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本期人物柴继杰

走出造纸厂,他成为世界顶尖科学家

2023-08-30 16:33:17 来源:环球人物网-环球人物微信 作者:尹洁‍‍‍
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科研是一场长跑,

必须有一颗平常心。

柴继杰的嗓音直爽而洪亮,带着鲜明的东北口音,听起来毫无距离感。当他滔滔不绝地解释“抗病小体”在植物免疫系统中的机能时,环球人物记者有一种回到大学课堂的感觉。

8月16日,柴继杰获得了2023年度未来科学大奖的生命科学奖。与他一同分享这份荣誉的,还有跟他合作近20年的科研伙伴、中科院研究员周俭民。给他们的颁奖词写道:“奖励他们为发现抗病小体并阐明其结构和在抗植物病虫害中的功能做出的开创性工作。”

获奖前一周,柴继杰正式入职西湖大学,担任植物免疫学讲席教授。1966年出生的他,人生经历在国内学术界颇具传奇性——他是从造纸厂走出的世界顶尖科学家。

“起初只是想换个工作”

初中时期的柴继杰,中考成绩不理想,毕业后没有考上重点高中,上了一所普通高中,1983年考入大连轻工业学院。

填报专业时,柴继杰本来报的是轻工业机械,因为“听起来高大上”,但可能抱有同样想法的人太多了,他最后被调剂到了制浆造纸专业。4年后大学毕业,柴继杰被分配到丹东鸭绿江造纸厂,成为一名助理工程师,每月工资66元。

在造纸车间里,重复性的工作日复一日,波澜不惊的生活似乎一眼看得到退休。渐渐地,柴继杰对外面的世界有了向往。

他记得自己第一次到北京时,立交桥带给他的震撼,同时也感到石油化工行业的蓬勃发展,于是做了一个决定——报考北京石油化工科学研究院(简称石科院)的硕士研究生。

备考半年后,柴继杰通过了笔试。当石科院派人来对他进行面试考察时,既惊讶于造纸厂简陋的环境,也惊讶于4年的工作并没有打磨掉柴继杰的学习热情。

“其实我最初的想法并不是为了搞科研,而是觉得自己不太适合那个环境。从造纸厂辞职,我父母也不大同意,他们认为那份工作很稳定,还折腾啥。可我还是想换个工作,感觉石油化工行业更有发展前途。但是读了两年硕士之后,我也没有发现自己特别感兴趣的研究领域。”柴继杰对记者回忆道。

于是,柴继杰又跨了一次专业,报考了北京协和医科大学药物研究所的博士,攻读蛋白质晶体学专业,由此踏入了结构生物学的大门。

此时已经是1994年。这一年,人类首次克隆出植物的相关抗病基因。

众所周知,病虫害对农业生产和环境都存在巨大危害。100多年前,有英国学者发现了植物的抗病基因,证明植物自身具有抵抗病虫害的能力。但直到1994年,科学家才克隆出抗病基因,却不清楚它们的抗病机制,即它们是怎么工作的。

对此,周俭民曾做过比喻:“抗病基因就像免疫系统的总指挥,它可以调动千军万马去抵抗病原体,但我们并不知道它具体发出了什么命令。我们的工作就是研究它如何发出指令、发出了什么指令。”

几十年来,许多国际级实验室、顶尖科学家都想破解这个难题,为防治植物病虫害做出贡献,却都无功而返。

柴继杰博士期间的研究对象正是蛋白质。它们通过基因来合成,基因序列决定了蛋白质的氨基酸序列。

柴继杰对记者坦言,自己读博士时只是对科研很感兴趣,还谈不上远大理想。但之后的一次机遇改变了他的职业生涯,科研热情和潜力被充分激发出来。

“饱满的时光”

1998年,年仅31岁的施一公已经是国际生物学界的后起之秀,正在美国普林斯顿大学组建自己的实验室。在收到的一堆博士、博士后简历中,他看到了一份独特的履历:一个名叫柴继杰的人,在中国基层造纸厂工作了4年,然后考上硕士、博士,现在又申请了博士后。

