生物学家施一公对话中学生：中国教育“均值很高，方差很小”

“在人类这个历史上，我们是第一个做这样的发现，这是我们留给人类历史，留给这个宇宙的一些印记，留给人类文明史的贡献。”10月28日，在北京召开的未来科学论坛上，施一公作为今年未来科学大奖生命科学奖的获奖人，和青少年分享他在突破一项新研究时的感受。

作为中国著名的结构生物学家，施一公在解析真核信使RNA剪接体这一关键复合物的结构，揭示活性部位及分子层面机理上做出重大贡献。剪接体是什么？它和生命体有着怎样千丝万缕的关系？面对青少年的提问，施一公做了深入浅出的解释。

谈及中国教育，施一公说：“中国人因为教育模式比较单一，考试无论是怎么样，我们希望学生既不能太超前，也不能太落后，所以我们的均值非常高，但是方差很小。”他认为这也许可以解释，为什么中国学生水平很高，但中国的科学技术还没有领先于世界，中国的基础研究还没有领先于世界。

当有学生问道，如何看待以“好找工作”为标准选择专业的现象时。施一公说：“我觉得我从来没有被这方面牵着鼻子走，从来不觉得。”

“我对所有选择进入清华生命学院一年级本科生，每年都会给他们讲一次：你们多少人觉得进了清华以后，学生物以后，将来还会为柴米油盐发愁？如果不会的话，为什么不坚持下去？”施一公说：“如果我们最后无论是学习也好，研究也好，还是做什么也好，最后我们主要的着眼点是什么工作挣钱多，什么工作能够生活得更富足，这个至少对年轻人来讲，是太不可思议的狭窄了。”

忆求学之路

施一公：首先非常感谢大家今天下午集聚一堂，听我们和几位中学生一起对话。我想从渊源说起，我来自河南省东南部的一个小地方驻马店，最后走出来了。所以从这个方面来讲，我特别有感触，也特别感慨，特别感谢这个大时代。我在想，如果没有这个大时代作为背景的话，也许我就在驻马店了，这辈子也不会走出来。

其实，我在想，我自己的背景，我的朋友在座也都知道，我其实在驻马店生活了11年，既是我的家乡，也我的故乡，也是我感情最深厚的地方，到哪都讲我是驻马店人。在郑州上了高中，1985年到清华大学读本科，在清华我提前一年毕业。本来要走上工作岗位，后来决定出国留学。1990年-1995年在美国东岸的霍普金斯大学，攻读生物物理博士学位。两年博士后，1997年底去普林斯顿大学做助理教授，一直到我回国。2006年我决定回国，2007年在清华建实验室，整整十年到现在。这一路走来，大家觉得我肯定顺风顺水，很顺利，但其实不是这样的。

我一开始并没有下定决心做学问，决定做学问以后，发现了做学问的奥妙又特别感慨，一直这样过来。而因为我来自小地方，很多机会一开始并没有，最后一点一点还是通过自己的努力，把机会得到了。所以特别有感触。

作为的总结，我想说，你只要好好走你的路走下去，总会能达到你的目标，我是相信这一点的。所以一会也想跟我们几位同学再多说几句，包括现在在我的实验室里，包括现在在清华面对清华的学生，我都会这样叮嘱他们，你自己心里想的，你信仰的东西，远远重要于外界别人对于你的看法和整个社会上的舆论、走向，这是非常关键的。

我的学生里边有一位叫做柴继杰，大连轻工业学院学造纸的，曾经他走的路非常崎岖，但是他现在是一个核心有名的国际大家，结构生物学家。我用他的例子给大学、中学、小学学生讲，你们只要自己不放弃自己的想法，你只要坚持下去，一定会达到你的目的，肯定会的。

提问：我需要具备什么能力，才能在生命科学领域像您一样有所发展？

施一公：我在河南省的时候生物比较差，数学物理还不错，化学比较一般。我最骄傲的是数学和物理，选择专业的时候，可以参考，人的兴趣可以培养，我和很多科学家朋友不太一样的地方，也是我相信的地方，所以我能坚持下去，我的生物底子很差，为什么选择学生物，1984、85年的时候，确实有老师跟我讲，21世纪是生物化学的世纪，还没有生命科学。那个时候生命科学还是特异功能什么的。

