让“1+1>2”｜北大学科，走向世界一流，走向交叉前沿

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2018年是北京大学建校120周年，走过双甲子的北大始终肩负使命，矢志不移地追求世界一流，推进学科的发展与突破。 

北大120周年校庆前际，习近平总书记在师生座谈会上的讲话提出要“下大力气组建交叉学科群与强有力的科技攻关团队，加强学科之间的协同创新”。

在学校整体学科建设迈入世界一流水平时，北大正瞄准了一个“重点”：“以学科交叉与融合为重点”成为北大学科建设总体规划的指导思想之一。

这一年，北大的交叉学科与前沿学科建设活力迸发。

随着人类知识的不断拓展与纵深，新的学术突破和前沿创新往往需要广泛跨学科的综合性研究来支撑，这已是必然之势。

北大再次走在前端。

这一年北大的科学家们成果颇丰：

首次绘制了人脑前额叶发育的单细胞图谱；成功开发了一种新型可基因编码的多巴胺荧光探针；揭示了水合离子的微观结构和幻数效应；发现一种泛素连接酶对氨基酸依赖的调控机制；成功实现一种新型超低功耗的场效应高性能晶体管；在反式钙钛矿太阳能电池研究中取得突破性成果；在大规模集成硅基纳米光量子芯片技术中取得重要进展；在国际上首次揭秘结直肠癌T细胞动态变化；揭示人类结直肠癌发病新机制；在三维集成电子器件与等离激元器件研究中取得重要突破……

一流学科的交叉

双一流的目标下，2018年，北京大学重点推进学科布局调整。

“以队伍建设为核心，以院系建设为基础，以学科交叉与融合为重点，以体制机制改革为动力”，在这样的指导思想下，北大布局了北京国际数学研究中心、量子材料科学中心、科维理天文与天体物理研究所、生物医学前沿创新中心、人文社科研究院、中国社会科学调查中心等一批实体研究机构，聚集了若干世界水平优秀团队，学术活跃，产生了一批重要成果。

一流学科的交叉，更能达到“1+1>2”的效果。

在2017年9月国家公布的“双一流”建设高校及建设学科名单中，北京大学顺利进入“双一流”建设高校A类名单（全国共36所）；并有41个学科进入“双一流”建设学科名单，入选数量居全国高校之首。

在北大这样雄厚的学科基础与科研资源集合之上，优质的交叉学科与前沿研究成为可能。

仅以北京大学IDG麦戈文脑科学研究所学科为例，脑科学涉及到多个学科领域，而北大的优势正在这里。

“北大脑科学研究的优势可以概括为一个‘全’字，齐全的学科门类为脑科学研究提供了充分的保障。”研究所常务副所长、心理与认知科学学院院长方方教授说道。

北京大学IDG麦戈文脑科学研究所学科组成

探索前沿，成为引领者

北大的交叉学科研究技术不断推向新高度，仅2018年一年成果已足够瞩目。研究者们始终在学科的前沿角逐，逐渐成为各研究领域的世界引领者。

北大交叉前沿的研究致力于为全世界的科学研究提供新技术与新方法，突破陈见的“不可能”。

北京大学分子医学研究所程和平院士牵头的多学科交叉研发团队的“研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统”项目在2018年2月被评为“2017年度中国科学十大进展”。

如何打破尺度壁垒，整合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的活动和个体行为信息，是脑科学领域内亟待解决的一个关键问题。

从起初被国外同行咬定为“不可能实现”的15克原型机，程和平团队最后实现了仅为2.2克的微型化可佩戴式双光子荧光显微镜，这个中国自主研发的、领先学界的实验仪器被诺贝尔奖得主爱德华·莫泽称为“革命性”的新工具。

“微型双光子显微成像系统”的问世，将建立起今后脑科学研究的新范式，成为研究的标准化方法。

2.2g微型双光子荧光显微镜

2018年7月，北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心、PKU-IDG/麦戈文脑科学研究所李毓龙研究组与弗吉尼亚大学医学院朱骏研究组合作在Nature Biotechnology杂志发表论文，首次成功开发了灵敏、特异、可遗传编码的乙酰胆碱荧光探针，并成功地在不同生物体系中实时检测内源乙酰胆碱信号，为理解乙酰胆碱在生理和病理条件下的功能提供了重要的工具。 

乙酰胆碱探针在培养细胞中表现出对乙酰胆碱特异的荧光响应

同时，北大交叉前沿的研究正在解决一系列长期悬而未决的世界科学问题。

北京大学江颖和中科院王恩哥院士研究团队与北大量子材料科学中心徐莉梅课题组与化学与分子工程学院高毅勤课题组等展开合作，开发了一种基于高阶静电力的新型扫描探针技术，在国际上首次获得单个钠离子水合物的原子级分辨图像，并发现其输运的“幻数效应”。

2018年，5月14日发表在Nature上，并被Nature Reviews Chemistry亮点报道。前不久，这一成果入选“2018年中国十大科技进展新闻”。

2018年11月，北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室、前沿交叉学院定量生物学中心毛有东课题组在Nature杂志在线发表了题为Cryo-EM structures and dynamics of substrate-engaged human 26S proteasome （《底物结合的人源26S蛋白酶体的冷冻电镜结构和动力学》） 的研究论文。 

七个利用冷冻电镜解析的精细原子结构完整揭示了从泛素识别、去泛素化反应、转运启动和持续降价的核心功能动态过程

值得一提的是，这是一篇加速出版发表的Nature论文。Nature编辑部和审稿人称这一研究为领域的“里程碑”，因为备受重视，该论文从今年9月11日投稿、审稿到11月12日正式Online，仅用2个月时间。

