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    走出思維“泥潭” 領(lǐng)略科學(xué)創(chuàng)新之美

    帆書(原樊登讀書)2023-10-26 17:43

    樊登:各位好,我是樊登。今天我們非常榮幸地請(qǐng)到了中國(guó)科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)校長(zhǎng)丁奎嶺教授。

    丁奎嶺:大家好,樊老師好。

    樊登:請(qǐng)您來(lái)覺(jué)得特別忐忑,我雖然讀了一些書,但是您這個(gè)專業(yè)我真的一點(diǎn)都不了解。什么叫手性?

    丁奎嶺:這個(gè)概念的話,還是很有歷史的。如果通俗地講,就是我們的左手和右手之間的關(guān)系。你看你的左手和右手,大概看上去是完全一樣的,但是你無(wú)論怎么擺,它沒(méi)辦法重合的。如果你把大拇指這樣一放的話,它始終是一種鏡子里邊的圖像和人之間的這樣一種關(guān)系。這種關(guān)系看似完全一樣,但是本質(zhì)上它是不一樣的,這種對(duì)應(yīng)的關(guān)系我們就叫做手性。化學(xué)里邊的分子世界,它是有這種左手和右手的關(guān)系。在我們的人體里邊,組成人體的最主要的分子有氨基酸、核酸、還有糖。氨基酸它是左手的,糖是右手的。

    樊登:我不知道我理解的對(duì)不對(duì),您的意思是說(shuō),氨基酸的結(jié)構(gòu)和糖的結(jié)構(gòu),看起來(lái)是很像的,但是兩個(gè)不能重合在一起。

    丁奎嶺:不是,還不是這個(gè)意思。就是氨基酸里頭,它也有左手的分子、右手的分子,兩只手都有,但是自然界選擇,當(dāng)它誕生這個(gè)生命的時(shí)候,只選擇了左手,那么糖它就是右手的。氨基酸形成多肽以后,它又形成螺旋結(jié)構(gòu),實(shí)際上螺旋結(jié)構(gòu)也是一種手性。舉個(gè)例子說(shuō),你經(jīng)常看到的植物攀緣的時(shí)候,它是螺旋的,而且你去仔細(xì)觀察的話,絕大部分都是一種方向。你再去看海螺,你去把很多海螺收集在一起看一看,你會(huì)觀察到99%以上都是朝著一個(gè)方向。這就是手性不僅在分子世界里頭有,在它的集成體,或者是在更大的尺度里邊,它都是手性的。

    樊登:那這項(xiàng)研究的好處是什么呢?有什么意義?

    丁奎嶺:剛才說(shuō)到組成生命體系的三大物質(zhì),它是手性的,但是它只選擇了一只手。當(dāng)我們生病的時(shí)候,需要吃藥的時(shí)候,剛才說(shuō)了分子世界它也是手性的,那么這個(gè)藥怎么發(fā)揮作用,它一定要跟生命體去作用,就像我們的手套。生命體里面,它本身就像一個(gè)手套,這個(gè)藥物進(jìn)來(lái)了,它進(jìn)去了,相互作用了,才能夠發(fā)揮作用。那你就可以很容易地想象了,我人體是左手的手套,你來(lái)個(gè)右手的手往里頭插。

