2016年6月21日北京時間凌晨1點，《自然》雜志發(fā)表了Science stars of China這篇新聞特寫文章，Nature.com的官方微信號“Nature自然科研”同時放出此文的中文版《中國科學之星》。

從古老的DNA到中微子和神經(jīng)科學，中國的頂尖研究者們正在發(fā)揮巨大的影響——并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：沖上云霄

在吳季的辦公室里，擺設(shè)著一系列航天器模型，其中包括執(zhí)行了中國首次探月任務(wù)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，并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(zhuǎn)折點發(fā)生在探月任務(wù)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(gòu)之一，獲得了一筆資金，支持研發(fā)一系列用于科學探索的航天器。吳季和其他人表示，在那以前，中國幾乎所有航天任務(wù)的主要目的都是提升國家形象，或者展示技術(shù)優(yōu)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(jié)晶。這主要是吳季的功勞，也是中國科學事業(yè)的一個新紀元。“中國已經(jīng)改變了方向，并已成為了航天領(lǐng)域最重要的成員。” 歐洲航天局前科學部主任羅杰-莫里斯·博內(nèi)特（Roger-Maurice Bonnet）表示。他是中國國家空間科學中心的顧問，并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(zhì)粒子——人們認為暗物質(zhì)占據(jù)了全宇宙所有物質(zhì)的85%——的探測衛(wèi)星。吳季表示：“每天都有新的數(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)。

在2016年的下一個任務(wù)是全世界首個研究量子糾纏現(xiàn)象的空間實驗，并將發(fā)射硬X射線調(diào)制望遠鏡（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(wù)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(chǔ)空間科學項目會帶來突破性的發(fā)現(xiàn)，并得到了資金。他的主張也與政府倡導加大對基礎(chǔ)研究投入的步調(diào)一致。

對吳季個人來說，他非常注重強調(diào)中國的研究工作必須依靠科研的內(nèi)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(fā)放的，而在這么短的時間內(nèi)研究團隊還來不及成熟。但吳季相信空間科學會得到更穩(wěn)定的支持來源——尤其是如果最近的那些衛(wèi)星產(chǎn)出了理想的結(jié)果的話——因為中國的政治家和公眾都愈發(fā)意識到了科學探索的重要性。吳季說：“我們是個大國，應(yīng)該對人類文明做出貢獻。”

葉玉如：牽線搭橋

在她職業(yè)生涯的大部分時間里，葉玉如一直在牽線搭橋。葉玉如出生于香港，她在哈佛大學醫(yī)學院攻讀了博士學位，研究神經(jīng)遞質(zhì)，并在那時找到了自己的科研志向。然后，她跨界進入生物技術(shù)行業(yè)，探索支持神經(jīng)元存活和發(fā)育的神經(jīng)營養(yǎng)因子。1993年，她攜知識和經(jīng)驗回到故土，并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(lǐng)導和研究工作，促進了香港科學和生物技術(shù)的發(fā)展。“我睡得非常少，”葉玉如說，她每天的工作時間超過12小時。她還稱贊了自己的支持團隊。“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(chǔ)神經(jīng)生物學和神經(jīng)性疾病的轉(zhuǎn)化研究等領(lǐng)域。

回國以來，葉玉如見證了巨大的轉(zhuǎn)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(fā)展。現(xiàn)在，葉玉如正在搭起一座溝通大陸的橋梁：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(yī)學和研究技能的人才，并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，有時你并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?zhí)柹顫撈?，達到了太平洋馬里亞納海溝7000米的深度。崔維成說：“那里十分荒蕪，但有種奇異的美感。”他是載人深潛計劃的領(lǐng)導者之一。

蛟龍?zhí)柺沟弥袊蔀榱松贁?shù)幾個有能力探索深海的國家之一。蛟龍?zhí)柕妹谏裨捴械暮Ｖ芯摭?，它的下潛深度大于所有其他現(xiàn)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。

“這象征著中國在深海研究領(lǐng)域日益增加的雄心壯志和領(lǐng)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。但出于不斷增長的資源需求、以及在有關(guān)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?？茖W研究的支持。

崔維成目前就職于上海海洋大學，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(zhàn)者深淵。為了實現(xiàn)這一目標，他正領(lǐng)導著建造一艘更抗水壓的三人深潛器——彩虹魚號，預(yù)計將花費6100萬美元（約合4億元人民幣）。

崔維成說，在2020年建成后，彩虹魚號將供全世界科學家使用。“海洋屬于全人類，而不是單個的國家。”

結(jié)構(gòu)生物學家解碼問題蛋白質(zhì)

顏寧：晶體行家

小時候，顏寧讀過一本16世紀的中國經(jīng)典小說，小說的主角是一只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么感覺：“如果你能把自己縮小到分子或蛋白質(zhì)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?，F(xiàn)在，作為一名頂尖的結(jié)構(gòu)生物學家，顏寧每天都生活在那個世界里，研究蛋白質(zhì)在原子層面如何工作。她說：“我成為結(jié)構(gòu)生物學家?guī)缀跏敲凶⒍ǖ摹?rdquo;

顏寧在普林斯頓大學做了博士和博士后研究，并于2007年在清華大學設(shè)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。她致力于解析鑲嵌在細胞質(zhì)膜上的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，一個以難解而著稱的問題。

她的目標之一是人類葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白GLUT1——一種對向細胞提供能量至關(guān)重要的蛋白質(zhì)。許多實驗室都試圖解析它的結(jié)構(gòu)，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(jié)晶，并在2014年解析出了它的結(jié)構(gòu)。

