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封面人物 |張國捷:加盟浙大,開啟疾病與演化研究的新領域

發布時間:2022-06-23來源:浙江大學融媒體中心作者:柯溢能0

35歲成為哥本哈根大學終身教授,也是當時該校最年輕的終身教授。

他是全球最早開展生物多樣性基因組學探索的學者之一,組織了多項國際大科學研究計劃深入研究生物多樣性的起源和演化機制,并利用演化生物學理論和方法開展人類基因和疾病演化相關研究。

他從2018年起連續多年入選全球高被引學者,《科學》雜志曾兩次組織??l表其領導的多項研究成果,僅202011月至20225月,團隊在《細胞》、《自然》主刊發表了7篇文章。

擁有這份近乎完美簡歷的,是40歲的演化生物學領域的頂尖學者張國捷。2022年初,他加盟浙江大學醫學院,開啟致力揭開物種起源和生命演化規律的新征程。 


用數字重構生命之樹

在《物種起源》的最后一頁,達爾文寫到,無數美麗與不可思議的生命,都從如此簡單的開端演化而來,并依然在演化之中,這是何等壯麗!

浙江大學求是講席教授張國捷便深耕于這壯麗的生命演化領域,在基因組學技術的推動下,他和團隊利用數字化的物種信息重構多個物種類群的生命之樹,從生命大數據的比較分析中挖掘生命演化的規律溯源,推溯物種的起源過程、揭示物種環境適應和復雜表型的演化機制。

物種如何起源是生命科學領域最基本的問題之一。達爾文提出共同祖先理論后,科學家們開始用樹狀結構來描繪物種之間的親緣關系和演化過程。過去的一百多年,針對如何構建準確的生命之樹學術界展開了大量的研究討論,但在許多生物類群里,真實演化過程仍舊是未解之謎。其中,鳥類就是典型的代表。由于經歷了快速的物種大爆發,鳥類的演化關系依舊是該領域最具挑戰性的問題。

張國捷創立的丹麥生物多樣性基因組研究中心的隔壁,正好是一座有著400多年歷史的自然歷史博物館,擁有全球60%的鳥類物種標本。這也為他組織領導了國際萬種鳥類基因組計劃提供了基礎。

張國捷團隊于2010年開始提出并嘗試利用全基因組信息重構生命之樹,團隊基于全基因組信息的新方法,重新解析鳥類演化之路,為徹底解決被譽為物種演化研究領域最困難問題之一的現生鳥類的起源與演化關系帶來了曙光。2014年,張國捷帶領的國際聯盟重構出鳥類目級別演化關系圖,被譽為最接近真實歷史的鳥類生命之樹。目前,張國捷繼續引領著這一研究方向,其領導的國際聯盟將繼續深耕,以徹底解決鳥類演化之謎。

構建物種關系樹只是回答物種多樣性起源之謎的第一步,物種如何演化出絢麗多彩的形態和生理功能是該領域另一個基礎問題。今年5月,張國捷團隊的又一成果在《細胞》發表,這一研究解釋了困擾學界近半個世紀的謎題,即經歷過物種大爆發物種類群里,為何經常出現形態相似性與物種關系不符,為構建生命之樹造成極大的障礙。

張國捷說:“對于這一古老而嶄新的學科,充盈著令人探索的激情?!彼膱F隊利用前沿的技術,綜合計算科學、材料學、生態學、古生物學、基因組學及醫學等領域,不斷地探索生物多樣性形成的奧秘。

 

加盟浙大新建生命演化研究中心

有機生命與無機物的重要區別點在于前者有其自身獨特的演化規律,即遺傳變異和自然選擇規律,可以說演化理論是賦予生物學作為獨立學科的重要基礎,這也是為什么達爾文《物種起源》的發表被視為現代生物學起源標志的原因。

正當國際同行如火如荼沖刺在這個賽道時,國內研究者卻寥寥。

2018年張國捷組織了第一屆亞洲演化生物學會議,希望借助這一國際會議激發更多學生對演化生物學感興趣,從而帶動國內演化生物學領域的發展。原本計劃兩百多人的會議容量,卻吸引了900多人參加,其中很多是來自全國各地的學生。當看到有學生因為對生命演化領域的興趣自費來參會時,回國的想法在張國捷心中萌發。

了匯聚更多有志于演化研究領域的優秀青年科學家堅持基礎研究,張國捷一直夢想成立一個中心,與志同道合的同行一起促進國內演化生物學的發展,并推動與其他學科的交叉創新。

這樣的想法,與海納江河的浙江大學一拍即合。他全職加盟浙大后,學校旋即成立了浙江大學生命演化研究中心。張國捷介紹,演化醫學將是中心的重要方向之一,“許多人類疾病是人類基因組緩慢變化與環境快速變化之間不可調和的產物,同時許多疾病是演化過程中某些適應性變化的伴生結果,演化生物學和醫學融合將會更有助于全面理解人類疾病的起源動因?!?

“疾病的發生是遺傳變異的產物,變異也是演化的動力?!睆垏菡f,面向這一前沿領域,需要不同領域同行一起開拓思維,打破學科邊界。

 

研究是從好奇心出發的探索

目前,第一批浙江大學本科生已經進入張國捷的實驗室。

他每天會花很多時間與同學們一個個交流,培養大家對研究的興趣?!芭d趣是最好的老師,在這位‘老師’的引導下,同學們能夠在較短的時間里儲備未來研究新理論和實驗操作新技能?!?/p>

在張國捷的辦公室里有一個玻璃缸,乍一看以為要養魚,但張國捷卻說是用來養螞蟻的?!拔业牟┦科陂g的工作就是研究螞蟻?!彼f,“從小我就對螞蟻的分工和社會行為感到好奇,建立自己實驗室后我就決定深入研究螞蟻社會分工的起源和發育調控的奧秘?!?/p>

為此,他也是最早將基因組技術應用到非模式物種研究的學者之一。

何發現研究線索?

張國捷說,大自然就是一個絕佳的天然實驗室,經歷漫長的時間洗禮,自然選擇已經做了很多實驗,篩選出豐富的生物表型?!按笞匀恢杏懈鞣N各樣的實驗組和對照組,結合演化理論,可以從中揭示許多生命演化過程中的未解之謎?!?/p>

針對研究向何處去,張國捷建議學生先從生物學問題入手,依據問題來設計實驗和收集數據。演化理論為許多生物學現象的研究提供了很好的框架和入手點,而各種生物學現象的起源往往是人類最好奇的問題。他認為,研究本身是滿足自己的好奇心,為此開展探索尋找答案是一個充滿樂趣的過程。

“科研過程大多時間是在試錯,失敗的想法比最后完成的往往要多?!睆垏菡f,科研過程需要耐心,看準問題,縝密設計,謹慎論證。

文字記者:柯溢能 圖片由受訪人提供) 



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