为什么要做科学家？

余金权：首先要感谢Phil和Floyd的精彩演讲，让我们了解到两位杰出的科研成果。

• Phil Baran：没有有机化学，你可能会挨饿、无家可归甚至会死
  

• Floyd Romesberg | 化学家做生物，上帝也挡不住！

参加讲座的不仅有化学家，也有非化学专业的观众，我看到还有很多小朋友。我相信坐在台上的几位科学家不仅能做学术演讲，也能够向台下的普通观众解释清楚你们做的是什么样的工作，怎样让生活更美好。我们先从一个简单的问题开始，然后再问难答的问题。

第一个问题是你们几位为什么要做科学家？因为科学是要面对一个又一个挑战的。又是什么让你们爱上科学的？从Phil先开始？

余金权教授（左）和Phil S.Baran教授（右）

Phil： 其实，我小时候是很喜欢艺术的，但我好像没什么艺术天分。我也很想做宇航员，但身体协调性不够好。后来我意识到，作为一名化学家，我既可以做艺术家，又可以做宇航员。我是在高中时发现我对化学的热情的，化学世界有无限的探索、创新、艺术性，但同时又能够帮助全人类。

余金权：嗯，听起来挺合理的。但你这么壮，肌肉这么发达，你怎么不去打拳击啊？练健美也是不错的选择啊（全场笑）。

Phil：打拳击不能帮助全人类。

余金权：你也许能当拳击明星哦。不过那样的话，我们这代人就失去一位伟大的化学家了。Floyd呢？你有什么想法？

Floyd：这个问题有点不好回答。我高中的时候，成绩没有很好，也没想那么多选专业的事情。我爸是个化学家，所以等我要报大学选专业的时候，就选择了化学专业，因为我也不知道我该选啥。而且刚开始的时候我做得也没有很好，但就是有那么一瞬间，我开窍了。我发现做科学家是非常幸运的事情，我不用像其他人那样每天做着重复性的工作，被任务驱赶。我是个好奇心很旺盛的人，我对很多事情感兴趣。科学就是问问题然后努力寻找答案的领域，我喜欢这种感觉。

Floyd Romesberg 教授

余金权：这个答案我很有共鸣。这个问题看似简单，但其实非常重要。需要强调的是，人只有对所做的事情充满激情的时候，才能充分发挥出他/她的个人潜力。Phil和Floyd的回答对我启发很大，在中国大学里，有个问题困扰过每一个人，就是怎么选研究课题。由于资金、论文等很多因素，很多人选择的研究课题往往偏重实用性。这样最后研究的结果往往也就比较实用。但是，如果你的选择不是那么实用，或者说是选择更基础、更兴趣驱动一点、更大、更挑战性的问题会怎么样呢？看看Floyd，也许你就是那个改变DNA序列或者发现新分子的人。

Floyd：我想补充一下，如果你的课题是人家已经探索过的，那你就不够创新，你也就不会有什么创新性的观点。做别人已经做过的事情，这不是科学吸引我的地方。就像金权说的那样，如果你的研究是以兴趣为驱动的话，成功和应用前景自然会出现的。

余金权：这和艺术家很像。对我来说，Floyd就是科学界的达芬奇（Floyd笑了）。我可以和大家分享一个秘密，Floyd在学习量子力学的知识，他学得非常认真。他想在更深层面上解读化学，开拓另一个全新的学科也不一定。就像达芬奇一样，敢于进入全新的领域，然后做出重大发现，进而帮助全人类进步。

下面请陈鹏、黄牛、雷晓光三位来回答一下刚刚的问题，你们为什么要做科学家，你们的科学激情在哪里？不要有压力。

陈鹏：完全没有压力，事实上，能参与这个讲座我很开心。对我来说，我是很晚才决定要做科学家的。我喜欢探索未知，我也同意Floyd说的，科学是在创新、创造和探索。但此前我确实不是很确定是应该做一名科学家，还是待在工业界，甚至连是不是要从事生物化学专业我都不能确定，我一度很困惑。

陈鹏教授正在发言（右） 

我是在芝加哥大学获得的博士学位，后来进入Scripps，和Floyd一样师从Peter Schultz攻读博士后。这段经历真的为我打开了新世界的大门，我和世上最聪明的一群人一起学习，一起实践，我的好奇心得到充分满足。我对这段经历充满感激，从那时起我才确定我要做科学家。

