专访徐涛:我们要培养有情怀的科学家

  • 文/王亭亭 王雅娟 图/吕平平 吴亮其 王亭亭 (国科大记者团)
  • 创建于 2017-05-12
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徐涛在为学生指导论文

  1988年,18岁的徐涛考上了华中科技大学(原华中理工大学),他读的是相对吃香的自动控制工程专业。等到进入大学后,徐涛才开始思考自己喜欢什么。埋头图书馆对比各个学科的前沿,自我探索了两年后,他最终被生命科学系统的复杂和精巧吸引,立志去钻研其中的奥秘。

  本科期间学习的自动控制知识,尤其是打下的扎实的数理功底使他很快适应了新的研究领域,并在后来的求学生涯中,顺利通过研制国产膜片钳细胞电生理检测设备进入细胞生物物理领域,最终逐渐形成“发展创新仪器技术研究生命科学问题”的科研特色。

  年轻时的徐涛,是个聪颖、勤奋又细心、大胆的学生。

  24岁,他就敢指出进口膜片钳仪器系统中的一个“bug”,获得正在他所在实验室访问的诺贝尔生理与医学奖得主E. Neher教授的青睐。Neher教授回国后指名邀请徐涛到其实验室进行联合培养,1年后,他在Neher教授实验室又质疑了Neher本人的一个系统设计错误,还在很短的时间内把一个长期进展缓慢的课题往前推进了一大步。

  30岁,他被华中科大聘为"教育部长江学者奖励计划"特聘教授,并获得“国家杰出青年基金”资助。3年后,他入选中科院"百人计划",被聘为中科院生物物理研究所副所长、生物大分子国家实验室副主任。2007年至今,一直担任该所所长。

  34岁,他担任科技部973项目"生物膜和膜蛋白的结构与功能研究"的首席科学家,总经费达2500万,将如此重大的科研任务交与一个仅34岁的科学家,在科技部也不多见。2年后,基金委公布自1986年成立以来30年获得经费最多的科学家排行榜,他排在生命科学部的第二名,共获得11个项目的资助。

  44岁,他担任中国科学院大学本科生科学家班主任,对本科生比对自己的硕博研究生还要偏爱,不仅开放实验室让学生多来体验,还亲自指导本科生的科研、学习,关心学生的生活,甚至常常自费请学生吃饭,带他们打真人CS。因为他,学生更爱做科研了!

从人大会议现场赶来给同学开班会的徐涛,代表证都忘了摘下

  爱默生说,屋基的阔度决定尖顶的高度。对于徐涛而言,如果不在本科打好数理基础,他根本不敢质疑E. Neher。更不可能在以后的岁月里,取得一定的科研建树。

  1994年,诺贝尔生理与医学奖得主(1991年)E. Neher博士访问华中理工大学,24岁的徐涛作为生物医学工程专业的博士生,给Neher演示了一个实验。这个实验指出当时国外进口最先进的膜片钳设备中(由Neher教授发明)有一个软件,存在设计不合理的地方。“这个软件是用来对实验样品检测、分析的。但是有一个背景干扰没有去除掉,将影响数据的准确性。”徐涛说。

  徐涛发现了这个问题。而且,由于他本科专业是自动控制工程,对于程序编写也很擅长。所以,他就直接把这个有问题的软件给修改了。Neher看到徐涛的演示很惊奇:“能够发现背景干扰问题,能把他这个非常复杂的程序读懂,并且能够修改。这需要在这两个领域同时具备相当水准才行。”徐涛的能力给Neher留下了深刻的印象,1995年底,他邀请徐涛到德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所的实验室联合培养一年。

  上次的软件修改只是一个优化,在马普所,徐涛开始大放异彩。

  徐涛去Neher实验室时,Neher已经不亲自做实验了,他把自己的实验台给了徐涛,要徐涛把实验台拆了,重新搭一套具备先进光路系统的膜片钳设备。徐涛自己把这套复杂的系统完全组装起来了,在这个过程中学到了很多新的知识,并且发现了Neher教授原来的设计有错误。“刚开始我指给Neher看,他还不是很相信。后来我又给他说,他想了几天,说我是对的。”这样的纠错让Neher更加认定了徐涛的科研潜力,也把更多好的科研项目送到了徐涛手里。1998年和1999年两年间,徐涛在Neher的指导下在《Nature Neuroscience》、《Cell》、《EMBO》杂志上发表三篇论文,其中两篇是第一作者。

