施一公,
他是中國科學院院士,清華大學副校長,
曾是美國普林斯頓大學分子生物學系最年輕的終身教授。
施一公主要研究腫瘤發生和細胞凋亡的分子進程,
爲開發新型抗癌藥和預防老年癡呆做出了突出貢獻。
他在專注科研的同時,還深懷育人之心,
發起並籌建民辦大學。
施一公對科學、藝術有其獨到的見解,
還有代表著一代人的大學夢。
著名結構生物學家施一公做客《世紀大講堂》,
顛覆你的世界觀,
帶你重新認知宇宙與生命,
向你闡述他的“大學夢”。
1施一公和他的“大學夢”
我今年50歲,是個坎兒,我今年我對我自己說,是該做一件大事的時候了,而人生只爲一件大事來,我希望自己能夠在自己以下的時光裏面用十年、二十年投入的精力,和我許許多多的同道一起,能夠打造出在中國這塊大地上打造出一個世界一流的民辦的研究型大學。
——施一公
從河南小鎮走來,清華大學的本科四年,到出國深造,再到成爲清華大學的教授,從小到現在,施一公從來沒有離開過大學校園,教育對他而言是非常真切的,“它既是我的經曆,也是我生命的全部。”看到過美國大學的輝煌、美國科技的先進,也感受過中國的發展、中國現在發展的需求,他的夢想是教育興國。而從回到清華大學的第一天,他就爲這一目標努力。
6年前,施一公和同事討論中國的科技教育時,提出了創辦一所研究型民辦大學的想法,大家聽了很受觸動,思考如何創辦一所研究型民辦大學,爲國家將來的科技發展、科技安全做更多的事情。經過幾年的醞釀,他牽頭創辦了中國第一所以博士生培養爲起點的研究型民辦大學——西湖大學。“小而精、高起點、聚焦科學技術”,施一公用了這幾個關鍵詞來形容這所研究型民辦大學。他表示,經過過去兩年4批的招聘,已經有26位一流科學家遷居西湖大學,水平世界一流。今年,首批20名博士研究生即將入學。
Q:常說眼見爲實,真的是實嗎?
人類用電磁波的所有波段感知整個宇宙,看到的不過是區區4%的物質存在形式,剩下的96%都看不到。
Q:人是空的,空到什麽程度呢?
如果說把一個人所有的物質真正壓縮到一起的話,會小于一粒小米,可能小米的萬分之一都不到。
Q:爲什麽說科學是人類進步的源泉?
教育使科學推動人類進步。
Q:中國高等教育的未來發展?
以公立大學爲主,民辦大學和公立大學交相呼應。
出發點:
1
小而精
只有小才能做得精致,希望用八到十年的時間使西湖大學達到加州理工的規模,加州理工是錢學森的母校。截至現在,加州理工的教授,副教授,助理教授,加在一起不足三百人,但是它是世界一流大學,一頂一的大學,它的科研平均實力可以排到美國第一,人不在多,而在精。
2
高起點
希望這個大學做成科技型的大學,一開始不招本科生,因爲培養本科學生挺複雜,它需要有一個龐大的體系,從行政支撐到後勤服務直到課程設計,而對于施一公來講,長項是做研究。一批普普通通的國內大學畢業生到他的實驗室來做博士研究生,五年之後保證他們一定是世界上這個領域一頂一的青年科學家。
3
有限學科
有所取舍,聚焦科學技術。在一開始只設三個學科,也就是三個學院:理學院,工學院和生命科學學院,在這樣的設置下,西湖大學可以很快地脫穎而出。
我每天早晨起來,想到我們在參與創辦西湖大學,都覺得是不可思議的一件事情。我小時候在河南省駐馬店長大,從來沒有想象過自己會成爲科學家,從來沒有想象過自己會成爲一個大學的創辦人之一,這個大時代給了我們機會,我特別感謝這個大時代。我覺得中國在曆史上從來沒有這樣的機會,我其實很感激,感激有這樣的境遇能夠去幹一番事業。這件事情其實是一代人、一個民族共同來做才能夠做好的事情,這是一代人的“大學夢”。
施一公心懷育人之心,是因爲他多年在科研一線工作,對生物科學乃至整個宇宙生命科學都有其獨到的見地。
2極致之美:天體物理與生命科學
在這個世界上有兩類科學研究是具有極致之美的。一類是天體物理,一類是生命科學。天體物理是研究大尺度宇宙空間的規律,而生命科學是研究微觀尺度生命的構成與由來。從宏觀到微觀,兩者聯系非常地緊密。
