10月25日晚，北京大学定量生物学中心主任、北京大学－清华大学生命科学联合中心学术委员会主任汤超教授做客“才斋讲堂”，以科学史为经，以不同学科为纬，向到场的师生们分享了自己关于“第三次生命科学革命”的思考与体会。研究生院副院长高岱教授主持并全程参加了讲座。

汤超教授首先引领大家回顾了历史上几次重大的科学革命，他指出16、17世纪人类在诸多学科尤其是天文学研究中取得的里程碑式的进展，经几代人的努力最终发展成一套普适理论体系，为后人提供了物理学的经典研究范式。汤超教授特别强调了“定量”在天文学研究进程中起到的重要作用：早期由哥白尼等人提出的“日心说”模型是以圆轨道而非椭圆轨道为基本假设，与设有许多参数误差的“地心说”模型相比并未显出任何优势。直到开普勒在研究火星轨道时机智地选取“运动周期”为突破口，从海量数据中总结出了简洁却高度定量化的开普勒三定律，才使“日心说”的理论基础得以完善。牛顿则对天体间的相互作用规律类比迁移，提出了更为普适的牛顿定律与万有引力定律，同时发明了微积分，使理论有了与之对应的数学语言，从而可以将其应用到一般力学体系。

汤超教授同时补充道，科学革命之所以可称为“革命”，还在于其对社会造成的深远影响。在科学革命的基础上，工业革命与信息革命相继发生，前者在当时改变了人类生活的基本面貌，而后者的影响时至今日仍在持续。

随后，汤超教授将话题切入生命科学领域，着重介绍了当代发生的两次生命科学革命——分子生物学的创立与发展和基因组学的兴起。其中，物理学为分子生物学提供了必要的技术手段，如X射线衍射技术、核磁共振技术、离心技术等；而数学与计算科学的应用使得对庞大数据的归档处理与分析成为可能，似乎从中“已经可以看到学科交叉的影子”。但汤超教授表示这并非真正意义上的学科交叉：两次革命中其他学科更多只是扮演工具的角色，为生命科学提供服务，与生命科学的关系似是一种“主从关系”。真正的学科交叉应当建立在学科间一种“融合与合作关系”基础之上。日新月异的生命科学可以刺激其他学科产生新的的机遇和挑战；而物质科学除了对生命科学输入技术支持外，更应提供学科特有的思维、概念和方法。

以学科交叉为核心词，汤超教授开始解析即将到来的第三次生命科学革命。首先，他引用美国科学院出炉的一份关于凝聚态物理未来发展方向的研究报告，指出生命科学仍将是现代学术科研中的重要领域，并且不断为其他学科创造着机遇与挑战。他还表示在学科间高度交叉的基础上，新的生命科学将会诞生：从原先观测性的、描述性的科学跃升为定量的、可预测的、工程性的科学(observational, descriptive science to quantitative，predictive and engineering science)。而物理学中的思想、研究范式、方法也会深刻影响到当今生命科学的研究。

作为一种高度复杂的物质存在和运动形式，生命现象究竟有无可能通过建模等定量方法得以充分描述？面对这个问题，汤超教授接连用几个例子说明了定量化方法在生命科学研究中取得的成效。他重点展示了自己课题组的一项研究成果：寻找可以完成生化适应功能的基本拓扑网络结构（Defining Network Topologies that Can Achieve Biochemical Adaptation）。该研究从简单情形入手，首先确定至少三结点的拓扑结构才可完成生化适应功能；而后依靠定量手段分别研究了三条连接及以下的三结点结构以及多连接三结点网络拓扑结构的生化适应性，发现有且仅有两类基本结构NFBLB、IFFLP是功能单元，且所有的多连接复杂网络均依赖于这两类功能单元。该研究的重大意义在于找到了具有生化适应功能回路的基本设计原理，相当于发现了生命科学领域中的某种普适规律。而常微分方程模拟、动力学分析等定量手段的应用则在研究中起到了至关重要的作用。

为什么是现在即将发生第三次生命科学革命，而非更远的将来？汤超教授认为，近十年来技术的极大进步为下一次革命奠定了坚实的基础。

最后，汤超教授还展示了第三次科学革命对其他学科乃至整个社会可能产生的影响。由于生命与其他系统存在巨大差异，而研究对象的变化会引起一系列深刻的变化如新的物理概念、具有新特点的物理规律、新的数学工具和定量描绘手段。汤超教授则重点介绍了生命系统在信息处理方面特殊能力，指出生命体处理1比特信息的能耗要比最先进的微电子元件小得多。“如果按这种能耗计算，我们的计算机几辈子充次电就可以了。”

值得一提的是，汤超教授在讲座一开始就采用了“随时提问，随时讨论”的互动方式，大大调动了在场同学们参与讲座的积极性；而他风趣幽默、深入浅出的演讲风格也使整场讲座妙趣横生。例如，汤超教授将生命系统看成一辆汽车，将分子生物学的工作喻为“找到了一辆汽车的各个零部件”，而将基因组学的成果比作“一部看不懂的装配汽车的天书”，“二者加在一起还是不知道车是如何开动的”。形象的讲述生动地展现了前两次生命科学革命所具有的积极意义与局限。

汤超教授还表示北大的讲座资源十分丰富，各种思想能够自由交流碰撞，同学们有机会听到这些讲座是幸运的，同时他也希望同学们能够珍惜北大这样的资源。讲座在全场同学的热烈掌声中圆满落下帷幕。

编辑：知远