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(jié)晶GLUT1，然后突然之間，她就得到了答案。”

顏寧還在接連不斷地做出發(fā)現(xiàn)，包括一系列備受關(guān)注的結(jié)構(gòu)。大多數(shù)夜晚，她都會熬夜到凌晨兩三點，并翹掉晨會，好盡可能在實驗室多呆一會兒。與此同時，顏寧也成為了一位呼吁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(shù)，比如冷凍電子顯微鏡技術(shù)感到十分興奮。冷凍電子顯微鏡使研究者們得以在蛋白質(zhì)的自然狀態(tài)下研究它們的細微結(jié)構(gòu)，而不是以純化的晶體形式。顏寧說，在中國工作的優(yōu)勢之一是從來不用擔心資金，并認為結(jié)構(gòu)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(huán)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）。該中心是一個位于瑞士日內(nèi)瓦的粒子物理實驗室。

這一計劃非常大膽，特別是對一個現(xiàn)存最大對撞系統(tǒng)的周長只有250米的國家來說。王貽芳的計劃是建立兩臺設(shè)備：一臺探索希格斯玻色子，在2028年左右投入運行。隨后的設(shè)備將會使用同一條隧道，用至多七倍于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(shè)立一臺后LHC時代的設(shè)備。雖然中國目前仍然處于下風，但王貽芳的計劃已經(jīng)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(xiàn)在這不僅僅是幻想了；這真的有可能發(fā)生。”阿爾坎尼-哈米德說。

王貽芳說，他敢于申請這個計劃，是因為大亞灣核反應(yīng)堆中微子實驗的成功。在2012年，他擊敗了各國的競爭對手，領(lǐng)導這項國際合作，測量出了一項決定中微子變化的參數(shù)。

中國超級對撞機的耗資將是大亞灣預(yù)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(yù)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(jīng)證明了他有領(lǐng)導重大項目起步，并引進國際支持的能力。

他最優(yōu)秀的品質(zhì)之一是堅持，哈佛大學數(shù)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(nóng)作物來實現(xiàn)自我價值

高彩霞：作物設(shè)計師

一開始，植物生物學家高彩霞對使用CRISPR–Cas9技術(shù)進行基因編輯有些猶豫。這一技術(shù)正在橫掃全世界的生物學實驗室。她的實驗室已經(jīng)使用舊技術(shù)實現(xiàn)了82個基因的突變，轉(zhuǎn)用新技術(shù)的念頭讓人畏懼。“一開始，我遇到了一些阻力。”高彩霞說，“然后我們決定：無論如何，我們都得試試。”

在一年的緊張工作后，她在中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的實驗室第一個在農(nóng)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(shù)。(Q. Shan et al. Nature Biotechnol. 31,686–688; 2013) “如果我們在基因工程方面獲得了任何經(jīng)驗的話，那就是必須靈活行事，適應(yīng)日新月異的新技術(shù)。” 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(yīng)的能力。”

在她的整個職業(yè)生涯中，高彩霞一直都在適應(yīng)新變化。上大學時，高彩霞本想學醫(yī)，但被分配到了農(nóng)學專業(yè)。她說：“我對農(nóng)學一點也不感興趣，但我的信條一直都是：只要干這一行，就要盡力而為。” 在完成關(guān)于草原生態(tài)學的博士研究后，高彩霞再次轉(zhuǎn)行，在丹麥羅斯基勒市的丹農(nóng)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(jù)DLF的研究總監(jiān)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(nèi)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。“到最后，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。”

在高彩霞任職于DLF公司的12年里，她實現(xiàn)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，到最后，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(huán)境的愿望讓她選擇了回國。

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(yōu)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(nóng)業(yè)研究的重視程度要高于歐洲。中國政府已經(jīng)批準了幾種用更早的基因工程技術(shù)培育的作物，但在最近，審批的速度已經(jīng)慢了下來。此外，中國也尚未決定如何監(jiān)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(fā)。作為一名樂觀主義者，高彩霞拒絕接受公眾對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因生物的觀點），他們會說一點也不想要轉(zhuǎn)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(guān)于早期農(nóng)民的飲食的，并沒有古DNA、或者甚至基因組學方面的經(jīng)驗。但付巧妹一頭扎進了自己的研究領(lǐng)域，并“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），一位在這個位于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(fā)表了三篇論文，幫助重新書寫了歐洲最早的現(xiàn)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。在那里，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采集微量DNA樣本，并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(shù)據(jù)。

很快，她的研究重心就轉(zhuǎn)移到了在離開非洲后定居歐亞大陸的早期現(xiàn)代人類身上，并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。她的努力成果被匯集在了一項關(guān)于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，并在歐洲范圍內(nèi)遷徙，他們是現(xiàn)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(xiàn)代人類共存，瑪麗婭馬蒂農(nóng)-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(zhuǎn)向最早定居亞洲的智人：早在十萬年前，他們就可能已經(jīng)到達亞洲了。她也想研究近至數(shù)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采集。

付巧妹經(jīng)常被問到為什么離開西方回到中國。她回答說：“我對中國和東亞發(fā)生過什么很好奇；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(zhí)行副主任秦為稼說道。

自那時起，他已經(jīng)六次來到那片冰封的大陸，包括在1996年帶領(lǐng)中國的第一支南極內(nèi)陸考察隊沖擊冰穹A——南極大陸的最高點，也是被研究最少的區(qū)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年中國南極昆侖站在冰穹A上