    樊登:插不進(jìn)去。

    丁奎嶺:要么插不進(jìn)去,要么插進(jìn)去不舒服。其實(shí)藥物在發(fā)揮作用的時(shí)候,它應(yīng)該是非常精準(zhǔn)的,只有精準(zhǔn)了才能夠不至于跟其他的部位去作用,所以這就是手性的重要性。那么如果你吃進(jìn)去了另外一種手性的分子,它可能帶來(lái)的是副作用,這種過(guò)去歷史上也有悲劇發(fā)生的。就是在上個(gè)世紀(jì)的五六十年代,在歐洲有一個(gè)非常著名的,叫“反應(yīng)停事件”。很多孕婦懷孕的時(shí)候會(huì)有妊娠反應(yīng),需要吃一種鎮(zhèn)靜藥,這個(gè)鎮(zhèn)靜藥分子當(dāng)時(shí)做出來(lái)它是很有效的,但是它是消旋的,也就是兩只手都有的這種。其中分子的一個(gè)異構(gòu)體有鎮(zhèn)定的作用,但是另外一個(gè),它會(huì)導(dǎo)致胎兒的畸形,所以就在歐洲產(chǎn)生了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的叫“海豹嬰兒”:很短的胳膊、很小的手或者很短的腿。所以手性在藥物里面,起著非常重要的作用,只有契合了,也就是說(shuō)手和手套只有配合得很好了,才能夠正常地發(fā)揮作用;而另外一只手,你給它也送進(jìn)去,但是它跑其他地方搞破壞作用了,甚至產(chǎn)生副作用。所以到了上世紀(jì)九十年代,美國(guó)FDA就要求,只要是涉及到手性的,那就有左手和右手的問(wèn)題,你一定要把每一只手結(jié)構(gòu)的分子,它的活性、毒性,都要做實(shí)驗(yàn),最后成藥的時(shí)候盡可能以一種異構(gòu)體、一只手來(lái)上市,這樣的話就盡可能地避免副作用。

    樊登:每個(gè)人體內(nèi)的那個(gè)手的方向都一樣嗎?

    丁奎嶺:都一樣的,所有的人類都一樣,人類生命世界為什么選擇單一的手性,還是一個(gè)未解之謎。自然界的生命的起源,一開(kāi)始也沒(méi)外界的因素去影響它,到最后進(jìn)化成生命,怎么傾向于一只手的方向去走了呢?這個(gè)過(guò)程當(dāng)中,還有很多未解之謎。

    剛才講到了手性,單一手性藥物的重要性,那么我們就希望吃最有效的那個(gè),而把那個(gè)無(wú)效的、甚至有副作用的除掉。因?yàn)槲覀儗?duì)藥物的要求,在制造的過(guò)程當(dāng)中,我們希望它的純度能夠達(dá)到99%以上。那么可以想象,如果一個(gè)手性的藥物,左手右手你不把它分開(kāi)的話,那就相當(dāng)于一半的雜質(zhì)在里邊。另外從制造的過(guò)程來(lái)說(shuō),這兩個(gè)分子我只想要這一個(gè),而不要另外一個(gè),那怎么辦呢?就需要來(lái)控制反應(yīng)的過(guò)程,就需要催化劑。我們常用的就是用手性催化劑來(lái)控制這個(gè)反應(yīng)的過(guò)程,最后就會(huì)得到一種手性的分子,那么把原料也節(jié)省下來(lái)了,也不產(chǎn)生另外一種手的副產(chǎn)物了,所以手性催化,因?yàn)樗鼘?duì)藥物的研發(fā)、對(duì)藥物的生產(chǎn)、對(duì)生命過(guò)程的認(rèn)識(shí)這個(gè)重要性。所以2001年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),就授予了手性催化這個(gè)領(lǐng)域。

    樊登:化學(xué)家真了不起。我覺(jué)得化學(xué)家扮演著相當(dāng)于半個(gè)大自然的角色。

    丁奎嶺:化學(xué)家?guī)缀蹩梢詣?chuàng)造萬(wàn)物。你可以想象,我們現(xiàn)在衣食住行,所需要的所有的東西,你還能離開(kāi)化學(xué)嗎?甚至有人說(shuō)“我要吃有機(jī)的東西,我要吃天然的”,天然的也是化學(xué),植物里面那不都是化學(xué)分子嗎?在化學(xué)家的眼里邊都是化學(xué)。

    樊登:看咱們節(jié)目的有很多中小學(xué)生朋友,我替他們問(wèn)一個(gè)問(wèn)題:您是從小就這么喜歡化學(xué)呢,還是后來(lái)到了博士、博士后階段才愛(ài)上化學(xué)?