这项成果离不开北大冷冻电镜平台和北大高性能计算平台的建设。

作为北大“双一流”建设重点项目，冷冻电镜平台自2017年秋季正式运行以来，已连续在DNA复制起点识别复合物结构解析和蛋白质机器动力学研究等方面取得重大突破。

“未名生科一号”是北大面向全校的第三套高性能超算系统，聚焦生命科学及其相关前沿交叉学科的需要。

它一秒钟能实现587.8万亿次的浮点运算，正式运行仅几个月就已经为全校十几个科研项目提供了计算支持。

北京大学冷冻电镜实验室设备

就研究领域来说，医学与人类健康始终是北大交叉前沿研究的关注重点。

北京大学的“生物医学前沿创新中心”（简称BIOPIC中心）就在21世纪生物科技的浪潮之中诞生、成长、领跑。 

从世界第一例MALBAC宝宝的诞生到2018年，BIOPIC的科研再上新台阶，白凡课题组首次实现了对大肠杆菌周生鞭毛生长的实时动态荧光成像，张泽民课题组在Nature Medicine发现了单细胞水平的肺癌T淋巴细胞免疫图谱，将可以指导肺癌病人的临床分型和精准治疗，汤富酬研究组与合作者揭示人类结直肠癌发病新机制……

这一年BIOPIC中心接连地涌现新的生物医学发现。

这里的研究员们围绕“技术驱动”的核心理念，发展和利用原创性的方法手段，来引领生物医学的新发现和新突破，造福国计民生。

汤富酬结直肠癌发病机制课题研究思路及多点取样示意图

深度融合的新体制

这些耀眼的成就得益于北大新体制前沿交叉实体研究中心的建设：自主、宽松，又深度融合。

独立PI制是这些新体制研究中心普遍采取的一种组成模式。

以课题组负责的独立实验室为基本研究和人才培养单元，给有能力的年轻科学家高度的科研管理自由，这样，原始创新能力被深度激活。

以问题研究为导向下，任何院系学科都不再是壁垒。

深度交叉融合，这俨然已经成为北大内一种自发的氛围。理学、信息与工程、人文、社会科学、经济与管理、医学不仅仅是六个学部，更是六个综合交叉的学科群。

2018年4月，第二届北京大学前沿交叉学科研究生论坛嘉宾合影

在多学科交叉的开诚合作下，研究解决重大问题能力得以有质的突破。

2018年5月，首次系统揭示人类消化道发育细胞图谱的论文“Tracing the temporal-spatial transcriptome landscapes of the human fetal digestive tract using single-cell RNA-sequencing”在学术期刊Nature Cell Biology上发表。

这一课题由北大BIOPIC中心的汤富酬课题组，国际数学研究中心和BIOPIC中心葛颢课题组，携手北京大学第三医院乔杰课题组共同完成。

这是独立PI与多学科融合研究的一个生动实例。

一切体制最终要落到人身上，人才是学科跨越式发展的保障。

2018年7月，哈佛冠名讲席教授、美国科学院院士谢晓亮正式全职回归北大，任BIOPIC中心主任。

他是世界公认的单分子生物学、无标记光学成像、单细胞基因组学的开拓者和领军人物，北大科研环境与制度的吸引力可想而知。 

2018年谢晓亮北京大学实验小组合影

这样的故事不是单例，越来越多的优秀科研中青年在新体制的研究中心飞速成长，并将北大作为最终的科研选择。

迈向国际与世界一流

这些新体制的研究中心甫一开始便与国际接轨：来自五湖四海研究员与学生均是业内的佼佼者；与众多世界一流大学展开深度长期合作；采用国际化评价标准，由国际著名同行组成科学顾问委员会，指导并评估研究所的各项工作……

如果说北大是一个能让人“摘星星”的地方，那么“科维理天文与天体物理研究所”能让这一梦想更近。科维理基金会是美国著名基金会，出资建设当代前沿基础科学的研究中心。

其中天文学仅有六个研究所，北京大学是其一，其余分别设在芝加哥大学、麻省理工学院、斯坦福大学、剑桥大学。

科维理天文与天体物理研究所近景

在这样国际最前沿的科研环境下，2018年5月，刚毕业的博士徐思遥成为了国际天文学联合会（IAU）2017年优秀博士论文奖的九位获奖者之一。

这个奖项设置以来共有18名获奖人，北大天文学科的博士毕业生中已经有3人获奖。  

2017年国际天文学联合会优秀博士论文奖获得者，第三排右为徐思遥，唯一的亚洲面孔

被誉为“科学界的奥斯卡”的科学突破奖（Breakthrough Prizes）中也有北大的身影。

北京国际数学研究中心教授许晨阳因在最小模型程序和代数簇的模的应用的研究进展做出主要贡献而获得了2018年的科学突破奖-数学新视野奖（New Horizons in Mathematics Prize）。

去年，他也被邀请在四年一届的国际数学家大会上作邀请报告。

的确，引领学界前沿的交叉学科将北大的国际影响力又推上了一个台阶。

“致力于建设世界一流的生命科学与化学前沿交叉研究机构是我们的目标。”北京大学合成与功能生物分子中心主任何川坚定而自信，“我们现在的PI被邀请给美国排名前十的学校提供教授晋升评估的推荐信。我觉得这是对我们学术能力和鉴赏力的肯定。”

北京大学合成与功能生物分子中心（SFBC中心）研究团队

迈向国际一流的交叉学科正是北大努力建设世界一流大学的一个缩影。

2018年，百廿的北大焕发着新的学科建设活力，成为顶尖的世界一流大学值得期待。

未来，学校要继续采取有力措施推动学科交叉与融合，做大做强交叉学科平台，服务国家战略需求，力争产生重大原创性成果。

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来源：教育部新闻办

美编：赖雯燕