  在马普所跟国外学生相处时,徐涛发现国外生物学专业的学生,知识面很宽广,数理化、计算机等各方面的训练都很扎实,尤其是程序写得很溜。相对而言,国内学生物的学生,在数学、物理、编程方面的训练还是有一些差距的。

  徐涛组装Neher教授的那套系统时,涉及很多计算和光学系统,如果他数理基础不好,就很难理解光路设计等。系统组装完后,徐涛和一个数学专业的伊朗学生搭档做“细胞内钙缓冲系统的动力学特性研究”的课题,要做非常复杂的计算分析。徐涛当时就想,“亏得大学里面认真学了微积分,不然很难看懂伊朗同学的数学公式。”

徐涛在实验室给学生做操作示范

  在获得诺贝尔奖的成果中,纯粹的科学发现所产生的成果仅占1/3,因仪器、手段及工具创新而取得的成果约占1/3,此外,由方法、思路创新取得的成果也约占1/3。就像Neher教授因膜片钳技术获得诺奖,膜片钳技术出来后,整个细胞膜离子通道研究领域前进了一大步,全世界很多实验室都在用他的技术。又如2014年超分辨光学成像技术,推动了整个生命科学领域的发展。徐涛认为生物学研究要想整个领域往前走一大步,就需要有新技术新方法的突破。

  2009年9月10日,中科院成立北京生命科学研究院生命科学仪器与技术创新中心,徐涛任中心主任。他集中了生物物理所的骨干力量,要在科研仪器创新上做点事情。近20年来,徐涛本人也一直致力于膜转运前沿科学问题研究,在囊泡转运领域做出了让外国同行侧目的系统性贡献,形成了“以技术方法创新推动生物学问题解答”的特色,发展了新探针、新算法和以冷冻超分辨荧光-电镜关联成像系统为代表的创新仪器技术。

  方向是比速度更重要的追求,这点对于科学研究尤为重要。徐涛的科研眼光非常精准,他大多数的研究方向后来都被证实跟诺奖的方向不谋而合。

  2013年,James Rothman因发现SNARE蛋白而获诺贝尔奖,而徐涛对SNARE复合物的研究早就始于1996年在马普所求学期间。当时,大家普遍接受的理论是囊泡分泌需要解聚SNARE复合物来提供能量。随后,徐涛的工作提出了相反的观点——囊泡分泌需要形成稳定的SNARE复合物,这个模型在质疑声不断得到更多的支持,现已被广泛接受。

  2014年,超分辨显微成像技术获得诺贝尔奖。此前通过多年研究,徐涛就已经开展了超分辨显微技术的研制,还发展了一系列具有高亮度和稳定性的光转化荧光蛋白探针,这些探针是提高分辨率的核心关键。新探针在众多领域表现出了良好的应用前景,有效改善了光转化荧光蛋白发展滞后、品种单一的问题,已在超过200家国内外实验室得到广泛使用,应用的研究成果发表在Cell等一流杂志上。

  算法对提高超分辨成像的速度及分辨率至关重要。徐涛发展了基于人工神经网络的新算法,受到因超分辨成像而获诺贝尔奖的Moerner教授的好评,认为新算法在不损失定位精度的前提下把计算速度提高了5个数量级,并可提供分子三维取向的信息。

主持学术研讨会的徐涛

  除去这些已经获得诺奖的研究,徐涛手头正在开展一项国际竞争激烈,且有可能是下一个技术风口的研究——冷冻超分辨荧光-电镜的关联成像技术。

  2011年,徐涛在首批国家自然科学基金委重大仪器研制专项的支持下,自主研发了一套冷冻超分辨荧光-电镜关联成像系统(csCLEM),并取得了国际领先优势:1)冷冻光学定位精度达到了10nm,比之前国际报道水平提高一个数量级;2)首次实现了三维空间的关联成像;3)首次实现了哺乳细胞中蛋白相对于细胞器的纳米精度定位。该工作引起了国际同行的广泛关注和好评,受邀在2015年美国Gordon会议上作大会报告,被认为是冷冻超分辨光电关联成像的“First proof of concept”实验。