余金权：今天很荣幸请到了黄牛，在座的都是化学家，而你是AI领域的专家。非常感谢你来参加理解未来讲座，因为你可以从不同角度为我们解答问题，让咱们今天的讨论变得更加精彩。

黄牛：坦白讲，不是我想做科学家，而是某种神秘力量选择我做科学家。（余金权：也许是人工智能选择了你）对，就像骇客帝国一样（大家笑）。即使在上大学的时候，我也没想过要做科学家。我只是做了科学研究，然后发现我做的非常不错，也做得很开心。我做得好，然后我就继续做了，就是这么简单。

余金权：就像黄牛精神（全场笑），Just do it（说干就干）。晓光你怎么说？

雷晓光：我小时候特别喜欢超级英雄电影，我也梦想有一天拯救世界。我意识到做一名科学家可以让我的梦想成真，因为你可以用你的智慧或者研究成果为这个世界做出贡献。我认为成为科学家能让你成为世界上第一个获得真理的人。做科学家可以满足好奇心，了解更多的真相，这感觉太棒了！

 对于科学，可曾迷茫？

余金权：在你们的人生中，有没有处在十字路口的时候呢？这个问题非常重要，你知道很多年轻的研究员都曾迷茫过。我是应该进入工业界呢？还是应该去做科学研究？或是应该去做生意？我这个问题是问在场的所有人的。

雷晓光：这是个好问题。当我博士后毕业的时候，我也曾面临抉择，到底是要继续做研究还是进入工业界。我想用我学到的技能去制造药物。所以我拜访了很多医药公司，我想知道他们在做什么，在做哪方面研究。制药公司的科研实力是很强的，但后来我还是选择了学术研究。为什么呢？

雷晓光教授

因为我想要自由，我希望想做什么就做什么。在药企里，你是要服从命令的，有些项目是你不得不做的，你要有团队精神。做科学研究的话，你是自由的，你可以想做什么就做什么。

余金权：就是学术自由(academic freedom)。

雷晓光：对，学术自由对我来说很重要。

陈鹏：我也这么想。我曾经受雇于药企，你知道药企的研究实力非常强，但你大多数时候只能专注于一件事情。当我参加学术研讨会的时候，发现太多有趣的研究了，做科学研究会给你很多自由去探索，也就是学术自由。这是我后来选择科学研究的原因，当参加学术会议的时候，你会发现，来自世界各地的科学家会给你很大启发。

Phil：学术自由当然很吸引人，但对我来说不是至关重要。对我来说，最重要的是我的导师。在NYU上学的时候，我遇到了非常非常棒的导师，他不仅在学术上引导我，在生活中也是我的良师益友，可以说改变了我的人生。我的导师让我也想把毕生经验传授给我的学生。

 好的导师会影响学生一生

余金权：我希望全世界的老师都能听听你说的这些。作为一个老师，你有巨大的，巨大的责任，在我们所有人的人生里，只要一个或两个这样的老师，就能让你的整个人生变得不一样。我想借此机会向全世界的老师们说一句，不论你是小学老师、高中老师还是大学老师，你的所作所为对未来的科学、未来的科学家来说，至关重要。Phil就是个很好的例子，他遇到了一个好老师。我也一样，我也遇到了好老师。这对我们所有人都很重要，能遇到一个对科学、对学生能够充满激情的老师真的太好了。

 你学术生涯中，最激动人心的时刻

雷晓光：我认为在不同的学术阶段会有不同的巅峰时刻吧。当我还是个研究生的时候，做了很多自然产物的全合成，都是很复杂的分子。当我完成我的第一个分子全合成，发现样本和自然分子完全一致的那一刻，我感觉自己在世界之巅。

余金权：那感觉跟喝了一整瓶茅台一样爽吧？（雷晓光：那必须啊）

黄牛：在我去美国读博士的第一年，我的导师交给我一个任务，需要用到一个化学的数据库。那个数据库是3D结构的，非常贵，买的话要花掉我几年的工资。我就说为什么我们不能自己做一个？所以，我花了几个月时间，每天只睡几个小时写了一个程序。当我发现我的程序成功了，它能把任意形状的2D结构转化成3D结构时，我知道我的人生从此不同了。那天我真的是开怀畅饮。

