走出思维“泥潭” 领略科学创新之美|丁奎岭|催化剂|化学|手性|樊登|科学

樊登：各位好，我是樊登。今天我们非常荣幸地请到了中国科学院院士、上海交通大学校长丁奎岭教授。

丁奎岭：大家好，樊老师好。

樊登：请您来觉得特别忐忑，我虽然读了一些书，但是您这个专业我真的一点都不了解。什么叫手性？

丁奎岭：这个概念的话，还是很有历史的。如果通俗地讲，就是我们的左手和右手之间的关系。你看你的左手和右手，大概看上去是完全一样的，但是你无论怎么摆，它没办法重合的。如果你把大拇指这样一放的话，它始终是一种镜子里边的图像和人之间的这样一种关系。这种关系看似完全一样，但是本质上它是不一样的，这种对应的关系我们就叫做手性。化学里边的分子世界，它是有这种左手和右手的关系。在我们的人体里边，组成人体的最主要的分子有氨基酸、核酸、还有糖。氨基酸它是左手的，糖是右手的。

樊登：我不知道我理解的对不对，您的意思是说，氨基酸的结构和糖的结构，看起来是很像的，但是两个不能重合在一起。

丁奎岭：不是，还不是这个意思。就是氨基酸里头，它也有左手的分子、右手的分子，两只手都有，但是自然界选择，当它诞生这个生命的时候，只选择了左手，那么糖它就是右手的。氨基酸形成多肽以后，它又形成螺旋结构，实际上螺旋结构也是一种手性。举个例子说，你经常看到的植物攀缘的时候，它是螺旋的，而且你去仔细观察的话，绝大部分都是一种方向。你再去看海螺，你去把很多海螺收集在一起看一看，你会观察到99%以上都是朝着一个方向。这就是手性不仅在分子世界里头有，在它的集成体，或者是在更大的尺度里边，它都是手性的。

樊登：那这项研究的好处是什么呢？有什么意义？

丁奎岭：刚才说到组成生命体系的三大物质，它是手性的，但是它只选择了一只手。当我们生病的时候，需要吃药的时候，刚才说了分子世界它也是手性的，那么这个药怎么发挥作用，它一定要跟生命体去作用，就像我们的手套。生命体里面，它本身就像一个手套，这个药物进来了，它进去了，相互作用了，才能够发挥作用。那你就可以很容易地想象了，我人体是左手的手套，你来个右手的手往里头插。

樊登：插不进去。

丁奎岭：要么插不进去，要么插进去不舒服。其实药物在发挥作用的时候，它应该是非常精准的，只有精准了才能够不至于跟其他的部位去作用，所以这就是手性的重要性。那么如果你吃进去了另外一种手性的分子，它可能带来的是副作用，这种过去历史上也有悲剧发生的。就是在上个世纪的五六十年代，在欧洲有一个非常著名的，叫“反应停事件”。很多孕妇怀孕的时候会有妊娠反应，需要吃一种镇静药，这个镇静药分子当时做出来它是很有效的，但是它是消旋的，也就是两只手都有的这种。其中分子的一个异构体有镇定的作用，但是另外一个，它会导致胎儿的畸形，所以就在欧洲产生了数以万计的叫“海豹婴儿”：很短的胳膊、很小的手或者很短的腿。所以手性在药物里面，起着非常重要的作用，只有契合了，也就是说手和手套只有配合得很好了，才能够正常地发挥作用；而另外一只手，你给它也送进去，但是它跑其他地方搞破坏作用了，甚至产生副作用。所以到了上世纪九十年代，美国FDA就要求，只要是涉及到手性的，那就有左手和右手的问题，你一定要把每一只手结构的分子，它的活性、毒性，都要做实验，最后成药的时候尽可能以一种异构体、一只手来上市，这样的话就尽可能地避免副作用。

