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【人物专访三十三】刘栋教授谈能力培养的内容:逻辑、观察、动手、沟通表达和组织领导、自我学习

来源:早培 作者:石宗华 肖紫瑶 孙江波 编辑:管望 时间:2018-06-19

受访者:刘栋教授,清华大学生命科学学院教授,副院长 
采访者/整理者:石宗华 肖紫瑶; 孙江波 
采访时间:6月11日
 
  
石宗华:教授好,我们是来自高一20班的同学们,关于您这次讲座,我们有几个问题想请问您。第一个问题,请问您在清华的实验室主要是从事什么工作?都得到了怎样的成果? 
刘栋:我主要从事植物的生长发育以及对环境反应这方面的研究。大家知道,植物生长在田里面,它是受到各种各样的逆境条件的影响。所以呢,我经常跟同学们说:做人难,做植物更不容易,为什么?因为肚子饿了我们就跑去食堂吃饭,天冷了我们就穿衣服了,而植物呢,它没有办法,它只能抗在那个地方,所以植物也很聪明,它在千万年的进化过程当中,它会进化出一系列的策略,来应对这样一个逆境的条件。 

 
 
 

比如在我研究的领域里面,我是研究植物来如何应对土壤里面磷元素的缺乏,我们植物呢,营养主要是氮磷钾,还有一些微量元素,那么植物是如何来应对的呢?它也很聪明,像你肚子饿了,你不会想我多长几个嘴巴出来,你不会的,但是植物怎么办呢?植物吸收营养的嘴巴是什么呢?是根,根是吸收土壤里面水分和营养,当植物缺少营养的时候,它的根就会发育特别发达。本来一条根就会长出许多根。那么就相当于长出长出许多嘴巴来,这样他就可以用根来四处去找营养,相对来说,它就提高了寻找养料的效率。那么我的研究方向就是研究植物它怎么知道它的营养的缺乏了?它一定是有一个感受系统。像我们胃饿了,肚子咕噜咕噜叫了,信号告诉你的脑子,你的脑子才知道,我的肚子饿了,我要补充营养了,那么,我要研究植物怎么知道土壤里面的养分不够了?它通过什么样的途径来告诉里面,让自己在基因表达方面发生一些变化,然后让长得茂密,这样的话才能够更好的生存,现在我们对这些了解的还不够,我们在想如果有一天,我们对这样一个过程,这样一个机制了解很多的话,那么我们就可以通过遗传工程的一些方法,人为地改变植物的根生长发育的一些过程,使它长出很多很多的根来,在土壤里面营养缺乏的时候,它能更高效地吸收养分。这样可以避免我们每年要撒那么多的化肥到土壤里面。做化肥要花钱,农民负担也很高,更多的是化肥用多了会使土壤板结。很多化肥磷肥被雨水冲到江河湖泊里面会形成水华,那里面的藻类营养很丰富,我们叫富营养化。所以这些都是问题。所以我觉得我们的研究对农业生产发展是很有意义的一件事情。 

 
肖紫瑶:第二个问题是,现在有一种说法,对微观领域的研究可以替代对宏观领域的研究,您对这样的说法有持怎样的观点? 
刘栋:总体上来说,我不认同这样一种说法。宏观上面的一些研究,很多是我们基于观察得来的,但是你要解释宏观上面的一些研究,最重要是你要从分子基因的层面把它研究好,才能解释一些宏观上发生的一些生物学的现象。但是,你只买条鱼研究基因和分子,没有看到整体的生物学的过程,那你这样对生物学的研究是做不好的。所以呢,清华大学,以前的生物学必修课,是生物化学,分子生物学,细胞分子生物学,还有遗传学。我们以前认为只要把这四门学好,就可以从微观水平来研究生物学。那么最近我们又加入了另外一门必修课,叫生理学。生理学是讲整体的人的各个方面的组织器官之间怎么相关联,因为我们认为,只有宏观的全面的看问题的眼光,才可能结合微观上做的研究更好地解释生物学,否则的话,会造成“只见树木,不见森林”这样的问题。 


石宗华:教授,下一个问题是,您刚刚在讲座中也提到了,在2017年的诺贝尔化学奖,实际上是物理学家研究的内容运用到生物方面当中。那么,在未来,物理化学生物这三门学科日渐融合的趋势,您怎么看? 
刘栋:我认为这样一种融合的趋势会越来越明显,越来越明显。现在事实上很多生物学的现象,都需要用数学、物理,尤其是计算机这样的方法来帮助他。无论是说微观解析一个蛋白质的结构,刚才我讲了很多电镜啊,X光衍射啊。样品提纯以后,用一些方法产生一些图像,那这些图像的处理,都要用到很多物理的、化学的,甚至你这个电镜你要进一步改进的话,你还要用到机械的,工程的方法。你这个样品怎么处理,还要材料学等等各学科融合。即使从宏观的层面去研究生态,过去的生态可能简单地去采几个样,但是今天的生态你也要用很多数学的方法,来模拟整体,植被的演化啦,养料养分、水、土、气的循环,这些都要用很多的一些数学模拟的方法。包括你去看植物的生态,要用到遥感,从很高大尺度的空间观察。这些都要用到物理数学的方法。另外还有,特别提到对基因组的分析,以后我们每个人的基因组,抽取工作是非常简单的事情,并不是很困难。但是把基因数据抽完以后,他们是怎么工作的,怎么调控的,这个问题就更大,需要很强大的计算机工具,我们所说的生物信息学来翻译。所以现在抽取一个人的基因组只要一千元,可是要把基因组分析好,要两万元。因为分析基因要用到很高深的计算机方法、数学方法,很多细胞生物学的内容,比如说现在有个单分子成像,是研究一个单分子在细胞里面怎么运动的,需要用非常高倍的电镜,需要非常高级的成像手段,这些都需要物理工程师来做。所以今后也许你不需要像一个数学家物理学家那样懂得数学和物理,但是你至少要懂得,你遇到这个问题你要找哪个数学家和物理学家合作。所以,这是一个非常明显的交叉融合的趋势。所以我也特别期望这里的中学生,无论是在中学学习阶段还是未来的大学学习阶段,要好好地打好数理化的基础。 