陈鹏：和Floyd的故事有点像。我在研究生期间也做蛋白质相关的研究工作。我知道我的蛋白质进行了一些修饰，但我不知道具体发生了什么（化学变化）。我们一直在寻找答案，最后我们发现它实际上发生了半胱氨酸的氧化反应。最开始我们以为形成了硫-硫键，但是没有另一个半胱氨酸可以用来形成硫-硫键，事实上我们观察到的是亚磺酸的形成，半胱氨酸中的巯基被氧化性的物质所氧化就会形成亚磺酸。这是一个非常有趣的发现，因为在那个时候我们不知道半胱氨酸是如何被氧化的，除了形成二硫键。就像Floyd说的，我们只想知道它的结构。

所以我在接下来的两个月里得知道生长晶体结构,然后一有时间就去美国阿贡国家实验室做晶体衍射。阿贡国家实验室很近只有30英里远，一有时间我就开车过去，我和他们说我只需要两个小时做个测试。

最终我们得到了蛋白质的单晶结构, 并发现我的蛋白里面的确有一个氧化的巯基，就像你画的化学结构或者化学反应，精确的产生在你的蛋白质的某个位置。那一瞬间我觉得我真的找到了真理，非常兴奋。

余金权：我想问的是，你是怎么庆祝的？我知道Floyd是要带全组人去拉斯维加斯。

陈鹏：我们的成果还不像Floyd那么伟大嘛，如果我也做出那么厉害的研究，我们也去个中国的拉斯维加斯。

余金权：只是想告诉年轻人，我们不是只埋头科研，我们庆祝成功的时候也是很爽的，我们也会享受人生。Phil和Floyd的生活那可是多姿多彩啊。

Floyd：你说什么？我怎么听不懂（笑）。我确实也有过几个精彩瞬间。一直以来，我接受的训练都是怎么做好一个化学家。作为一个化学家，你必须非常明确每一步工作，然后才能继续。当我转去做生物的时候，我当时做的事情，按照今天的标准，真的是微不足道，就是做克隆。你进入一个有机体，抓取一些它的基因，以一种你能做到的方式转移它，然后表达在一个生物模型中。这个基因操控的整个步骤在现在看来是非常简单直接的。但在当时，所有操作都必须你自己做，那是有一些难度的。每个步骤都是盲操作，因为你看不到那些DNA：切割、粘贴、净化、沉淀，最后把它粘到质粒中来做测序。

手动测序，图片来源：www.floridamuseum.ufl.edu

自动测序，图片来源：www.floridamuseum.ufl.edu

现在的人要做测序就直接把样品邮寄给一个公司，然后就得到一些GC和AT的字母串，没有过程就有结果。但在那个时候，你必须亲手去读取大量的测序凝胶，凝胶上的图案非常漂亮，布满了小点，它们会以某种方式排列，让你可以读懂这些序列，还有DNA中间那些梯子，它们看起来非常漂亮。整个凝胶都会被填满，你把它们拿起来就可以看到那些排列。

这样的工作我做了两三个月，作为化学家我在此期间看不到任何明确的证明信息，我认为这些都是无用功。那时我在暗房里，暗房里有诡异的红色灯光，当我把凝胶做好曝光拿起来的时候，它还在滴水，我终于看到那些我想要的线，我当时就想：“天呐我成功了！“那是属于我的暗房时刻。

第二个精彩瞬间是我当导师的时候，是我最近的工作成果刚刚做出来的时候。那会儿我有个俄罗斯学生叫Dennis Milosheff，他是当年俄罗斯化学奥林匹克竞赛的冠军。是个非常聪明也非常自信的孩子，平时都很冷静，做什么都非常自信。在一个周五晚上，Dennis在准备实验，实验内容是给我们的半合成生命体喂它们生长所需的非自然基质，如果它们生长了我们就开始分析它是如何复制DNA的等等。他还必须监控着没有添加非自然基质的精子，它们因为没有非自然基质所以不会生长。

星期五当晚9点，我坐在办公室里，我现在还清楚记得那个时刻，就好像发生在昨天一样。Dennis面色苍白的走进我的办公室，脸白的跟鬼一样。我问Dennis怎么了。他说我加入非自然基质的细胞在生长。我说那很好啊。他说我没加进去的没有生长。

那个瞬间，我知道我们成功了。那一刻真是和生孩子一样紧张。

余金权：那你有没有带着他一起去喝酒庆祝？

Floyd：没有，我把他赶走，然后自己开了一瓶酒（全场笑）。

Phil：我这边有两个。一个像生命的循环一样，就是每当有学生从我们这毕业，回想他刚加入实验室的样子，对比现在的样子，心里有喜有悲。喜的是我们把他们培养得很好，他们现在是优秀的科学家了。悲的是他们就要离开我们了。

