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【中国科学报】康乐:科学研究需要长期坚守

文章来源:中国科学报 韩天琪    发布时间:2018-03-19  【字号:      】

康乐在实验室。

  2018年年初,中国科学院杰出科技成就奖揭晓,中国科学院院士、中国科学院动物研究所研究员康乐获得殊荣。

  康乐将基因组学研究和生态学问题有机结合,以飞蝗为研究模式,围绕种群暴发成灾机制等世界难题,取得系列重大突破性进展,成为了国际上生态基因组学研究的主要开拓者。

  他领导的研究团队阐明了飞蝗在世界范围内的起源、扩散、种群遗传和适应性分化机制,揭示了植物营养等生态因子在种群暴发成灾中的作用机制,改变了传统认识,为我国绿色农业战略实施作出了基础性贡献。

  之所以能取得这样的成就,康乐认为,在科学研究中要有长期坚守的精神。

  成长在中科院的三十年

  与很多科学家在不同科研单位学习、工作的成长轨迹不同,康乐从1987年进入中国科学院读博士至今的整整三十年,都是在中科院度过的。

  “从博士研究生一直到院士,我的整个学术成长道路都是在中科院完成的,我非常感谢中科院对我的培养。”康乐说。

  1990年取得生态学博士学位,2011年当选中科院院士,2017年获得国家自然科学奖二等奖。三十年的学术积累,康乐却直到2017年才参评中科院杰出科技成就奖。对于他来说,学术的积累是持续不断的,而奖项的参评却要合适的时机。

  “我在科学研究的过程中,有一个逐步、客观分析自己科学研究水平和成果的认识过程。”因对自己不断提高要求,康乐始终认为要在科研成果更成熟的时候再去申报奖项。“我申报杰出科技成就奖的一个重要目的,就是接受同行检验。”康乐说,这是对自己在中国科学院三十年工作的一个阶段性总结。

  在兴趣与国家需求间找到平衡点

  相比于同时获奖的其他个人和集体,康乐的研究领域看似十分“不起眼”。就连康乐自己都笑称,昆虫学与人类健康、高性能计算、航空航天等学科相比,实在是非常小的、经典而又弱势的基础学科。

  但就是这样一个“小”学科,却与我国和世界的经济发展密不可分,在某种程度上,对人们的生产、生活和国民经济的发展都有重要作用。

  蝗灾在人类历史上是与旱灾、涝灾并列的三大自然灾害之一,对人类生存和农业生产影响相当严重。虽然进入现代社会,城市和发达地区环境变化很大,蝗灾已经不是什么问题了,但在我国的广大草原、农区、滨海湖区等地,蝗灾还是经常发生。“蝗灾过去常常伴随着饥馑和社会动荡。”康乐认为,即使到今天,蝗灾依然还是人类发展过程中的重要问题。

  如果说国家需求是促使康乐走上蝗虫研究的外部因素,那么真正支持他坚持下来、取得杰出科研成就的则是他内心的兴趣和热爱。

  “我大学读的是植物保护专业,虽然每次考试成绩都是植物病理学比昆虫学的得分高,但我就是喜欢昆虫。”凭借着对昆虫浓厚的兴趣,康乐在上大学期间就经常观察蝗虫,利用教学实习的材料在课余时间进行观察、测量。

  正是在兴趣与国家需求间找到了平衡点,康乐的研究得以从内部动力和外部支持两个方面得到了保障。“两者的结合让我能把这个工作做得更好。”

  时刻追踪学科研究前沿

  虽然昆虫学是生命科学中的一个经典学科,而蝗虫灾害问题也是一个古老的科学问题,但实际上,全世界从事这方面研究的人数在逐渐减少。鉴于这种研究环境,康乐面临的一个最重要的问题是如何从这种古老、经典的学科和问题中推陈出新,不断用新的、现代的手段来解决学科中的问题,同时还要不断引领学科方向。

  上世纪90年代初,分子生物学是生命科学领域的研究热点,康乐开始思考能否用分子生物学的方法回答生态学的问题。“那时我的研究方向从生理生态学转向分子生态学的研究,但是这些尝试都不是十分成功,仍然没有解决我内心想解决的因果关系问题,仅仅还是用一个相对精确的方法来回答一些模糊的问题,在哲学上还不能解决证伪的问题和因果的问题。”

  1999年,随着人类基因组计划的实施,基因组科学开始发展起来。康乐又开始关注基因组科学对生态学发展的作用。“建立起二者的联系在当时看来是一个太大的挑战了。”就是这样的机缘,让康乐以功能基因组为突破口,找到解决“因果关系”问题的钥匙。

  在这样的思路指引下,康乐及其团队于2004年发表了世界第一篇蝗虫群聚型和散居型之间基因表达差异的文章。这篇文章奠定了生态基因组学这个新的研究方向,成为了生态基因组研究的基石性文章。

  随后,康乐团队自己设计了DNA芯片,这个芯片大概包括了来自蝗虫的一万条基因。“有了芯片就有了研究平台,可以检测到当环境变化时基因在不同时间、温度、种群密度等等条件下的表达变化。”通过这种基因芯片的研究,蝗虫的种群型变因果关系最终得以揭示:嗅觉感受基因和多巴胺代谢途径参与了蝗虫聚群行为的调控。

  在揭示了这样的因果关系后,蝗灾治理就可以使用行为调节剂来阻止蝗虫的群聚承载,从而替代高污染的杀虫剂。“治蝗变得绿色且环境友好了。”康乐说。

  把蝗虫研究发展为生物医学模型

  经过长期的研究和探索,康乐发现了蝗虫研究对人类健康的重要作用。

  “多巴胺代谢是调控人类和动物的高级神经活动。在研究中,我们联想到群聚型的蝗虫非常像人在游行和集体活动时的行为状态,散居型蝗虫有点像自闭症和抑郁症患者的行为状态。”这启发康乐团队将研究方向转移到人类疾病领域。

  人类的许多疾病,如阿尔茨海默症、抑郁症等都与多巴胺合成障碍有关。“在这些病症中,结构基因都没有改变,而是基因的表达调控和重要神经递质的合成出问题了,这是完全能够干预和治愈的。”康乐的研究不仅应用到了蝗虫的治理上,并且有望开始造福人类社会。

  随着社会的发展,农业害虫问题可能慢慢不太突出了。“未来我想把蝗虫发展成为一个研究人类疾病的模型。”康乐说。其原因是,“我们要顺应国家的战略需求,也要顺应国家战略需求的转变。”

  在康乐未来的研究计划中,蝗虫在低氧、麻醉状态下的研究和蝗虫的营养代谢问题将占据重要位置。“这些问题在生物医学中很重要,但缺乏必要的模型系统。将蝗虫研究发展成为生物医学模型,研究人类相关疾病和健康问题应指日可待。”

  (原载于《中国科学报》 2018-03-19 第6版 院所)



(责任编辑:侯茜)

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