《自然》选出十位中国科学之星

有容乃大

　2016年6月21日北京时间凌晨1点，《自然》杂志发表了Science stars of China这篇新闻特写文章，Nature.com的官方微信号“Nature自然科研”同时放出此文的中文版《中国科学之星》。　　从古老的DNA到中微子和神经科学，中国的顶尖研究者们正在发挥巨大的影响——并提升着他们的祖国在全球科学界的地位。
    顶级空间科学官员胸怀远大研究计划　　吴季：冲上云霄

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　　在吴季的办公室里，摆设着一系列航天器模型，其中包括执行了中国首次探月任务的嫦娥3号探测器和玉兔号月球车。2013年12月的那次远征吸引了全世界的目光，并表明了中国在航天探索方面的雄心壮志。但对从2003年起开始担任中国科学院国家空间科学中心主任的吴季来说，更大的转折点发生在探月任务的将近三年前。
　　2011年1月11日，吴季得知他的中心，也是中科院下属机构之一，获得了一笔资金，支持研发一系列用于科学探索的航天器。吴季和其他人表示，在那以前，中国几乎所有航天任务的主要目的都是提升国家形象，或者展示技术优势。
　　2011年的这一通知是十多年来的研究、说服和国际合作的结晶。这主要是吴季的功劳，也是中国科学事业的一个新纪元。“中国已经改变了方向，并已成为了航天领域最重要的成员。” 欧洲航天局前科学部主任罗杰-莫里斯·博内特（Roger-Maurice Bonnet）表示。他是中国国家空间科学中心的顾问，并在非营利组织国际空间科学研究所担任科学家。
　　目前，国家空间科学中心已启动了两项新计划。其中一项是悟空号，一颗旨在搜索暗物质粒子——人们认为暗物质占据了全宇宙所有物质的85%——的探测卫星。吴季表示：“每天都有新的数据被传输回来。” 他还说，在今年年底，悟空号团队有可能会宣布一项足以“登上科学史册”的发现。
　　在2016年的下一个任务是全世界首个研究量子纠缠现象的空间实验，并将发射硬X射线调制望远镜（HXMT）。HXMT能覆盖大片天空，比起其他宽视场望远镜来说，对能量较高的射线有着更高的灵敏度。
　　自2011年起，这些航天任务的资金投入总计达30亿元左右（约合4.55亿美元）。吴季说服了中国科学院和中央政府的管理层，使他们相信国家空间科学中心提议的这些基础空间科学项目会带来突破性的发现，并得到了资金。他的主张也与政府倡导加大对基础研究投入的步调一致。
　　对吴季个人来说，他非常注重强调中国的研究工作必须依靠科研的内在价值，而不仅仅是其对国家的重要性而获得称赏。他说：“没有中国的空间科学这回事，只有科学。”
　　对空间研究项目来说，申请资金一直是个难题。因为资金是以五年为周期发放的，而在这么短的时间内研究团队还来不及成熟。但吴季相信空间科学会得到更稳定的支持来源——尤其是如果最近的那些卫星产出了理想的结果的话——因为中国的政治家和公众都愈发意识到了科学探索的重要性。吴季说：“我们是个大国，应该对人类文明做出贡献。”

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　叶玉如：牵线搭桥

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　　在她职业生涯的大部分时间里，叶玉如一直在牵线搭桥。叶玉如出生于香港，她在哈佛大学医学院攻读了博士学位，研究神经递质，并在那时找到了自己的科研志向。然后，她跨界进入生物技术行业，探索支持神经元存活和发育的神经营养因子。1993年，她携知识和经验回到故土，并加入了刚刚成立两年的香港科技大学。
　　她说，搬到一个不以研究著称的地方“被认为是很大胆的举动”，但她想为香港做出贡献。自那时起，她通过自己的领导和研究工作，促进了香港科学和生物技术的发展。“我睡得非常少，”叶玉如说，她每天的工作时间超过12小时。她还称赞了自己的支持团队。“当你在做自己喜欢的事情的时候，时间就过得飞快。” 她很大一部分的工作时间都与自己的大型研究团队共同度过；这支团队横跨了基础神经生物学和神经性疾病的转化研究等领域。
　　回国以来，叶玉如见证了巨大的转变：香港在1997年回归中国，她也见证了中国大陆科学的蓬勃发展。现在，叶玉如正在搭起一座沟通大陆的桥梁：她希望能接触到大量患有阿尔茨海默病等疾病的人口，以推进临床研究；培训同时具有临床医学和研究技能的人才，并在中国正在开展的一项大型脑计划中的承担重要角色。“我告诉我的学生们，有时你并不知道研究会带你走向何方。”