第二个是最让我开心的事情，是我们的研究成果得到大规模应用。今天我演讲里的一个成果已经进入临床应用阶段，有一天它将被用来治疗癌症。只是想想都让我很开心。

余金权：太棒了，我相信对每一个化学家来说，没什么比自己的发明能够帮助人类社会更开心的事情了。

 有机化学会引导下一次工业革命吗？

余金权：好，我下一个问题是，你们认为有机化学会领导下一次工业革命？

Phil：这个问题是存在争议的。有一种说法是，工业革命已经离不开有机合成化学了。没有有机合成化学就没有今天的生物科技，它已经成为所有学科的基础。以手机为例，iPhone简直改变了世界。但它的发展更新是需要时间的。科学的发展有点像冰山移动，如果你以一年为单位观察，你会觉得科技发展得并不快啊。但是如果以10年为单位观察，你会觉得科技发展简直是跳跃式的。几十年后，我相信我们今天所知道的所有分子，未来都能以工业化和自动化的方式制造出来。就好像现在的苹果手机一样。

余金权：其实上面的问题，我是替台下的观众问的。看看台上的这些最聪明的大脑是怎么思考的。晓光，你是怎么思考有机化学在未来的地位呢？

雷晓光：我觉得有机合成之所以让人着迷，是因为它能创造新东西，让你感觉像上帝，你就是造物主。从工业的角度讲，有机合成能制造出无限的分子。只有想不到的，没有做不到的。有了新的分子就能发展出新的功能，比如做出新药和新材料。这才是驱动科技向前发展的动力。

余金权：有哪位要补充的吗？黄牛？

黄牛：我知道你想让我说AI或者NI(Natural Inteligence)才是新工业革命的代表，但我从来没这么想过。因为AI只是个工具，电脑工具。它帮助人类，但不会替代人类，只是人类的一部分。有人说AI代表未来，有人说生物科技代表未来。但归根到底谁在乎呢？最终还是给人用的，没区别。

Floyd：虽然是工具，但这些工具却很重要。现在这些工具正在融合，进而变得非常重要也非常强大。这些工具正在改变人类社会进程。对我个人来说，我太爱科学了，尤其是跨学科交叉融合。我觉得非常幸运，我的团队里有化学家、物理学家、生物学家，我最大的挑战是逼着他们去合作、去融合、去对话、去交换想法。当这个团队真的融合在一起的时候，会碰撞出非常宝贵的火花，实在太宝贵了。 不同的科学家从不同的角度去解读同一个事物，真的是个创新的好方法。

Phil和我都是化学家，我们俩有相似的地方。我是从化学到生物，现在又回到化学。而Phil是用化学做生物分子。我俩的方法都很有效。我终于可以说，工业革命将会被合成化学和合成生物学驱动，而主导这场革命的人一定是像Phil这样能制造分子，能把分子和生物学相结合的人。

余金权：我这里有两个例子。大家都知道DNA测序给生命科学带来了革命性改变。但谁革命性改变了DNA测序？答案是Staudinger。Hermann Staudinger在1921年发明了Staudinger反应，这个反应是发明了DNA测序的工具。生物学家可能不太在乎Staudinger反应，但它却给生物学带来了革命。科学研究是很难预测的，Staudinger本人在1953年获得了诺贝尔奖。但他不是因为Staudinger反应获奖，而是因为高分子聚合物。

第二个例子非常科幻，就是关于分子合成机器。分子合成机器获得了2016年诺贝尔化学奖，人们都没想到怎么可能做出一个分子级别的机器出来。要造出这样的机器要看合成化学能不能造出这样的分子。我本人和Ben Feringa是好朋友，他因为分子合成机器而获得诺贝尔奖。上个月我们见了六次面，讨论合成和分子合成机器。你猜怎么样？他想和我合作，我也马上要去拜访他，我俩一起讨论如何用最新的合成技术做出一台全新的分子合成机器。谁能想到我作为一个合成化学家有一天能参与制作分子合成机器，也许有一天我能参与改变工业的未来。所以基础科研真的非常重要。刚刚这个问题其实来自于观众，我希望我们今天的讨论能够帮到问这个问题的人。

 合成化学发展的瓶颈是什么？

余金权：下一个问题，合成化学现在所面临的最大瓶颈是什么？Phil有什么想法？

Phil：我认为选择性和可预测性可能是有机化学面前最大的麻烦了。因为有机分子的特质性反应我们到现在还不能完全弄懂，导致我们实际得到的结果和想象的不一样。当然，这个瓶颈也是我们还没失业的原因吧，如果有机分子完全可被预测。那人工智能的科学家们马上就会弄个算法出来让我们全失业。

