在今天這樣一個(gè)鼓勵(lì)創(chuàng)新的時(shí)代，很多人都會(huì)覺得走交叉學(xué)科之路勢在必行。以成員眾多、學(xué)科齊全、創(chuàng)新活力旺盛為特征的上?？萍紗⒚餍侨后w能否提供一些交叉學(xué)科的成功案例？一提起這個(gè)話題，筆者馬上就想到宰建陶和陶飛兩位星友。他們同為2018級星友，分別就職于上海交通大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院和生命科學(xué)學(xué)院。在2018年市科委組織的當(dāng)年入選星友的頒證交流會(huì)上，兩位交大人相知相識(shí)。正是在那次交流會(huì)上，彼此聊到了各自的科研方向和希望得到的幫助。彼時(shí)陶飛正在為尋覓一種納米材料而傷神，而這種材料在宰建陶所在實(shí)驗(yàn)室里卻是平常之物。兩人由此聊到各自的研究志趣，大有相見恨晚之感。會(huì)后兩人走動(dòng)頻繁，交流熱絡(luò)，短短三年間已形成了三項(xiàng)合作成果，第四項(xiàng)也在籌劃推進(jìn)。

筆者在之前的啟明星通訊上曾報(bào)道過宰建陶、陶飛兩位星友開始交叉學(xué)科探索的信息。2020年在籌辦第四次“雙碳”主題的啟明星論壇時(shí)，宰、陶兩星友聯(lián)袂發(fā)來“電驅(qū)動(dòng)微生物固碳”的主題報(bào)告，這是他們合作推進(jìn)的第二項(xiàng)交叉合作的內(nèi)容。此話馬上勾起筆者對兩人做這次啟明星聯(lián)合采訪的沖動(dòng)。這次采訪從中午一直談到傍晚六點(diǎn)，足足6個(gè)小時(shí)，采訪筆記整整17頁。這在啟明星采訪史上是破紀(jì)錄的。兩位星友各有怎樣的經(jīng)歷？是什么因素讓他們能在交叉互補(bǔ)的路上走得比較順？對基礎(chǔ)研究，對如何走通交叉學(xué)科之路又有何獨(dú)到的心得？

宰建陶篇

生活習(xí)慣能自律，從小到大當(dāng)班長

宰建陶是河南安陽人，爸媽都是農(nóng)民，爸爸當(dāng)過兵。建陶媽媽是村里少有的重視孩子讀書的家長，在兒子上學(xué)前就借來小學(xué)課本教他識(shí)字拼讀。也因?yàn)橛谢A(chǔ)，建陶小學(xué)成績一直是班里第一。建陶就讀的初中是新建學(xué)校，到學(xué)校得走兩三公里的土路，雨天基本上泥濘一片，沒法騎車，中午無法回家吃飯，只能帶方便面。宰建陶通常早上5點(diǎn)就要出門，冬天這個(gè)點(diǎn)天還很黑，路上不安全，學(xué)校為此安排了一個(gè)大通鋪。高中他第一次月考得到了20多名的成績，到后來學(xué)習(xí)成績一直保持前幾名。高中班主任李清順老師灌輸給學(xué)生的就是要學(xué)會(huì)一個(gè)“拼”字。在這種氛圍下，大家都是這樣要求自己的：多一分鐘也要擠出來學(xué)習(xí)?；剡^頭來看，建陶說他們都對這位班主任很感念，建陶也慶幸自己初高中都遇到了好老師。

高考那年碰上“非典”，數(shù)學(xué)考試還碰上了少有的啟用備用卷，非常難，但因?yàn)榻ㄌ瞻嘀魅纹綍r(shí)很注意學(xué)生的心理素質(zhì)教育，學(xué)生整體承受能力強(qiáng)，最終他們班是全年級考得最好的。最終，建陶的數(shù)學(xué)考了124分，語文94分，英語是個(gè)人有史以來最好的125分。這樣建陶考取了自己心儀的大學(xué)——上海交大。

