学术活动
（生物物理学报2010 年3月第26卷第3期:171-176）
做科学研究，要有一颗好奇的心，要有探索的精神，要不断创新，
要持之以恒，要注重积累和总结，要有一份执着，要担负起社会的责任
二零零九年七月，在桂林举行的中国生物物理大会上，我荣幸地成为首届“贝时璋青年生物物理学家奖”获得者。贝时璋先生是我国生物物理学的奠基人，为我国生物物理学事业的发展付出了毕生的精力，留下了不可磨灭的光辉。“贝时璋青年生物物理学家奖”当属我国生物物理学研究领域中青年学者的最高荣誉。当得知荣获首届“贝时璋青年生物物理学家奖”的时候，我心中充满了感激，非常感谢学会的师长、前辈和同行对我过去工作的肯定以及对我未来工作的期望，我自知与“贝时璋青年生物物理学家”之称号尚有距离，当以此奖励作为动力之源泉，努力工作，为我国生物物理学的发展做出自己最大的贡献，为人类科学事业添砖加瓦。
因获此奖，《生物物理学报》邀请我写一些文字，就自己一路走来的研究心得、感想和经验与青年学生和教师分享。平日埋于学术研究和日常繁务，静下心来细细品味过去十年的得与失，顿感茫然，竟不知如何下笔———是应该好好总结一下了，感谢“学报”所给予的此次机会。仔细思索过去的科研成长道路，总结起来，对神奇的物质世界的好奇之心是驱使我选择并最终走上科研道路的内在源泉，而对国家与社会发展需求的责任之心是我在科研道路上不懈奋斗的外在动力，我想就以我的所做、所思和所得来谈谈我个人对科学研究事业的认识。
嗜新奇之物
记得有一句话：“兴趣是最好的老师”。的确，正是对自然科学的无限热爱促使我选择了科学研究。在这里，我应该对那些为我国科普工作做出大量贡献并付出毕生精力的人们表示衷心的感谢，由于他们的工作，我们儿时才有机会接触到诸如《十万个为什么》、《爱迪生传》、《孙悟空大闹原子世界》、《爱因斯坦与相对论》等书籍，这些科普书籍唤起了我对神秘的物质世界的极大兴趣，“我长大了要当科学家！”———这可能代表了那个时代大部分同龄人的心声。随着年龄的增长，这种兴趣逐渐演变成对五彩缤纷的物质世界背后那简洁优美的自然规律的欣赏，并逐渐升华为一种哲学信仰。
对自然科学的好奇之心也促使我如饥似渴地学习知识。记得曾经在初中时就开始自学三角函数和向量几何，高中时为了学习电动力学自学了很多微积分课程，为了解5次方程不可解问题曾尝试自学群论。知道得越多，不解的问题也就越多，兴趣也就越浓厚，学习和研究的动力也就越足，我的求学过程就是在这样的良性循环下完成的。
2007年在IBP电镜室
大学期间正值我国生命科学研究的崛起阶段，那时的我开始对分子生命科学产生浓厚的兴趣。我始终相信在繁复的生命现象背后一定包含着深刻而简洁的规律，并开始立志寻找这支配生命现象的一般性规律。如同很多前辈科学家一样，我选择了生物物理学作为钻研的方向。然而，随着学习和研究的深入，我发现生命科学并没有想象中那么简单，有太多的未知问题需要解决。对于固体物理理论的学习让我深信结构基础决定功能属性，因此我对蛋白质、核酸等大分子的三维结构产生了兴趣。特别是在参观南京大学核磁实验室时，蛋白质的精细三维结构在计算机屏幕上旋转的那一幕，立刻勾住了我的眼球，当时就对可以无限“窥探”和“亲密”接触这些肉眼看不到的生物大分子而感到无比神往。当然，真正“接触”和“抚摸”生物大分子的三维结构，还是在清华大学师从饶子和院士开始进行结构生物学研究后的事情了。在清华大学攻读博士学位期间我学习了很多生物学前沿知识，随着对结构生物学了解的日趋深入，我认识到许多谜题尚未解开，如众多蛋白质复合体和膜蛋白的三维结构还没有被解析，这些问题再次激发了我的研究兴趣，伴随着这些兴趣，我最终选择生物物理与结构生物学作为持久的研究方向。
