专访2022年诺奖得主夏普利斯:犯错是发现的许可证

足球比分 2022-11-12 18:05 38

摘要:·犯错是发现的许可证。如果你不犯错,你就得是个天才。爱因斯坦曾说,如果你的最初想法不荒谬,那它就没有希望。·如果你到了一个没人去过的岛屿,岩石会掉下来,海浪令人...

·犯错是发现的许可证。如果你不犯错,中国男足能踢的赢叙利亚吗你就得是个天才。爱因斯坦曾说,如果你的最初想法不荒谬,那它就没有希望。

·如果你到了一个没人去过的岛屿,岩石会掉下来,海浪令人担忧,但你可能会得到遍地的金块。但当其他人听说了这个岛,他们就会来,把金块都带走,继续挖掘。到那时,你最好去别的地方。

11月7日,上海,2001年和2022年诺贝尔化学奖得主卡尔·巴里·夏普利斯在世界顶尖科学家论坛上接受采访。

卡尔·巴里·夏普利斯(Karl Barry Sharpless)热爱大海,从小梦想成为一艘渔船的船长,就像叔叔丁克一样。对捕鱼有着极大兴趣的他从没打算成为一名科学家。

如今,81岁的夏普利斯在科学界已声名卓著:他是自1901年诺贝尔奖设立以来第五位两次获奖者,荣获2001年诺贝尔化学奖和2022年诺贝尔化学奖,被誉为不对称催化和点击化学领域的奠基人,1984年当选美国艺术与科学学院院士,1985年当选美国国家科学院院士。

11月7日,夏普利斯在上海举行的第五届世界顶尖科学家论坛上接受澎湃科技(www.efvip.cn)专访。他说,犯错是发现的许可证,原始创新需要容忍犯错。发现是不能被计划出来的,如果带着计划做科研,眼光和判断力很难逃出计划,而恰恰在计划之外的现象是有趣的,很多发现都是从发现有趣的事情开始的。

想当船长的医学生走向化学研究

1941年,夏普利斯出生在美国费城一个中产阶级家庭。他从小就随性寻找自己的惊喜和刺激,小时候偷偷驾着一艘带马达的小艇开上了新泽西的马纳斯宽河,一直开出几英里远,甚至穿过入海口,直接到了海上。小学时,他成了一名合格的水手,会捕捉鳗鱼、螃蟹,14岁时成为布瑞尔船坞包租渔船上最年轻的伙计。

卡尔·巴里·夏普利斯(15岁,左边)在船上与丁克(Dink)叔叔一起捕鱼。

中学时,夏普利斯觉得自己只是一个不算太差的学生。他的父亲是一名外科医生,去书店买医学书时,夏普利斯会跟着去,挑些化学或海运学方面的书。那时候他最爱的书是关于类固醇的生物合成,当看到羊毛甾醇的三个甲基居然消失转化成为二氧化碳时,他觉得“太神奇了”。

遗传了父亲过目不忘的记忆力,学习化学反应这样的自然科学课程对夏普利斯来说更容易。1959年,他进入美国达特茅斯学院修读大学课程。医学预科主修化学或生物学,他更倾向于化学。大一在滑雪中摔断了腿,整个冬季学期他都拄着拐杖去图书馆学有机化学。

夏普利斯原本打算学医,但后来加入了达特茅斯学院助理教授汤姆·斯潘赛(Tom Spencer)的化学实验室。那个年代,化学品仓库基本上是对学生开放的,他对解决化学问题感兴趣,便自己研究能找到的所有化合物,主要靠闻气味来准备各种实验。“汤姆·斯潘赛把我从医学院捞出来,我喜欢为他做研究。”

斯潘赛看到夏普利斯在化学方面的天赋后,说服他专攻化学。1963年夏普利斯从达特茅斯学院毕业,斯潘赛把他推荐给了自己的导师,斯坦福大学的尤金·凡·塔梅尔伦(Eugene E. van Tamelen)教授。在斯坦福大学,夏普利斯和塔梅尔伦一起从事胆固醇生物合成研究,1968年获得有机化学博士学位,随后在斯坦福大学和哈佛大学从事博士后研究。

1970年,夏普利斯加入麻省理工学院担任助理教授,开始研究手性。手性分子是指与其镜像不相同不能互相重合的具有一定构型或构象的分子。当分子在不断构建时,经常会形成两种不同的分子,就像左右手一样,它们是彼此的镜像结构,看似相同,但不能重叠。大多数药物的活性成分是手性分子,它们通常会在身体中产生完全不同的影响。

化学家通常只需要镜像中的一个分子,但一直很难找到有效方法来做到这一点,而不对称催化则可以获得特定手性的分子。1987年,夏普利斯发现了以金鸡纳碱衍生物催化的烯烃不对称双羟基化反应,这成为了现代有机合成中最重要的反应之一。凭借在不对称催化氧化领域的开创性贡献,夏普利斯与美国科学家威廉·诺尔斯(William S. Knowles)、日本科学家野依良治分享了2001年诺贝尔化学奖。

