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

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。

△图源：中国科学报

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：物种数量和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，这是学者第一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，发表的第一篇文章。

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 Gore

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，就读于贵阳市第一中学的胡脊梁，以理科653分参加钱班全国创新挑战赛，获全国第一名，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。

△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，胡脊梁进行了第一次方向转变。

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。

△施一公

据他本人描述，他大概是第一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。”

论文链接：

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

参考链接：

[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