毫无疑问地说，是对生命现象的好奇心和对自然界规律朴素美的信仰让我最终走在了现在的研究道路上。每一个来我的研究组读博士的学生被我问的第一个问题就是———“是否对我们从事的结构生物学研究工作感兴趣？”，因为我相信———兴趣是最好的老师，是源动力。
寻事物之本
除了对表面现象的好奇以外，更加吸引我的是事物背后的本质，我有个习惯就是喜欢刨根问底。所谓“知其然还要知其所以然”，只有把仪器设备的工作方式和技术方法的基本原理弄清楚了，我心里才会觉得比较踏实，对产生的实验数据和结果才比较信任，并且也知道可能存在的局限性和假象。
记得博士期间第一次利用Ni柱纯化目的蛋白，师姐让我配制结合缓冲液，其成分比较复杂，有Triton-X100，有甘油，还有一定浓度的NaCl，我当时就问为什么要加入这些试剂，师姐也没有回答出这些问题。后来经过讨论，我们得出了比较合理的解释———Triton-X100是去污剂，有两个作用：一个是有利于细菌的破碎，一个是减少介质与蛋白质的非特异相互作用；甘油能够减弱蛋白间的疏水相互作用，有利于减少目的蛋白与杂蛋白
的非特异疏水相互作用；NaCl能够形成水合离子氛，增加溶液的介电常数，从而减弱蛋白之间的静电相互作用，有利于减少目的蛋白与杂蛋白的非特异静电相互作用，当然一定浓度的NaCl对于维持目的蛋白的稳定性也是重要的。这些“刨根问底”的讨论让我对蛋白质的纯化原理有了深刻的了解，同时也牢牢掌握了蛋白质纯化的一些技巧，对于日后解决其他蛋白的纯化问题有莫大的帮助。
在应用SOLVE程序对蛋白质晶体衍射数据的相位进行求解的时候，有一个重要的参数叫做品质因子渊figure of merit冤，师姐告诉我只有当这个参数大于0.4时计算出的电子密度图才能够用于模型搭建，师姐的经验没有错，但是我却希望搞清楚这其中的道理。虽然我当时已经掌握了一些蛋白质晶体结构解析的技巧，能够熟练应用各种晶体学程序解决实际的问题，但只要一天不搞清楚这套理论的核心本质，心中就一直有个疙瘩没有解开。直到后来，在处理猪心线粒体呼吸链复合体域的晶体衍射数据时，我系统地学习了蛋白质晶体学相位求解的一些高级技术，终于弄明白品质因子是评价相位概率分布的一个指标，越接近1表明相位求得越准确；而更加本质的是Hendrickson-Lattman系数渊HL系数冤———对于不同来源的相位信息，只需将其各自的HL 系数相加就可以实现相位信息的整合渊phasecombination冤，基于这点认识，我成功地将分子置换和反常散射的相位信息合并在一起，得到了大大改善的电子密度图，利用这种密度图，我最终解出了线粒体呼吸链复合体II的晶体结构。
不求甚解从来都不是我的习惯，在刚刚踏入电镜三维重构领域时，全新的领域带来了全新的知识，但不变的还是我“刨根问底”的求本之心。比如碰到“透射电镜的点分辨率”和“衬度传递函数”等概念时，虽然在一些书籍和文献上有现成的计算公式，但都比较复杂，对于初入此领域的我来说能“参透”的也仅是皮毛，只知道它们与电镜的加速电压、球差系数和欠焦量等都有关系。在没有透彻理解这些公式前，我在开展实际研究工作时倍感困难，后来买到了John C.H.Spence 的High-Resolution Electron Microscopy 一书，仔细学习了其中的电子光学和电镜成像波动理论，才对以上公式中的参数和公式的推导有了清楚的认识，这对于我有的放矢地开展电镜三维重构研究非常重要。
立与众之异
对新事物未知事物的好奇也包含着创造和发现新事物的欲望，这种欲望经过时间的洗礼逐渐演变成一种人生哲学———我时常给自己讲一句话“出奇方能制胜”。
记得在初中学习平面几何的时候，老师在放学前布置了一道证明题，我知道有很多证法，而且知道同学们大多会采用这些方法，我决定构造一种全新的与大家都不同的证明方法。下课了大家都把作业交了上去，而我还在思索中，最后终于“挖空心思”找到了全新的证法———这次成功也让我尝到了创新后的喜悦。