 
 
 

石宗华:但是教授,这样的话,就有一个问题,在刚刚结束的2018年高考中,全国卷中的化学卷选择题第八题,有一个选项是说:酶是一种催化作用的蛋白质。而且这个选项被认为是一个正确的选项,但是他却违背生物学所讲的道理。您对这种高考中出现的纰漏怎么看? 
教授:我觉得像这样一种纰漏怎么解决,其实某种意义上,依赖于出化学卷的老师和出生物卷的老师之间的沟通。因为现在科学的发展,远远超出了我们的想象。酶是一种蛋白质——这是一种非常传统的的观念,而科学家们发现了另外一种分子——核糖核酸,问题就出在这里。核糖核酸也是一种酶,这个发现可能是二三十年前就有了,高考试卷中这样一个明显的错误,可能是化学卷老师和生物卷老师之间缺乏沟通,这某种意义上也是学科之间缺乏交流和融合。化学卷中有一些牵涉生物的题目,或者生物考卷里面有一些题目牵涉化学的,那么,化学老师和生物老师之间,化学家和生物学家之间,他们一定要好好地沟通。保证不会出现不严格的现象。 

 
肖紫瑶:谢谢教授。最后一个问题是,对于我们这些早培班的学生来说,关于培养科学探索能力的培养,您有什么好的建议吗? 
刘栋:
我觉得,将来无论你做科学家还是不做科学家,有几个基本能力你们都应该具备,而且是要着重去培养的。 
一个是逻辑思维能力,为什么现在有些生物竞赛的题目,分析题目会越来越多?因为你真正要做一个科学创造,要去创新的话,具体的知识,某种意义上并不是最重要的。具体的知识,你知道检索教科书就知道了。百度一下就知道了。更多时候是如何把学到的这些知识进行逻辑推理,进行分析。这些分析你在日常生活当中也有。你在学习科学知识当中也有。所以我认为逻辑分析这是一个更重要的能力。 
第二个能力,如果你是从做一个科学家——生物学家或者其他科学家角度来看,要培养自己观察和动手的能力。同样一个好的想法,大家都知道怎么做,谁有更好的动手能力谁就能做出来。或者有时候在时空学研究当中,有些有趣的现象,你观察得很仔细,在你的眼睛里面看出来跟那个人的眼睛里看出来就不一样,这就依赖于观察能力。 
还有一个,不光是科学家,无论你在社会上面,还是做那个职业,很重要的一个事,沟通和表达能力。就是如何进行人与人之间的沟通,因为大家现在不是在一个单纯的非常孤立的环境里面。我读大学的时候,有个科学家叫陈景润,不知道你们知道不知道,他在一个六平方米的房间算,跟外面隔绝都无所谓。但是今天的时代不是这样,现在需要团队合作。一个人单打独斗就不行,如何能更好地跟你的队友,更好地去合作和沟通,是非常重要的。 
第二个问题我讲到的,是表达能力。
你有很好的研究,可是你不会很好地把它表达出来,或者表达的不准确,甚至是表达的不得体,这也会极大地阻碍你的发展,所以呢,表达跟沟通能力,更往上提一点的话,还要加上一个组织和领导能力,我刚才讲到,很多事都是团队合作,不光是国家领导人叫党领导,无论是你做一个小的项目,或者是做一个班级活动,或者将来你做了爸爸妈妈以后,你怎么领导你这个小家庭,这都需要组织和领导能力。其实我刚才说了那么多的能力里面,我忘了提一个我认为还是最最主要的能力,就是自我学习能力,就是如何学会学习,如何学会自我学习。因为知识是永远学不完的,你高中老师教你这么多就这么多了,你进入大学以后,老师教你这么多就这么多了,但是有一天你走出了大学,有一天你离开了老师,你工作中会遇到很多很多问题,你如何自己去找出重要的信息,去梳理知识,如何用这些知识去解决问题,这个我觉得可能是所有能力里面最最重要的一个能力。所以,一个人进入大学本科,他读哪个专业都不重要,最最重要的是,你在这个四年当中,如何能让自己成长起来。能够提高自己的没人教你的时候,自己还能够学好,这个是最重要的。 


石宗华:谢谢教授,我们今天的提问就到这里。