院士隋森芳，顯微鏡里尋找“冷凍的乾坤”

2024年4月，隋森芳在北京接受本刊記者采訪。（本刊記者 侯欣穎／攝）

隋森芳

1945年出生于黑龍江，1970年獲清華大學(xué)精密儀器系學(xué)士學(xué)位，1981年獲清華大學(xué)工程物理系碩士學(xué)位，1988年獲德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位。2009年當(dāng)選中國科學(xué)院院士。現(xiàn)任清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授。
 

中國科學(xué)院院士隋森芳的辦公室有點(diǎn)狹小——一個(gè)大書柜、一張寫字臺(tái)、一張雙人沙發(fā)就占據(jù)了80%的地盤，其余的空間甚至放不下3把椅子，只能將3只圓凳摞起來抵在墻邊。但他的辦公室又相當(dāng)溫馨：寫字臺(tái)上擺放著一個(gè)3D打印模型，是學(xué)生在他生日時(shí)送的禮物（見右圖）；墻上的鏡框里，嵌滿了學(xué)生們的大頭照；書柜里擺放著他與學(xué)生的合影及各種紀(jì)念品……可以說將學(xué)術(shù)氣與生活氣融為一體了。

隋森芳手指的3D打印模型，是學(xué)生送的生日禮物。（本刊記者 侯欣穎／攝）

“隋老師實(shí)在不像八十來歲的人。”這是周圍人對(duì)隋森芳的“共識(shí)”，他挺拔的腰桿讓不少年輕人贊嘆。至于其中的秘訣，除了體育鍛煉外，還在于幾十年勤耕不輟所凝聚的精氣神。

“今年對(duì)我來說很有紀(jì)念意義。”隋森芳對(duì)《環(huán)球人物》記者說。40年前，清華大學(xué)恢復(fù)了生物系，他也在那一年做出了一個(gè)重要的決定，直接改變了后來的人生軌跡?；貞浧鹱约喊雮€(gè)世紀(jì)的科研道路，隋森芳感慨萬千。

寶刀不老

清華大學(xué)生物系成立于1926年，是中國近代最早開展生物學(xué)教育和研究的院系之一。1952年，全國高校院系調(diào)整，生物系從清華大學(xué)剝離出來，被并至其他院校。

“在恢復(fù)生物系之前，清華的生物學(xué)教研工作經(jīng)歷了32年的空白期。”隋森芳對(duì)記者說。令他感到榮幸的是，自己親眼見證了生物系的恢復(fù)，又親身參與和推動(dòng)了它的發(fā)展，并培養(yǎng)了一大批人才。

采訪中，隋森芳常常提到自己的學(xué)生，贊賞之情溢于言表：“我的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)本科生幫著建起來的，他的動(dòng)手能力特別強(qiáng)……”“30年前，快速冷凍裝置在國內(nèi)買不到，都是我的學(xué)生自己設(shè)計(jì)、自己搭建的。”“這個(gè)模型好看吧？是我學(xué)生自己做的，跟真的分子結(jié)構(gòu)一模一樣……”

都說鐵打的校園流水的學(xué)生，幾十年下來，隋森芳對(duì)學(xué)生的變化頗有感觸：“時(shí)代不同了，以前物質(zhì)條件比較差、網(wǎng)絡(luò)也不發(fā)達(dá)，學(xué)生的精力相對(duì)更專注一些?，F(xiàn)在生活水平高了，網(wǎng)絡(luò)信息量又很大，學(xué)生的想法更多，選擇也更多了，因材施教就顯得更加重要。”

有的學(xué)生耐得住寂寞，能夜以繼日地在實(shí)驗(yàn)室里埋頭苦干，隋森芳將其歸為“適合搞科研”的一類，會(huì)適當(dāng)多給他們一些課題壓力；有的學(xué)生喜歡外面的世界，對(duì)科研的專注度沒那么高，隋森芳也會(huì)給他們一定的自由空間，“我允許他們出去干點(diǎn)別的，但博士生的標(biāo)準(zhǔn)不能降低——你畢業(yè)時(shí)比入學(xué)時(shí)一定要有質(zhì)的提升”。

走上學(xué)術(shù)道路是偶然

隋森芳出生在哈爾濱，十幾歲時(shí)隨父母來到北京，初中和高中都在北京四中度過，他對(duì)體育的熱愛就是從中學(xué)開始的。“我喜歡各種體育運(yùn)動(dòng)，尤其是中長跑。很多人覺得練中長跑很苦很累，但我覺得這對(duì)意志品質(zhì)是非常好的磨煉。”