在博士期间，刚好是SARS 在我国肆虐的时候，实验室在饶老师的带领下全面展开了关于SARS冠状病毒结构基因组的研究。除了3C蛋白外，其他复制酶的结构研究一度出现困难，后来我所在的小组接手了大部分复制酶，当时我有一个想法———必须打破之前的常规思路，若单独去做这些蛋白的结晶比较困难的话，不妨检测一下这些蛋白间的相互作用，若有相互作用，就可以尝试对复合体进行结晶实验。按照这个思路，翟宇佳博士和我发现复制酶nsp7 和nsp8 有非常稳定的相互作用，并最终解析了SARS 冠状病毒复制酶nsp7-nsp8的16 聚合体的晶体结构。这段研究经历让我对创新的认识从内在的冲动上升到了主观的需求。
现在有幸能够带领独立的研究组从事研究工作，我深感生命科学的飞速发展，但仍存在很多前沿问题面临解决，而前人的努力已经证明传统的思路和方法是很难奏效的。在这样的形势下，经过思考后的我认为必须要在方法学上进行发展和创新，才能在一些关键的应用问题研究上产生质的突破。正是基于这样的思考，我决定将方法学创新和应用研究结合起来，闯一条别人没有走过的道路出来。
持不懈之恒
“台上三分钟，台下十年功”———儿时母亲就这样教导我。科学研究工作是非常艰辛的，失败的时候总是远远多于成功的瞬间，因此需要有足够的毅力才能够在科学上有所成就———这是我经过五年的博士学习所领会到的。
2002年，饶老师安排我从事线粒体呼吸链复合体域的结构研究，之前这个样品曾经长出过晶体，可是经过了近一年的重复和努力我们却并没有获得这个“曾经”的晶体。后来SARS爆发，又使这个工作停滞近半年的时间。经过短暂的动摇之后，我下定决心要把这个题目做出来。功夫不负有心人，在全面修改蛋白纯化方案之后，我们发现仅仅需要在结晶液中加入蔗糖就可以长出晶体，在这个突破的基础上，我们最终解析了线粒体呼吸链复合体域的晶体结构。现在回想起来，如果没有当时的一点点坚持，是不可能完成这个课题的。
研究组全体成员2009年合影
博士学习的经验让我真正学会了坚持，并且把这种态度带到了我现在的研究组。三年来，有很多事情再次说明了坚持的重要性。有个学生获得了一种酶的晶体，X射线衍射质量非常好，带到日本Photon Factory收集了多波长反常散射数据，在做XAFS 时观察到了非常强的硒元素的反常散射信号，衍射点也非常锐利，我们当时觉得其结构解析将非常容易，可是在处理数据的时候却发现这是一个罕见的“三晶”，现有的所有程序都试过了，都没办法解出其结构。这个学生有点气馁了，我告诉他———既然我们已经知道问题所在，就一定可以解决，只要我们能够坚持不放弃。后来，我们针对这个晶体的特点自行编写了程序，最终解出了这个蛋白的晶体结构。还有一个例子是关于分子伴侣的结构解析问题，我们研究的二型分子伴侣分子量在1MD以上，晶体倒是比较容易生长，但是从晶体优化到衍射数据收集却花费了我们半年的时间，之后又遇到了相位求解的问题，又是整整一年的时间，我们最终利用低温电镜的密度图作为初始相位解析出了该分子伴侣的晶体结构。回顾这个题目，有很多学生的参与，历时近三年，如果没有持续的坚持，我们是无法取得成功的，所以我常常以这个题目为例教导我的学生要学会坚持。
求积累之果
有一天家里电脑的一块硬盘坏了，拆开了发现正好是读博士期间所用电脑的那块硬盘，博士早期所查阅的一些资料、编写的一些文档和程序代码就永远地丢失了，虽然这些材料我已经很久没有使用了，但是仔细想起来还是觉得可惜，因为再次查阅那些资料还要花费时间，重新编写那些程序代码还要花费精力。从这件事情出发，我深刻地思索了过去的学习和工作，感觉到时间的宝贵和积累的重要性，如果过去每一天所做的事情能有点滴为今天所用，那么今天就会有更多时间和精力开展过去所未做过的事情，真正实现创新。我曾经去美国圣迭哥的Scripps 研究所进行为期三个月的访问，期间在AMI 渊AutomatedMolecular Imaging冤研究组学习他们的电镜数据自动化采集系统Leginon。这套系统从一个想法开始到目前的第六个版本经历近十年的时间，期间研究组一直坚持做这个系统，多年积累下来，他们已经将Leginon 做得非常完善，这让我觉得做科学研究必须踏踏实实、持之以恒、并注重积累，如此方能有所成就———美国的科学家就是这么做的。
