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交叉学科成热门?诺奖科学家提醒:评价体系也需重新设计

   2021-11-01 上海科技报
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核心提示:过去十年里,新的跨学科研究不断发展,对世界产生了重大影响,尤其是生命科学领域。合成生物学、纳米生物学

过去十年里,新的跨学科研究不断发展,对世界产生了重大影响,尤其是生命科学领域。合成生物学、纳米生物学、生物信息学、计算生物学、组织工程等学科领域不断崛起,一种新的研究模式——交叉学科正在形成,它将工程、物理科学和生命科学结合在一起,对学科发展产生重大变革。在10月31日举办的世界顶尖科学家生命科学3.0与交叉研究论坛上,来自世界各地的专家分享了他们对生命科学和跨学科研究的看法。


  AI变革生命科学,但基础研究同样重要


以纳米生物学为例,这是一门将物理学、材料科学、合成有机化学、工程学和生物学相结合的新学科。2021基础物理突破奖得主詹斯·冈拉克就是纳米生物学领域的杰出代表。其创新性地将物理学和生物学将结合,研发出了纳米孔测序技术,有望成为下一代DNA测序的前沿技术,目前正处于商业化开发过程中。


但要论近年来对生命科学影响最大的技术,一定非人工智能莫属。


“过去需要花十多年时间才能开发出一个汇编器,但现在我的研究生一学期就能做一个。”2020年图灵奖得主阿尔弗雷德·艾侯说,究其原因,是过去几十年计算机算力发生了翻天覆地的变化,大大提升了生物学的研究能力。


AlphaFold 2就是人工智能技术改变生物学的典型案例。上海纽约大学教授、华东师范大学教授张增辉认为,传统的生物学研究方法往往只能定性描述,所以生物学被拆分成免疫学、生物化学、细胞学等子学科,但也导致各自领域的科学家缺乏全局观。而AlphaFold 2等工具可以帮助科学家从局部的定性研究转向全局性的定量研究。百万级的蛋白数据可以轻松借助AlphaFold 2完成分析,结构生物学家需要几个月才能完成的蛋白结构建模,计算机只需要几个小时就可以完成。当然,AlphaFold 2也有其局限性,如对蛋白相关结构中缺失的数据以及动态变化过程等依然束手无策。


但生物学未来的发展之路还有很长,未解之谜还有很多。


2016年拉斯克医学特别成就奖得主布鲁斯·阿尔伯茨是一位生物化学家和细胞生物学家,他坦言,一开始从未意识到生命的化学特性如此复杂。他的研究领域是计算生物学,是转化医学的一部分,通过量化的方法来理解细胞的复杂特性。但由于细胞结构过于复杂,直到现在也不能理解所有基因的工作原理。


他提醒说,如果科学家过多关注转化医学,“赶时髦”研究交叉学科,就像是“用小学一年级的词汇和经验来理解莎翁的作品。”在他看来,如果一味注重转化医学和应用,忽略了基础研究的积累,同样不可取。


  跨界人才培养:不要给科学的未来设限


当交叉学科日益成为科学研究的重要方向,跨界人才的培养问题也被提上日程。


什么是未来科学家可以深入关注的交叉学科研究方向?作为计算机科学家,阿尔弗雷德·艾侯认为,脑科学将是最具价值的交叉学科之一。


尽管近年来计算机技术迅速发展,但对人脑神经网络的运作机理研究进展依然缓慢。人类的大脑有千亿个神经元,可以以极低的功耗、卓越的容错性和强大的鲁棒性处理问题,是计算机科学发展的未来“金矿”。他说:“人脑一定是使用了某种复杂算法,但我们对其一无所知,如果对其加以研究和理解,或许可以建立新的计算范式,突破现有计算方式的局限,为未来计算机的发展铺平道路。”


2013年诺贝尔生理学或医学奖得主詹姆斯·罗斯曼则不愿给未来设限。“我不愿意对学科的未来做预测,所有的预测可能最后都会大错特错。”他常建议年轻科学家,不要盲目听从前辈科学家的意见,因为他认为前辈科学家也无法解答未来的问题,与其给未来设限,不如给予年轻科学家充分的自由和充足的资源,放手让他们去探索。


布鲁斯·阿尔伯茨也认为,年轻科学家要承担起下一代科学领袖的角色,追求高质量的科学,就必须遵循自己的科研兴趣。但一些探索性的科研领域前期往往很难发表很多论文,需要对现有的科研评价体系进行改革和重新设计。他直言:“要求一年发多少篇论文的评价体系,只会培养糟糕的科学家。”(作者:刘禹)



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