建陶平時(shí)生活十分自律，且從小到大都當(dāng)班長。高中班主任對他的評價(jià)是：他最大的優(yōu)點(diǎn)不是成績好，而是能處理好與同學(xué)老師的關(guān)系，與所有搭檔都相處很融洽。所以班主任認(rèn)為建陶同學(xué)更適合從事行政管理。這個(gè)評價(jià)對建陶是有影響的，也導(dǎo)致了他大學(xué)一二年級在社會(huì)活動(dòng)上花了不少時(shí)間，熱心于當(dāng)時(shí)的素質(zhì)拓展活動(dòng)，而學(xué)習(xí)的努力程度不及高中。

思政老師一番話，促其清醒歸科研

本科階段建陶他們五個(gè)班都沒有班主任，班級學(xué)生一些學(xué)業(yè)、情緒方面的問題，班長都要和負(fù)責(zé)年級思政的林潔老師對接，也因此班長和林老師的關(guān)系都很好。入學(xué)一年半后的建陶對自己以后要干什么有點(diǎn)迷茫，他感覺在科研上沒有百分百投入，做社團(tuán)也不得心應(yīng)手。也是帶著這個(gè)困惑，他找林老師聊了一天。林老師的話讓他冷靜下來：你做行政管理時(shí)確實(shí)十分得心應(yīng)手嗎？如果不是那就還是去做科研吧。想明白后，建陶從大三起就把更多的精力放在科研上，并且申請進(jìn)了錢雪峰教授的納米材料課題組。那一年，他基本上就是實(shí)驗(yàn)室、教室和寢室三點(diǎn)一線。全身心投入不久就有產(chǎn)出，大三下學(xué)期，他已經(jīng)有第三作者和第五作者的兩篇文章刊登在領(lǐng)域內(nèi)知名雜志上。大四的時(shí)候，建陶獲得了在錢教授實(shí)驗(yàn)室直博的機(jī)會(huì)。

學(xué)科交叉“種基因”，賓大求學(xué)讀原著

宰建陶讀博那年正值納米材料研究方向從原來的材料形態(tài)控制為主轉(zhuǎn)向各種應(yīng)用，這需要相應(yīng)設(shè)備、測試條件的支持。讀博時(shí)建陶的課題調(diào)整了4次，涉及納米合成、光催化、電池、氣敏幾個(gè)方向，他最終選擇了錫基氧族化合物，理論上它能用于光催化，還能做電池和氣敏。彼時(shí)課題組經(jīng)費(fèi)有限，購買設(shè)備也都要再三斟酌。為了完成博士論文，建陶前后花了5年時(shí)間。與此同時(shí)他也在諸如量子點(diǎn)、石墨烯等方向進(jìn)行了嘗試。建陶說他是組內(nèi)第一個(gè)涉及多領(lǐng)域研究的，“其實(shí)這種多學(xué)科背景對我還是很有幫助的”。建陶說出了一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，“擅學(xué)科交叉者其實(shí)多少內(nèi)含某種學(xué)科交叉種子基因”?；蛟S也因?yàn)橛羞@種多學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備，博三起建陶就協(xié)助錢老師寫一些基金的申請書，并得到錢老師認(rèn)可。畢業(yè)后錢老師希望他留下來，但當(dāng)時(shí)學(xué)校規(guī)定留校要有海外留學(xué)經(jīng)歷，于是錢老師就介紹他去美國賓州州立大學(xué)納米能源實(shí)驗(yàn)室做博士后研究。

宰建陶的研究背景主要是光催化，賓州大的合作導(dǎo)師希望他能繼續(xù)在光催化產(chǎn)氫方面開展工作。一到實(shí)驗(yàn)室他就與一位師兄聊起了各自的研究方向，興起了將師兄已有的儲(chǔ)能材料做光催化產(chǎn)氫的想法。由于需要購置實(shí)驗(yàn)所需的色譜等設(shè)備，在最初的兩三個(gè)月他有較多的空余時(shí)間。時(shí)值2012年冬天，歐美人這段時(shí)間正準(zhǔn)備過圣誕新年，建陶就利用這段時(shí)間認(rèn)真讀了英文版的《半導(dǎo)體物理學(xué)》，包括基礎(chǔ)理論、經(jīng)典案例等內(nèi)容，比如講到半導(dǎo)體物理基本概念時(shí)是從量化計(jì)算慢慢推導(dǎo)出來，與化學(xué)晶體結(jié)構(gòu)互有印證。這段差不多兩個(gè)月的研讀經(jīng)典的經(jīng)歷彌補(bǔ)了他博士期間很少有時(shí)間讀原著的遺憾，也是他在賓州大一年多時(shí)間最有收獲的地方。建陶說他現(xiàn)在也要求學(xué)生讀一些基本教材，不能光讀文獻(xiàn)，文獻(xiàn)只涉及一些點(diǎn)，真正要深入研究問題還是要看經(jīng)典原著教材。兩個(gè)月后設(shè)備到了，建陶每天十多個(gè)小時(shí)地運(yùn)轉(zhuǎn)，兩個(gè)禮拜后就有了數(shù)據(jù)，幾個(gè)月后他的文章發(fā)在《自然-通訊》（Nature Communication）上。