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崔维成：深海蛟龙

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　　崔维成永远不会忘记他人生中最重要的一次下潜。四年前，他乘坐蛟龙号深潜器，达到了太平洋马里亚纳海沟7000米的深度。崔维成说：“那里十分荒芜，但有种奇异的美感。”他是载人深潜计划的领导者之一。
　　蛟龙号使得中国成为了少数几个有能力探索深海的国家之一。蛟龙号得名于神话中的海中巨龙，它的下潜深度大于所有其他现役中的研究型载人研究深潜器，让中国得以探索99.8%的洋底。
　　“这象征着中国在深海研究领域日益增加的雄心壮志和领导能力。”美国伍兹霍尔海洋研究所的海洋地球物理学家林间表示。直到最近，中国的海洋研究还主要聚焦于海岸水域和近海水域。但出于不断增长的资源需求、以及在有关海域的国际争端中取得更有力立场的目的，中国正在提升对深海科学研究的支持。
　　崔维成目前就职于上海海洋大学，他的目标是到达地球上最深的所在：深达11000米的马里亚纳海沟底部的挑战者深渊。为了实现这一目标，他正领导着建造一艘更抗水压的三人深潜器——彩虹鱼号，预计将花费6100万美元（约合4亿元人民币）。
　　崔维成说，在2020年建成后，彩虹鱼号将供全世界科学家使用。“海洋属于全人类，而不是单个的国家。”

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结构生物学家解码问题蛋白质　　
颜宁：晶体行家

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　　小时候，颜宁读过一本16世纪的中国经典小说，小说的主角是一只可以变身成为其他动物的猴子。颜宁很想知道如果自己也能变身会是什么感觉：“如果你能把自己缩小到分子或蛋白质的大小，那一定是个截然不同的世界。”她还记得自己这样想道。现在，作为一名顶尖的结构生物学家，颜宁每天都生活在那个世界里，研究蛋白质在原子层面如何工作。她说：“我成为结构生物学家几乎是命中注定的。”
　　颜宁在普林斯顿大学做了博士和博士后研究，并于2007年在清华大学设立了自己的实验室。当时她30岁，是全中国最年轻的女性正教授之一。她致力于解析镶嵌在细胞质膜上的蛋白质的结构，一个以难解而著称的问题。
　　她的目标之一是人类葡萄糖转运蛋白GLUT1——一种对向细胞提供能量至关重要的蛋白质。许多实验室都试图解析它的结构，但都未能成功，一部分原因是GLUT1很容易改变形状。颜宁使用了一系列技巧来限制它的变化，最终成功结晶，并在2014年解析出了它的结构。
　　加州大学洛杉矶分校的生物化学家罗纳德·卡巴克（Ronald Kaback）表示：“50多年来，人们一直在试图结晶GLUT1，然后突然之间，她就得到了答案。”
　　颜宁还在接连不断地做出发现，包括一系列备受关注的结构。大多数夜晚，她都会熬夜到凌晨两三点，并翘掉晨会，好尽可能在实验室多呆一会儿。与此同时，颜宁也成为了一位呼吁为女性和青年科学家提供更好条件的知名倡议者。
　　她对使用最新的技术，比如冷冻电子显微镜技术感到十分兴奋。冷冻电子显微镜使研究者们得以在蛋白质的自然状态下研究它们的细微结构，而不是以纯化的晶体形式。颜宁说，在中国工作的优势之一是从来不用担心资金，并认为结构生物学在中国有光明的前景。“进步的空间是无穷的。”

