李海鹏:解码过去踪可觅,编码未来路正行

发布时间:2024-04-15

        李海鹏,中共党员,研究员,博士生导师,曾入选中国科学院相关人才计划、上海市浦江人才计划等,上海营养与健康研究所进化基因组学研究组组长、计算生物学第一党支部书记。十余年来致力于发展进化生物学新理论和计算生物学新方法的研究,从数学和计算的视角解析与基础研究、社会生活相关的重要生物学问题。

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       ● 缘起——虚怀若谷的学者

        上海,草木葱茏的岳阳路320号大院里,有这样一处“桃源”之所在——窗台上的松鼠悠闲地啃着花生,与不远处鱼缸内的几尾游鱼相映成趣,民族风情的挂画与摆件,厚实的木质桌椅前坐着一名身穿黑衣白裤,喜爱散步和梅花桩的“儒士”。你或许从未见过他,但当他开始同你交流,谦谦有礼、温润如玉的同时也条理分明、立场坚定,那就是李海鹏研究员无疑了。

        时光回到四十年前,云南省通海县的一所小学内,全校唯一的一台电脑Apple II周围围满了跃跃欲试的学生们,其中便有李海鹏。这是他第一次接触计算机,却已然悄悄在心里埋下了热爱的种子。遗憾的是小学毕业后,中学的六年时间再无缘得见这个稀罕物,直至大学。“我小的时候就特别喜欢生物,所以大的方向已经定下来了,专业就选了生物。但突然发现大学里的计算机和我小时候比产生了翻天覆地的变化,我就抓住一切机会赶紧学起了计算机”。当时国产微机问世不久,生物系学生上机只能用286型号,但李海鹏一有机会就跑到隔壁计算机系“蹭”性能更好的386微机,就这样慢慢一路自学到研究生。

        在中国科学院昆明动物研究所硕博连读期间,李海鹏遇到了三位对他产生关键影响的恩师——张亚平先生、许榕生先生以及Yun-Xin Fu(符云新)先生。张亚平先生作为导师十分包容且支持学生广泛探索,当接到李海鹏1997年暑期从北京打来的电话,说想去中国科学院高能物理研究所实习两个月学网络编程时,他马上就同意了。而许榕生先生,曾参与引入中国第一条互联网的中国互联网先驱之一,凭借一场报告引发了青年李海鹏对网络编程的浓厚兴趣。当许先生对听众说暑假想留下来实习的可以报名,李海鹏是在场100多人中唯一举手的人。“从这时起,我真正意义上爱上了计算机,摆脱了‘自己学没人教’的窘境,学到了课本以外的新知识”。而符云新先生则是作为交换生李海鹏的导师,在美国德克萨斯大学人类遗传学研究中心为他开启了计算生物学的大门。

        2002年-2007年,从美国到德国,李海鹏辗转三所大学,先后跟随符云新、Wolfgang Stephan以及Thomas Wiehe教授度过了5年的国外博后时光。阿尔卑斯的皑皑山脉中,也留下了酷爱滑雪的李海鹏的身影。

        后来机缘巧合,得知中国科学院于上海新成立不久的计算生物学所正在纳新,又与自身的研究方向十分吻合,李海鹏便毅然选择了回国助力祖国发展。“但我一直很感谢我的这几位恩师,正是由于我不断地从他们那里学习,不仅是知识,还有为人处世的态度以及管理研究组的经验,才造就了如今的我”。无论何时,谦虚好学、虚怀若谷总是李海鹏作为一名学者给人留下的最深刻的印象。

        ● 担承——有教无类的师者

        目前,从李海鹏研究组毕业的博士研究生共11名,在组的为9名。当谈及研究组的研究方向,李海鹏认为进化基因组学的魅力就在于它涉及生物进化的两大核心概念——遗传变异和自然选择,又可以通过与数学、计算机多学科交叉的方式“解码过去”,同时“编码”在一定程度上预测未来。过程中随机的因素与进化的必然性相互交织,共同成就了此学科方向的魅力。李海鹏研究组长期致力于发展进化生物学新理论和计算生物学新方法的研究,从数学和计算的视角解析与基础研究、社会生活相关的重要生物学问题。

