文 | 《中国科学报》记者 赵广立

因为名字比较特别，胡脊梁从小到大都是老师偏爱点名的对象。

“好多人看到我的名字后可能都会印象深刻，老师点我名后，也喜欢点评几句，勉励我好好学习，长大要成为国家栋梁。”在与《中国科学报》的连线中，目前身在麻省理工学院开展博士后研究工作的胡脊梁大方回应。

10月7日，这个长相神似明星古巨基的95后小伙，刚刚以第一作者身份，在Science发表了他二度“科研转向”后的第一篇论文。没错，通过物理竞赛被保送到清华大学钱学森力学班（即清华“钱班”）后，他先后跟随自己的兴趣两次调整科研方向，之后不到两年便发出了这篇Science文章。

胡脊梁告诉《中国科学报》，他会在明年上半年结束MIT的博士后研究后，回国继续从事科研。他的科研理想，是希望“有一天能够把生物书写得像物理书一样简洁而优美”。

一个“反直觉”的发现：用物理学描述生态群落

如何定义一个科学问题是优美的、重要的？

胡脊梁的回答是：“和大多数人直觉完全相反的”。

他的这个观点，受现在导师、年轻的MIT物理系教授Jeff Gore的影响很大。Jeff Gore四十出头，“有着很高的科学品味和独特的人格魅力”；他曾在MIT取得物理、数学、电子和金融的学士学位，之后在加州大学伯克利分校完成单分子物理博士论文。在MIT博后期间，Jeff用酵母体系完成历史上第一次对于生态博弈论的实验观测。

胡脊梁发表在Science上的论文，就是一个“反直觉”的发现。

在这篇题为Emergent phases of ecological diversity and dynamics mapped in microcosms的论文中，胡脊梁与Jeff Gore找到了一个用物理学研究思路解决生态学问题的方法。他们一反传统生物学家不断追问现象背后机制细节的科研逻辑，致力于“用一个简洁优美的框架来描述混沌随机的生态系统”。

结合理论和微生物群落实验，他们证明：只需要知道“物种数量”和“平均种间相互作用强度”这两个粗粒化参数，就可以预测生态群落中涌现的动力学相位及相变。

“热力学描述大量气体分子的行为，只需要温度和压强等少数涌现的状态变量，而不需要知道每个分子的坐标和速度。”顺着这个思路，胡脊梁他们在生态网络中发现了类似的粗粒化描述方法。

生态学领域对于生物多样性和群落稳定性的关系一直存在争议，主因是自然生态系统展现的复杂动力学，既可能是环境的随机震荡造成的，也可能是生态网络的本征属性（复杂种间相互作用网络）造成的。对此，一方面，早期一些理论学家提出，生态网络复杂性的增加必然导致其失去稳定性；另一方面，也有科学家证明生态系统的震荡能维持物种多样性。

而胡脊梁等人这项工作提出的框架，恰好将理论生态学这两个最著名的理论整合到了一起。

这是学者第一次对复杂生态系统提出的一个比较统一的框架——它不再依赖于任何生物学的细节，像一个具有普适性的简洁公式，可以用来描述大到热带雨林、小到肠道菌群的任何一个生态群落。

仅靠两个变量就预测复杂的生态系统，这是大胆的、颇具开拓性的尝试。胡脊梁介绍说，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”。

论文发出后也收到了非常积极的评价。北京大学前沿交叉学科研究院定量生物学中心/联合 中心助理教授李志远认为，“这是一篇定量微生物群落中‘控制变量与序参量’的漂亮工作”。中国科学院深圳先进技术研究院研究员戴磊则认为，这项工作应该“写入教科书”。

哈佛大学医学院副教授、布莱根女子医院副研究员刘洋彧则肯定了其现实意义：这篇文章的结论“对人类微生物组稳定性研究将产生深远影响”，而回答这些基本的生态学问题，“将会更好地帮助我们理解微生物组与人类健康的关系”。

一路“开挂”遇伯乐，直博转硕再读博

“我的思维方式和研究范式始终都是偏物理学框架的。”

胡脊梁告诉记者，他从小到大的学习和思维，都更喜欢那种简洁有逻辑、能够从复杂现象抽象出优美模型或理论的东西。这驱动他一路找到了自己喜欢的研究方向：生物物理学。

天空为什么是蓝色的？日出和日落时为什么会变成红色？儿时的胡脊梁就对这些自然现象很好奇，阅读的书目也从科普读物慢慢变成牛顿、爱因斯坦、杨振宁等人撰写的科学丛书，这些似懂非懂的知识让他很感兴趣，“那时候就想做科学家”。

胡脊梁

然而，通过物理竞赛被保送到清华大学后，胡脊梁第一次对“物理”迷茫了。

“当时在钱班学力学、航空航天等内容，感到这些方向上的理论框架已经比较完善，学到的东西可能会更多用于解决一些工程上的细节问题，就觉得取得创新突破的机会不怎么大。”诞生了这个念头后，胡脊梁开始搜寻新的科研目标。

这期间他看了很多书、听了很多报告，其中就包括中科院院士施一公关于 研究的讲座。“我意识到， 在基础研究方面有很多突破的机会——它也是一个远离平衡态的热力学耗散结构，是一种很独特的物理体系。”于是从大二起，胡脊梁开始接触物理和生物交叉的研究领域。