樊登：每个人体内的那个手的方向都一样吗？

丁奎岭：都一样的，所有的人类都一样，人类生命世界为什么选择单一的手性，还是一个未解之谜。自然界的生命的起源，一开始也没外界的因素去影响它，到最后进化成生命，怎么倾向于一只手的方向去走了呢？这个过程当中，还有很多未解之谜。

刚才讲到了手性，单一手性药物的重要性，那么我们就希望吃最有效的那个，而把那个无效的、甚至有副作用的除掉。因为我们对药物的要求，在制造的过程当中，我们希望它的纯度能够达到99%以上。那么可以想象，如果一个手性的药物，左手右手你不把它分开的话，那就相当于一半的杂质在里边。另外从制造的过程来说，这两个分子我只想要这一个，而不要另外一个，那怎么办呢？就需要来控制反应的过程，就需要催化剂。我们常用的就是用手性催化剂来控制这个反应的过程，最后就会得到一种手性的分子，那么把原料也节省下来了，也不产生另外一种手的副产物了，所以手性催化，因为它对药物的研发、对药物的生产、对生命过程的认识这个重要性。所以2001年的诺贝尔化学奖，就授予了手性催化这个领域。

樊登：化学家真了不起。我觉得化学家扮演着相当于半个大自然的角色。

丁奎岭：化学家几乎可以创造万物。你可以想象，我们现在衣食住行，所需要的所有的东西，你还能离开化学吗？甚至有人说“我要吃有机的东西，我要吃天然的”，天然的也是化学，植物里面那不都是化学分子吗？在化学家的眼里边都是化学。

樊登：看咱们节目的有很多中小学生朋友，我替他们问一个问题：您是从小就这么喜欢化学呢，还是后来到了博士、博士后阶段才爱上化学？

丁奎岭：选择的话，我觉得也有像当初生命体里，为什么选择左手，为什么选择右手，也很有关系，非常偶然的机会。因为我是从农村出来的，所以没有什么太多的选择，唯一的选择就是想学习，学什么都可以。

樊登：报上了化学就就上了？

丁奎岭：是那一年高考，我化学比物理多两分，物理77分，化学大概79分，那么就觉得好像化学有一点点优势，那么就学化学吧，就这么简单。我的热爱是因为选择了，然后爱上了。我们年轻的朋友，如果你对某一个学科或者对某一个领域，没有这种热爱，没有兴趣，那是很难做好的。就化学领域来讲，我告诉大家，人类到今天为止所了解的，或者是说创造出来的，或者是发现的，这种分子也好、材料也好，只有1.5亿多一点，也就是10的8次方。那么按照元素周期表里面的主要的元素，按照500左右的分子量，如果你去排列组合，这个化学的空间是多少呢，是10的63次方。你可以想象，10的63次方和10的8次方，我们人类所未知的、或者可以探索的空间，和我们所认知的空间差了50多个数量级，也还是沧海一粟。所以化学这个领域，它可以探索或者是可以创造的空间，几乎是无限的。所以要了解这些背景，你想创造一些影响、改变世界的东西，那我觉得，学化学是最好的选择了。

樊登：今天丁校长来，带来了一本书，叫《走出思维的泥潭》。这是您审校的书，我读这个书的时候有一个感受，就是如果当年我上中学或者大学的时候读过这本书的话，我做科研肯定会更有意思。它教你怎么做科研。很多年轻朋友以为科研就是写论文，就是到处找文献综述。所以您能不能跟大家传授一下，科研到底怎么做，或者说科研一般分哪几步？也就是这个书大概的一个提炼。

丁奎岭：做科研跟学习是一样的，除了我说朝着哪个方向走、选择什么领域、兴趣很重要以外，就是你要能够发现问题。我觉得问题导向是最最重要的，我们做科学研究或者是做探索，不是踩着西瓜皮滑到哪里是哪里，我们做科研一定会问问题，我要解决什么样的问题，要找到你要解决的问题，觉得它是一个真问题，这一点我觉得这是入门的第一步。