    丁奎嶺:選擇的話,我覺(jué)得也有像當(dāng)初生命體里,為什么選擇左手,為什么選擇右手,也很有關(guān)系,非常偶然的機(jī)會(huì)。因?yàn)槲沂菑霓r(nóng)村出來(lái)的,所以沒(méi)有什么太多的選擇,唯一的選擇就是想學(xué)習(xí),學(xué)什么都可以。

    樊登:報(bào)上了化學(xué)就就上了?

    丁奎嶺:是那一年高考,我化學(xué)比物理多兩分,物理77分,化學(xué)大概79分,那么就覺(jué)得好像化學(xué)有一點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)勢(shì),那么就學(xué)化學(xué)吧,就這么簡(jiǎn)單。我的熱愛(ài)是因?yàn)檫x擇了,然后愛(ài)上了。我們年輕的朋友,如果你對(duì)某一個(gè)學(xué)科或者對(duì)某一個(gè)領(lǐng)域,沒(méi)有這種熱愛(ài),沒(méi)有興趣,那是很難做好的。就化學(xué)領(lǐng)域來(lái)講,我告訴大家,人類到今天為止所了解的,或者是說(shuō)創(chuàng)造出來(lái)的,或者是發(fā)現(xiàn)的,這種分子也好、材料也好,只有1.5億多一點(diǎn),也就是10的8次方。那么按照元素周期表里面的主要的元素,按照500左右的分子量,如果你去排列組合,這個(gè)化學(xué)的空間是多少呢,是10的63次方。你可以想象,10的63次方和10的8次方,我們?nèi)祟愃粗摹⒒蛘呖梢蕴剿鞯目臻g,和我們所認(rèn)知的空間差了50多個(gè)數(shù)量級(jí),也還是滄海一粟。所以化學(xué)這個(gè)領(lǐng)域,它可以探索或者是可以創(chuàng)造的空間,幾乎是無(wú)限的。所以要了解這些背景,你想創(chuàng)造一些影響、改變世界的東西,那我覺(jué)得,學(xué)化學(xué)是最好的選擇了。

    樊登:今天丁校長(zhǎng)來(lái),帶來(lái)了一本書,叫《走出思維的泥潭》。這是您審校的書,我讀這個(gè)書的時(shí)候有一個(gè)感受,就是如果當(dāng)年我上中學(xué)或者大學(xué)的時(shí)候讀過(guò)這本書的話,我做科研肯定會(huì)更有意思。它教你怎么做科研。很多年輕朋友以為科研就是寫論文,就是到處找文獻(xiàn)綜述。所以您能不能跟大家傳授一下,科研到底怎么做,或者說(shuō)科研一般分哪幾步?也就是這個(gè)書大概的一個(gè)提煉。

    丁奎嶺:做科研跟學(xué)習(xí)是一樣的,除了我說(shuō)朝著哪個(gè)方向走、選擇什么領(lǐng)域、興趣很重要以外,就是你要能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。我覺(jué)得問(wèn)題導(dǎo)向是最最重要的,我們做科學(xué)研究或者是做探索,不是踩著西瓜皮滑到哪里是哪里,我們做科研一定會(huì)問(wèn)問(wèn)題,我要解決什么樣的問(wèn)題,要找到你要解決的問(wèn)題,覺(jué)得它是一個(gè)真問(wèn)題,這一點(diǎn)我覺(jué)得這是入門的第一步。

    樊登:我跟您坦誠(chéng)一下一個(gè)普通本科生的想法。我們當(dāng)年在選本科畢業(yè)論文的時(shí)候,我們的問(wèn)題就是如何能夠通過(guò)答辯。我們腦子里想的都是選什么樣的命題容易通過(guò)答辯,什么樣的命題容易找到資料,什么樣的問(wèn)題有師兄師姐可以帶一下,都是實(shí)用主義的問(wèn)題。

