《自然》選出十位中國科學之星Nature selects ten science stars of China
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中國
科學之星
「
從古老的DNA到中微子和神經科學，中國的頂尖研究者們正在發揮巨大的影響——並提升著他們的祖國在全球科學界的地位。
頂級空間科學官員胸懷遠大研究計劃
吳季：衝上雲霄
在吳季的辦公室里，擺設著一系列航天器模型，其中包括執行了中國首次探月任務的嫦娥3號探測器和玉兔號月球車。2013年12月的那次遠征吸引了全世界的目光，並表明了中國在航天探索方面的雄心壯志。但對從2003年起開始擔任中國科學院國家空間科學中心主任的吳季來說，更大的轉折點發生在探月任務的將近三年前。
2011年1月11日，吳季得知他的中心，也是中科院下屬機構之一，獲得了一筆資金，支持研發一系列用於科學探索的航天器。吳季和其他人表示，在那以前，中國幾乎所有航天任務的主要目的都是提升國家形象，或者展示技術優勢。
2011年的這一通知是十多年來的研究、說服和國際合作的結晶。這主要是吳季的功勞，也是中國科學事業的一個新紀元。「中國已經改變了方向，並已成為了航天領域最重要的成員。」 歐洲航天局前科學部主任羅傑-莫里斯·博內特（Roger-Maurice Bonnet）表示。他是中國國家空間科學中心的顧問，並在非營利組織國際空間科學研究所擔任科學家。
目前，國家空間科學中心已啟動了兩項新計劃。其中一項是悟空號，一顆旨在搜索暗物質粒子——人們認為暗物質佔據了全宇宙所有物質的85%——的探測衛星。吳季表示：「每天都有新的數據被傳輸回來。」 他還說，在今年年底，悟空號團隊有可能會宣布一項足以「登上科學史冊」的發現。
在2016年的下一個任務是全世界首個研究量子糾纏現象的空間實驗，並將發射硬X射線調製望遠鏡（HXMT）。HXMT能覆蓋大片天空，比起其他寬視場望遠鏡來說，對能量較高的射線有著更高的靈敏度。
自2011年起，這些航天任務的資金投入總計達30億元左右（約合4.55億美元）。吳季說服了中國科學院和中央政府的管理層，使他們相信國家空間科學中心提議的這些基礎空間科學項目會帶來突破性的發現，並得到了資金。他的主張也與政府倡導加大對基礎研究投入的步調一致。
對吳季個人來說，他非常注重強調中國的研究工作必須依靠科研的內在價值，而不僅僅是其對國家的重要性而獲得稱賞。他說：「沒有中國的空間科學這回事，只有科學。」
對空間研究項目來說，申請資金一直是個難題。因為資金是以五年為周期發放的，而在這麼短的時間內研究團隊還來不及成熟。但吳季相信空間科學會得到更穩定的支持來源——尤其是如果最近的那些衛星產出了理想的結果的話——因為中國的政治家和公眾都愈發意識到了科學探索的重要性。吳季說：「我們是個大國，應該對人類文明做出貢獻。」
葉玉如：牽線搭橋
在她職業生涯的大部分時間裡，葉玉如一直在牽線搭橋。葉玉如出生於香港，她在哈佛大學醫學院攻讀了博士學位，研究神經遞質，並在那時找到了自己的科研志向。然後，她跨界進入生物技術行業，探索支持神經元存活和發育的神經營養因子。1993年，她攜知識和經驗回到故土，並加入了剛剛成立兩年的香港科技大學。
她說，搬到一個不以研究著稱的地方「被認為是很大膽的舉動」，但她想為香港做出貢獻。自那時起，她通過自己的領導和研究工作，促進了香港科學和生物技術的發展。「我睡得非常少，」葉玉如說，她每天的工作時間超過12小時。她還稱讚了自己的支持團隊。「當你在做自己喜歡的事情的時候，時間就過得飛快。」 她很大一部分的工作時間都與自己的大型研究團隊共同渡過；這支團隊橫跨了基礎神經生物學和神經性疾病的轉化研究等領域。