入職交大管課題，服務(wù)需求凝真題

在賓州大待了一年后，錢老師的工作有變化，希望他回交大負(fù)責(zé)照管課題組，他正式向?qū)W校提出申請。這樣宰建陶2014年1月入職上海交大化學(xué)與化工學(xué)院，受聘為助理研究員。一晃7年，建陶說他入職以來主要做的幾件事是申請課題找經(jīng)費(fèi)、做課題寫論文以及為本科生上課（一年有100多個(gè)課時(shí)）?？蒲蟹矫嫣剿髁瞬簧俜较?，做過太陽能電池、儲(chǔ)能，如用合成化學(xué)方法破解企業(yè)在儲(chǔ)能應(yīng)用中碰到的問題。談起與企業(yè)的合作，建陶認(rèn)為幫企業(yè)解決問題不僅能得到一定的科研經(jīng)費(fèi)，也能從中提煉一些基本的科學(xué)問題。以鋰電池為例，國內(nèi)外文獻(xiàn)一般都強(qiáng)調(diào)其循環(huán)穩(wěn)定性，但企業(yè)更關(guān)心首次效率（首次充電后充放電的比例），當(dāng)時(shí)首次效率只能做到70%左右，一般要達(dá)到80%以上才有商用價(jià)值。為提高效率，建陶團(tuán)隊(duì)利用豐富的納米材料幾何形態(tài)和復(fù)合結(jié)構(gòu)控制經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一些有利于抑制副反應(yīng)的、特殊的硅碳復(fù)合結(jié)構(gòu)來同時(shí)提高首效和循環(huán)穩(wěn)定性。目前首次效率已近90%，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)材料也已經(jīng)做到公斤級水平?！昂推髽I(yè)合作的另外一個(gè)方向是電催化有機(jī)合成，核心是鹵素的催化轉(zhuǎn)化。這類氧化還原媒介通常會(huì)用于太陽能電池、液流電池，最近我們嘗試用到電催化的有機(jī)合成中。我和陶老師的合作課題中就是用了這一技術(shù)來降低能耗。”

星友聚會(huì)始相識(shí)，志趣相投促合作

說起與陶飛的合作，建陶稱真是機(jī)緣巧合。在2018年啟明星頒證交流會(huì)中，他倆住一個(gè)房間，晚上就聊開了。陶飛說起他的實(shí)驗(yàn)急需一種能滿足功能的半導(dǎo)體材料，建陶一聽樂了：“這種材料我有?。　苯ㄌ沼X得自己不僅能提供陶飛所需要的這種半導(dǎo)體材料，而且還能參與陶飛的工作，同時(shí)陶飛正在做的課題與自己的互補(bǔ)。于是雙方進(jìn)一步聊了合作的細(xì)節(jié)。啟明星交流會(huì)后不久，陶飛就申報(bào)并獲得了一個(gè)半導(dǎo)體和蛋白相互作用的課題，兩位志趣相投的星友也由此開始了他們的首次交叉合作課題?！耙婚_始這個(gè)投入不大，都是各自擅長的領(lǐng)域。首先是簡單的A+B測試，看其是否有效果，驗(yàn)證可行性。進(jìn)一步做下去，就需要把A+B為什么能達(dá)到效果的原因機(jī)理說清楚，這需要進(jìn)一步的經(jīng)費(fèi)支持?！苯ㄌ找运麄兊暮献黜?xiàng)目蛋白-納米復(fù)合材料為例介紹，“這兩種物質(zhì)結(jié)合傳感效果特別好，甚至能打破傳統(tǒng)的檢測極限。我們首次合作課題所用的傳感器檢測效果極為靈敏，但要搞清楚為什么能有如此高的探測靈敏性。這個(gè)機(jī)理一旦破解可以服務(wù)新冠病毒檢測等需求上——只要對某個(gè)公共場所進(jìn)行檢測，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測該空間是否存在新冠病毒；只要有新冠病毒就能第一時(shí)間檢測到。這一技術(shù)是基于分子對分子的識(shí)別，特異性很好，只針對某種檢測對象?！?/p>