让化学家不费力实现合成

科研就像在无人岛上捡金块。在一个无人去过的岛屿,岩石会掉下来,海浪令人担忧,却可能会得到遍地的金块。但当其他人听说了这个岛屿,他们就会来到岛上把金块都带走,“他们会继续挖掘,他们需要蒸汽铲和炸药来对付。到那时,你最好去别的地方。”夏普利斯说。

加入麻省理工学院不久后,在1970年的一次实验中,由于“核磁共振”管爆炸,夏普利斯失去了左眼,但能完整保留另一只眼睛的视力已经让他喜出望外,失去一只眼睛也没有阻挡他在化学研究道路上的钻研。1977年,他加入斯坦福大学担任化学教授,1980年又回到麻省理工学院。1990年,他搬到了美国斯克利普斯研究所(Scripps Research),在那里,他的研究方向从不对称催化转向了点击化学。

卡尔·巴里·夏普利斯与其学生、上海交通大学转化医学研究院长聘教授董佳家。

点击化学是由夏普利斯在1998年初步提出并在2001年进一步完善的合成概念,就像搭乐高积木一样,通过小单元的拼接,快速可靠地完成形形色色的分子。其中最具代表性的反应就是铜催化的叠氮-炔环加成反应,已被广泛用于有机、聚合物半导体材料合成,超分子聚集体与分子自组装,生物分子标记,抗体修饰,药物开发等一系列重要的研究和生产领域。

2002年,夏普利斯发表了一篇关于铜催化叠氮化物和炔烃之间反应的论文,表明该反应在水中有效,而且可靠。叠氮化物就像一个负载的弹簧,铜离子释放了弹力。他提出,化学家利用这个反应可以很容易地连接不同分子,而且潜力巨大。如果化学家想连接两个不同分子,可在一个分子中引入叠氮化物,在另一个分子中引入炔烃,然后在铜离子的帮助下,分子迅速而高效地结合,化学进入了功能主义时代。

“点击(click)听上去很可爱,点击化学很难不被人当作笑话。”但夏普利斯把它看成化学家们不费力就能制造出有用东西的一种方法,“这是发现事物的好方法,这不是笑话。”

这确实不是笑话。20年后,因在点击化学和生物正交化学研究方面的贡献,夏普利斯与美国化学家卡罗琳·贝尔托西(Carolyn R. Bertozzi)、丹麦化学家摩顿·梅尔达尔(Morten Meldal)获得2022年诺贝尔化学奖。而夏普利斯也成为第二次获得诺贝尔化学奖的科学家。

2022年诺贝尔化学奖获得者:美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家摩顿·梅尔达尔和美国化学家卡尔·巴里·夏普利斯(从左到右)。

对夏普利斯而言,驱动他所有思想和行动的引擎是热情而非计划,因为发现是不能被计划出来的,“很多发现都是从发现有趣的事情开始的。”现在的他不再捕鱼,但一直在“钓”奇特的事物,“像化学分子这样很小的东西,人们看不见它们,所以那里的惊喜是无限的”,人们可以在其中发现些什么。

以下是澎湃科技与卡尔·巴里·夏普利斯的对话实录。夏普利斯的学生、上海交通大学转化医学研究院长聘教授董佳家陪同,夏普利斯在采访中多次提及这位得意门生。

澎湃科技:汤姆·斯潘赛教授曾经劝说你专攻化学。你和自己的学生一起工作时是怎样的风格?

夏普利斯:这是个有趣的话题。我曾经是医学院的学生,汤姆·斯潘赛把我从医学院捞出来,我喜欢为他做研究。有趣的是,他的性格对我很有启发。他是个好老师,但有点爱挖苦人。所以我总想给他留下好印象。一年夏天的某个晚上,我在实验室工作,正在做蒸馏。快结束时,容器变得很热,有烟冒出来。我在测量压力时把油浴容器打翻了,油洒在我的蓝色牛仔裤上,很痛,我赶快脱下牛仔裤。他听到声音就进来了,看了看,意识到他无能为力,说了声“呃”,就走了,回他的办公室了,哈哈哈。

有一个和我一起毕业的朋友,当时在汤姆·斯潘赛的实验室做得不好,所以他去了医学院。我来斯潘赛的实验室时他走了,但我们一起给斯潘赛送了一个大号防火头盔,因为有一天斯潘赛向我们展示如何做氢化反应的时候着火了。他有甲醇,也有钯催化剂,都暴露在氧气中,然后就着火了。

总之,他是个很好的老师。

澎湃科技:第二次获得诺奖时你是什么感受?得知获奖时你在干什么?

夏普利斯:我在睡觉。我妻子醒着,她上网查了查,上面有卡罗琳·贝尔托西、摩顿·梅尔达尔和我的照片。她拿着电脑给我看这张照片,我看到了,然后继续睡觉。我对天发誓,我确实又睡着了。因为我以前已经经历过一次了,所以决定继续睡觉。

澎湃科技:从你的经历来讲,在探索一个新的科研领域时,即使最初无人相信你能成功,或者无人相信你所做的事情是有用的,在这种情况下如何坚持?