  这个项目已经于2016年提前一年结题,仪器研制过程中即开展了广泛的科研合作来回答重要生物学问题,一些阶段结果发表在国际一流学术刊物eLife和Cell Research上。

  对搞科学的人来说,勤奋就是成功之母,世界上没有一种“轻松的科学”。徐涛在马普所发现的国外学生跟国内学生的另一个不同是自己可以比他们更勤奋,更高效。

周末,徐涛在办公室回复学生邮件

  做生物实验都会采集很多数据,徐涛的习惯是当天的数据当天分析。他自己写了个数据分析程序,白天采集数据,晚上下班后程序会自动读取并分析数据,打出分析报表。第二天早上来了,就边喝咖啡,边看昨天的数据分析结果。国外的学生相对比较悠闲,周末一般不来,而徐涛则总是周末到实验室加班,有时实验进展顺利晚上还会加班继续做实验。一分耕耘一分收获,徐涛认为自己所取得的成绩主要来自于勤奋。

  在科学上最好的助手是自己的头脑,而不是别的东西。所以,徐涛一是鼓励学生积累扎实的数理功底,掌握好计算机工具。二是鼓励学生多进实验室。

  大三时,徐涛一下课就往实验室跑,他做的毕业课题还拿到了全国大学生挑战杯大赛二等奖。大四时,他一边做实验,一边去上研究生课程,上完后考试成绩很不错,老师们就允许他明年入学后免修。这样,徐涛相当于大四提前修了研究生的课。研究生时,他用了更多时间去外面做课题,研二到北京时,他还顺道修了北京医科大学的免疫学等医学课程。国科大也给了本科生“提前上研究生课程,并算学分”的权利,所以徐涛常鼓励学生:“多学点,哪怕以后兴趣转换了,打下了好基础,也会给你更多选择的自由。”

  插一个小故事——国科大记者团去采访徐涛的当天,恰巧清华大学的一个大三本科生来实验室体验,他是在网上看到徐涛的研究,很感兴趣,慕名而来的。他学的是信息技术专业,跟生命科学领域不怎么相干,但是徐涛一直都主张要多给本科生机会,收到该同学的邮件后就即刻回复——随时可以过来。

  中科院生物物理研究所和华中科技大学合办的“贝时璋菁英班”的本科生和中国科学院大学的本科生,也老爱往徐涛课题组的实验室跑。徐涛非常欢迎这些学生,他自己也偏爱实验室,除了出差和上课,其余时间他几乎都在实验室,他说:“科学研究得动手呀,到实验室才有发挥的场地嘛!”

徐涛课题组实验室

  教育无他,爱与榜样而已。中国科学院大学“涛班”的学生以有徐涛这样的班主任为傲。

  2014年,徐涛开始担任国科大首届本科生1408班的班主任,取名“涛班”。他对本科生特别上心。

  中科院生物物理研究所科教融合办公室的吕平平老师说:“徐所很忙,为工作上的事儿请他签字都要提前预约,甚至有时候,向他汇报工作都要排队。但,他对学生是最慷慨的。只要有学生在班级微信群里提问,徐所再忙都会回复,哪怕是非常小的问题,哪怕是晚上12点,他看到了也会回复。遇到需要查阅资料,不能立刻给出答案的问题,他会马上转达给其他老师,保证最快告诉学生答案。”

  涉及到教学的事情,徐涛也总是要第一时间解决。吕平平讲了一个故事:有一次,学生在群里抱怨实验课被延迟了,徐涛立马打电话给吕平平,问“仪器到哪了?什么时候能正常开课啊?最晚要保证4月底开课。”他给本科生开设的生命科学导论和普通生物学实验两门课,虽然都有教师助教,但仍亲自为学生答疑解惑、查阅学生作业情况。

  在很多人眼里,徐涛是个不苟言笑的人,号称“千金难买一笑”。但是在涛班的学生申娇的印象中,徐涛是一个极富魅力的人。“每次和我们学生们在一起,他都很亲切和蔼,也会开玩笑、活跃气氛。”