雷晓光：我同意Phil的观点，我认为最大的挑战是我们对有机转换的机制还不够了解。这让我们还不能准确预测单个反应的结果。所以有机化学仍然严重依赖于做实验然后等结果。也许有一天物理有机化学能找到一个新的理论帮助准确预测有机化学反应的结果。

还有一个挑战是找出一个全新的反应。

余金权：在场的观众有些人没有化学背景，我来举个例子帮助大家理解。大家把自己想象成一个建筑工人，你在建造房子。你通过搬动砖块建造这个房子，因为有地心引力存在，所以你知道这个房子最后会建造成什么样子。我们化学家也是建筑工人，砖块是原子，房子是分子。只不过困难的地方在于原子和分子不受地心引力控制，而且原子和分子你也看不见。

下一个问题是合成生物学正在跨学科融合，刚刚咱们提到了怎么制造新的分子、新的蛋白等等，但有没有可能帮助到有机化学的基础研究呢？这是个很好的问题。

Floyd：是很好的问题，答案是一定的。我认为合成生物学代表工业革命的未来，而合成化学家是驾驭合成生物学的人。我不认我们已经对生物和化学两个学科的知识有了充分了解，我们的知识还没渊博到可以扮演上帝，让我们在生物学里想制造什么分子就造什么分子，想要什么功能就有什么功能。我说的不只是做药或者做蛋白，我说的是做任何新东西。

陈鹏：Floyd的研究在更广的范围内定义了人造生命，他是从人造细胞开始的。而有机化学是这一发展的基础，在发展的过程中是伴随着新发现的。在此过程中，你对生命，对细胞的不同部分会有更深入的了解。今天我们讲的所有学术问题遵循的都是化学规则，原子、分子、超级分子。我拜访过的所有的化学生物实验室都有有机模块，他们都需要有机化学家帮助推动遇到的瓶颈，合成生物学需要有机化学家的智慧。

 AI和化学的关系

余金权：这个问题我相信大家都会有兴趣。AI对于有机化学以及医药研发有什么意义。我先问问黄牛。

黄牛：首先我不是AI领域的专家，我和AI相处了只有一年多时间。但我非常确定我对人工智能方面的科学非常了解。我的学术背景是物理，所以我对原子、分子、电子方面的知识更加了解。在我把AI引入我的研究之前，我们做研究比如生物方面研究的时候，遵守的多是物理准则，比如分子机制、量子机制。但是问题是，如果我们要做高精度的物理计算，比如用量子机制研究蛋白，这是不可能的。然后我们就开始思考，如果我们没有能做此类工作的高能计算机，那怎么办？所以我们开始用数学的思维思考问题，也就是AI。这在物理领域其实是一种突破，我们不再局限于量子机制计算，我们用数据训练出一个AI模型，让它来帮我们研究。（余金权：所以我们不会失业的。） 不会的，放心吧。

Phil：我不认为AI是个威胁。这就好像司机在开车的时候愿意打开定速巡航，AI让生活更轻松。我以前在学校写论文的时候，整天住在图书馆里查资料。现在你可以谷歌，有各种各样的学术数据库，让你找资料更方便。有一天当AI发展的足够好了，它就能在已知信息的基础上帮你做预测，你的生活和工作会更轻松。但是创新的事情仍然是你在做。所以，AI是好的，来吧。

Floyd：有人认同AI，有人不认同。但我想讨论的是，AI和创新并不是完全相容的，有些时候改变事物走向的往往是一些细微的方面，我不确定这些事情适用于大数据、人工智能。所以创新还是人类的事情。

余金权：我们很需要你这样刺激性的观点。最后，既然我们的讲座叫理解未来。那就请各位简短的畅想一下未来。

Phil：等我退休的时候，那时的我们看待今天的有机合成化学，也许就和我们现在看待五十年的和计算机一样。

余金权：你退休确实是未来的事，好吧，而且是遥远的未来。

Floyd：合成化学和生物学有一天会融合成一体。

陈鹏：我对AI的期望很高，希望有一天AI和合成生物学高度融合。

黄牛：我想（大家对AI的态度）是会更理性吧。

雷晓光：我觉得有机合成和合成生物学未来会在某些方面融合。因为我觉得两个学科可以产生更大的影响或者协同效应。