回國以來，葉玉如見證了巨大的轉變：香港在1997年回歸中國，她也見證了中國大陸科學的蓬勃發展。現在，葉玉如正在搭起一座溝通大陸的橋樑：她希望能接觸到大量患有阿爾茨海默病等疾病的人口，以推進臨床研究；培訓同時具有臨床醫學和研究技能的人才，並在中國正在開展的一項大型腦計劃中的承擔重要角色。「我告訴我的學生們，有時你並不知道研究會帶你走向何方。」
崔維成：深海蛟龍
崔維成永遠不會忘記他人生中最重要的一次下潛。四年前，他乘坐蛟龍號深潛器，達到了太平洋馬里亞納海溝7000米的深度。崔維成說：「那裡十分荒蕪，但有種奇異的美感。」他是載人深潛計劃的領導者之一。
蛟龍號使得中國成為了少數幾個有能力探索深海的國家之一。蛟龍號得名於神話中的海中巨龍，它的下潛深度大於所有其他現役中的研究型載人研究深潛器，讓中國得以探索99.8%的洋底。
「這象徵著中國在深海研究領域日益增加的雄心壯志和領導能力。」美國伍茲霍爾海洋研究所的海洋地球物理學家林間表示。直到最近，中國的海洋研究還主要聚焦于海岸水域和近海水域。但出於不斷增長的資源需求、以及在有關海域的國際爭端中取得更有力立場的目的，中國正在提升對深海科學研究的支持。
崔維成目前就職於上海海洋大學，他的目標是到達地球上最深的所在：深達11000米的馬里亞納海溝底部的挑戰者深淵。為了實現這一目標，他正領導著建造一艘更抗水壓的三人深潛器——彩虹魚號，預計將花費6100萬美元（約合4億元人民幣）。
崔維成說，在2020年建成後，彩虹魚號將供全世界科學家使用。「海洋屬於全人類，而不是單個的國家。」
結構生物學家解碼問題蛋白質
顏寧：晶體行家
小時候，顏寧讀過一本16世紀的中國經典小說，小說的主角是一隻可以變身成為其他動物的猴子。顏寧很想知道如果自己也能變身會是什麼感覺：「如果你能把自己縮小到分子或蛋白質的大小，那一定是個截然不同的世界。」她還記得自己這樣想道。現在，作為一名頂尖的結構生物學家，顏寧每天都生活在那個世界裡，研究蛋白質在原子層面如何工作。她說：「我成為結構生物學家幾乎是命中注定的。」
顏寧在普林斯頓大學做了博士和博士後研究，並於2007年在清華大學設立了自己的實驗室。當時她30歲，是全中國最年輕的女性正教授之一。她致力於解析鑲嵌在細胞質膜上的蛋白質的結構，一個以難解而著稱的問題。
她的目標之一是人類葡萄糖轉運蛋白GLUT1——一種對向細胞提供能量至關重要的蛋白質。許多實驗室都試圖解析它的結構，但都未能成功，一部分原因是GLUT1很容易改變形狀。顏寧使用了一系列技巧來限制它的變化，最終成功結晶，並在2014年解析出了它的結構。
加州大學洛杉磯分校的生物化學家羅納德·卡巴克（Ronald Kaback）表示：「50多年來，人們一直在試圖結晶GLUT1，然後突然之間，她就得到了答案。」
顏寧還在接連不斷地做出發現，包括一系列備受關注的結構。大多數夜晚，她都會熬夜到凌晨兩三點，並翹掉晨會，好儘可能在實驗室多呆一會兒。與此同時，顏寧也成為了一位呼籲為女性和青年科學家提供更好條件的知名倡議者。
她對使用最新的技術，比如冷凍電子顯微鏡技術感到十分興奮。冷凍電子顯微鏡使研究者們得以在蛋白質的自然狀態下研究它們的細微結構，而不是以純化的晶體形式。顏寧說，在中國工作的優勢之一是從來不用擔心資金，並認為結構生物學在中國有光明的前景。「進步的空間是無窮的。」
王貽芳：粒子能量
王貽芳有個計劃，要將中國推向粒子物理研究的第一線。王貽芳是中國科學院高能物理研究所的所長，他想建造一座周長50-100千米的環形粒子對撞機，超越歐核中心周長27千米的大型強子對撞機（LHC）。該中心是一個位於瑞士日內瓦的粒子物理實驗室。
這一計劃非常大膽，特別是對一個現存最大對撞系統的周長只有250米的國家來說。王貽芳的計劃是建立兩台設備：一台探索希格斯玻色子，在2028年左右投入運行。隨後的設備將會使用同一條隧道，用至多七倍於LHC的能量擊碎粒子。
