两度“转行”之后，95 后贵州小伙以一作身份，在 Science 发表了第一篇文章。
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。
△ 图源：中国科学报
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。
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 GoreJeff 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”。
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）
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
本文来自微信公众号：量子位 （ID：QbitAI），作者：杨净、衡宇
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