我记得省实验中学老师说，将来可能是生物化学的世纪，我当时特别激动，当时我在想，化学和生物一结合，生物化学，是不是将来有生物物理、生物数学、生物计算机、生物工程，当时我没有听说过，都是自己瞎想的。当然现在取了一个名字，都已经产生出来了。我是相信，我们探究未来世界的需要，对于我来讲是一个重要的因素。当然也是因为应试教育的影响，我对科学感兴趣，没有对生物特别热衷，数学特别热衷，但没有选择数学系。

学生物以后，没有给自己理由，拼命地想学好，因为没有打好基础，兴趣不足，造成很多困难。我在清华，在我的生物系同学里是比较差的。出国的时候，包括到国外，我的生物成绩也是比较差的，我1990、91年的时候，生物学成绩经常勉强及格，为了拿到奖学金，只好去数学物理系选几门课拿满分，生物的60分提上来，直到后来才一点一点出感觉。我后来到博士三年级、四年级的时候，出了一点感觉，才发觉原来生物这么回事。

当时没有人告诉我生物是一个领域，数学是一个方法。如果知道这个区别的话，我会更快一点，我老想拿数理思维想生物学问题，不完全是这样的，所以我走了不少弯路。

我直到博士四年级以后，才对生物产生浓厚兴趣，才坚持下来，一旦有兴趣以后，加上我认为生命科学确实是很伟大、很了不起，一发而不可收拾，现在回都回不去了。

剪接体是什么？研究它能解决什么问题？

北京十二中学生于涵：剪切体的三维结构，我前段时间在网络上看了，没有看懂，像我们这样的中学生和普通的老百姓，更关心RNA剪切异常导致什么疾病，您的研究成果怎么样帮助人类预防这样疾病？

施一公：于涵，早些时候说生物教科书讲的中心法则只有两步，或者只有三步。第一步，DNA复制，遗传物质因为通过复制，细胞可以分裂，父代传给子代。第二步，DNA到RNA的转录。第三步，RNA翻译到蛋白质，执行生命功能。现在在座能讲话，表达观点，能够运动，能够做手势等等，这些功能归根到底都是蛋白质在执行。

蛋白质来源是来自遗传物质，DNA变到蛋白质，除了自身复制，只有两步，第一步转录，第二步是翻译。这是对的。世界上所有生物都是这样。高等生物，酵母单细胞都认为是高等生物，因为有细胞核。细菌是低等生物，因为只有核区，没有严格意义上的细胞核。

高等生物，包括酵母在内，都是多了一步——转录之后，蛋白质翻译之前，多了一步，从遗传物质转录出来的RNA不能用，凡是能够反映成蛋白质的那些区域，被一个一个隔断了，并不是垃圾，是被另外一些序列隔断了。那些序列并不含有蛋白序列，要把这些序列找出来，切出来，然后把有蛋白序列的那些RNA接在一起，这个过程叫剪接。

这样一讲，剪接特别复杂。第一步转录从DNA到前体信使RNA，一对一关系，蛋白质翻译也很简单，成熟的RNA每三个剪接，对应一个蛋白质的氨基酸，这是线性关系。中间（从前体信使RNA到蛋白质）不是线性关系。比如里面20个片段含有蛋白质信息，每两个有一段不含有蛋白质的信息，不含蛋白质信息叫做内含子。19个东西都拿掉就难了，外显子和内含子交接的地方，要找好，还要切掉，这是非常难的。可以想象，我们有一维的DNA的转录，有一维的蛋白质的翻译，但中间一步剪接是三维，很复杂，所以需要有剪接体执行，调控很复杂，不要说你看不懂，就是学生物的，如果不是小同行，很难看懂。

因为问到和人类疾病什么关系，因为剪接过程非常复杂，复杂到什么程度？剪接体不是一个大的复合物，不像核糖体，不像RNA，不像RNA聚合酶一样。人类遗传病大约35%是因为剪接异常造成的，大约1/3的人类遗传病跟剪接有关。换句话说，如果哪一天，把剪接整个过程的机理完全搞明白了，是不是对1/3的人类遗传病有一些有可能有疗效，或者有可能的药物治疗？我认为是对的。