樊登：我跟您坦诚一下一个普通本科生的想法。我们当年在选本科毕业论文的时候，我们的问题就是如何能够通过答辩。我们脑子里想的都是选什么样的命题容易通过答辩，什么样的命题容易找到资料，什么样的问题有师兄师姐可以带一下，都是实用主义的问题。

丁奎岭：其实要找到一个真的问题，哪怕你不一定能够解决问题，你会有针对问题去设计不同的方案，也许所有的方案都失败，但我觉得你也是成功的。因为你学会了怎么去设计方案，你学会了怎么去实践你的方案。最后结论是没成功，那也是成功。至少你可以未来再去探索的时候，你不会再重复走这个老路了。

丁奎岭：所以第一步是找到问题，第二步是设计各式各样的方案，然后第三步就是用科学的实践去验证。这本书里面讲的最重要的一个东西就是你要找到它的可证伪性，这一点非常重要。

还有一点，我觉得这本书里边也讲到了，你得坚持。好的运气从哪里来，好的运气往往是因为你坚持，最后才成功，那么坚持背后的驱动力是什么？我觉得兴趣、还是兴趣，一定要有兴趣才能够坚持下来。

樊登：我觉得化学教授当校长能当好，我为什么这么想，做化学的人讲究基因，讲究内在的生命力，就您刚刚说的那个推动力，这个推动的力量是非常重要的。这才能够给一个校园、甚至给一个社会带来内在的活力。

丁奎岭：化学还是一个最富有创造性的科学，它可以创造很多自然界里边不存在的，但是又具有非常好的功能的、能够造福人类的这些物质，我觉得这是无与伦比的神奇。比如说青蒿素，尽管获得的是诺贝尔生理医学奖，但是就是因为那个化学分子，它是一个影响改变世界的分子。我们屠呦呦先生和其他国内的很多科学家，那个时候就从中国传统的医学、药学、中药里边，认识到了青蒿是一个对疟疾有作用的草药，那这里面一定得有有效的成分。屠呦呦当时就把这个有效的成分，给它提取分离出来，那么经过现代科学的方法，通过合作，最后把这个结构确定出来。其实青蒿素最后没有成药，而是由青蒿素作为原料，在这个基础上又进一步经过化学转化，也包括手性合成，通过转化，变成了蒿甲醚、蒿乙醚，琥珀酸酯、双氢青蒿素，这才是真正的人类用上的抗疟药物，所以化学真的是很神奇。

樊登：化学对人类社会的贡献实在太大了，你想就一个青霉素的发明，救了多少人的命。

丁奎岭：青霉素的发明可以说，当年号称是比黄金还要贵的药物，其实细菌、或者是病菌，它也在不断地适应最早的这个药物，所以怎么办呢，你找到新的抗生素越来越难。化学家就有办法了，在青霉素那个基础上，不断地改造，它的性能越来越好。大家知道我们吃的头孢，有一代二代三代。这也是人类用化学的办法，来不断地保护自己。

樊登：我们事先收集了一些网友的提问，咱们看看网友们问的什么问题，第一个网友说：丁校长，一般学生都要到初二、初三，才会在课堂里正式接触化学，但您在他们这个年纪的时候已经上了大学了，您觉得在哪个年龄段开始接触化学比较好？

丁奎岭：初中阶段，我觉得就应该去学习一些，初一就可以了。科学的教育，我是觉得，你只要把教材设置好，是可以早一点。

樊登：第二个网友说：请问目前我们国内对手性合成的研究，达到了怎样的水准？这可能是业内人士。

丁奎岭：这个是比较专业的了，应该说我们国家在手性合成领域里边，应该是全球处于领先地位。这可以从一些我们国家的自然科学一等奖里面，比如说南开大学周其林院士，他们做的手性催化剂，其实无论是在性能，无论是在应用这个方面，都是超越获得诺贝尔化学奖的当年的那些催化剂。当然我们有后发优势了，再举一个例子，美国新冠期间用的帕克洛维德，它是两个组分，有一个组分，也是涉及到手性合成的。这些原料的制造都在中国，大部分都在中国。所以我们国内很多企业的合成能力，手性合成化学的能力是非常强的。