中國將不得不與歐核中心競爭；歐核中心也想設立一台後LHC時代的設備。雖然中國目前仍然處於下風，但王貽芳的計劃已經得到了越來越多的支持，普林斯頓高等研究院的理論物理學家尼馬·阿爾坎尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）這樣表示。在2013年，王貽芳聘請他出任了中國科學院高能物理前沿研究中心的主任。「現在這不僅僅是幻想了；這真的有可能發生，」阿爾坎尼-哈米德說。
王貽芳說，他敢於申請這個計劃，是因為大亞灣核反應堆中微子實驗的成功。在2012年，他擊敗了各國的競爭對手，領導這項國際合作，測量出了一項決定中微子變化的參數。
中國超級對撞機的耗資將是大亞灣預算的250倍以上，將會比大亞灣實驗更難獲得支持。中國政府還未宣布是否會支付這一項目60億美元（約合390億人民幣）的預算。牛津大學的物理學家布萊恩·福斯特（Brian Foster）表示，王貽芳已經證明了他有領導重大項目起步，並引進國際支持的能力。
他最優秀的品質之一是堅持，哈佛大學數學家丘成桐表示，「而且他往往都會成功。」
一位基因編輯專家試圖通過改進重要農作物來實現自我價值
高彩霞：作物設計師
一開始，植物生物學家高彩霞對使用CRISPR–Cas9技術進行基因編輯有些猶豫。這一技術正在橫掃全世界的生物學實驗室。她的實驗室已經使用舊技術實現了82個基因的突變，轉用新技術的念頭讓人畏懼。「一開始，我遇到了一些阻力。」高彩霞說，「然後我們決定：無論如何，我們都得試試。」
在一年的緊張工作後，她在中國科學院遺傳與發育生物學研究所的實驗室第一個在農作物，特別是小麥和水稻上成功使用了這項簡潔的革命性基因編輯技術。(Q. Shanet al. Nature Biotechnol.31,686–688; 2013) 「如果我們在基因工程方面獲得了任何經驗的話，那就是必須靈活行事，適應日新月異的新技術。」 明尼蘇達大學的植物生物學家丹尼爾·沃伊塔斯（Daniel Voytas）說，「彩霞就有適應的能力。」
在她的整個職業生涯中，高彩霞一直都在適應新變化。上大學時，高彩霞本想學醫，但被分配到了農學專業。她說：「我對農學一點也不感興趣，但我的信條一直都是：只要幹這一行，就要儘力而為。」 在完成關於草原生態學的博士研究後，高彩霞再次轉行，在丹麥羅斯基勒市的丹農種子公司（DLF）從事植物基因工程工作。
高彩霞需要找到將外來基因植入草中的方法。據DLF的研究總監克勞斯·尼爾森（Klaus Nielsen）表示，這項工作非常磨人。許多草類都難以改造，而且每一個物種——或者甚至同一物種內的基因變異型——都有可能需要特殊的生長條件組合。高彩霞以樂觀著稱，但有些時候，尼爾森也能看出她正備受煎熬。
即便如此，她仍然沒有放棄。「到最後，她能在顯微鏡下看到其他人都看不到的東西，」尼爾森說，「每一次，她都在做出突破。」
在高彩霞任職於DLF公司的12年里，她實現了一次又一次的突破——完成了對幾種性狀的基因改造，包括控制重要草種的開花時間。但歐洲對基因改造作物的懷疑讓她對自己的工作能否走出實驗室感到悲觀。「讓一種作物上市非常困難，到最後，工作本身也無法再激勵你了。」 這一點，以及讓自己的孩子回到中文和祖國文化環境的願望讓她選擇了回國。
在北京，高彩霞解決了小麥基因編輯的難題。小麥的基因工程以高難度著稱，部分原因是許多小麥株系都是六倍體。很快，她就被認為是全世界最優秀的小麥基因工程專家了，沃伊塔斯說。
高彩霞對自己回國的決定感到很滿意。中國對資助農業研究的重視程度要高於歐洲。中國政府已經批准了幾種用更早的基因工程技術培育的作物，但在最近，審批的速度已經慢了下來。此外，中國也尚未決定如何監管基因編輯作物。