“我大概是第一个从钱班转去做生物的。”胡脊梁说。没想到的是，他要做物理生物交叉研究这件事，得到了清华钱班首席教授、中科院院士郑泉水的大力支持。

“郑老师在了解到我对生物感兴趣之后非常支持我，专门用两三个小时跟我讲交叉研究，还把我推荐给清华 学院的俞立教授。”

俞立课题组的大门就这样向这个大二学生敞开了。更让胡脊梁没想到的是，俞立没有把他当“小孩儿”，而是将他与博士生一视同仁：给他和博士生同样的预算、和博士生一样使用课题组经费，并见空插针地给他补 研究的课。

“这些老师给了我很大的信心和动力。”他说，至今他都和郑泉水、俞立两位老师保持着良好的互动。

在俞立“门下”，胡脊梁把作息调成从清晨6点到凌晨1点，用加倍的努力啃下了两个学科的基础知识。大四那年，他以第一作者身份，将一篇刻画“哺乳动物细胞内细胞器在细胞质内的力学行为与其尺度、速度等因素有关”的论文，发表在《美国科学院院报》（PNAS）。

胡脊梁在科研方面优异的表现，使他获得了多所名校抛来的橄榄枝。2017年，他以直博生身份进入MIT，继续从事细胞动力学研究。

然而，在细胞动力学领域连续发出3篇PNAS之后，胡脊梁却想“转行”。

原因就是Jeff Gore。

Jeff年轻有为，很有声望。胡脊梁在MIT听过Jeff的课，也了解过他做的工作，通过跟他的交流，“非常确信他的科研水平，也很喜欢他的科研品味”，重要的是“他思考问题的方式跟我的思维习惯和兴趣非常契合，比较确定能从他身上学习很多东西”，而且觉得“一定很享受Jeff组的科学选题”。

Jeff Gore

在直博的第三年换方向，纠结还是有的。胡脊梁向郑泉水、俞立等老师表达了自己的真实想法，他们都无一例外支持他追随自己内心的想法。原本还有些犹豫的他，当晚就给Jeff写了邮件。

Jeff从学业的角度，问他要不要考虑先拿到博士学位，再来课题组做博士后研究。但胡脊梁非常清楚自己想要做什么。于是在完全能够直博毕业的情况下，他先转硕士毕业，又转投到Jeff Gore的“Physics of Living System Center”课题组攻读博士学位。

“现在回看，那可能是我在MIT读博期间做得最正确的一个选择。”胡脊梁告诉《中国科学报》。博士毕业后，胡脊梁继续留在了Jeff的课题组做博士后研究。

“钱班”夯基础，MIT拓思路

胡脊梁兴趣导向的科研经历，不仅让他在不同领域都取得了不错的成果、收获了很好的科研体验，在精神上也更加充实饱满。他对记者表示，这与他在清华“钱班”夯实科研基础的“洗礼”和在MIT包容的科研氛围都分不开。

借此机会，《中国科学报》通过胡脊梁了解了清华“钱班”科研素质培养的概况：

大一期间就有机会接触许多前沿的学术报告，然后慢慢挖掘到自己潜在感兴趣的科研领域，这在“钱班”被称为“X-idea”；

大二就开始进入SRT（Student Research Training，本科生科研训练）阶段，从具体的科研项目中找“科研的感觉”；

顺利的话，大三进入下一阶段“ORIC”（Open Research for Innovation Challenge，开放挑战性创新研究），开始用一年左右的时间独立负责一个完整的科研项目；

到了大四，就可以参与SURF（Senior Undergraduate Research Fellowship，高年级学生研究员）计划，每名学生都有机会去海外知名高校进行6-8个月拓展，拓宽国际视野、与国际前沿接轨。

据了解，在郑泉水等人的努力下，清华大学“钱班”分别于2009年、2011年将SURF、与SRT纳入必修环节，并于2014年开设8学分的ORIC。

“我觉得‘钱班’这种紧锣密鼓、有阶段性的科研训练，对学生是一个非常有效的科研培养模式。”胡脊梁说。他还告诉《中国科学报》，“钱班”并不因其名为“钱学森班”而让大家专研航空航天，而是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。

“郑泉水老师他们经常强调让大家都能找到自己独特的兴趣点，而不是让大家都在同一个维度比高低、形成恶劣竞争甚至‘内卷’。”

在MIT度过5年，胡脊梁也留意了中西对学生能力培养的不同。“清华学生的学习压力肯定比MIT高很多，通过课程打下的知识基础也非常扎实和牢固；MIT并不注重‘教得全’，而是注重把最前沿的东西传递给学生，让学生感受到有趣，强调学以致用，这是我们缺乏的。”

他也感受到不同的科研氛围：“美国给我整体的感觉是科研思路更广，能看到大家做以前没人尝试过的新方向更多一些，同时学术交流更顺畅些，很多人很乐意把没发表过的研究拿来作报告；国内相对可能更封闭、传统些。”

从两种科研环境中汲取过营养的胡脊梁，自己对做科研也有一点体会。他以偶像杨振宁先生为榜样分享道：“一定要对自己研究领域有一个宏观的了解和把握，知道本领域什么问题是重要的、核心挑战是什么。有了对大局的把控，才能确定下来一个立意比较好的课题、解决一些相对重要的问题。”

相关论文信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7841