    丁奎嶺:其實(shí)要找到一個(gè)真的問(wèn)題,哪怕你不一定能夠解決問(wèn)題,你會(huì)有針對(duì)問(wèn)題去設(shè)計(jì)不同的方案,也許所有的方案都失敗,但我覺(jué)得你也是成功的。因?yàn)槟銓W(xué)會(huì)了怎么去設(shè)計(jì)方案,你學(xué)會(huì)了怎么去實(shí)踐你的方案。最后結(jié)論是沒(méi)成功,那也是成功。至少你可以未來(lái)再去探索的時(shí)候,你不會(huì)再重復(fù)走這個(gè)老路了。

    丁奎嶺:所以第一步是找到問(wèn)題,第二步是設(shè)計(jì)各式各樣的方案,然后第三步就是用科學(xué)的實(shí)踐去驗(yàn)證。這本書里面講的最重要的一個(gè)東西就是你要找到它的可證偽性,這一點(diǎn)非常重要。

    還有一點(diǎn),我覺(jué)得這本書里邊也講到了,你得堅(jiān)持。好的運(yùn)氣從哪里來(lái),好的運(yùn)氣往往是因?yàn)槟銏?jiān)持,最后才成功,那么堅(jiān)持背后的驅(qū)動(dòng)力是什么?我覺(jué)得興趣、還是興趣,一定要有興趣才能夠堅(jiān)持下來(lái)。

    樊登:我覺(jué)得化學(xué)教授當(dāng)校長(zhǎng)能當(dāng)好,我為什么這么想,做化學(xué)的人講究基因,講究?jī)?nèi)在的生命力,就您剛剛說(shuō)的那個(gè)推動(dòng)力,這個(gè)推動(dòng)的力量是非常重要的。這才能夠給一個(gè)校園、甚至給一個(gè)社會(huì)帶來(lái)內(nèi)在的活力。

    丁奎嶺:化學(xué)還是一個(gè)最富有創(chuàng)造性的科學(xué),它可以創(chuàng)造很多自然界里邊不存在的,但是又具有非常好的功能的、能夠造福人類的這些物質(zhì),我覺(jué)得這是無(wú)與倫比的神奇。比如說(shuō)青蒿素,盡管獲得的是諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),但是就是因?yàn)槟莻€(gè)化學(xué)分子,它是一個(gè)影響改變世界的分子。我們屠呦呦先生和其他國(guó)內(nèi)的很多科學(xué)家,那個(gè)時(shí)候就從中國(guó)傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、中藥里邊,認(rèn)識(shí)到了青蒿是一個(gè)對(duì)瘧疾有作用的草藥,那這里面一定得有有效的成分。屠呦呦當(dāng)時(shí)就把這個(gè)有效的成分,給它提取分離出來(lái),那么經(jīng)過(guò)現(xiàn)代科學(xué)的方法,通過(guò)合作,最后把這個(gè)結(jié)構(gòu)確定出來(lái)。其實(shí)青蒿素最后沒(méi)有成藥,而是由青蒿素作為原料,在這個(gè)基礎(chǔ)上又進(jìn)一步經(jīng)過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化,也包括手性合成,通過(guò)轉(zhuǎn)化,變成了蒿甲醚、蒿乙醚,琥珀酸酯、雙氫青蒿素,這才是真正的人類用上的抗瘧藥物,所以化學(xué)真的是很神奇。

    樊登:化學(xué)對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn)實(shí)在太大了,你想就一個(gè)青霉素的發(fā)明,救了多少人的命。