我这次刚刚从美国出来。一个科学家讲了一个非常振奋的例子，肌肉萎缩的遗传病，染色体隐性遗传，孩子出生如果没有治疗，两岁之内就夭折了，非常悲惨。我看着录像，孩子出生以后一岁，还不会自己翻身，手抬不起来，因为肌肉在萎缩。有一个外显子，一个碱基突变，没有包含在里面就错过去了，错过去了以后，蛋白就缩短了，蛋白没有功能，细胞膜和细胞骨架连不起来，最后产生了肌肉的萎缩，根本没有劲，没有用力的可能性。

既然一个剪接突变，造成外显子不被包含进去，能不能想一个办法，让外显子包含进去？他们做了一个非常简单的药，内含子一段RNA序列能够配对，正好能让这个完全被跳过去的外显子重新包含进去。

去年，这个药被美国食品药品检验局批准，非常贵，60万美元一年。所有服了药的可以比较正常发育，但不是完全正常。他们跟踪发现，在五、六年之前开始用临床试验的药的孩子，居然现在可以开始走路了，不可思议。通过剪接现象基础研究，发现问题，发现疾病来源，出了药。这是第一个FDA批准的药。后面机理有很多，没有搞清楚，我说的35%，绝大部分，虽然知道跟剪接有关，但怎么跟剪接有关，还不清楚。这个现象是中心法则一部分，因为是涉及到蛋白质执行生命功能一部分，将来搞清楚，对医学和制药会有大的影响。

在波士顿地区，有位今年入选美国科学院院士的教授，很伟大的科学家，做了突出贡献，在整个剪接发现过程中，决定自己全力以赴通过基础研究发现来制药，现在也是少见的从大学辞职，在大学做24年教授以后，今年把实验室关掉，决定全身心地投入制药的研发。

在座可能有媒体，可能也有其他的对生命科学感兴趣的同学，尤其是对制药，我在清华总是对我们的清华本科生讲，不要急功近利，不要太着急。我经常会遇到这样的学生，给我写信，因为我的亲人得了癌症，或者得了什么病，我一定要去做制药研究，甚至我有的同学在清华跟我说，不想学习了，想赶紧去制药公司，其实对我来讲，这也是另外一种急功近利。

前沿最尖端的制药研究实际上完全来自于大学创新、研究所创新，我们的基础研究，就是基础研究创新，基础研究的发现推动整个世界的发展，这是根本的。大家有的时候会特别重视应用研究或者简单的最后一步，但是不要忘了所有的前提都是基础，像盖大楼，地基打不深，楼一定盖不高一样，完全一样的道理。

作为一线的基础研究的科学家，我在1997年去普林斯顿大学做助理教授的时候，从来没有想过，与制药公司有关系，就是做基础研究的科学家，没有想到我们的发现写成2000年一篇《自然》的文章，第一时间制药公司打来电话，从那以后一点一点打到现在。自己的独立科学生涯做了20年，我的品味是，如果在生命科学做基础研究，反而更加可以对制药产生更加深远的重大的影响。所以过去20年间，我也从事了对一些跨国大的制药公司进行咨询，指导他们进行制药等等。其实也是想告诉同学们，基础研究做好了以后，再来制药，再参与医学和制药的研发也好等等，效果可能更加显著，而不是急急忙忙先去，因为当时没有把基础打好，去做药。可能只能做边角细碎的工作，反而担当不了重任。

中国教育“均值很高，方差很小”

施一公：现在教育模式成绩是巨大的，首先肯定一下。我相信大家都同意这一点，中国学生经过中学、小学培养以后，竞争力非常强，什么竞争力强，就是考试。我觉得我们中国的中学生的平均水平在高三毕业以后，在世界上，我怀疑肯定是前列，当然这里面不好说。

经常下面大家会谈到一些，我们菜市场的大妈、大爷，卖菜的，你给他算几斤几两，价格一乘，他的脑子就像计算机一样，美国超级商场大妈按计算器还按错，中国人多聪明。我们的教堂如此严谨，如此发达和先进，使得我们的学生中学毕业以后平均水平非常高，大学毕业的时候平均水平也非常高。

大家有的时候很纳闷，为什么都这样了，中国的科学技术还没有领先于世界，中国的基础研究还没有领先于世界？非常简单的道理在里面，不是我第一个提出来这个理论，我认为是事实，我认为是相信这一点，就是均值和方差的关系。