1964年，隋森芳在清華園。

1964年考上清華后，隋森芳參加了全校新生運(yùn)動(dòng)會(huì)，拿下1500米跑的冠軍。高年級(jí)學(xué)生馬上邀請(qǐng)他加入學(xué)校運(yùn)動(dòng)隊(duì)，每周至少訓(xùn)練4次。除此以外，每天下午4點(diǎn)半，學(xué)校就會(huì)放廣播音樂，提醒大家運(yùn)動(dòng)時(shí)間到了。不管當(dāng)時(shí)在干什么，隋森芳一定會(huì)馬上回宿舍換球鞋，然后跑到操場去運(yùn)動(dòng)。

“體育鍛煉是我大學(xué)生活最快樂的事情之一。每次訓(xùn)練完，我們先去洗澡，然后去食堂吃飯，再去上自習(xí)。這種生活非常有規(guī)律、有節(jié)奏，效率很高，讓我一輩子受益。”

隋森芳的第二個(gè)愛好是去圖書館看書。只要不上課，他就泡在圖書館里，找各種專業(yè)書籍和期刊看。“那時(shí)沒有網(wǎng)絡(luò)，我把所有能找到的文獻(xiàn)都翻遍了。無論是讀本科、讀研究生，還是當(dāng)老師之后的很長一段時(shí)間，我一直保持著這個(gè)習(xí)慣。”

但在本科期間，隋森芳的理想并不是成為科學(xué)家，而是當(dāng)工程師。“我小時(shí)候正趕上第一個(gè)五年計(jì)劃，國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)非常需要工程人才。所以我立志當(dāng)工程師，考大學(xué)時(shí)特意選擇了精密儀器系。”

入學(xué)報(bào)到的第一天，隋森芳下了公共汽車，沿著林蔭道一路走到清華二校門，迎面看到一個(gè)巨大的橫幅，上面是醒目的大字：“清華大學(xué)，紅色工程師的搖籃。”一瞬間，隋森芳覺得熱血沸騰。

上了兩年基礎(chǔ)課后，他和同學(xué)們開始一邊上課一邊下工廠實(shí)習(xí)。1970年，大學(xué)畢業(yè)的他被分配到清華校辦工廠，當(dāng)了一名工人。

“我的同學(xué)們被分配到全國各地的工廠里，都當(dāng)了工人。這是知識(shí)分子接受再教育的過程，所以我們被稱為‘新工人’。”隋森芳說。他操作過車床、銑床、刨床，與普通工人沒有任何區(qū)別。“還是很有收獲的，我知道了機(jī)器零件是怎么一步步制造出來的，跟工人打交道對(duì)我后來的工作也很有幫助。當(dāng)時(shí)我沒想到還有繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)，覺得自己會(huì)一輩子在工廠里上班了。”

隋森芳的同學(xué)后來有的成了高級(jí)技術(shù)人員，有的當(dāng)了廠領(lǐng)導(dǎo)，他是唯一走上學(xué)術(shù)道路的，這個(gè)機(jī)遇既是意外，也是他主動(dòng)爭取的結(jié)果。

“沒想過留在國外”

1973年，隋森芳得知清華要從留校的“新工人”里選拔40人讀研究生，目的是加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究。“后來我才知道，這是楊振寧教授回國時(shí)向周總理建議的。在周總理的指示下，清華大學(xué)辦了4個(gè)前沿領(lǐng)域的研究生班。”隋森芳主動(dòng)申請(qǐng)參加選拔，被固體物理班錄取。

此前，他學(xué)習(xí)和工作接觸到的都是宏觀力學(xué)，而固體物理的研究對(duì)象是微觀世界。隋森芳一開始覺得有些吃力，但在老師的引導(dǎo)下，他逐漸對(duì)固體物理產(chǎn)生了濃厚興趣。

“給我們講課的老師都是當(dāng)時(shí)最好的。他們把微觀世界的原理講得妙趣橫生，激發(fā)了我的研究熱情。就是從這時(shí)候開始，我萌生了當(dāng)科學(xué)家的想法，下決心走學(xué)術(shù)道路。”

畢業(yè)后，隋森芳留校任教，在物理系繼續(xù)從事科研工作。

上世紀(jì)80年代初期，清華大學(xué)邀請(qǐng)了很多國際知名學(xué)者來辦講座、交流。隋森芳第一次接觸到生物物理學(xué)，這是一門交叉學(xué)科，即用物理學(xué)的概念和方法研究生命活動(dòng)的特性，屬于前沿學(xué)科，發(fā)展前景廣闊。

