潮间赶海 书斋育人——访 2023 年度青岛市自然科学奖一等奖获得者、水产学院董云伟教授
潮间带指的是海水涨到最高位淹没的地方到退到最低位时露出的水面之间的范围。潮水每天涨落的幅度不尽相同,依据隐入水下的时长差异,潮间带可细分为高潮带、中潮带、低潮带。在不同的高度上,生活着不同的生物。
中国海洋大学水产学院董云伟教授主要从事潮间带生态学研究,他所负责的潮间带生理生态学课题组(LInE),瞄准气候变化下海洋生物分布与适应机制和海水养殖的空间布局开展系统研究,主持完成的成果“气候变化下潮间带贝类分布与适应机制研究”获得 2023 年度青岛市自然科学奖一等奖。
做科研要有雄心壮志
“海边有很小的贝类,慢慢往下走,会出现大一点的贻贝,再往下走,海洋中有马蹄螺、鹦鹉螺等越来越大的贝类,有些贝类还能在 50℃的潮间带里生存。”说到海洋生物的分布和适应性,董云伟直言“非常有意思”,边用手比划,边回溯自亚里士多德时期便引起关注的潮间带“风云”。“海洋生物为何这样分布,有怎样的适应机制”在科学界至今未有定论,这些未知的问题吸引董云伟投入了近 20 年的时间,他希望能够揭示和阐明其中的奥秘,帮助生物更好地应对气候变化。
2002 年,董云伟从北京师范大学生态学专业博士毕业,在中国海洋大学时任副校长董双林教授的邀请下,来到学校水产学院工作,最早从事刺参养殖生态学研究。2005年前后,他与香港大学太古海洋科学研究所所长 Gray Williams 教授合作,开始接触潮间带生态学。两年后,他前往斯坦福大学霍普金斯海洋站访学一年,跟随美国科学院院士 George Somero 教授继续潮间带生态学研究。
2013 年,董云伟课题组开始做长时间序列的野外观测,先在江苏沿岸(上海 - 连云港)的人工防护建筑及周边自然岩相潮间带进行原位大型底栖生物分布及多样性调查,到 2021 年,课题组增加了青岛 - 河北路线的潮间带调查。经过 10 余年的环境和生态观测,团队确定了潮间带贝类存在着以长江口为界的地理分布格局,首先提出“沿岸建筑不仅会改变本地群落结构,还会促使南方物种向北迁移,重构潮间带生物地理格局”的观点,在 Science 发表 Letter 提出了人类活动对潮间带贝类分布的影响,相关 研 究 成 果 形 成 PNAS 和 Global Change Biology 等权威期刊论文近百篇,多次被国际同行引用,被认为“成果达到国际领先水平”。同时,成果被应用于海洋生态分类分区工作,提高了近海生物地理格局划分的准确度。
经过持续不断的努力,董云伟获得国家杰出青年科学基金资助,入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”,获得中国海洋湖沼学会“张福绥贝类学奖”青年创新奖和中国动物学会“长隆奖新星奖”。2021 年,他还被邀请在英属哥伦比亚大学主办的第二十届纪念 Peter Hochachka 讲座上作特邀报告。该讲座每年邀请一位本年度取得重要进展的科学家进行报告,团队成果收获了包括加拿大科学院院士、美国科学院院士在内的国际专家学者的高度肯定。相关成果入选 2021年“中国海洋与湖沼”十大科学进展,并获得了 2022 年海洋科学技术奖一等奖。
“做科研不能‘小富即安’,要有 ambitions”。董云伟肯定了“雄心壮志”对科研的重要意义,希望团队能有更高的站位,努力取得重大成果和技术突破。
用程序员的思维讲述贝类的故事
LInE 由董云伟教授、廖明玲和王杰副教授担任指导教师,他们组成了一个紧密合作、团结互爱的大家庭。
在导师对独立承担科研工作的能力培养下,廖明玲突破之前从“点”出发做应用型工作的局限,站到更高角度看待科学研究,她开始“想要突破,想成为发表顶尖期刊的那个人”。
2021 年,成为青年教师的廖明玲在PNAS 上发表第一作者文章,用模拟计算方法对同源蛋白mRNA 的温度适应性进化策略进行了初步探讨,进一步从 RNA 水平阐明了海洋贝类的高温适应机制,从跨学科角度为海洋生物温度适应性进化研究提供了新的思路。
“用程序员的思维讲述贝类的故事”是课题组的基本课题之一。进入2010 年以来,知识更新迭代速度越来越快,组学成为生命科学领域绕不开的“敲门砖”,董云伟在2016 年 至 2017 年 到 加 州 大 学 戴维斯分校专门系统学习这一领域,独立完成了从设计、DNA 提取到测序等转录组学项目。回国后,他身体力行率先垂范,引领课题组学生继续在该领域开展系统和深入探索。