施一公觉得这个人有点“邪乎”。按捺不住好奇心,他拨通了柴继杰的电话。沟通之后,施一公决定录用这名比自己还大一岁的博士后申请人,理由之一是“能从造纸厂一路坚持下来,一定有他的过人之处”。

此时的柴继杰正在中科院生物物理研究所做博士后研究。1999年,他踏上了赴美的旅程。

到普林斯顿大学报到的第一天,柴继杰就给施一公留下了深刻印象。在会议室里,施一公讲完课题要求和实验设计后,另一位博士后去准备实验了,柴继杰站着没动。

“一公,你能不能再讲一遍?”柴继杰问。

“你听懂了多少?”施一公反问。

“大部分没太听懂……”柴继杰有点尴尬。

于是施一公又从头讲起,从最基础的内容开始。

多年后,施一公回忆这段往事时依然记忆犹新:“我预料到柴继杰的基础会很差,来了之后才发现,他的基础比我想象的还差。”

柴继杰对当时的经历更是难忘:“那时我连最基础的PCR实验(聚合酶链式反应)都没做过,一切都是新的。施老师手把手地教我,他在仪器上操作,我在旁边拿个小本子记。”

除了专业知识,柴继杰还得提高英文水平。他听从施一公的建议,每天坚持阅读英文报纸及文献;为了节约时间,他把烟也戒了。

其实,施一公并不介意柴继杰的基础差,曾多次坦言:“在我看来,起跑落后,但后程全力拼搏的人,很可能会有大出息。”

柴继杰丰富的经历还带来一个好处,就是“不按常理出牌”,经常有一些天马行空的想法,帮助团队突破研究瓶颈。

比如某一项实验的温度通常控制在22摄氏度—24摄氏度,有一天柴继杰突发奇想,想试试将温度设定为16摄氏度会怎样,结果有了新的发现。

“可能因为我的知识背景比较复杂,反而能以不同的方式思考问题,不太容易被固定思维框住。”柴继杰说。

有一些实验需要特殊设备,而能提供这些设备的是位于纽约长岛的布鲁克海文实验室。这个实验室属于稀缺资源,科学家们都抢着预约,一旦约上就要通宵达旦地赶做实验,直到出结果。

每次去布鲁克海文实验室都是施一公开车、柴继杰坐在副驾驶的位置上。实验室提供了一个休息室,但只有一张床位,两人总是争着把床位让给对方,自己打地铺。

“那时我们一边做实验,一边放着老歌,一做就是一天。这是我被新知识密集冲刷,最快乐、最饱满的时光。”在普林斯顿大学,柴继杰度过了5年博士后生涯。他找到了做科研的热情,也发表了很不错的论文。

一些到工业界工作的机会也出现在他面前,但施一公把他劝住了:“继杰,如果你离开学术界,肯定会后悔的。”

捅破“窗户纸”

2004年,刚成立不久的北京生命科学研究所(简称北生所),在美国招聘独立实验室负责人(PI)。这是北生所第一次招聘PI,一共有13位候选人进入最终的面试,其中包括柴继杰。

“北生所提供的科研条件很有吸引力,管理机制也比较自由灵活,适合做一些创新性的工作。”柴继杰回忆,“那时我对科研工作产生了很大的热情,也有了一些成果,希望能回国从事进一步的研究。”

面试地点安排在康涅狄格州的一家酒店里,施一公又一次开车带着柴继杰前往。一天面试下来,评委投票,有6人顺利入选,柴继杰排在第七位,个别评委对他的潜力存疑。

最后,是施一公的一句话起了决定性作用:“如果继杰和我竞争同一个高难度课题,我的胜率大约50%。”

就这样,柴继杰回国了。在北生所的一幢红色四层建筑里,他有了自己的实验室,而对面的“邻居”,就是周俭民。

周俭民也是从美国回来的北生所首批PI之一,致力于研究植物和微生物相互作用机理。柴继杰归国后又开始吸烟,于是和周俭民成了“烟友”。两人边抽烟边聊工作,越聊越投机。

·柴继杰(前右)与周俭民(前左)在一起。

柴继杰在美国时的一大研究方向,是动物细胞凋亡。当他听周俭民介绍了植物抗病免疫的相关研究后,敏锐地察觉到,动物细胞凋亡体与植物抗病蛋白在生物进化上有很强的关联性,随即产生了强烈的研究兴趣。