夏普利斯:这也是个好问题。当我怀疑化学反应是否有用,或者是否真的是特别的或更好时,如果我产生了这样的感觉,但是反应做不下去,我会告诉自己再试试。1975年,一两个学生在做化学反应时做不下去放弃了,两年后我再试了试。我之所以再试一次,是因为这个想法又回到了我的脑海里。如果我好几次想起了什么,就会一直想起,这是来自某个人的讯息,是我的潜意识,这非常重要,所以我继续尝试。我们在一个课题上一直做了40年,学生一直做不出来,很奇怪。德国人早在1920年代就已经做出来了,但为什么我们没能成功,而德国学生成功了。但董佳家没有放弃,做出来了。【注:夏普利斯课题组一直希望能够重复1927年至1930年德国化学家威廉·斯坦科普夫(Wilhelm Steinkopf)的实验(关于磺酰氟类化合物的合成化学),但多年来一直没能成功。其博士后董佳家没有放弃,从陶氏(Dow)公司收到一瓶硫酰氟后他终于成功了。他的发现开启了六价硫氟交换反应(SuFEx),这是在夏普利斯实验室发现的第二个接近完美的点击化学反应。】

点击(click)听上去很可爱,点击化学很难不被人当作笑话,因为他们就是把它看作笑话,但是董佳家以及我们其他人都把它看成化学家们不费力就能制造出有用东西的一种方法,这是发现事物的好方法,这不是笑话。

澎湃科技:你梦想做渔船船长,如今二度获得诺奖;原本打算学医,最后在化学领域深耕。你的科研驱动力是什么,兴趣、刺激还是恐惧?你还会再捕鱼吗?

夏普利斯:我不再捕鱼了,我在“钓”奇怪的东西。像化学分子这样很小的东西,人们看不见它们,所以那里的惊喜是无限的。我们永远不会在人类的存在中看到,所以可以在其中发现一些事只峰情。

如果你是哥伦布、库克船长或麦哲伦,你可以出海,征服没有人去过的岛屿。这是我认为的作为人类最刺激的事,可能喜欢冒险的人只能想象那些。如果你到了一个没人去过的岛屿,岩石会掉下来,海浪令人担忧,但你可能会得到遍地的金块,你可以直接把它们捡起来。但当其他人听说了这个岛,他们就会来,他们会把金块都带走,他们会继续挖掘,他们需要蒸汽铲和炸药来对付。到那时,你最好去别的地方。

有计划才有条理,你可以计划,但发现是不能被计划出来的。很多发现都是从发现有趣的事情开始的,一个化学反应产生了一些有意思的事情,你发现确实很有趣。

每个人都想做得很好,给自己、朋友和教授留下好印象。但我的一个教授在上世纪六七十年代教了我一件事,他告诉我永远不要做你能力范围内的事,这不是一种对科学家、工程师的常规建议,工程师必须要创造点什么。他是个很不寻常的人,很早离开了化学界,在夏威夷给日本人开发房地产,成了百万富翁。

澎湃科技:怎么实现原始创新?需要怎样的科研环境来支持原始创新?

夏普利斯:我认为我们在生活中很大程度上依赖于错误,每个人都会犯错,厨师会犯错,然后发现一些奇妙的东西。犯错是发现的许可证(make mistakes is a license for discovery),但人们常常会因为犯错感到尴尬。

如果你不犯错,你就得是个天才。所以你应该希望学生犯错,你只需要鼓励他们用自己的方式去做事,然后你可以指出错误,但这只是对犯错基准线的必要升级。

一些物理学家的想法非常疯狂。最具创造性的物理学家之一爱因斯坦曾说,如果你的最初想法不荒谬,那它就没有希望。如果不荒谬,就不值得一提,虽然还行,但不是极致型的,不是爱因斯坦型的。

澎湃科技:对于青年科学家的发展有何建议?如何保持好奇心?

夏普利斯:有些人生来就对科学充满好奇,他们观察不理解的事物,很多自然界的东西有助于激发好奇心,因为有些东西看起来没有生命,但会移动,真的会吓到孩子。这是一种非常重要的基本兴奋感。

有一位美国女作家说,无聊的解药是好奇心,好奇心却是无药可解。你看,你治好了这个病,但你又得了另一个病。这也是一种“我太难了”。你要认识到,某种程度上这是创造性工作要面临的一种折磨。

我告诉你一个故事。我认识董佳家的一个学生,那几年我们一起工作,这个学生令人惊奇,我能看出他在认真思考,全身心地投入到他所做的事情中。现在他已经成长为一个非常优秀的有创造力的化学家。董佳家鼓励他们,但不控制他们。我认为,一个人追随自己的兴趣,在30岁就能想出一些不可思议的事情。

 

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