在Scripps研究所与Jack Johnson 合影
从事科学研究需要注重积累，这也意味着所从事的研究工作要有一定的系统性，否则也会让积累失去了意义。饶老师曾经教导我们“不要学习狗熊掰棒子，掰一瓣丢一瓣”，说的也是这个意思。曾在一个学术会议上与一位华人学者交谈，他说“一个科研工作者只有在科学理论上有所创新和建树才能够真正赢得同行们的认可和承认”，而理论就是对前人大量工作积累的系统总结，是宝贵的知识，是人类认识自然的智慧结晶，要在理论上有所建树，没有多年系统性工作的积累和总结是难以实现的。
经过这些思考，我逐渐明白了要想在科学上做出重要成果，必须进行理论上的创新，而要达此目的，就必须进行多年系统性的研究工作，并且在日常工作中要十分注重研究数据和成果的积累。
追成就之感
“朝闻道夕死可矣”——孔子的这句名言反映了人们追求真理的执着和至诚。每当能够掌握新的知识，研究发生新的突破，做出新的发现和创新时，我的内心就会感到无比的满足和欣慰———那是一种特殊的成就感，是对我努力的最好回报。
在学习和研究的道路上，我一直在追随着这样的成就感。当掌握新的计算机语言时，当领会新的科学理论时，我会满足地睡上一个好觉；当发现更换去污剂大大提高了线粒体呼吸链复合体II的晶体质量时，当通过计算自身旋转函数发现腾冲古菌分子伴侣呈现9 次旋转对称时，当发现对SARS冠状病毒nsp7-nsp8 复合体晶体进行溶液褪火能够解决高镶嵌度时，心中难以言说的愉快会让我更加自信；当完成第一张低温电镜照片时，当研究组首次实现电子断层三维重构时，当成功建立电镜三维重构平台时，成功的喜悦让我感到无比欣慰。
科学研究是辛苦的，但为了在那千万次失败后的成功，为了获得那充满无比自豪成就感的瞬间，辛苦一点是值得的———我想这也是广大科学研究工作者的共同心声。
应社会之需
我从事的研究领域属于结构生物学范畴，国家给我们的研究工作提供了非常好的硬件条件和经费支持。这些年来我一直在思考，自然界有趣而神奇的事情实在是太多了，人的精力是有限的，而国家从事科学研究的财力也是有限的，到底应该从事什么样的科学研究才是最有价值的，最符合事物发展规律的？我想，一个科学家需要拥有一颗对国家与社会发展需求视为己任的责任之心，将研究兴趣与社会需求紧密结合起来，明确合理的研究目标，制定合适的研究方向，为推动社会经济发展而努力，如此方能对得起国家所提供的经费和良好的研究环境，这也是一个互动的良性循环，因为只有社会经济发展了，我们的研究兴趣才能得以延续和发展。当前中国面临着进一步提升科技创新能力和提高科学研究实力等实际问题，能源和健康是困扰当前社会进一步发展的重要问题，针对这些问题，我思考着用我所学和所能在我的研究领域做出应有的贡献。
总而言之，做科学研究，要有一颗好奇的心，要有探索的精神，要不断创新，要持之以恒，要注重积累和总结，要有一份执着，要担负起社会的责任———这是我从我国老一辈科学家身上学到的，并将继续学习下去！
“我们要为国家争气！”———贝先生的这句遗言将永远记在我心中！
作者简介：
孙飞，中国科学院生物物理研究所研究员。主要研究方向为通过低温电子显微术和X射线晶体学方法研究膜蛋白和蛋白质复合体的结构与功能，曾在“Cell”、“Nature”等期刊发表研究论文数篇，获第八届“中央国家机关十大杰出青年”称号和2009 年贝时璋青年生物物理学家奖。