王杰从攻读硕士研究生开始便一直留在董云伟课题组,他坦言自己“曾经很害怕计算机领域,本科时发誓绝对不碰计算机”,但接到任务后,他只能硬着头皮做下去,在课题组资助下赴国外交流学习,把自己的恐惧暂时搁置。10 余年过去了,他笑称自己是“具有专业背景的程序员”,也正因为这次经历,他更加相信只要朝着目标勇于突破,没有什么难关是不可以克服的。
“突破”是课题组成员多次谈到的词语。他们将董云伟和团队的关系比喻成树干和树枝,前者把控方向,后者自由伸展。 尽管董云伟兼任中国海洋湖沼学会养殖生态学分会副理事长、Journal of Experimental Marine Biology & Ecology Editor-in-Chief 等众多期刊的编委,一天的时间大多被撰写论文、编审文献所填满,他还是会每天抽出专门的“聊天时间”,关注每一个成员的需求,事无巨细地指导每一项工作。
“我们提出的观点,如小尺度环境差异和生理多样性可影响到大尺度生物分布格局已经逐渐被接受认可,这是值得高兴的一项发现。”但董云伟对团队提出了更高的要求,要对接国家战略和产业发展需求,在跨学科视野下凝练大的科学成果,开展有组织科研。
像培养研究生一样培养本科生
2023 年 1 月,水产学院 2019 级本科生马超一以共同第一作者身份在 Nature 旗下刊物 Communications Biology 发表研究论文,获得广泛关注。这并不是马超一第一次在国际顶刊发表高水平研究论文。
2019 年寒假,刚上大一的马超一加入董云伟课题组,成为“本科生研究员项目”(LInE Undergraduate Research Fellow,LInE URF)首批研究助理,该项目招收志在科研的本科生,为其提供实验室及相关仪器设备,在董云伟直接指导下独立开展“私人订制”科研项目,“像培养研究生一样培养本科生”。马超一和朱晓露在加入课题组一年后,便以共同第一作者在 ICES Journal of Marine Science 成 功 发 表 文 章。两个本科生发表国际顶尖期刊论文,成为校内外的关注焦点,相关事迹被青岛日报、青岛学习平台等转载报道。
LInE URF 是如何开始的?董云伟说,这完全是一个跟学生交流的产物。“当时马超一加入实验室后,想参与科研工作,在了解他的想法后,我便单独给了他一个项目,让他从头到尾独立完成。”通过这次交流,董云伟有了鼓励本科生积极承担科研工作的想法,LInE URF顺势而生,并于 2020 年起招收选拔本科生。最开始这一工作岗位是初级研究助理,通过文献翻译、实验操作、组会汇报考核的学生,可进阶为高级研究助理。
原本,董云伟担心本科生无法平衡科研和学习,但 2023 年 6 月,马超一和朱晓露以专业第一名的成绩保研留校,2024 年 8 月,成为水产学院(未来海洋学院)博士新生继续攻读博士学位,其他研究助理的学习成绩也都得到了提高,这给董云伟留下了深刻的印象,他说道:“实践证明,科研和学习是相互促进的,这个项目给学生提供了成长的平台。”
作为一名高校教师,董云伟认为培养学生是自己最重要亦是最具挑战性的工作。他开玩笑道,自己得“咬紧牙关”跟“00 后”们交流,开展个性化指导。为了学生能够学有所成,掌握一套理论体系、一项与之匹配的技术,发表一系列论文,董云伟希望竭尽所能多跟学生交流。“现在我们最有吸引力的成果多数是这些学生做的”,他谈起 2024 级博士研究生马麟轩已经发表一篇国际顶刊文章,一篇国际顶刊文章在审,语气中洋溢着自豪之情。
交流是双向的,反馈也是相互的。朱晓露说道:“董老师是行走的点子库,待人十分温和负责,每次和他见面就像开茶话会,他于我们亦师亦友。” 每到中午,课题组所有人都会到董云伟办公室,大家伙张罗着一起去食堂吃饭聊天,午饭后再回到他的办公室,开展例行的“午聊会”,每人聊聊工作进展、遇到的难关,对此,董云伟打趣地说:“我们每天都开组会。”
“海大学生很聪明,每一个人都有无限的潜力,只要给出有针对性的指导,他们可以做出非常漂亮的工作。”话锋一转,董云伟笑道,“而且还能把优秀的本科生留在海大”。
潮涨潮落,浪成于微澜之间。从科研上一路跟跑、并跑,到尝试领跑,董云伟带领课题组在必经的过程中沉淀积累、稳扎稳打,坚持把事情做好,不断碰撞出新的浪花。
董云伟教授(左二)在实验室指导学生