有容乃大

王贻芳：粒子能量

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　　王贻芳有个计划，要将中国推向粒子物理研究的第一线。王贻芳是中国科学院高能物理研究所的所长，他想建造一座周长50-100千米的环形粒子对撞机，超越欧核中心周长27千米的大型强子对撞机（LHC）。该中心是一个位于瑞士日内瓦的粒子物理实验室。
　　这一计划非常大胆，特别是对一个现存最大对撞系统的周长只有250米的国家来说。王贻芳的计划是建立两台设备：一台探索希格斯玻色子，在2028年左右投入运行。随后的设备将会使用同一条隧道，用至多七倍于LHC的能量击碎粒子。
　　中国将不得不与欧核中心竞争；欧核中心也想设立一台后LHC时代的设备。虽然中国目前仍然处于下风，但王贻芳的计划已经得到了越来越多的支持，普林斯顿高等研究院的理论物理学家尼马·阿尔坎尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）这样表示。在2013年，王贻芳聘请他出任了中国科学院高能物理前沿研究中心的主任。“现在这不仅仅是幻想了；这真的有可能发生，”阿尔坎尼-哈米德说。
　　王贻芳说，他敢于申请这个计划，是因为大亚湾核反应堆中微子实验的成功。在2012年，他击败了各国的竞争对手，领导这项国际合作，测量出了一项决定中微子变化的参数。
　　中国超级对撞机的耗资将是大亚湾预算的250倍以上，将会比大亚湾实验更难获得支持。中国政府还未宣布是否会支付这一项目60亿美元（约合390亿人民币）的预算。牛津大学的物理学家布莱恩·福斯特（Brian Foster）表示，王贻芳已经证明了他有领导重大项目起步，并引进国际支持的能力。
　　他最优秀的品质之一是坚持，哈佛大学数学家丘成桐表示，“而且他往往都会成功。”

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一位基因编辑专家试图通过改进重要农作物来实现自我价值　　高彩霞：作物设计师

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　　一开始，植物生物学家高彩霞对使用CRISPRCas9技术进行基因编辑有些犹豫。这一技术正在横扫全世界的生物学实验室。她的实验室已经使用旧技术实现了82个基因的突变，转用新技术的念头让人畏惧。“一开始，我遇到了一些阻力。”高彩霞说，“然后我们决定：无论如何，我们都得试试。”　　在一年的紧张工作后，她在中国科学院遗传与发育生物学研究所的实验室第一个在农作物，特别是小麦和水稻上成功使用了这项简洁的革命性基因编辑技术。(Q. Shan et al. Nature Biotechnol. 31,686688; 2013) “如果我们在基因工程方面获得了任何经验的话，那就是必须灵活行事，适应日新月异的新技术。” 明尼苏达大学的植物生物学家丹尼尔·沃伊塔斯（Daniel Voytas）说，“彩霞就有适应的能力。”
　　在她的整个职业生涯中，高彩霞一直都在适应新变化。上大学时，高彩霞本想学医，但被分配到了农学专业。她说：“我对农学一点也不感兴趣，但我的信条一直都是：只要干这一行，就要尽力而为。” 在完成关于草原生态学的博士研究后，高彩霞再次转行，在丹麦罗斯基勒市的丹农种子公司（DLF）从事植物基因工程工作。
　　高彩霞需要找到将外来基因植入草中的方法。据DLF的研究总监克劳斯·尼尔森（Klaus Nielsen）表示，这项工作非常磨人。许多草类都难以改造，而且每一个物种——或者甚至同一物种内的基因变异型——都有可能需要特殊的生长条件组合。高彩霞以乐观著称，但有些时候，尼尔森也能看出她正备受煎熬。
　　即便如此，她仍然没有放弃。“到最后，她能在显微镜下看到其他人都看不到的东西，”尼尔森说，“每一次，她都在做出突破。”
　　在高彩霞任职于DLF公司的12年里，她实现了一次又一次的突破——完成了对几种性状的基因改造，包括控制重要草种的开花时间。但欧洲对基因改造作物的怀疑让她对自己的工作能否走出实验室感到悲观。“让一种作物上市非常困难，到最后，工作本身也无法再激励你了。” 这一点，以及让自己的孩子回到中文和祖国文化环境的愿望让她选择了回国。
　　在北京，高彩霞解决了小麦基因编辑的难题。小麦的基因工程以高难度著称，部分原因是许多小麦株系都是六倍体。很快，她就被认为是全世界最优秀的小麦基因工程专家了，沃伊塔斯说。
　　高彩霞对自己回国的决定感到很满意。中国对资助农业研究的重视程度要高于欧洲。中国政府已经批准了几种用更早的基因工程技术培育的作物，但在最近，审批的速度已经慢了下来。此外，中国也尚未决定如何监管基因编辑作物。
　　但高彩霞仍然对自己的一些成果进入市场感到乐观。与此同时，她的实验室培育的一种抗病小麦正在被一家美国公司进一步开发。作为一名乐观主义者，高彩霞拒绝接受公众对转基因生物的恐惧。“如果我在大街上遇到了一些人，询问他们（对转基因生物的观点），他们会说一点也不想要转基因生物。我就会停下来教育他们。他们都大感惊讶。”