我们中国人因为教育模式比较单一，考试无论是怎么样，我们希望学生既不能太超前，也不能太落后，所以我们的均值非常高，但是方差很小，这反映在我们的大学教育、中学教育、小学教育，当然也有个别掉队的。总体来说均值很高，方差很小。

美国的学校恰好不是这样的，他们是均值并不是很高，但是方差非常大。有的时候我在比较，比如比较清华大学和麻省理工。我个人认为，如果按照学生毕业生的平均水平，我怀疑我们本科生考试能力都超过MIT。如果每个学科本科生毕业的时候，比每个学科前五名，无论计算机、化学、生物、物理还是数学，我怀疑我们不占优势。我们的方差太小，均值非常高。我甚至几年前都认为，可能清华生命学院的平均毕业生，无论本科生还是博士生，可能已经很超前了。但是也有这个问题，跟我们的教育模式有关，我们太喜欢管，太喜欢按计划，太喜欢给一个框子框着学生。

怎么解决这个问题？我也很踌躇、犹豫，对于一个社会来讲，经常对个体好的事情，对整体不好的，人通过细胞凋亡除去，整体才能健康。对于社会来讲，对于一个大群体，对于一个革命来讲，整体和个体存在非常大的矛盾，再往下讲变成哲学一些观点了。

简单一点讲公平和卓越是矛盾两个方面，过分强调公平会损害卓越，但是必须要强调公平。怎么样在我们国家再教育体系下，比如像我，我非常支持高考，高考是唯一让农村孩子、家境贫寒孩子，在山区的孩子，摆脱自己世世代代的出路。没有高考，就没有现在一匹非常优秀的，无论是科学家、企业家还是社会精英从农村走出来。但是高考一考定终身，大家意见很大。

现在改革效果，不去评价，因为这是教育问题，有些前沿省份开始分科，不选的科不去学了，进了大学以后，那些科的基础知识很差，这里面非常难做的。在一个社会在受教育机会比较少的情况下，人口比较众多，又受非常浓厚的东方文化影响，怎么样鼓励创新是一个社会性问题，不是一两个人、一个部门能解决的，需要一个社会的思考和整个文化的改变才能够实现。

要为了好找工作而选择专业吗？

北京四中高级校区高三学生谭子文：我高中同届同学特别喜欢学生物学，很郑重作为大学相关专业选择之一，却被周围的人说，这个找不到工作，放弃吧，别学了，他们因为这个多多少少有一些犹豫，您对这个现象怎么看，对于这些正在犹豫的同学们，有什么想说的？

施一公：这个问题正中下怀，我在不同的场合多次被问到这个问题，我反问你一句，你们将来学了生物或者学了任何一门科学，会吃不饱肚子，能够缺衣少穿吗？不会吧。

其实我是很简单的一个答复，我再展开说一下自己的想法：我觉得我们是人，我们不是简单的动物，吃饱了喝足了，如果不缺衣少穿，为什么要这么担心少挣几块钱，多挣几块钱呢？我觉得如果我们最后无论是学习也好，研究也好，还是做什么也好，最后我们主要的着眼点是什么工作挣钱多，什么工作能够生活得更富足，这个至少对年轻人来讲，是太不可思议的狭窄了。

我从很小的时候，甚至说到驻马店，我在四年级的时候，那个时候因为没有足够多的食物，没有肉，没有水果。我记得很清楚，四年级的时候，不能叫理想，可能叫梦想之一，说长大每天吃一个苹果就够了，当时怎么可以想像长大还有汽车开，每天都可以吃到肉，不可思议。即使那个时候，当然我们那个年代就是很少鼓舞，觉得科学很伟大，觉得科学可以改变社会，可以让中国富强，确确实实潜移默化地决定想要做一点事情，做科学家，做工程师，这也是一种理想。

其实就是这种动力，让我们这一代人往前走，不知不觉，这个社会变得“现实”，现实到最后大家在比，没有走入工作岗位之前，在中学、小学之前开始比，将来学什么挣钱多。所以我都50岁了，我也没搞明白，为什么人在中学、在大学都想哪个职业挣钱多去学哪个职业，不是一下开始把自己做价卖了吗？反过来问你的同学、家长，难道我这么贱？

