在当今鼓励创新的时代，很多人觉得走跨学科的道路势在必行。成员众多、学科齐全、创新蓬勃的上海科技新星集团能否提供一些跨领域的成功案例？提起这个话题，笔者马上想到两位明星朋友，宰陶建和陶斐。都是2018的星友。他们分别在上海交通大学化学化工学院和生命科学学院工作。2018年，在市科委组织的认证交流会上，两个交大的同学认识了。就是在那次交流会上，我们谈到了各自的研究方向，以及希望得到的帮助。当时，陶飞正在寻找一种纳米材料，但这种材料在宰陶建所在的实验室里很常见。由此两人聊到了各自的研究兴趣，有一种相见恨晚的感觉。会后两人频繁走动，交流热情。短短三年，已经形成三个合作成果，第四个正在规划中。笔者在之前的七星简讯中报道了两位明星好友宰陶建和陶飞开始探索跨学科题材的信息。2020年，在筹备第四届“双碳”明星论坛时，Jae和Tao两位明星联合发来了主题为“电驱动微生物固碳”的报告，这是他们合作的第二次交叉合作。这立刻激起了作者对这两个人做这次联合采访的冲动。面试从中午到晚上六点持续了六个小时，有17页的面试笔记。这是金星历史上破纪录的采访。两位明星朋友的经历是怎样的？是什么因素让他们在交叉互补的道路上一帆风顺？你在基础研究方面有哪些独到的经验，如何走跨学科的道路？出自陶菲星友的成长故事。
喜好观察和做事，7岁就能“修理”拖拉机。
陶飞，1983年出生于安徽宿州。父母都是农民，父亲从祖上学了一门木匠手艺。“耕地的犁是木工界公认的高难度手艺活，只有我爸能做。他做的犁是用来耕地省劳力的，甚至周边几个县的人都来这里。”虽然这一绝活随着拖拉机时代的到来慢慢失传，但陶飞在谈到父亲的木工手艺时却印象深刻:“我从小就是他父亲的帮手，帮他锯，钻的时候钻，听的时候听。我自己会做一点木工活，比如我三四年级的时候，用木头做了一个可以打开的存钱罐。那时候我也在偷偷学着做。父亲不支持我，让我多读书。但是爸爸看到我做的小存钱罐挺像样的，还是很高兴的。童年时期获得的这些能力，和后来自己制作实验装置有很大关系。”说到童年生活和能力的培养，陶飞说他小时候特别喜欢观察。“当我还是个孩子的时候，我从未见过拖拉机或汽车。一听到拖拉机进村，我就追着它跑。拖拉机一停下来，我就会环顾四周，看看它的轮子和马达。如果有机会，我会爬上去坐坐。”陶飞7岁左右的时候，家里买了一台拖拉机，让他很开心。他读了一遍又一遍，几乎写下了它的结构。有一次，家里的拖拉机坏了，找师傅来修，可时间长了还是开不动，师傅也查不出原因。师傅走后，陶飞跑过来跟父亲说离合器可能装反了，上次不是这样。爸爸是死马当活马医，父子俩把它取下来试了试。果然装反了。“这也是我观察能力的帮助。没有这个能力，科研中的很多事情就做不好。”
濒死体验促顿悟，偏科少年成学霸。
然而，这种宝贵的观察能力和动手能力并没有给刚刚开学的陶飞带来好处。相反，因为他花太多时间玩，不喜欢做作业，放学后成绩总是很差。最糟糕的时候，他是班上倒数第三名，总是受到老师的批评。他的家人都认为他不是读书的材料。而不想循规蹈矩的陶飞，喜欢玩各种机械，喜欢玩自行车，拉煤的平板车会是他喜欢的对象。看完我两个姐姐的物理课本，他觉得好笑。当课本上讲到电机如何工作时，他立刻被吸引住了。他想手工制作马达——按照书上的解释，把电器上的铜线拆下来，绕在线圈上，就可以制作马达了。当时他的家人是反对他热衷于动手的。在很多人眼里，陶飞是个不好好学习的人渣。甚至当时所有的老师同学都认为这个孩子在学习上不会有前途。这种状态一直保持到初一。二年级的时候，学校开了陶飞喜欢的物理课。这些物理课本上的内容，陶飞都读过。他一参加考试，就觉得这些题都能做。他的物理成绩其实是班里的一二名。班主任好像发现了人才。但是班主任告诉他，他只擅长物理，其他科目都差的不行。然后发生了一件深深触动陶飞的事。他下定决心，决定学好其他课。初二暑假，陶飞曾经在村里的池塘里玩耍。在池塘的底部，有许多取土留下的深坑。陶飞滑入坑中，周围没什么可爬的。他触不到地面，他感到自己的身体在下沉。他拼命呼救，紧张的时候发不出声音，但是手还在拼命的动，水几秒钟没到他的头。那是弥留之际，无助绝望的感觉让他历历在目。幸运的是，一个成年人在不远处发现了他，并把他救了出来。“这几秒钟在我看来好像穿越了阴阳两界。”这次“死而复生”的经历，让陶飞突然顿悟——死亡离一个人不远了。他记住了爷爷和老师的话，要么当了木匠，要么下定决心好好学习。从那天起，他的心里突然生出一种悲壮的情绪——人活在世上，时间很有限，要做一些有意义的事情。“也因为我在死亡边缘待过，所以我生出了一种不怕死，敢打敢拼的勇气。我愿意不计代价，不计回报地努力。”之后陶飞就像变了一个人。他自学了高一高二所有的语文课本，背诵了高一到高二所有的英语课本，那是他当时最差的。“那段时间，我经常凌晨两点学习，然后早上七点起床去上学。除了努力，方法上也有一些改进，比如每天写日记，和同桌搞个代言大赛。”陶飞花了整整一年的时间才把之前两年的课补上。原来一个笔芯一年用不完，最后一年用了几十个笔芯。效果非常明显。初中毕业考试全镇第一，他上了县里的省级示范中学。这种毫不松懈的状态一直保持到了高三，高三一直保持着班级第一的位置。高考期间，陶飞身体不好，当晚高烧42度。虽然最后分数超过了重点线，但离陶飞想的中国科学技术大学还有一段距离。考虑到家庭经济等原因，他最终选择了山东大学，考上了生命科学学院制药工程系。