        作为一位父亲,更作为一名传道授业的老师,李海鹏秉持的教育理念一直是“有教无类”,学生口中的他也是“诲人不倦”的好老师。他办公室的灯常常熄得很晚,周末和节假日门卫室的签到单上也时常出现他的名字。

        好的教育者具有启智润心、因材施教的育人智慧。李海鹏最喜欢的一个摆件是体现自己讲课场景的卡通软陶人偶。人偶旁边有迷你讲台,上面趴着一只小豚鼠。“我之前为这个场景起了个名字——‘万物皆可教’。意思是每个学生虽然都不一样,但只要学生愿意学,都可以教出来”。于是,桌子上松鼠、青蛙、功夫熊猫等小摆件都被摆成了排队听课的姿势,李老师的“学生”群体变得愈发庞大。即使学生间差异很大,但只要根据每人不同特点采取不同的督促和指导方式,李海鹏相信只要愿意,每个人都能成才。

        好的教育者具有乐教爱生、甘于奉献的仁爱之心。“诲人不倦”是李海鹏培养学生的第二大“法宝”。一个问题可以耐心地为学生讲解三遍以上,因为他坚信虽然学生理解有快慢,但只要自己讲解的次数足够多、足够细致,每个人到最后都会掌握。正是这种甘为人梯、奖掖后学的育人精神,为整个研究组营造了积极交流的求知氛围,也为重大科研成果的产出奠定了坚实基础。作为师者的李海鹏用实际行动践行了有教无类的担承。

        ● 萦转——“十年磨一剑”的勇者

        2023年9月1日,李海鹏研究组与华东师范大学脑功能基因组学研究所潘逸萱研究组合作的研究成果上线《科学》(Science)(https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7487),创建了快速极小时间溯祖(FitCoal)新理论和方法,并发现了人类祖先由于气候变化等原因曾经历严重的群体瓶颈,近乎灭绝。这项从2013年起开展的研究工作终于十年剑成,但也曾在中途遭遇了极大的低谷。

        刚开始组内灵感担当、数学担当、编码担当均已就位,陆陆续续探讨、推导、编写代码一年有余,但却走进了死胡同,“不知道希望在哪”。发现理论推导的方向是错误的,程序内存开销极大,而且计算的结果也是错误极大。后来经过多次讨论,潘逸萱老师当时建议:“与其耗时解开一个乱线团,还不如重新绕一个线团”。李海鹏回忆:“研究团队最终决定将所有代码删除,从头开始进行数学推导和编程。此后,研究回到正轨上,基本上没有碰到太大问题,并且经过日常的讨论机制,避免了很多弯路。科研的过程就是痛苦和快乐并存”。

        当被问到是什么给了自己从头再来的勇气时,李海鹏给出了两个答案:一是兴趣与爱好;二是中国科学院上海营养与健康研究所的成立。

        “有一次孩子问我,‘爸爸你每天那么晚才下班,有没有加班费呀?’我跟他说:‘其实我从来没有上过一天班’。孩子不理解,我就向他解释:‘如果你真心喜爱钓鱼,你会因为今天比平时多钓了一个小时而索要加班费吗?爸爸现在就在钓鱼,在做一件让我快乐和幸福的事’”。兴趣和爱好支撑着李海鹏坐稳了十余年基础研究的冷板凳,大多数时间在学生眼里他都是“不知焦虑为何物”的乐观主义者。

        但仅凭一腔热爱还不够,李海鹏说一路走来最大的帮助就是上海营养与健康研究所为研究组提供了坚强的组织后盾稳定持续的经费支持,让整个研究组都能心无旁骛地专心致研,顺利地推动并完成各个计算生物学科研项目,更好地发挥计算生物学活力。原上海生科院深化改革后,上海营养与健康研究所在人才队伍上按照研究方向和重点任务实现了归集,为原有人才提供了栖心之处。同时制定研究生新生第一年“大轮转”机制,保障每个研究组招新机会平等。“我当时为支部各位党员上了‘紧密团结在上级党委周围,不打无准备之战’的党课,围绕着中国科学院院层面的支持和努力、大数据大健康国家战略、上海营养与健康研究所对各研究组的支持、以及研究生奖项申报等方面分别做了阐述和分析,并引用电影《雷神3》中索尔父亲的一句台词来稳定军心——‘阿斯加德从来都不是一个地方,她是人民之所在。(注:阿斯加德为雷神的故乡)’只要你喜欢计算生物学,不管身处哪里都一样可做计算生物学”。

