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作者:杨晨 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/31 20:19:27
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陈有华:算一算 更接近科学真相

 

陈有华的书桌上,有一个A4纸大小的厚皮记事本。一翻看,少有文字记述,更多的是一行接一行的推导公式,或者折线图。

“像这幅图,就是我模拟的物种随着气候变化的衰减趋势。然后再根据这个猜想,去结合数据验证,建立模型。”陈有华向记者介绍,这样的“草稿”本叠加起来,足有他半个人高。“从大学开始,我就有一边思考一边打草稿的习惯。写下来,让自己的学术思路更清楚。”

数学计算和推导是陈有华工作必不可少的一环。他是中国科学院成都生物研究所的一名研究员,长期从事的就是生物多样性保护中的统计建模这一细分方向,将数理统计方法融入多样性研究当中,让复杂的生态学现象与过程描述更定量化。

虽然,草稿本里百分之八、九十的推算都以失败告终。但陈有华认为,科研的本质,就是追求量变到质变的过程。“路漫长且曲折,靠的就是坚持。”

寻真相 把生物多样性研究“定量化”

生物界很广阔,动植物多种多样。但陈有华的视角里,这个世界就像自己面前的一个沙盘。“小林子里,有两栖动物、爬行动物、昆虫,也有草地、有灌丛和参天大树,偶尔有鸟群飞过。”而他,俯身打量着每一个角落。

以生物学为基础,他着眼多样性的研究,并将涉猎的领域拓展至生态学,深入探讨生物与环境的关系。

“然而这个过程中,光靠观察和实验还不够。”他在对宏观生态,以及进化保护的研究中,又引入了数理统计学的方法和理论,尽量让生物多样性研究更加定量化。“有人会觉得,自己所收集的数据够全了,不必再去统计和推断。”但陈有华坚持,所有的自然科学研究都是有不确定性的。

地球探测卫星的视角再广,也没法完全看清地面每一平米里,每个物种个体;红外相机的安装尽管为野外调查提供了极大便利,也存在可靠性问题。“这些还是得靠数学统计帮忙回答。”陈有华说,即使实验控制得再精妙,测量误差永远存在。而数理工具的运用,就是让结果更精准,更逼近科学的真相。

最近,他从艾伦·图灵密码学的理论获得灵感,基于泊松分布开发了一个简单的估算工具,用于预测野外调查中,发现单个新物种的最小距离。“物种的分布一般受其生物学规律和人类活动的影响,但此次研究设计的估算工具,纯粹是从数字中找规律,分析了之前一系列的调查数据而开发的模型。”他正着手将这一模型升级,提高野外调查的成本效益。

为何会对这一细分研究领域产生兴趣?陈有华说多源于自己的好奇心。他回忆起儿时第一次看到一个村人的家谱时,甚觉神奇,从一个或几个点可以分出这么多支系,家族发展脉络一目了然。到了初中,当看到生命之树,儿时记忆再次浮现时,他心中多了疑问。“为何会这样,其中又有怎样的规律?”

2003年步入大学,在深入探究生物多样性和进化机制后,他又有了新的体会。“再复杂的脉络都遵循着一定的数学规律,统计学的方法,是我们发现、分析和认识问题的有效路径。”博士阶段,他特地选择并报考了一位研究生物多样性模型和统计的导师,带着好奇心继续求索。

烂笔头 在“打草稿”中拨云见日

生物多样性的研究也被认为“很抽象”。“但我做的,其实是从抽象到具象,从宏观到微观,探讨一个又一个具体的问题。”陈有华眼中一个区域内的调查数据,不仅呈现的是个体数、形态特征等信息,还隐藏和反应了多个生态学的道理,例如物种共存、性状替换,亦或区域内资源承载力。

“我可以针对一组数据问无数的问题,思考的过程,也是将抽象‘落地’的过程。”提出问题后,陈有华就用数学和统计的知识去解释,化成笔下一个个公式。一些特定问题解答,没有现成的模型或方法,就得自己去构建。

平时,他喜欢走路或者坐地铁,因为乘车和从地铁口走到研究所的路上,他拥有足够的独处时间和精力去思考。陈有华的书桌上,总会为自己准备一个笔记本,有了点子就得落笔算,好记性不如烂笔头。向上或向下的变化曲线预测,一步一步连贯的推导过程,都在一页一页的空白纸张中,肆意呈现。

陈有华一坐就是大半天,虽然总是提醒自己要按时吃饭,却又不想自己的灵感被打断,宁愿错过饭点。头脑风暴又很费脑,所以陈有华喜欢吃重油重盐的食物,他常自嘲“过劳肥”,体型管理不太理想。

在草稿本上天马行空的时刻又让陈有华极为享受。最近,他正在研究“生境到底损失到何种程度才会导致物种的灭绝”这一问题。从群落分析的角度,抽丝剥茧,他推导出了一个大致的公式。“当一落笔,一切‘化繁为简’,拨云见日时,太美妙了。”

数理统计学毕竟不是陈有华的本专业,所以他一边在自学相关理论的同时,也寻求着跨界合作。“毕竟这项研究工作最开始会很抽象,我自己要思考,也要说出来,去和他人讨论才会获得更多启示,就算偶尔会产生分歧。”

如今的科学领域也更加细分化。“就像大树的根一样,尽管细,却又是相互联系的,共同撑起大树的枝繁叶茂。”

行千里 勇于闯入“无人之境”

做研究,“纸上得来终觉浅”。陈有华说,自己不仅要埋头写,还要行千里。“不管是生态学,还是生物多样性的研究,分类学都是基础中的基础。这也意味着野外调查的重要性。”

一年中不少时间里,陈有华的课题组都会泡在野外,毕竟实验和论证所需的数据大多需要采样来获取。看生境、做样方、走样线、查物种、做记录......野外跑得越多,陈有华感觉思路也会更开阔。

两周前,陈有华和不同领域的同行们去到贡嘎山做生物多样性与地质多样性调查。受前年地震影响而闭园的海螺沟景区刚好恢复开放,一行人直捣冰川深处。

越往里走,越难见人迹。当他们决定顺着一曾发生过滑坡的山体往下走时,同行人有的仍担心风险便选择止步,而陈有华和一上海做应用数学的学者,则继续前进。坡陡且有的岩体松动,行路中陈有华曾一不小心踏空,碰伤了腿。

“到了山体底部后,我们发现了一些自己认为比较奇特的地质地貌,拍了不少照片。”陈有华突然觉得,这一趟来值了。这就是科研的意义:勇敢去闯无人区,看到别人看不到的风景。

“我所涉及的研究领域,就好像一个‘无人区’。”陈有华说,数理模型的搭建往往比较复杂,需要花大量的时间。“最终得出的研究成果,一时也不可能彻底解决什么实际问题。”

他科研的信念,就是去更好地认识自然,为保护生态提供数据支撑。这几年,陈有华取得了不少科研进展,有的证明了全球林栖脊椎动物的“灭绝债务”始于第二次工业革命伊始,有的厘清了全国两栖动物多维多样性空间格局,并提出了一系列保护优化措施......

“尽管目前的研究,仍然处在一个‘量变’的过程。也许我终其一生,都达不到一个‘质变’。”陈有华很坦然,“但只要对他人的研究,以及生态环境的保护和可持续发展有所启发,我就很满足了。”

陈有华。受访者供图

 
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