礎科研能力訓練。

鄭泉水老師他們不是讓大家在同一個維度比高低、形成惡劣競爭。

也是大一那一年，胡脊梁就表現出了對細胞膜的好奇，滿懷著憧憬，胡脊梁開始實驗、觀察、建理論模型。

為此，他自學20門研究生課程，主動聯繫生物系、化學系及北大生物學院的實驗室。

受他的熱情吸引，僅清華生命科學學院，就有16位教授來給錢班上課；MIT物理系、材料系、計算機系、機械係等院系的6位教授也加入錢班，開設了挑戰性問題課程。

因為興趣的天平傾斜，大二時，胡脊梁進行了第一次方向轉變。

那時候，胡脊梁聽完西湖大學校長、中國科學院院士施一公的講座，更覺21世紀是生物的時代，隨即嘗試往這方面發展。

△施一公

據他本人描述，他大概是第一個從錢班轉去做生物的。出乎他意料，鄭泉水錶示了大力支持。

鄭泉水不僅拎出來兩、三個小時專門給他講交叉研究，還把他推薦給了清華生命科學學院教授俞立。

亟待探索生命科學世界的胡脊梁，更是主動找到力學與生物學幾何方向的實驗室，開啟了物理生物交叉研究的篇章。

俞立對待胡脊梁這名本科生，和對待別的博士生並無二致。

和博士生同樣的預算、和博士生一樣使用課題組經費，不同之處在於，偶爾還有小灶——補生命科學研究的課程。

“這些老師給了我很大的信心和動力。”至今，他還和鄭泉水、俞立兩位老師保持聯繫，在MIT的直博轉碩再讀博，也得到了兩位老師的支持和鼓勵。

總而言之，錢班在胡脊樑的學習生涯中雕刻下濃墨重彩的一筆。

回顧錢班就讀生涯，胡脊樑的成績並不算出類拔萃，但他用論文證明了自己的能力。

本科期間，胡脊梁共發表5篇論文，其中1篇還是以共同一作身份，發表在PNAS上。

（所以他一共發了3篇PNAS）

還有一件事

胡脊梁日後的規劃現在已經明了：

據中國科學報消息，在結束MIT的博士後研究後，他將於回國繼續從事科研，做個PI（Principle Investigator，學科研究員）。最終實現“有一天能夠把生物書寫得像物理書一樣簡潔而優美”。

他說，現在的導師Jeff給他的另一個啟發是，以後自己做PI時，也要讓大夥兒開開心心做科研，有自己的風格，也有一定的自由度。

“人在心情好的時候，才有創造。”

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7841

參考鏈接：

[1]https://news.mit.edu/2022/ecosystems-instability-models-1006

[2]http://cpp.cau.edu.cn/art/2021/10/29/art_21981_793837.html

[3]https://www.tsinghua.edu.cn/info/1179/17390.htm

[4]http://www.jyb.cn/rmtzgjyb/201908/t20190816_253478.html

[5]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/10/488065.shtm

來源：量子位