我对所有选择进入清华生命学院一年级本科生，每年都会给他们讲一次：你们多少人觉得进了清华以后，学生物以后，将来还会为柴米油盐发愁？如果不会的话，为什么不坚持下去？很简单，比较简单回答你的问题的话，我觉得我从来没有被这方面牵着鼻子走，从来不觉得。我有的时候觉得作为一个科学家，作为一个从事专业研究的人，我很自豪的一点，其实不能说挣钱少自豪，但是其实有一点点关系。

举一个例子，2002年，我被普林斯顿大学晋升为终身正教授，我当年开的车还是两门、1.3升的很小的汽车，我的车比夏利稍微便宜一点。但是在美国东岸的高速公路上，当然我喜欢超速，超速的时候，尤其超过大奔的时候感觉特别好，自豪感油然而生。

从小到大从来没有觉得谁的钱多、谁的地位高，第一次见到比尔·盖茨也没有这么觉得。我很敬佩他，因为他把钱捐给穷人、社会，让社会变得更美好。在我的价值观里，从小到大从来没有把钱和我自己的价值，加上中间一个什么关系，我并不是说不需要钱，也不是说钱是坏东西，但是钱是要拿来做事的，我只要相信我的事情能给社会带来价值，能让我实现自己的价值。有的时候我不太理解这个社会，不是我不明白，而是世界变化太快了。

生命科学研究有何与众不同？做研究需要直觉吗？

北京四中高级校区高二学生刘家圆：生命科学和其他科学有什么不同呢？要想成为一名优秀的生物学家应该具备什么样的品质？

施一公：这个问题非常大，有什么不同可以回答半个小时，具备什么品质可以回答一个小时。生命科学和其他科学很不一样，这是我个人的观点，供大家批评。

数学和物理是方法，数学抽象思维，物理物质道理，如果极端一点讲，也是刺激一下大家，激励一下大家，我认为世界上自然科学研究的方法主要有两种，就是数学和物理。在座的人会较真，计算机呢，是数学和物理，化学呢？是物理的极致。

物理有量子物理，可以解释几乎所有的东西，化学反应不过是量子物理的一个变异、当然有数学方法，计算机方法，生物学没有方法。生物学是一个大领域，比如做生物的所有实验，比如用做基因组学研究，用测序技术是物理技术，是仪器，做PCR化学反应，测各种，无论是生物还是什么，它是非常庞大的领域。在我的世界里，在我比较粗浅的理解里，数学、物理、化学、计算机，很多是方法，当然也有它的研究领域，方法的研究领域。而生物是一个巨大的海棉，物理进来产生生物物理，化学、数学进来产生生物化学、生物数学以及生物学组学、数学信息学，生物对所有基础的自然科学方法都有巨大影响。

怎么样成为好的生物学家还是科学家，前面做铺垫的话，很容易。学好任何一门知识，或者有任何好的技能，都可以成为好的生物学家。

上世纪70年代的分子生物学革命，是因为物理学家进来引起的，80年代、90年代的生物数学、组学革命，主要是计算机和数学进来的，材料科学、工程科学进入生命科学，正在引发下一轮革命，对生命本质建设不断地发生，一浪高过一浪往前发展，学好数理化走遍天下都不怕，但是最重要应用在生命科学上。

北京中学九年级学生李星伦： 关于现在比较高精尖的生物圈子，或者关于您的研究上，有没有关于有一些新的关于生命科学的方法，可以针对现在比较难治疗的疾病，比如艾滋病之类的？

施一公：通过我的研究，有一些新方法或者手段出现，对于人类比较困难的疾病，产生新的疗法。因为这是生命科学的对话，有的时候自己挺感慨的，生命科学多么博大精深。作为一个人，不完全了解人体的功能。

我两周之前在清华听哈佛癌症研究中心的一个讲座，讲把人的直肠癌拿出来培养，发现直肠癌里边有一种肠道微生菌，把直肠癌转移到其他部位的癌，拿出来测序，还是有肠道细菌，可以培养出活的细菌来。科学家更加惊讶，他怀疑细菌在癌细胞里面共生，或者在癌细胞表面搭便车，怎么办？把细菌去掉，把直肠癌拿出来一块，到小鼠的皮下培养，很快长大。切出一小块，植入下一个小鼠，再切下来植入下一个小鼠，纯化了四次，第四只小鼠，培养出了细菌，测序发现同样的细菌DNA在里面。到那个时候确信，这个细菌一定和癌细胞有某种关系。如果这样的话，有没有可能用抗菌素，让癌细胞长不大。果然，小鼠的直肠癌长不大了。是不是再过几年，可以用特定的抗生素来抗癌呢？不仅直肠癌，肝癌同样有肠道的微生物在里面，包括其他的细菌。到现在为止，我们对于肠道微生菌和癌症发生的关系没有搞明白，但是这样一个发现，整个医学到微生物学到癌症生物学，都有新的想法，可能出现新的疗法。