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一位遗传学家用古人类的遗骸改写亚洲的史前史　　
付巧妹：基因组史学家

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　　付巧妹说，当她在2009年来到德国马克斯·普朗克演化人类学研究所攻读古人类基因组学博士学位时，她的心情十分紧张。她在中国的硕士研究是关于早期农民的饮食的，并没有古DNA、或者甚至基因组学方面的经验。但付巧妹一头扎进了自己的研究领域，并“成为了我们招收过的最出色的学生之一”，斯凡特· 帕波（Svante Pääbo），一位在这个位于德国莱比锡市的古基因组学研究中心工作的遗传学家这样说道。
　　在最近的20个月中，付巧妹在《自然》期刊上发表了三篇论文，帮助重新书写了欧洲最早的现代人类的历史。2016年1月，她回到中国，担任中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（以下简称古脊椎所）古DNA实验室的主任。在那里，她希望能对亚洲先民的历史掀起同样的波澜。
　　她加入帕波的团队时，他们正在进行尼安德特人基因组序列草图的收尾工作。“当时的压力真的非常大，对我来说，那时有许多有意思的事情，也有许多吓人的事情。”付巧妹说，“我在特别合适的时间来到了这个团队。”她学会了如何从远古骨骼中采集微量DNA样本，并迅速掌握了演化遗传学、生物信息学和计算机编程，以分析自己得到的数据。
　　很快，她的研究重心就转移到了在离开非洲后定居欧亚大陆的早期现代人类身上，并开始收集和分析他们的骨骼和牙齿。她为有直接测年的最早的智人DNA测了序：利用来自西伯利亚有45000年历史的一根股骨，以及来自一位4万年前男性的颌骨；该男性上溯4-6代人的祖先就是尼安德特人。她的努力成果被汇集在了一项关于51位生活在14000年到37000年间的个体的研究中。该研究表明，冰河时期的欧洲比许多人此前认为的更为动荡，一波波移民来到欧洲，并在欧洲范围内迁徙，他们是现代欧洲人的祖先之一。
　　亚洲的早期历史可能比欧洲更有戏剧性，因为在亚洲，一些远古人类物种可能曾与现代人类共存，玛丽娅· 马蒂农-多乐思（María Martinón-Torres）说。她是伦敦大学学院的一位古人类学家，目前在中国工作。付巧妹将会把自己的注意力转向最早定居亚洲的智人：早在十万年前，他们就可能已经到达亚洲了。她也想研究近至数千年前的亚洲历史——古脊椎所还有大量古人类骨骼，还没有做过DNA采集。
　　付巧妹经常被问到为什么离开西方回到中国。她回答说：“我对中国和东亚发生过什么很好奇；我觉得是时候回来了。”

有容乃大

秦为稼：极地探索

       

　　1989年，秦为稼第一次来到南极时，就爱上了这片“未知大陆”。“这是一片神秘的大陆，充满了未知和极限。”国家海洋局极地考察办公室的执行副主任秦为稼说道。
　　自那时起，他已经六次来到那片冰封的大陆，包括在1996年带领中国的第一支南极内陆考察队冲击冰穹A——南极大陆的最高点，也是被研究最少的区域之一。那是他对冰穹A的一系列远征中的第一次，这些考察累积为2009年中国南极昆仑站在冰穹A上落成。
　　相对而言，中国在极地研究领域是个后来者，但出于对自然资源的需求，以及在关于南北极的国际讨论中拥有更多发言权的考虑，中国政府对北极和南极都投入巨大。
　　去年12月，一支国际科考队借助中国的首架极地固定翼飞机，搭载透冰雷达和其他传感设备，在南极洲东部伊丽莎白公主地区上空数千平方公里的区域考察了冰下的特征。“这是对南极大陆上我们所知极少的一部分区域的首次同类研究，”英国伦敦帝国学院的冰川学家马丁·西格特（Martin Siegert）表示，“而且结果非常引人注目。”
　　领队秦为稼表示，科考队发现了地球上最长的峡谷，以及南极冰盖下最大的融水流域之一。
　　展望未来，秦为稼希望中国能够从冰穹A上取回地球上最古老的冰，它有助于揭开南极冰盖的历史，并告诉我们冰盖曾发生过哪些变化。“只有到那时，”秦为稼说，“我们才能预测冰盖会对变化的气候作何反应。”