整個的宇宙起源于宇宙大爆炸,我們叫Big Bang。整個宇宙在137.5億年之前是起源于一個叫mathematical point的數學奇點,這個極小的點通過極強大的電磁振蕩大爆炸産生出,現在這樣龐大的物質世界。
而太陽系裏面開始出現生命是35億年之前,整個生命的産生來自于同一個原始細胞,所以無論是你我,還是周圍的任何一種動物,任何一種植物,有著共同的祖先,一個原始細胞,它的本質就是進化論。很難相信人類和樹竟來自同一個祖先,但這就是科學。
3 宇宙:宏觀的浩瀚之美
如果把整個的宇宙曆史縮略成一個月,那麽太陽系存在了10天,恐龍統治地球長達8小時,而人類還是很微不足道的,直立行走不過區區一分鍾,而人類文明的出現不夠一秒鍾。人類所有的過去、現在和將來,在整個宇宙曆史長河中都是微不足道的。
這張照片是2010年3月歐洲空間組織第一次向全世界發布宇宙全景圖。我們整個太陽系和銀河系是在從左到右中間這條白線上,據說中間有一個小點是我們的銀河系。
據科學家推測,在930億光年的宇宙裏面大約有2000億個銀河系大小的星系。而在每個銀河系裏面大約有2000億個太陽系存在。地球的質量在整個太陽系中只占百萬分之三。如果地球突然之間消失了,從繞日軌道拿開,太陽系不受任何影響。
Eye of the God(上帝之眼)。這只眼睛瞳孔是一顆正在湮滅的恒星。取決于恒星的質量,它可能變成一個黑洞。
爲什麽太陽恒星會變成黑洞?黑洞是什麽呢?黑洞是一個數學奇點,它沒有大小,只是一個極小極小的一個點,但是這個點具有極其大的質量,這非常地不可思議,但宇宙太空中有太多這樣不可思議的現象。
1968年12月24號聖誕前夜,美國發射的阿波羅8號飛船掠過遠地點,在地球的另外一側美國的宇航員叫Bill Anders,突發奇想,拿起相機給地球照相,地球在遠月點,冉冉升起。這張照片叫Earth rise,地出。
地球冉冉升起,這也是人類第一次遠離地球到遠地點的月球另外一側看自己的星球。我們總是對過去的事情,對曆史感興趣,也想預測將來。而引力波的檢測讓我們看到了所有。
大約在13億年之前,在宇宙的深空有兩個黑洞,一個黑洞是太陽質量的35倍,另外一個黑洞是太陽質量的31倍,互相環繞,隨著互相吸引,萬有引力在逐漸地靠近,最後互相碰撞,極其巨大的爆炸,爆炸之後剩下一個黑洞,它的質量少了3.5倍的太陽系質量,變成了能量,以引力波的形式在宇宙空間的這個小點上向四面八方傳播。經過13億年之後,以光速到達地球表面,在美國境內從西北到東南,間距3000公裏的兩個檢測點,7毫秒通過,人類不僅看到了,聽到了,檢測到了,而且可以推測出在宇宙空間的哪一個角落發生過這樣一次事件。
4細胞與蛋白:微觀的細致之美
這幅夏威夷海灘其實完全是用活著的大腸杆菌畫出來的。
大腸杆菌裏面有一種綠色熒光蛋白的突變體在裏面表達蛋白。不同類別在激發光的作用下會呈現出不同的熒光,這圖像是大腸杆菌的藝術,也是現代科學的結晶。
我們可以用這些綠色熒光蛋白來標記細胞、神經元,也可以在培養皿上寫出錢永健實驗室。因爲對綠色熒光蛋白應用的發現,錢永健先生獲得了2008年的諾貝爾化學獎。
綠色熒光蛋白既告訴大家人類多麽有創造性,更告訴大家人類的創造性多麽受限制。其實這是人類已知的第一個非外緣性有機發光分子,也就是它的發光集團,不是外緣性的,而是來自內緣氨基酸。這樣的分子在地球上比比皆是。但是人類的創造能力、創新能力是很有限的。不知道怎麽去發現第二個,第三個。
離開細胞和蛋白微觀世界,進入原子、電子超微觀世界,也是一種不可思議的美麗。
這個黃沙實際上是高度純化的蛋白質,在沉澱劑作用下沉澱出來的圖景。實際上這個照片的尺度非常小,從左到右不過區區一毫米。
其實科學家的工作室,科學家的實驗室,同時也是藝術家創造的天堂。
一點一點離開宇宙太空宏觀的美,進入細胞內,進到原子和電子的世界。而在原子分子水平上用結構辦法來理解、诠釋、解釋生命的科學,叫做結構生物學。
結構生物學是一個非常重要的學科。它肩負兩個重任,一個是探索和理解生命現象的本質。另外一個是理解的生命的本質,看到了物質世界最後的構成,從而根據它結構的特點來設計藥物,造福人類。