宰建陶給學(xué)生上設(shè)計(jì)性試驗(yàn)討論課

兩課題組進(jìn)行討論

再度合作促雙碳，交叉課題需滋養(yǎng)

知道本次采訪的重點(diǎn)之一是了解交叉學(xué)科互補(bǔ)合作的事，建陶又說了他和陶飛的第二個(gè)合作課題：電驅(qū)動(dòng)微生物固定碳。陶飛課題組培養(yǎng)的一種菌可以“吃”二價(jià)鐵，“吐”出三價(jià)鐵?！疤绽蠋焼栁矣袥]有可能使三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵，這樣的話就可以為細(xì)菌供能，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的繁殖和生長?！边@種菌從空氣中吸收二氧化碳來合成自身所需的代謝生物質(zhì)。通常需要不斷地投入化學(xué)能量（硫酸亞鐵）來維持細(xì)菌的繁殖和生長。“現(xiàn)在我們使用電化學(xué)方法可將細(xì)菌吐出來的三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，就可以通過電驅(qū)動(dòng)，使這種菌不間斷地繁殖生長，實(shí)現(xiàn)碳固定、碳捕集，并將其轉(zhuǎn)化為高級的生物質(zhì)。”電驅(qū)動(dòng)細(xì)菌固碳的意義在于可以利用光伏和風(fēng)電產(chǎn)生的綠電驅(qū)動(dòng)微生物細(xì)胞直接去固定空氣中的二氧化碳，與基因和代謝工程配合可以進(jìn)一步生產(chǎn)一些有用的化合物。這個(gè)合作工作兩人在2019—2020年就完成了，當(dāng)時(shí)他們并沒有申請經(jīng)費(fèi)，而是利用雙方已有的課題資源和科研積累，歷時(shí)兩年不斷磨合完成。論文投到《自然-可持續(xù)發(fā)展》雜志，但審稿人說無法判斷先進(jìn)性，難以找到相應(yīng)的審稿人。后來這篇論文被美國化學(xué)會(huì)主辦的《可持續(xù)化學(xué)與工程》雜志接受了?！胺催^來說，我倆的這個(gè)工作如果能有穩(wěn)定的支持，穩(wěn)定做下去相信會(huì)有更好的結(jié)果?！苯ㄌ照f他這些年來從事交叉學(xué)科研究的一個(gè)深切感悟是：一個(gè)新的交叉方向要從小到大成長起來是需要滋養(yǎng)的，包括時(shí)間、精力、資金上的投入。他們的這一課題從生物、化學(xué)、物理原理上為碳的固定捕獲提供了科學(xué)可行性的支撐。“現(xiàn)在講雙碳，如果沒有類似創(chuàng)新的技術(shù)與途徑是很難做到的，甚至是不可能的?！?/p>

陶飛篇

喜好觀察好動(dòng)手，7歲能“修”拖拉機(jī)

