【院士风采】在“非线性”的世界里徜徉——访北京大学物理学院欧阳颀教授
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2013年12月19日，中国科学院公布了2013年新当选院士名单，北京大学共有五位教授当选为中国科学院院士，来自物理学院非线性物理专业的欧阳颀教授，就是这五位教授中的一员。从图灵斑图到合成生物学，欧阳颀教授将自己的专业领域与研究成果，与记者娓娓道来。
探索斑图的奥秘
欧阳颀1982年毕业于清华大学物理化学与分析化学本科，1986至1989年在法国波尔多第一大学学习，获得物理化学博士学位，1989年于美国德洲大学奥斯丁分校工作，1996年受聘于日本电器公司（NEC）在美国的研究中心。
“一开始，在国外的时候，主要研究的是图灵斑图以及螺旋波。”欧阳颀介绍道，“当然，直到今天也还在研究。”
“所谓图灵斑图，是图灵在1952年提出一个设想，在一个反应扩散系统中，如果把它拉到远离平衡态的位置，它就会自主形成一些有序的花纹，比如像豹子的斑点、斑马的条纹。那么，它里面的动力学机制是什么？我们就通过实验去研究这个机制，这就是所谓反应扩散系统中图灵斑图的形成机制。”
“反应扩散系统中的螺旋波，也是一种自主行为。图灵斑图不随时间变化，而螺旋波随时间变化，在空间上、时间上都是有序的，形成一种波纹。螺旋波这种斑图的稳定性比较差，失稳以后，会引起混乱，我们把这种混乱叫做时空混沌或螺旋波混沌。而我们所研究的，就是为什么这个系统会从一种有序的状态变成无序的状态，它里面的机制是什么。”
对螺旋波的研究，还与心脏病的治疗息息相关。“比如，心颤致死的过程，就与螺旋波的失稳有密切关系。如果能掌握螺旋波的运动规律，我们可能会对心律不齐、心颤现象的治疗起到帮助作用。”2010年1月，欧阳颀教授研究团队的成果“非线性科学在心颤机理及系统生物学中细胞周期控制上的应用研究”，荣获2009年度国家自然科学二等奖。
以物理为基础的多方向研究
1998年，欧阳颀回到中国，担任北京大学物理学院教授，同年被评为长江特聘教授。“现在我的研究，主要是以非线性动力学为核心，以物理为基础，并向其它方向延伸，这些方向主要包括系统生物学、合成生物学、定量生物学。”
“我所涉及的系统生物学，是用非线性动力学的理论来解释生物系统。从系统的角度来看生物，关键是把它看成一个整体。而这个整体的核心部分，就是它的生物网络。”欧阳颀解释道，“我们再去分解这个网络。如果把网络的每一个节点看成是一个变量，那就可以建立起一个非常复杂的非线性动力方程。网络本身的结构、非线性动力方程的动力学性质，以及这个网络的功能这三者之间，有着非常紧密的关系。我们的工作，就是研究这些关系。比如，我知道了网络的结构，那么怎样来推断它的动力学性质和它的功能，反之亦然。这就是我们在理论方面的一些研究工作。”
“在实验方面，我们主要是做一些系统生物学和合成生物学方面的实验。在系统生物学方面，我们主要是配合系统生物学理论，在理论指导下进行实验，在实验中证实或证伪我们的一些理论。比如我们以前做过一个对酵母菌细胞周期的研究，就是系统生物学方面的工作。”
在合成生物学方面，欧阳颀指出，生物学领域研究的不断深化，促进了合成生物学的发展：“其实，几十年前就已经有‘合成生物学’这个词了。但是在那时，生物学还没有达到定量的程度，我们对生物只有一些表面的了解。随着近十几年来生物学的发展，一方面，生物学本身越来越向定量走，我们有了很多定量的刻画；另一方面，人类基因组计划等组学的出现，让我们可以从系统层次上，对生物学有一个大致的了解。在此背景之下，合成生物学也被重新提起。”
那么，什么是合成生物学？“从工程角度来讲，就是创造一个新的东西来为人类服务；从科学角度来讲，就是在创造的过程中，去进一步了解生物系统。后者是我主要做的工作。我们给一个生物创造它本身没有的功能，或者把这个生物没有、而别的生物有的功能转移给它。而我们也在这个过程中，更好地了解生物到底是怎么工作的。这就是合成生物学。”
欧阳颀还向记者介绍了自己最近所做的合成生物学方面的研究：“我们知道，巴普洛夫证明了狗有条件反射。而一个大肠杆菌是没有条件反射的。那么我们就要设计一个网络、一个控制系统，把条件反射搬到大肠杆菌上去，让它有这个功能。这看起来好像没什么用，但是在研究过程中，我们了解到了很多生物学细节上的东西。”
让学生喜欢上热学
科研之外，欧阳颀还承担着教学的任务。“我上两门课，一门是给一年级本科生开的热学课，已经上了七八年；还有一门是非线性动力学，是给研究生和高年级本科生开的专业课。”
“我的课很严的。”欧阳颀笑道。
“热学的概念比较难建立，我在热学课上花了好多工夫。”
欧阳颀的努力，拉近了学生与热学之间的距离：“伴随着他的一点点讲解，我才逐渐明白了热学是什么、是在研究什么，然后逐渐喜欢上了这门学问，喜欢上了它看待事物的态度和解决问题的方法。”欧阳颀老师的一位学生如是说。
不仅如此，欧阳颀的课程，还在潜移默化之间，影响着学生的治学态度。“欧阳颀老师身材十分高大，气势十足，声音洪亮，所以听他讲课往往能听出一种‘傲视群雄’的感觉。他的这份从容与自信，对我以后进行研究时的心态还有过很大的影响。”
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