    丁奎嶺:青霉素的發(fā)明可以說(shuō),當(dāng)年號(hào)稱是比黃金還要貴的藥物,其實(shí)細(xì)菌、或者是病菌,它也在不斷地適應(yīng)最早的這個(gè)藥物,所以怎么辦呢,你找到新的抗生素越來(lái)越難。化學(xué)家就有辦法了,在青霉素那個(gè)基礎(chǔ)上,不斷地改造,它的性能越來(lái)越好。大家知道我們吃的頭孢,有一代二代三代。這也是人類用化學(xué)的辦法,來(lái)不斷地保護(hù)自己。

    樊登:我們事先收集了一些網(wǎng)友的提問(wèn),咱們看看網(wǎng)友們問(wèn)的什么問(wèn)題,第一個(gè)網(wǎng)友說(shuō):丁校長(zhǎng),一般學(xué)生都要到初二、初三,才會(huì)在課堂里正式接觸化學(xué),但您在他們這個(gè)年紀(jì)的時(shí)候已經(jīng)上了大學(xué)了,您覺(jué)得在哪個(gè)年齡段開(kāi)始接觸化學(xué)比較好?

    丁奎嶺:初中階段,我覺(jué)得就應(yīng)該去學(xué)習(xí)一些,初一就可以了。科學(xué)的教育,我是覺(jué)得,你只要把教材設(shè)置好,是可以早一點(diǎn)。

    樊登:第二個(gè)網(wǎng)友說(shuō):請(qǐng)問(wèn)目前我們國(guó)內(nèi)對(duì)手性合成的研究,達(dá)到了怎樣的水準(zhǔn)?這可能是業(yè)內(nèi)人士。

    丁奎嶺:這個(gè)是比較專業(yè)的了,應(yīng)該說(shuō)我們國(guó)家在手性合成領(lǐng)域里邊,應(yīng)該是全球處于領(lǐng)先地位。這可以從一些我們國(guó)家的自然科學(xué)一等獎(jiǎng)里面,比如說(shuō)南開(kāi)大學(xué)周其林院士,他們做的手性催化劑,其實(shí)無(wú)論是在性能,無(wú)論是在應(yīng)用這個(gè)方面,都是超越獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的當(dāng)年的那些催化劑。當(dāng)然我們有后發(fā)優(yōu)勢(shì)了,再舉一個(gè)例子,美國(guó)新冠期間用的帕克洛維德,它是兩個(gè)組分,有一個(gè)組分,也是涉及到手性合成的。這些原料的制造都在中國(guó),大部分都在中國(guó)。所以我們國(guó)內(nèi)很多企業(yè)的合成能力,手性合成化學(xué)的能力是非常強(qiáng)的。

    樊登:明白了。第三個(gè)問(wèn)題:丁校長(zhǎng)、您是一個(gè)催化達(dá)人,從催化分子合成,到催化青年一代人才的培養(yǎng),平時(shí)有這么多工作,您還有時(shí)間看書學(xué)習(xí)嗎?您的時(shí)間是怎么分配的?

    丁奎嶺:確實(shí)看書學(xué)習(xí)的時(shí)間比過(guò)去是少了。其實(shí)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的話,我覺(jué)得可以用多種的方式,看書、讀書是一個(gè)很好的方式,如果你有閑暇的時(shí)間,去選擇一些好的書、靜下心來(lái)去讀,這是一種方式。還有一種學(xué)習(xí),就是現(xiàn)在的信息技術(shù)的手段,讓你隨時(shí)都可以學(xué)習(xí),所以只要有這種好奇心存在,你學(xué)習(xí)任何方式我覺(jué)得都可以。

    樊登:好,我們來(lái)看下一個(gè):丁校長(zhǎng)您知道您做了校長(zhǎng)以后,每次畢業(yè)典禮上的講話,大家都非常關(guān)注,您有一段話被大家傳得比較多,說(shuō)您告訴學(xué)生,做科研要有交叉融合的意識(shí),打破邊界、突破藩籬,這是您給年輕科研人才的忠告,您覺(jué)得為什么交叉這么重要?