但高彩霞仍然對自己的一些成果進入市場感到樂觀。與此同時，她的實驗室培育的一種抗病小麥正在被一家美國公司進一步開發。作為一名樂觀主義者，高彩霞拒絕接受公眾對轉基因生物的恐懼。「如果我在大街上遇到了一些人，詢問他們（對轉基因生物的觀點），他們會說一點也不想要轉基因生物。我就會停下來教育他們。他們都大感驚訝。」
一位遺傳學家用古人類的遺骸改寫亞洲的史前史
付巧妹：基因組史學家
付巧妹說，當她在2009年來到德國馬克斯·普朗克演化人類學研究所攻讀古人類基因組學博士學位時，她的心情十分緊張。她在中國的碩士研究是關於早期農民的飲食的，並沒有古DNA、或者甚至基因組學方面的經驗。但付巧妹一頭扎進了自己的研究領域，並「成為了我們招收過的最出色的學生之一，」斯凡特?帕波（Svante P??bo），一位在這個位於德國萊比錫市的古基因組學研究中心工作的遺傳學家這樣說道。
在最近的20個月中，付巧妹在《自然》期刊上發表了三篇論文，幫助重新書寫了歐洲最早的現代人類的歷史。2016年1月，她回到中國，擔任中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱古脊椎所）古DNA實驗室的主任。在那裡，她希望能對亞洲先民的歷史掀起同樣的波瀾。
她加入帕波的團隊時，他們正在進行尼安德特人基因組序列草圖的收尾工作。「當時的壓力真的非常大，對我來說，那時有許多有意思的事情，也有許多嚇人的事情。」付巧妹說，「我在特別合適的時間來到了這個團隊。」她學會了如何從遠古骨骼中採集微量DNA樣本，並迅速掌握了演化遺傳學、生物信息學和計算機編程，以分析自己得到的數據。
很快，她的研究重心就轉移到了在離開非洲後定居歐亞大陸的早期現代人類身上，並開始收集和分析他們的骨骼和牙齒。她為有直接測年的最早的智人DNA測了序：利用來自西伯利亞有45000年歷史的一根股骨，，以及來自一位4萬年前男性的頜骨；該男性上溯4-6代人的祖先中就是尼安德特人。她的努力成果被彙集在了一項關於51位生活在14000年到37000年間的個體的研究中。該研究表明，冰河時期的歐洲比許多人此前認為的更為動蕩，一波波移民來到歐洲，並在歐洲範圍內遷徙，他們是現代歐洲人的祖先之一。
亞洲的早期歷史可能比歐洲更有戲劇性，因為在亞洲，一些遠古人類物種可能曾與現代人類共存，瑪麗婭?馬蒂農-多樂思（María Martinón-Torres）說。她是倫敦大學學院的一位古人類學家，目前在中國工作。付巧妹將會把自己的注意力轉向最早定居亞洲的智人：早在十萬年前，他們就可能已經到達亞洲了。她也想研究近至數千年前的亞洲歷史——古脊椎所還有大量古人類骨骼，還沒有做過DNA採集。
付巧妹經常被問到為什麼離開西方回到中國。她回答說：「我對中國和東亞發生過什麼很好奇；我覺得是時候回來了。」
秦為稼：極地探索
1989年，秦為稼第一次來到南極時，就愛上了這片「未知大陸」。「這是一片神秘的大陸，充滿了未知和極限。」國家海洋局極地考察辦公室的執行副主任秦為稼說道。
自那時起，他已經六次來到那片冰封的大陸，包括在1996年帶領中國的第一支南極內陸考察隊衝擊冰穹A——南極大陸的最高點，也是被研究最少的區域之一。那是他對冰穹A的一系列遠征中的第一次，這些考察累積為2009年中國南極崑崙站在冰穹A上落成。
相對而言，中國在極地研究領域是個後來者，但出於對自然資源的需求，以及在關於南北極的國際討論中擁有更多發言權的考慮，中國政府對北極和南極都投入巨大。
去年12月，一支國際科考隊藉助中國的首架極地固定翼飛機，搭載透冰雷達和其他感測設備，在南極洲東部伊麗莎白公主地區上空數千平方公里的區域考察了冰下的特徵。「這是對南極大陸上我們所知極少的一部分區域的首次同類研究，」英國倫敦帝國學院的冰川學家馬丁·西格特（Martin Siegert）表示，「而且結果非常引人注目。」，