北京四中国际校区高三学生路云帆：很多人说科学研究的本质是精确的推理和观察得来的，但是也有人认为直觉是自然科学当中很重要的一个部分，请问您这么多年的研究当中，您觉得直觉对于您的研究有什么意义呢？

施一公：你问的问题很精彩，直觉和你的严谨推理究竟哪个更重要？我觉得对于自然科学，包括生物也一样，我觉得其他的学科我怀疑也一样，直觉非常重要，但是直觉来源于什么呢？如果你没有足够的训练、科学的素养，我认为直觉是出不来的。

我是做结构生物学的，在六、七年之前，有过一个我自己认为很重要的发现，但是现在还没有被科学界认可。我发现谷氨酰胺是一种氨基酸，我们的食物当中最多的跟味精有关。味精是谷氨酸，谷氨酰胺也可以用来做味精，用来抗酸的。癌细胞的重要机制是不抗酸，癌细胞是不是就会被酸死了？癌细胞摄取葡萄糖，分解成二氧化碳和水，葡萄糖通过糖酵解形成丙酮酸，进行循环，变成二氧化碳和水。而85%癌细胞不进第二个环节，糖只有糖酵解这步，利用的能量非常有限，大量摄摄取葡萄糖，能量很少，变成丙酮酸，是酸的，进一步变成乳酸，也是酸的。要知道培养细胞都是需要加固谷氨酰胺，为了防止细胞培养过程当中变酸。

这是很重要的发现，来自直觉，我讲课的时候，讲不相关的东西，讲胃里面的幽门螺旋杆菌，如何在胃里抗酸。癌细胞抗酸用同样的机理，用氨气+氢离子变成铵根，后通过科学实验证明是真的。有这样一个直觉，最后实验验证是真的。完全来源于我对过去幽门螺旋杆菌的了解，对以前生物学代谢途径的一些了解等等。我不信石头里会蹦出酸猴子，经过非常多过去训练和知识积累，逐渐有品味、感觉，过去知识理解融会贯通，有一天突然之间思想火花碰撞，突然突发奇想。

著名物理学家张首晟，有一天去朋友的烤肉晚餐，突然想起来一个理论怎么推演，马上放下烤鸡肉，告诉朋友回家有点事，赶紧把灵感写出来。这来源于过去知识积累和严谨的思维，这两个不矛盾，不能守株待兔。

很多人会分享科学研究带来的这种喜悦，很难用任何其他的奖励所代替的。我相信我的学生都会有同感，我每次有一个新的发现、新的突破的时候，我这样告诉我的学生，他们也会这样想，也会这样感受。在人类这个历史上，我们是第一个做这样的发现，这是我们留给人类历史，留给这个宇宙的一些印记，留给人类文明史的贡献。所以我们每次有新突破的时候，这种喜悦是无法用语言形容的，我经常跟同学说，这比中了彩票、中了奖感觉都要好一些，有的时候确实忘记了时间，跟学生们讨论问题，或者看自己的结构的时候，看我做这一行研究的时候。

北京师范大学教授毕彦超：刚才施老师从各个问题都能以生物的例子回答和阐释，抛开您的研究领域，您最感兴趣的问题是什么？

施一公：除了生物，我的爱好是天文、天体物理。天体物理最后研究的也是物质结构，我这个人爱刨根究源，很多问题都是根源，都是物质结构，因为结构决定功能。我很想知道什么样结构有这样的想法，最后我认为都可以用物质结构解释，如果问我的领域之外的兴趣，是天体物理。结构物理之外的研究，实验室已经开始了，国内也讲过，我很想了解地球上的生物体除了可见光波段可以检测，还有哪些波段可以检测，怎么检测，我已经在实验室开始做了。