陶飛1983年生于安徽宿州。父母均務(wù)農(nóng)，父親還祖?zhèn)髁?xí)得一門木匠手藝?！案氐睦缭谀窘郴钪惺枪J(rèn)的高難度手藝活，只有我爸能做，他做的犁用來耕地省力，甚至周邊幾個(gè)縣都有人慕名而來?！北M管這一絕活隨著拖拉機(jī)時(shí)代到來慢慢失傳，但說起父親的木匠活，陶飛印象深刻：“從小我就是父親的幫手，幫他拉鋸，鉆孔時(shí)拉鉆，耳濡目染。我自己也能干一點(diǎn)小木匠活，比如三四年級時(shí)就用木頭做成了一個(gè)可以打開的儲(chǔ)蓄罐。當(dāng)時(shí)我也是偷偷學(xué)偷偷干，父親不支持我，要我多讀書。但父親看到我做的小儲(chǔ)蓄罐蠻像樣的，也很欣慰。這些兒時(shí)習(xí)得的能力與后來自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)裝置很有關(guān)系?！闭f起兒時(shí)生活和能力的培養(yǎng)，陶飛說自己小時(shí)候特別喜歡觀察?！靶r(shí)候沒有見識(shí)過拖拉機(jī)、汽車，一聽到拖拉機(jī)進(jìn)村就會(huì)追著拖拉機(jī)跑，只要拖拉機(jī)一停下來就會(huì)圍著看，看它的輪子、馬達(dá)，有機(jī)會(huì)就爬上去坐一坐?！碧诊w大約7歲時(shí)，家里買了拖拉機(jī)，這可把他樂壞了，看了一遍又一遍，幾乎把它的結(jié)構(gòu)都記了下來。有一次家里的拖拉機(jī)出了故障，請了師傅來修，但修了半天還是不能開，師傅也找不出原因。師傅走后，陶飛跑過去對爸爸說可能是離合器裝反了，上次看到的不是這樣的。陶爸死馬當(dāng)活馬醫(yī)，父子倆拆下來一試，果然裝反了?！斑@也是我的觀察能力幫了忙，如果沒有這種能力，科研中很多事就會(huì)做不好?！?/p>

瀕死體驗(yàn)促頓悟，偏科少年成學(xué)霸

但是這種可貴的觀察能力、動(dòng)手能力沒給剛上學(xué)的陶飛帶來好處，相反，因?yàn)榛颂鄷r(shí)間玩，不喜歡做作業(yè)，他上學(xué)后的成績一直不好，最差的時(shí)候是在班里倒數(shù)第三名，老是挨老師批評，家人都認(rèn)為他不是讀書的料。但是，不愿意循規(guī)蹈矩學(xué)習(xí)的陶飛卻喜歡擺弄各種機(jī)械，喜歡玩自行車，拉煤的平板車都會(huì)成為他喜歡玩的對象。兩個(gè)姐姐的物理課本他看后覺得好玩，課本上講到電動(dòng)機(jī)怎么運(yùn)轉(zhuǎn)馬上吸引了他，他就想手工去做電動(dòng)機(jī)——按照書本的講解把電器上的銅絲拆下來繞線圈做電動(dòng)機(jī)。而當(dāng)時(shí)家里人對他熱衷動(dòng)手都是反對的，在不少人眼里，陶飛就是一個(gè)不好好學(xué)習(xí)的學(xué)渣，甚至當(dāng)時(shí)所有的老師同學(xué)都認(rèn)為這個(gè)孩子日后難以在學(xué)習(xí)上有什么出息。這種狀態(tài)一直維持到初一。