         李海鹏曾在入党申请书中这样写道:“如何能够使自己成为一名优秀的科研工作者,这不是一日之功可以做到的......但我会尽快熟习自己的研究领域,争取早日能为我国的科学研究贡献自己的力量。”二十余年后已经成为党支部书记的李海鹏确实做到了,以润物无声的向心力和旗帜明确的号召力带领支部成功创建“四强”星级党支部,带领研究组迎来了期盼已久的“暖春”。不惧失败、追求真理是这位科研路上的“勇者”最真实的写照。

         ● 璧合——博采众长的行者

        白与黑,是最纯粹的颜色,也是李海鹏常穿的两种颜色。但黑白同时也是所有色彩与光线的融合,正如这位科研路上不断学习成长的行者,以海纳百川之态,尚合作包容之义。

         9月初FitCoal重大成果的产出便是得益于开放共享的创新合作环境。首先,整个项目团队成员以数学、生物学、计算机科学等交叉学科为底色,大家各有所长,从老师到学生各司其职,充分发挥了集智攻关、团结协作的协同精神。在2017年第三版代码完成后,是长达六年的优化与验证阶段,而多维思想的碰撞就在此时带来了灵感的火花。2020年左右,李海鹏研究组组织大家一同前往上海动物园游玩之后,酷爱骑行的胡王杰与郝子谦选择一同骑行回所。行至半途,胡王杰突然灵光乍现,想到了一个可以大幅提升FitCoal程序运行效率的办法,便一路“飞驰”赶回办公室,和李海鹏一起讨论确认后,马上着手修改代码,很快这项代码上的“小”改进使FitCoal的运行速率最终取得了飞跃式进展。

        其次,即使团队经过反复的交叉验证确认发现了一个重要的人类群体瓶颈,但依然缺乏古生物学证据。在经过对风险的全面考量后,2021年,研究团队在bioRxiv网站上公布了文章的预印本,并向全世界提供FitCoal软件的下载。这个与同行公开交流的大胆决定在次日就带来了合作意向的反馈——意大利佛罗伦萨大学法比奥•迪•文森佐(Fabio Di Vincenzo)博士的电子邮件,告知这一发现与其化石考古学上的现象一致。双方开始通过电子邮件展开近一年的合作与修改,于2022年4月将文章投寄给了《科学》(Science)。

         最后,这项研究揭示的群体瓶颈代表了现代人类的直接祖先,在一个很短的时间内快速丧失了98.7%的成员个体,在此后长达11.7万年的时间里,人类祖先平均成年个体数仅为1280。“人类自古就是命运共同体,面对严酷的生存环境,我们的祖先团结应对,才有了今天人类在地球上的生命繁华。”李海鹏说,“今天,我们面对严峻的极端气候和纷繁复杂的纷争,我们更应该回归到人类的本源,秉持人类命运共同体理念,团结协助、共同发展,才能更好地在地球上世代繁衍、生生不息。”

         不拒众流,方为江海。李海鹏从国内外多位导师那里耳濡目染,博采众长,学习到了不同的优秀品质,并将这些精神融会贯通,练就了自己管理研究组的一套准则和方法。谦虚好学、淡泊名利、潜心研究、无私奉献都是他的处事原则,但在这其中,科研道德是他认为最重要的品质。“无论任何科研项目,不能违背基本的科研道德。遵循了科研道德,我觉得其他都不是问题,只不过是聪明与否,做课题快与慢的区别。”

        上海营养与健康研究所围绕重大慢病防控的国家需求,每年自筹上千万元分类支持使命驱动的建制化基础研究,“揭榜挂帅重大科技任务”、“研究组基本运行经费”和“任务团队经费”叠加支持。得益于此,后续,李海鹏将带领研究组聚焦营养与健康所主责主业,探索人类对糖尿病的易感性,寻找新途径从人群总体上降低罹患糖尿病的风险,为实现重大慢病防治的“关口前移”做出努力与贡献,为抢占科技制高点不断创新突破。