領隊秦為稼表示，科考隊發現了地球上最長的峽谷，以及南極冰蓋下最大的融水流域之一。
展望未來，秦為稼希望中國能夠從冰穹A上取回地球上最古老的冰，它有助於揭開南極冰蓋的歷史，並告訴我們冰蓋曾發生過哪些變化。「只有到那時，」秦為稼說，「我們才能預測冰蓋會對變化的氣候作何反應。」
陸朝陽：量子鬼才
在浙江省的一個小村莊上學時，陸朝陽愛上了物理學。「你能通過幾行簡單的公式理解世間萬物是如何運作的。」他說。
現在，陸朝陽是中國正在大力發展的量子信息技術領域一顆冉冉升起的新星——量子信息技術最終可能會產生強大的計算和通信安全新方法。33歲的陸朝陽是中國科技大學的一位物理學家，以量子糾纏研究聞名。量子糾纏指不同粒子無論相隔多遠，量子態都可以相互關聯的現象。他曾實現過八光子糾纏——這是一項世界紀錄——還提交過使用了十光子糾纏的成果。這些成就讓維也納量子科學與技術中心的量子物理學家安東·蔡林格（Anton Zeilinger）將陸朝陽稱作「光子糾纏鬼才」。他也曾與導師潘建偉院士一起完成過量子隱形傳態方面的開拓性工作。量子隱形傳態指的是將一個粒子的量子態傳輸到另一個粒子上。
正是潘院士鼓勵了陸朝陽去英國劍橋大學完成博士學業，也是潘院士說服了他回到中國，並承諾中國政府正在對量子信息技術大力投入，有才華的年輕物理學家可以把精力集中在研究工作，而不是尋找資金上。陸朝陽的目標是將量子糾纏擴展到可以用於計算的程度。「首次見證量子計算機的表現超過傳統計算機會是非常激動人心的體驗。」陸朝陽說。
頂級環保官員解決空氣污染問題
陳吉寧：污染鬥士
陳吉寧有一份棘手的工作。作為中國環境保護部的部長，他對籠罩中國城市的空氣污染、飲用水污染和農田中的有毒化合物污染等環境污染現象負有治理責任。面對全世界環境污染最嚴重的國家之一，陳吉寧面臨的挑戰十分艱巨，但在上任的頭15個月中，他已經通過大力清理腐敗現象、確保地方官員和企業遵守環境法規，獲得了許多環保人士和科學家同僚的信任。
「對地方官員在環境質量方面的問責更嚴格了。」綠色和平組織東亞分部的項目副總監李雁說。目前在北京工作的李雁表示，由於陳吉寧在減輕空氣污染方面的努力往往也會減少碳排放，他的改革措施的效益遠遠不僅限於實施地區：「他的措施有著重大的全球影響。」
1993年，在倫敦帝國學院取得博士學位後，陳吉寧在中國學術界步步升職，並在2012年成為了清華大學的校長。而現在，他似乎也能成為中國進入現代以來最有實權的環保部長。
他被任命為環保部部長時，一條擴大環保部監管權力的法律剛好獲得通過。上任之後，他還為環保部爭取了更多的權力，以調查和處理污染者。在今年5月，他的要求獲得了批准。這更方便他在地方官員未能實行政府的許多污染和發展政策時加以干涉。
在打擊污染之外，陳吉寧還致力於加強環境評估，並通過在環保部網站上公布更多環境監測數據（包括空氣污染指數）和環境執法信息增強了環保工作的透明度。
陳吉寧通常不願與媒體聯繫，但他的科學家同僚們表示，他一直願意聽取外界科學家和國際專家在空氣污染等議題上的建議，並與他們展開合作。
「他曾說過，中國的環境保護史是一部關於環境和發展領域國際合作的歷史。」世界資源研究所中國區的首席代表李來來說。陳吉寧曾擔任過世界資源研究所的中國顧問委員會的成員。
然而，陳吉寧部長仍然面臨著巨大的挑戰。中國人民要求政府治理環境的呼聲越來越高，但中國工業的快速崛起積累了大量環境問題。治理大城市的空氣污染或許是陳吉寧面臨的最容易的任務；環境監管者們才剛剛了解水體和土壤污染的程度。
即使在環境成本十分明顯時，政府部門仍然在繼續批准工業項目，山東省生態學會研究員、環境工程師劉大勝表示。劉大勝認為，「他（陳吉寧）的權力比以往更大了」，但他也面臨著「更重大的責任」。
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