老师的一句话，改变了陶飞的人生轨迹。
陶飞在山东大学读了9年，从本科到博士。他本科主修药学。大三的时候，他进入了徐平的实验室。之前有一次，在校车上，一个女老师和陶飞聊天，提醒他从现在开始要想想以后要做什么，不要只是埋头学习。陶飞太感谢这位老师的启发了，这也是他大三进实验室的原因。当初进入实验室的陶飞，睁大眼睛看到了所有神奇的东西。徐平先生让他学会做燃料的生物脱硫实验，这也成了他的博士研究课题。大四毕业的时候，陶飞做出了创新的成绩。大二的时候，他在自己领域的主流杂志上发表文章，并获得了奖学金。陶飞说，徐平先生非常开明，给了他很大的自由度。他试图做许多与基因组操作相关的具有挑战性的课题。这些探索虽然大多没有结果，但是积累了很多方法，了解了学科前沿。陶飞很幸运。他的博士生涯正值合成生物学取得突破的前夕。陶飞的开创性工作空也为他日后进入这一领域奠定了基础。2007年，作为微生物学领域的知名科学家，徐平先生被上海交通大学引进，需要在交大建立新的学科方向。陶飞作为团队的主要成员，于2010年博士毕业后与许先生一起加入上海交通大学。陶飞与宰陶建合作进行了实验。
智能代谢重编程，关键时刻“星星”助力
来到交通大学后，徐老师以陶飞为助手，确立了工业微生物学——合成生物学方向。陶飞2011年获得国家自然科学基金青年项目，也是该基金首批支持的合成生物学方向。陶飞当时的方向是改造微生物生产各种化合物，也就是现在所说的“细胞工厂”。其中，利用光能和二氧化碳转化光合蓝藻产生各种有用化合物的内容，是“光驱动细胞工厂”的热门方向。设计细胞合成化合物的最大障碍是细胞的代谢网络太复杂，和人类的神经网络一样复杂。但是现有的知识非常有限，几乎无法合理干预细胞的代谢网络，工作量非常大。在方法没有突破之前，只能通过试错慢慢摸索。经过几年的工作，到2014年，陶飞团队提出是否可以用另一种方式找出代谢网络的关键“敏感点”，通过敏感点的干预和智能设计来操纵代谢网络。这样就提出了智能代谢重编程的概念，团队进行了尝试，并完成了一些成功的工作。2017年底，为了继续推进智能代谢重编程方向，陶飞申请了金星项目，并在2018年获得了资助，支持他继续这个方向的探索。“这个40万星的项目，对于高校的青年教师来说，特别有价值。它能让我静下心来，逼着我一步一步去做好的想法。正是有了金星项目的牵引，我才能继续系统地朝这个方向努力。基于后一个方向的研究，2019年申请了国家重点RD计划青年科学家项目，2020年申请了青年长江学者奖励项目。”陶飞告知，细胞代谢网络的分析还在进行中，已经开始和人工智能融合。新陈代谢可以看作是一个超级复杂的黑箱，解决黑箱问题是人工智能擅长的。在人工智能的加持下，有可能预测和判断给定条件下代谢网络的性质，如产品浓度、生产效率等。，没有详细了解代谢网络的内部机制。虽然还在过程中，但陶飞认为离解开细胞代谢网络之谜不远了。
麻省理工学院培训的启示，为跨学科研究奠定基础
在交通大学工作的过程中，陶飞于2013年到麻省理工学院媒体实验室Bit原子中心做了一年的访问学者，参与了蛋白质项目和提高蛋白质稳定性的膜蛋白工作。麻省理工学院的媒体实验室是世界知名的跨学科研究的先驱，在这里，计算机、互联网、机器人、生物、艺术等学科可以大跨度地融合在一起。实验室的开放式设计，巧妙的生活区布局，非常方便科研人员交流讨论。也是在那里，陶飞的跨学科思想被进一步的训练所激发。陶飞2014年回到麻省理工交通大学后，想做一些跨学科的探索却找不到合作机会。2018年，有国外学者提到半导体合成生物学的概念，陶飞马上意识到做生物传感——尤其是气味传感——是切入半导体合成生物学的机会。就在这时，他在七星认证交流会上认识了正在做纳米技术研究的再建陶兴友，开始了合成生物学与纳米技术交叉的研究历程。
——本文选自《世界科学》杂志2022年第1期“今日新星”专栏——
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