初二時(shí)，學(xué)校開了陶飛喜歡的物理課。這些物理課本上的內(nèi)容陶飛都看過，一考試就感覺這些題目都會(huì)做，他的物理成績居然是全班一二名。班主任像是發(fā)現(xiàn)了人才。但是班主任對他說只是物理好，其他科目這么差是不行的。后來發(fā)生的一件事深深觸動(dòng)了陶飛，他痛下決心，決定學(xué)好其他課。初二的暑假，有一次陶飛在村里的池塘里玩水，池塘底部有很多取土留下的深坑，陶飛腳一滑就陷到坑里，周圍也沒有可以攀援的東西，腳不著地，感覺身子在下沉，拼命想呼救但一緊張已經(jīng)叫不出聲，只是手還在拼命動(dòng)，也就幾秒鐘水就沒過他的頭。這是瀕臨死亡的一瞬，那種無助絕望的感覺令他至今歷歷在目。幸好當(dāng)時(shí)不遠(yuǎn)處有一位成年人發(fā)現(xiàn)了他，并把他救了上來。“這幾秒鐘里于我像是跨越了陰陽兩個(gè)世界。”這次“死而復(fù)生”的經(jīng)歷讓陶飛突生一種頓悟——死亡離一個(gè)人并不遠(yuǎn)。他想起了爺爺和老師的話，要么做木匠，要么下決心好好學(xué)習(xí)。他從那天起內(nèi)心突然生出了一種悲壯的情緒——人活在世上，時(shí)間非常有限，要做有意義的事。“也因?yàn)樵谒劳鲞吘壣隙毫暨^，我便生出了一種不怕死和敢拼的勁頭，愿意不計(jì)代價(jià)、不考慮回報(bào)地去付出努力。”從那以后陶飛就像換了一個(gè)人，他用自學(xué)的方式把初一、初二的語文課本都重新學(xué)了一遍，初一到初二的英語課本也都重新背過，而這兩門課是他當(dāng)時(shí)最差的?！澳嵌螘r(shí)間經(jīng)常學(xué)到凌晨兩點(diǎn)，然后早上七點(diǎn)起床上學(xué)。除了刻苦努力，方法上也有一些改進(jìn)，如每天寫日記、與同桌進(jìn)行背書比賽等?！被苏荒陼r(shí)間，陶飛把前面兩年的課惡補(bǔ)回來，原來一年用不完一支筆芯，最后一年用了幾十支，成效非常明顯，初中的畢業(yè)考試考了全鄉(xiāng)第一名，上了縣城的省級示范中學(xué)。這種不松懈的狀態(tài)一直維持到高中，高中也一直保持著班級前幾名。

高考時(shí)，陶飛身體狀況不好，考完試當(dāng)晚就發(fā)高燒到42度。盡管最后分?jǐn)?shù)超過了重點(diǎn)線，但是離陶飛理想中的中國科技大學(xué)還有距離，考慮到家庭經(jīng)濟(jì)等原因，他最后選擇了山東大學(xué)，被生命科學(xué)學(xué)院制藥工程專業(yè)錄取。

老師校車一番話，改變陶飛人生路

陶飛與宰建陶合作做實(shí)驗(yàn)

陶飛在山東大學(xué)讀了9年，從本科到博士畢業(yè)。本科的專業(yè)偏藥學(xué)，大三時(shí)他進(jìn)了許平老師的實(shí)驗(yàn)室。之前有一次在校車上，有一位女老師與陶飛聊天時(shí)提醒他現(xiàn)在起就要考慮今后要做什么，不能只是埋頭讀書。陶飛至今很感激這位老師的點(diǎn)撥，這也是他大三就進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的原因。初進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的陶飛，滿眼看到的都是神奇的東西，眼界大開。許平老師讓他跟著學(xué)做燃油生物脫硫的實(shí)驗(yàn)，這也成了他博士階段的研究課題。大四畢業(yè)時(shí)，陶飛就取得了創(chuàng)新的階段性成果，博二時(shí)在領(lǐng)域內(nèi)主流雜志發(fā)了文章，拿了獎(jiǎng)學(xué)金。陶飛說許平老師很開明，給了非常大的自由度，他嘗試做了很多基因組操作相關(guān)的挑戰(zhàn)性課題。盡管這些探索大都沒有結(jié)果，但卻從中積累了不少方法，也了解了學(xué)科前沿。陶飛是幸運(yùn)的，他讀博的那幾年正是合成生物學(xué)處在孕育突破的前夜。陶飛那些天馬行空的探索性工作也為他以后進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域打下了基礎(chǔ)。2007年，許平老師作為微生物領(lǐng)域的知名科學(xué)家被上海交大引進(jìn)，需要在交大建立新的學(xué)科方向，陶飛作為許平團(tuán)隊(duì)主要成員，在博士畢業(yè)后，也就是2010年，跟著許老師入職上海交大。