于是,双方团队“在最合适的时间做了最合适的事”——2004年,柴继杰和周俭民开始合作研究植物抗病蛋白,探索其免疫机制,3年后有了初步成果,即“诱饵模型”。

该理论认为,某种“诱饵”蛋白会将细菌毒性蛋白引入“空城”,一旦“诱饵”蛋白被破坏,抗病蛋白就会迅速激活,指挥被感染的细胞与细菌“同归于尽”,阻止病原体扩散,从而保证周围组织的正常生长。

然而,这篇论文在《自然》杂志发表后,引发了学术界的质疑,因为“诱饵模型”与当时的主流观点是有冲突的,柴周二人也因此承受了很大的压力。

周俭民回忆:“那段时间,我们的挫败感是很强烈的,但我慢慢意识到,科学的发现不光是要说服自己,还要说服同行,包括那些最权威的同行。没有别的捷径,我们只能去不断地寻找新的证据,用事实说话。这需要勇气、耐心和策略。”

尖端领域的科学探索往往如同大海捞针,多少顶级科学家穷经皓首,也未能找到捅破“窗户纸”的那个点。正如周俭民所说:“科学上有很多偶然性,同一类蛋白有很多变体,哪个蛋白质结构能够成功解析是无法预测的,需要勇敢地不断尝试。”

·2016年5月,柴继杰在大学里做学术报告。

在这个过程中,周俭民发现了柴继杰身上最突出的特点——专注,“他会盯着一个事情快速推进,毫不客气地追问我们,某个工作做了有没有结果,逼得很紧,而一旦有结果需要他跟进,他都会快速响应。”

2009年,柴继杰调入清华大学生命科学学院,继续从事之前的研究,经常是第一个到实验室,最后一个离开,同事们评价:“我们很怀疑,柴老师有没有逛过清华园。”

“做科研,勤奋是必须的,国外也是这样。因为科研是一场长跑,即使勤奋,10年出不了成果也很正常,必须有一颗平常心。”柴继杰说,“大家看我们当教授的不用坐班,好像很自由,其实我们很多个星期六、星期天都在工作,我们的‘自由’是花了比别人多得多的时间才换来的。”

诀窍是“不斤斤计较”

2013年前后,柴继杰团队取得了多项突破,为培育广谱抗病作物品种提供了理论基础;2015年,周俭民团队成功验证了“诱饵模型”;2017年,柴继杰获得德国“洪堡教席奖”,前往科隆大学和普朗克植物育种研究所开展研究。

“德国那边提供了5年500万欧元的科研基金,我可以做任何感兴趣的课题,所以就去了。后来因为疫情,时间延长了一年。”柴继杰说。虽然工作环境很好,但语言不通让他不太适应。有一次坐车,因为沟通不畅,他把方向坐反了。“语言不通让我非常沮丧,如果他们用德语交流,你会有种局外人的感觉。”

2019年,柴继杰和周俭民的研究迎来了更大的突破,发现植物抗病小体并成功解析其电镜的结构。更为重要的是,该抗病小体的结构为其生化功能提供了重要的线索。

后来的研究证明该抗病小体具有离子通道活性,并发现“抗病小体”的激活会引发植物免疫反应和细胞死亡。这破解了困扰植物免疫学界20多年的难题,被视为行业内的里程碑事件。

2022年,柴继杰团队在国际顶级学术期刊发表了6篇关于植物免疫的论文。

获得未来科学大奖后,柴继杰和周俭民表达了一致的感受:“这凝结了我们20年来的成果。”

对于两人多年的合作,柴继杰的评价是“高产且愉快”,其中的诀窍就是“不斤斤计较”。

“我俩都不是社交达人,基本上只专注于科研,没有因为利益分配的问题闹过矛盾。”柴继杰说,“未来,我们会继续研究植物免疫抗病的新方法,探索新的病虫害防控手段,希望能减少化肥的使用。”

总监制: 吕   鸿

监    制: 张建魁

主    编: 许陈静

编    审: 苏   睿‍‍‍‍‍

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全文刊载于

2023年第17期《环球人物》杂志

总第500期

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责任编辑:冯小珏

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