以艾滋病病毒,艾滋病抗病毒藥爲例。如果現在一個兩歲的兒童得了艾滋病,他只要正常服藥,可以健康的活到他的DNA賦予他的正常生命。因爲過去30年間人類自然科學,尤其是生命科學研究的突破,使艾滋病變成一個可控的慢性病。
所有的艾滋病在侵染宿主細胞以後,要合成一個長鏈蛋白,但這個長鏈蛋白只有被它自己的蛋白酶切了一刀以後,才能夠變成四個不同的蛋白,促使艾滋病病毒合理的組裝成熟,最後從下面的宿主細胞裏出來去侵染新的宿主細胞,引起發病。
大約在30年之前,當人類解析了水解酶的蛋白結構後,我們意識到艾滋病水解酶空間內有一個口袋,我們設計了一個藥物小分子把口袋填滿,阻斷蛋白的水解酶切割。所以最後艾滋病病毒雖然可以再侵染,但是它無法複制,無法從這個細胞裏出來去侵染其他的細胞。
結構生物學就是了解事情的本原,生命的根本、本質,最後讓人的生命變得更加美好。當我們人類有一天能把我們細胞裏的每一個蛋白看的清清楚楚的時候,我們一定可以征服所有的疾病。
5科學與藝術的結合:基礎研究改善健康
人類從出生開始就接受來自各個方面生命的挑戰。不斷地受各種疾病的折磨,有三大類疾病對每一個人,每一個家庭都有所牽動。
一是心血管疾病,僅僅在中國每年就有300萬人死于心血管疾病。 二是癌症,每年也有將近300萬人死于癌症,還有就是神經退行性疾病,代表就是阿爾茨海默綜合症,也叫老年癡呆症。盡管死亡人數只占1%,但是過程非常痛苦,在中國85歲以上老人發病率是50%,而這樣的病我們目前沒有任何藥可以治。
這三種疾病目前的研究分別已經走到了什麽程度?第一個是心血管疾病。 LDL受體的發現是曆史上一個大事件,完全是基礎研究。當時沒有人意識到它有多大的作用,但是很快LDL受體它的發現以及下遊LDL降解合成通路的發現,引起了人類整個在心血管疾病領域的一次革命,到現在爲止,我們的中老年人經常會服用他汀類藥,而他汀類藥就是爲降膽固醇,降LDL。有一些藥物是非常管用的,比如說在2011年過期的像阿托伐他汀,也叫立普妥,這個藥在專利到期前一年,全世界的銷售額達到165億美元,是個非常好的降脂藥。
但是有時候也很疑惑,爲什麽有的人從來不吃他汀類的藥,而且天天大魚大肉,去體檢的時候膽固醇還很低,LDL也低,其實膽固醇高低不同不僅與生活方式有關,還與遺傳基因有關。
第二個是癌症的免疫療法。上面這張照片來自于2015年8月20號卡特總統的一次記者新聞招待會,他告訴大家說得了癌症,而且已經是晚期,除了他肺上有千千萬萬個癌細胞之外,腦子裏面也有四個癌症的腫塊出現。按照當時的醫學預測是非常不理想的。而在短短的三個半月以後,卡特總統再一次舉行記者招待會,喜笑顔開。他說我不僅腦子裏的四個腫瘤已經消失了,肺上的腫瘤也已經完全消失了,到了2016年的春天,卡特總統已經不再服用任何抗癌藥,也就是完全被治愈。盡管我們並不能完全了解卡特總統的療法,但其中有一個就是免疫療法,用了一個抗體。
對于癌症來講,現代基礎研究的出現,已經讓我們看到了新的曙光。相信隨著今後生命科學基礎研究的不斷進展,我們會有更多、更新的好辦法來治療像癌症這樣的頑疾。
第三種就是神經退行性疾病。目前全球就有4400萬名阿爾茨海默綜合症患者,絕大部分是老年人。而隨著我們人均壽命的提高,患病人數會越來越多,現在每三秒鍾就會多一個神經退行性疾病的患者,預計到2050年在世界上會有1.3億人得這個病。
左側是健康人的大腦,右側是阿爾茨海默綜合症患者的大腦,殘缺不齊。生活不能自理,甚至認不出自己的親人是誰,生活質量非常地低。盡管我們知道阿爾茨海默綜合症有多嚴重有多厲害,但非常遺憾,到現在爲止,我們甚至不知道發病原因,只有我們繼續義無反顧的用基礎研究的這個武器去研究,就像我們征服艾滋病和癌症一樣,終有一天,相信人類一定也可以征服阿爾茨海默綜合症。
領導說了,
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