有容乃大

陆朝阳：量子鬼才

　　在浙江省的一个小村庄上学时，陆朝阳爱上了物理学。“你能通过几行简单的公式理解世间万物是如何运作的。”他说。

　　现在，陆朝阳是中国正在大力发展的量子信息技术领域一颗冉冉升起的新星——量子信息技术最终可能会产生强大的计算和通信安全新方法。33岁的陆朝阳是中国科技大学的一位物理学家，以量子纠缠研究闻名。量子纠缠指不同粒子无论相隔多远，量子态都可以相互关联的现象。他曾实现过八光子纠缠——这是一项世界纪录——还提交过使用了十光子纠缠的成果。这些成就让维也纳量子科学与技术中心的量子物理学家安东·蔡林格（Anton Zeilinger）将陆朝阳称作“光子纠缠鬼才”。他也曾与导师潘建伟院士一起完成过量子隐形传态方面的开拓性工作。量子隐形传态指的是将一个粒子的量子态传输到另一个粒子上。

　　正是潘院士鼓励了陆朝阳去英国剑桥大学完成博士学业，也是潘院士说服了他回到中国，并承诺中国政府正在对量子信息技术大力投入，有才华的年轻物理学家可以把精力集中在研究工作，而不是寻找资金上。陆朝阳的目标是将量子纠缠扩展到可以用于计算的程度。“首次见证量子计算机的表现超过传统计算机会是非常激动人心的体验。”陆朝阳说。

有容乃大

顶级环保官员解决空气污染问题

　　陈吉宁：污染斗士

　　陈吉宁有一份棘手的工作。作为中国环境保护部的部长，他对笼罩中国城市的空气污染、饮用水污染和农田中的有毒化合物污染等环境污染现象负有治理责任。面对全世界环境污染最严重的国家之一，陈吉宁面临的挑战十分艰巨，但在上任的头15个月中，他已经通过大力清理腐败现象、确保地方官员和企业遵守环境法规，获得了许多环保人士和科学家同僚的信任。
　　“对地方官员在环境质量方面的问责更严格了。”绿色和平组织东亚分部的项目副总监李雁说。目前在北京工作的李雁表示，由于陈吉宁在减轻空气污染方面的努力往往也会减少碳排放，他的改革措施的效益远远不仅限于实施地区：“他的措施有着重大的全球影响。”
　　1993年，在伦敦帝国学院取得博士学位后，陈吉宁在中国学术界步步升职，并在2012年成为了清华大学的校长。而现在，他似乎也能成为中国进入现代以来最有实权的环保部长。
　　他被任命为环保部部长时，一条扩大环保部监管权力的法律刚好获得通过。上任之后，他还为环保部争取了更多的权力，以调查和处理污染者。在今年5月，他的要求获得了批准。这更方便他在地方官员未能实行政府的许多环保和发展政策时加以干涉。
　　在打击污染之外，陈吉宁还致力于加强环境评估，并通过在环保部网站上公布更多环境监测数据（包括空气污染指数）和环境执法信息增强了环保工作的透明度。
　　陈吉宁通常不愿与媒体联系，但他的科学家同僚们表示，他一直愿意听取外界科学家和国际专家在空气污染等议题上的建议，并与他们展开合作。
　　“他曾说过，中国的环境保护史是一部关于环境和发展领域国际合作的历史。”世界资源研究所中国区的首席代表李来来说。陈吉宁曾担任过世界资源研究所的中国顾问委员会的成员。
　　然而，陈吉宁部长仍然面临着巨大的挑战。中国人民要求政府治理环境的呼声越来越高，但中国工业的快速崛起积累了大量环境问题。治理大城市的空气污染或许是陈吉宁面临的最容易的任务；环境监管者们才刚刚了解水体和土壤污染的程度。
　　即使在环境成本十分明显时，政府部门仍然在继续批准工业项目，山东省生态学会研究员、环境工程师刘大胜表示。刘大胜认为，“他（陈吉宁）的权力比以往更大了”，但他也面临着“更重大的责任”。