  申娇还记得自己第一次去生物物理所找徐涛时,问一个路过的师兄3637怎么走(徐涛办公室)。那个师兄问:是找徐涛老师吗?她说,是。没等再问什么,师兄就跟她聊起来了:徐老师是一个非常好的导师,对学生特别尽心……当时,申娇就特别、特别期待见到徐涛。

  去年元宵节时,申娇和另外三个同学参与了国科大本科生“科创计划”,在徐涛课题组做“关于单分子荧光实时动态跟踪的实验”,徐涛担心她们在团圆时刻没有家人陪伴会难过,特意请她们去吃了元宵,过了一个和家里一样温馨的元宵节。“如果不是老师的家人回老家了,他会请我们去他家过节的。”

  最近,申娇要申请出国交流学习,经常会向徐涛咨询问题。一次,她在微信上向徐涛咨询瑞士洛桑联邦理工学院及其他欧洲学校的情况,没想到徐涛第二天就给她回了电话,“徐老师特意为我咨询了在欧洲工作过的朋友,据他了解到的情况,他鼓励我申请这个学校,还要为我写推荐信。”

  不只是对申姣,任何学生只要有困难或者困惑,徐涛都会及时帮他们解决问题。申姣今年大三了,她和下面两届的一些同学有过接触,“徐老师依旧是那么受欢迎,他们都为有徐老师这样的班主任而骄傲。”

  让学生骄傲的是徐涛的为人和成就。

  徐涛以前的学生,现在的同事薛艳红说,“徐老师的科研思路很准,他给学生的指导挺细致的。比如,我们某些实验连续几次结果都不太好,觉得没什么发现。但徐老师对比着看了几次的实验结果后,就会有重要的新发现。我跟着徐老师十几年了,特别佩服他。”

  申娇也表示:“很幸运遇到徐老师这样的班主任,与学生有这么多的交流和接触。他对我们有很强的责任心。”去年,大三本科生要搬到雁栖湖校区学习一年,同学们担心太偏僻就有点小抱怨,徐涛先是解释学校对本科生的良苦用心,又特意利用到雁栖湖上课的机会拍了很多食堂、教学楼、图书馆、宿舍的照片,解说新校园的好,最终安抚了学生们的情绪。

徐涛带学生秋游

  “涛班”的青年班主任——吴亮其说,“徐涛应该是本科生学业导师中请学生吃饭最多的老师之一,都是他自费的。”他翻出当年和徐涛对话的截图给国科大记者团看,有一次让我印象深刻。2015年中秋节请全班学生吃饭,吴亮其定了“金百万”,徐涛说,“过节了吃点好的。要吃最正宗的北京烤鸭。”就让吴亮其取消了,自己预订了玉泉路校区门口的全聚德,还特别细心地说,他去拿回定金,如果不能退,就自己把定金补给吴亮其。

  涛班的“班会”有一半数量是在饭店里开的,30个学生围坐3桌,饭前聊各种问题。吴亮其说,“徐涛特别潮,很能跟得上年轻人爱聊的话题。”比如,班里有个又帅又有才华的小男生叫“房子祺”,一次他在饭前一本正经地写作业,同学们喊他的外号“房神”来调侃他,徐涛也跟着喊外号。

  徐涛最潮的是能带学生打真人CS。薛艳红说,“去年我们实验室春游,徐老师说把本科班的学生都叫上,所以我们整个实验室和本科班,一起去青龙峡烧烤,之后还去玩真人CS。徐老师玩得还不错,之前他和我们实验室也一起玩过。”

  徐涛希望本科生能把实验室当家。中秋节,实验室买月饼,徐涛会特意嘱咐:给国科大的学生也买一些。过年时,所里办元旦晚会,徐涛会邀请本科生来表演节目。

元旦晚会结束后徐涛和本科生合影

  为什么会对学生这么关心呢?徐涛的答案很简单:我们要培养的是有情怀的科学家,而不是精致的利己主义者。教育如果无法使学生感受到幸福,就没有存在的必要。

这是徐涛写给涛班的未来寄语,贴在玉泉图书馆玻璃墙上

 

责任编辑:于洋