樊登：明白了。第三个问题：丁校长、您是一个催化达人，从催化分子合成，到催化青年一代人才的培养，平时有这么多工作，您还有时间看书学习吗？您的时间是怎么分配的？

丁奎岭：确实看书学习的时间比过去是少了。其实现在学习的话，我觉得可以用多种的方式，看书、读书是一个很好的方式，如果你有闲暇的时间，去选择一些好的书、静下心来去读，这是一种方式。还有一种学习，就是现在的信息技术的手段，让你随时都可以学习，所以只要有这种好奇心存在，你学习任何方式我觉得都可以。

樊登：好，我们来看下一个：丁校长您知道您做了校长以后，每次毕业典礼上的讲话，大家都非常关注，您有一段话被大家传得比较多，说您告诉学生，做科研要有交叉融合的意识，打破边界、突破藩篱，这是您给年轻科研人才的忠告，您觉得为什么交叉这么重要？

丁奎岭：从创新的途径来讲的话，肯定是一个探索的过程，那么探索的方向在哪里，我大体上分成两种方式，一种方式是深挖，在一个领域里边，你就沉下心、坐下来，不断地去挖，挖到别人没有挖到的那个深度，你才能有所发现，也许能够有金矿发现，也许失败。但是如果你没有到那个深度，或者没有去超越那个极限，那你不可能有大的突破。

那么第二种方式就是您刚才讲的，其实更多的是这样一种情况，就是交叉，特别是现代科学的发展，越来越朝着多学科交叉融合的方向发展。要做一件事情，它不是靠一个学科一个领域，能够解决的问题。我举一个例子，刚才我们讲到了生命科学里边三大物质，DNA。核酸是一个记录人类自身信息的载体，那么可以不可以用它来记录人类文明的信息，所有的数据用DNA来存储。

有人做过统计，全球的数据大概只要200公斤不到的DNA，就可以把它全部存储起来，当然这是一个梦想，从理论计算是有可能的。但是要做这件事情，DNA的合成要化学家、要生物学家，特别是需要合成生物学；合成了以后，这里面还有编码呢，还有软件，还有这种信息怎么跟当今的这些信息计算机，能够对接起来。你想一想如果要做这件事情，没有交叉能行吗，你一定要有软件的、有硬件的，有物理的、有化学的，有材料的、有信息的。

樊登：您提的这个建议，其实在生物进化的过程当中也是这么一个规律，基本上这些大的变迁都是发生在边缘地带，水陆两栖，这些边缘地带才会出现变化。

丁奎岭：所以这就是为什么要朝着那个交叉地带，无人区的交叉地带去探索。

樊登：我们来看下一个：您一直活跃在科研和教学第一线，您是院士、所长，同时也是老师、校长，这几个身份里，您最喜欢的是哪一个？

丁奎岭：我觉得做老师是我最喜欢的一个身份，其实我最早博士毕业以后，就在大学教书，在郑州大学教过八年书；然后到了中国科学院去工作，20年我也没有离开过讲台，尽管做所长还是比较忙。当然到大学里面，教书育人更加是我的责任，所以始终没变的。其他身份都变了，只有老师这个身份没有变，我觉得当老师还是我的最爱所在。

樊登：真是特别希望更多的年轻人能够领略到化学的魅力，也见到大化学家到底是什么样子。其实我觉得跟您说话，就是跟我们其他的老师说话是一样的，并没有那种化学家的神秘感。

丁奎岭：化学家没有神秘感，化学还是蛮神秘的。