1984年，清華大學(xué)恢復(fù)了生物系，隋森芳主動(dòng)申請(qǐng)調(diào)入該系，從此開始了新領(lǐng)域的研究生涯。為了提高自己的專業(yè)水平，1985年初，他遠(yuǎn)赴德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)生物物理所攻讀博士，師從時(shí)任歐洲生物物理學(xué)會(huì)主席的薩克曼教授。

第一次進(jìn)入西方發(fā)達(dá)國家，物質(zhì)條件的差距給了隋森芳很大沖擊。“在超市里，我看到琳瑯滿目的食品、生活日用品，而我們國家還沒有超市；在實(shí)驗(yàn)室里，很多設(shè)備是我從沒見過甚至沒聽說過的，我想到清華大學(xué)的科研條件在國內(nèi)算好的，當(dāng)時(shí)也只有幾臺(tái)光譜儀……”

留學(xué)讓隋森芳開闊了視野，他將全部身心投入實(shí)驗(yàn)室，通常至少需要4年才能完成的博士學(xué)業(yè)，他只用了3年半。

1988年，隋森芳完成博士答辯后與導(dǎo)師（左）合影。

1988年夏天，隋森芳博士答辯前夕，薩克曼教授又安排他到美國一所生物物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行工作交流。兩個(gè)多月后，美國的導(dǎo)師問隋森芳，畢業(yè)后是否愿意加入他的實(shí)驗(yàn)室。

“我沒想過留在國外，只想盡快學(xué)成回國，因?yàn)榍迦A生物系正處在發(fā)展期。”隋森芳婉拒了美國導(dǎo)師的邀請(qǐng)，回到德國完成了答辯。此時(shí)離回國還有3個(gè)月，他主動(dòng)找到薩克曼教授，表示希望組裝一臺(tái)高級(jí)設(shè)備帶回去，薩克曼馬上同意了。

這臺(tái)儀器的售價(jià)高達(dá)10萬美元，隋森芳買不起，于是自己動(dòng)手畫圖紙，利用實(shí)驗(yàn)室的資源，“零成本”組裝好了設(shè)備，之后托運(yùn)回國。

“一定能取得諾獎(jiǎng)級(jí)研究成果”

1989年，隋森芳在清華建立了自己的實(shí)驗(yàn)室。他申請(qǐng)的第一個(gè)項(xiàng)目是用電子顯微鏡（簡稱電鏡）觀察蛋白質(zhì)二維結(jié)晶。當(dāng)時(shí)國家給了7萬元經(jīng)費(fèi)，學(xué)校提供了一間空屋子作為實(shí)驗(yàn)室，加上從德國帶回的那臺(tái)設(shè)備，便是隋森芳的全部“家當(dāng)”。

長期以來，科學(xué)家們用普通顯微鏡觀察蛋白質(zhì)時(shí)，只能看到模糊的斑點(diǎn)，難以看清結(jié)構(gòu)、解析功能，直到有了冷凍電子顯微鏡（簡稱冷凍電鏡）才打破僵局。其工作原理是將蛋白質(zhì)保存在非常薄的液體層中，快速冷凍，再通過科技手段進(jìn)行拍攝，得到清晰的三維結(jié)構(gòu)圖像。

隋森芳剛回國時(shí)，冷凍電鏡還是冷門學(xué)科。在經(jīng)費(fèi)不足的情況下，他帶領(lǐng)學(xué)生建立了蛋白質(zhì)電鏡三維重構(gòu)技術(shù)平臺(tái)。他堅(jiān)信這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展前景，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的學(xué)生。

在隋森芳等專家的共同努力下，2010年，清華大學(xué)擁有了自己的冷凍電鏡，在世界上由追趕邁向引領(lǐng)階段。2017年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了冷凍電鏡領(lǐng)域的科學(xué)家，該領(lǐng)域也在中國迎來了最好的時(shí)代。

“蛋白質(zhì)是細(xì)胞生命活動(dòng)的執(zhí)行者。把它的結(jié)構(gòu)研究清楚，對(duì)于重大疾病的預(yù)防、靶向治療等有重要意義。”隋森芳說。冷凍電鏡目前已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域的熱門技術(shù)，他早年的預(yù)判成為了現(xiàn)實(shí)。

“我相信清華大學(xué)在生物科研領(lǐng)域一定能取得諾獎(jiǎng)級(jí)研究成果。”隋森芳說，“我們實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在的設(shè)備可以媲美世界上任何一所名校，但我們不能滿足于‘媲美’，而是要成為最好的。希望年輕一代的科學(xué)家繼續(xù)埋頭苦干，把中國建成世界頂尖的科技強(qiáng)國。這條路還很漫長，但這是我們的歷史使命。”