智能代謝重編程，關(guān)鍵時(shí)刻獲“星”助

來交大后，許老師就以陶飛為助手建立了工業(yè)微生物-合成生物學(xué)方向。陶飛2011年拿到了國家自然基金委的青年項(xiàng)目，這也是基金委支持的第一批合成生物學(xué)的方向。陶飛當(dāng)時(shí)的方向就是改造微生物用于生產(chǎn)各種化合物，也就是現(xiàn)在說的“細(xì)胞工廠”。其中改造光合藍(lán)細(xì)菌以光能和二氧化碳生產(chǎn)各種有用化合物的內(nèi)容就是現(xiàn)在比較熱門的“光驅(qū)動(dòng)細(xì)胞工廠”方向。要設(shè)計(jì)細(xì)胞使其合成化合物最大的障礙就是細(xì)胞的代謝網(wǎng)絡(luò)過于復(fù)雜，其復(fù)雜程度不亞于人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，但是現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)十分有限，想要理性干預(yù)細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)幾乎無從下手，且工作量非常大。在沒有方法上的突破前，只能不斷通過試錯(cuò)來慢慢摸索。做了幾年，到2014年，陶飛團(tuán)隊(duì)就提出能否換一種思路，找出代謝網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵“敏感點(diǎn)”，通過敏感點(diǎn)的干預(yù)和智能的設(shè)計(jì)來操縱代謝網(wǎng)絡(luò)。這樣就提出了一種智能代謝重編程的概念，團(tuán)隊(duì)以此做嘗試，并完成了一些比較成功的工作。2017年末，為了繼續(xù)推進(jìn)智能代謝重編程方向，陶飛申請了啟明星課題，并于2018年獲得了資助，支持他在這個(gè)方向繼續(xù)探索?！斑@個(gè)40萬的啟明星項(xiàng)目對我們這些高校年輕教師而言特別可貴，它能讓我定下心來，也逼著我去把好的想法一步一步做下去。正是有了啟明星計(jì)劃的牽引，我才能在這個(gè)方向上繼續(xù)做系統(tǒng)的工作。后面以這個(gè)方向的研究為基礎(chǔ)，2019年我又申請到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目，2020年申請到青年長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃。”陶飛告知，解析細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)的工作仍在推進(jìn)中，并且已開始和人工智能合在一起。代謝網(wǎng)絡(luò)可以看成一個(gè)超級復(fù)雜的黑箱，解決黑箱問題正是人工智能所擅長的工作。有了人工智能的加持，也許可以在不詳細(xì)了解代謝網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部機(jī)制的情況下，預(yù)測和判斷給定條件下代謝網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，比如產(chǎn)物濃度、生產(chǎn)效率等。盡管現(xiàn)在還在過程中，但陶飛認(rèn)為已經(jīng)離破解細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)之謎不遠(yuǎn)了。

MIT受訓(xùn)得啟示，學(xué)科交叉奠基礎(chǔ)

在交大工作的過程中，陶飛在2013年曾去麻省理工媒體實(shí)驗(yàn)室比特原子中心做了一年訪問學(xué)者，參與了蛋白質(zhì)工程和提高蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的膜蛋白工作。MIT的媒體實(shí)驗(yàn)室是世界知名的交叉學(xué)科研究先驅(qū)，計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、生物、藝術(shù)等學(xué)科在這里都可以做大跨度的融合。實(shí)驗(yàn)室的開放式設(shè)計(jì)及獨(dú)居匠心生活區(qū)布置非常方便研究人員交流探討。也是在那里陶飛的學(xué)科交叉的思想被進(jìn)一步訓(xùn)練激發(fā)出來。2014年回到交大后，他就想做一些跨學(xué)科的探索但一直找不到合作機(jī)會(huì)。2018年國外有學(xué)者提到過半導(dǎo)體合成生物學(xué)的概念，陶飛馬上意識(shí)到做生物傳感——特別是氣味傳感——是切入半導(dǎo)體合成生物學(xué)的契機(jī)，恰好當(dāng)時(shí)在啟明星頒證交流會(huì)上遇到做納米技術(shù)研究的宰建陶星友，就開啟了合成生物學(xué)與納米學(xué)科交叉的研究歷程。

陶飛在MIT

采訪至此，兩位星友的成長經(jīng)歷各有曲折而至柳暗花明的精彩章節(jié)，并殊途同歸形成共識(shí)：欲在原有基礎(chǔ)上破瓶頸須走學(xué)科交叉之路。正所謂：兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)疑無路，星友聚會(huì)賜機(jī)緣；學(xué)術(shù)探究重重障，曲徑探幽賴交叉。既已破題，本次采訪由此進(jìn)入兩位星友的交叉合作篇。