    丁奎嶺:從創(chuàng)新的途徑來(lái)講的話,肯定是一個(gè)探索的過(guò)程,那么探索的方向在哪里,我大體上分成兩種方式,一種方式是深挖,在一個(gè)領(lǐng)域里邊,你就沉下心、坐下來(lái),不斷地去挖,挖到別人沒(méi)有挖到的那個(gè)深度,你才能有所發(fā)現(xiàn),也許能夠有金礦發(fā)現(xiàn),也許失敗。但是如果你沒(méi)有到那個(gè)深度,或者沒(méi)有去超越那個(gè)極限,那你不可能有大的突破。

    那么第二種方式就是您剛才講的,其實(shí)更多的是這樣一種情況,就是交叉,特別是現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展,越來(lái)越朝著多學(xué)科交叉融合的方向發(fā)展。要做一件事情,它不是靠一個(gè)學(xué)科一個(gè)領(lǐng)域,能夠解決的問(wèn)題。我舉一個(gè)例子,剛才我們講到了生命科學(xué)里邊三大物質(zhì),DNA。核酸是一個(gè)記錄人類自身信息的載體,那么可以不可以用它來(lái)記錄人類文明的信息,所有的數(shù)據(jù)用DNA來(lái)存儲(chǔ)。

    有人做過(guò)統(tǒng)計(jì),全球的數(shù)據(jù)大概只要200公斤不到的DNA,就可以把它全部存儲(chǔ)起來(lái),當(dāng)然這是一個(gè)夢(mèng)想,從理論計(jì)算是有可能的。但是要做這件事情,DNA的合成要化學(xué)家、要生物學(xué)家,特別是需要合成生物學(xué);合成了以后,這里面還有編碼呢,還有軟件,還有這種信息怎么跟當(dāng)今的這些信息計(jì)算機(jī),能夠?qū)悠饋?lái)。你想一想如果要做這件事情,沒(méi)有交叉能行嗎,你一定要有軟件的、有硬件的,有物理的、有化學(xué)的,有材料的、有信息的。

    樊登:您提的這個(gè)建議,其實(shí)在生物進(jìn)化的過(guò)程當(dāng)中也是這么一個(gè)規(guī)律,基本上這些大的變遷都是發(fā)生在邊緣地帶,水陸兩棲,這些邊緣地帶才會(huì)出現(xiàn)變化。

    丁奎嶺:所以這就是為什么要朝著那個(gè)交叉地帶,無(wú)人區(qū)的交叉地帶去探索。

    樊登:我們來(lái)看下一個(gè):您一直活躍在科研和教學(xué)第一線,您是院士、所長(zhǎng),同時(shí)也是老師、校長(zhǎng),這幾個(gè)身份里,您最喜歡的是哪一個(gè)?

    丁奎嶺:我覺(jué)得做老師是我最喜歡的一個(gè)身份,其實(shí)我最早博士畢業(yè)以后,就在大學(xué)教書,在鄭州大學(xué)教過(guò)八年書;然后到了中國(guó)科學(xué)院去工作,20年我也沒(méi)有離開(kāi)過(guò)講臺(tái),盡管做所長(zhǎng)還是比較忙。當(dāng)然到大學(xué)里面,教書育人更加是我的責(zé)任,所以始終沒(méi)變的。其他身份都變了,只有老師這個(gè)身份沒(méi)有變,我覺(jué)得當(dāng)老師還是我的最愛(ài)所在。

    樊登:真是特別希望更多的年輕人能夠領(lǐng)略到化學(xué)的魅力,也見(jiàn)到大化學(xué)家到底是什么樣子。其實(shí)我覺(jué)得跟您說(shuō)話,就是跟我們其他的老師說(shuō)話是一樣的,并沒(méi)有那種化學(xué)家的神秘感。

    丁奎嶺:化學(xué)家沒(méi)有神秘感,化學(xué)還是蠻神秘的。


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