历时两年研究捕蝇草捕虫原理

该奖有“中国青年诺奖”的美誉,由数十位全球顶级科学家担任评委和顾问

■新快报记者 黄婷 通讯员 杨劲松

从高一开始,对生物感兴趣的三名男生组成小团队,开始研究食虫植物捕蝇草的捕食原理。近日,他们的课题《探究捕蝇草捕虫裂片的夹合机制》捧回了素有“中国青年诺奖”美誉的丘成桐中学科学奖生物金奖。

这三名男生来自执信中学,据悉这也是执信首次摘得丘成桐科学奖金奖。昨日,新快报记者在学校见到了获奖“三剑客”——执信高三13班查展、林沐森,高三7班雷文康,并探访他们的获奖故事。

实验还没开始 捕蝇草“全军覆没”

尝试

查展,此次获奖课题的发起人、队长,在昨日采访中,他透露课题起源于生物课本“生物电”一词,“动物体内有生物电,植物体内应该也有生物电”,为了研究植物的生物电,他与同样对生物感兴趣的林沐森、雷文康组成了研究性学习小组,在老师指导下,他们将研究对象确定为食虫植物——捕蝇草。

很快,他们买回来一大盆捕蝇草,不同于普通植物,捕蝇草单株的价格约50-60元,第一批采购约20株。令人意想不到的是,实验还没开始,捕蝇草全军覆没,全部死了。三位男生才恍然大悟,“原来捕蝇草这么娇气”。

为了节省成本,长了记性的三人组开始学习如何精心呵护实验对象,甚至为其自制了保温箱,“捕蝇草对环境要求很高,光合能力差,我们只能放在实验室里养,除了定期浇水,还需要给它喂食。”查展向记者介绍,为了给捕蝇草“进食”,他们跑去学校生物园抓小虫子、蜈蚣,“喂食之后,捕蝇草会闭合,等到它又张开的时候,说明又要进食了。”

实验历时两年,三人回忆,尽管精心呵护,他们前后还是采购了近20次捕蝇草,已经不记得抓了多少次虫子。

上千次失败 历时一年解决切片难题

实验

突破照顾捕蝇草难题,三剑客的工作仍不轻松。

据悉,捕蝇草是一种多年生草本植物,茎很短,叶的顶端长有一个酷似“贝壳”的捕虫夹,能分泌蜜汁,当有小虫闯入时,它能以极快的速度将其夹住,并消化吸收。

剖析捕蝇草的捕食原理,是三剑客研究的重点,据课题指导老师、执信生物科生物学博士秦蓉介绍,虽然国内外对捕蝇草均有研究,但剖析捕食原理,在国内尚为空白领域。

“我们检测得知捕蝇草闭合前后生物电有不同,另外捕蝇草在闭合瞬间细胞也会呈现失水、吸水的变化。”采访中,林沐森告诉记者,课题研究需要做切片实验,而这也成为此次研究最难突破的一座“大山”,为此他们前后花了近一年时间才最终成功,而三人也曾私下感叹,“再做不出来就要毕业了”。

相比大学实验室、科研机构动辄百万的高尖精设备,中学实验室的设备相对简陋,但耿直的少年们没有想过走捷径,而是坚持自己动手解决问题。

“手动切片因为太厚,我们应该做了有上千次都失败了,后来我们就从切片设备着手,花了一个多月的时间设计、制作出一个简易版的切片机。”团队另一位成员雷文康说,突破切片难题后,他们顺利从显微镜下看到了捕蝇草五彩斑斓的细胞。

从容应对30分钟全英文展示答辩

比赛

与普通的学科竞赛不同,丘成桐科学奖舍弃试卷和标准答案,而倡导创新思维、科学精神和团队合作精神,总决赛分展示和答辩两个环节,每个环节各15分钟。

查展告诉记者,由于评委都是国际顶尖的专业领域专家,因此比赛以全英文形式呈现,尽管英语成绩都不赖,“三剑客”在赛前还是找来学长补习相关的英语专有名词。

“我们在决赛前进行了演练,包括评委可能提到的问题,但最终评委的问题还是令我们很意外。”查展告诉记者,答辩中评委的第一个问题是问他们“测生物电时,电极放在哪”,“评委可以从这些细节中,判断课题是不是真的由我们独立完成。”

除了问细节,令林沐森印象深刻的还有来自评委的鼓励与建议,“比如对生物电的检测,评委建议我们可以通过数学、物理等多学科的知识运用,建立一个模型。”

最终在答辩环节,“三剑客”清晰的思路、默契配合赢得评委赞许,国际评委以“interesting、creative、fantastic”(有趣、有创造性、了不起)三个词高度评价了三位同学的课题,并以“a brilliant idea”(巧妙的想法)来评价课题中的创新点。

揭秘

国内外学术大咖当评委 获奖学生入名校自主招生体系

丘成桐中学科学奖的分量有多重?

丘成桐中学科学奖的前身是数学大师丘成桐先生于2008年创立的丘成桐中学数学奖,如今该奖项已是一个数学奖、物理奖、化学奖、生物奖和计算机奖并重的知名中学生科技奖项。

今年数十位世界顶级科学家担任了本届科学奖的顾问和评委,他们当中不乏诺贝尔奖得主、图灵奖得主、菲尔兹奖得主、中国科学院院士、美国科学院院士、美国人文与科学院院士、美国国家工程院院士、波兰科学院院士等。另有国内外知名高校的百余名专家学者参与了各奖项的辅导及评审工作。

从2013年起清华大学将丘成桐科学奖纳入自主招生体系,2016年起复旦大学将丘成桐科学奖决赛金奖、银奖获得者纳入复旦自主招生计划,均给予大力优惠政策。另外,从该奖项创办以来,有相当多的获奖学生经推荐分别进入哈佛、麻省理工、耶鲁、普林斯顿等国外知名高校就读。

“三剑客”爱生物爱研究

未来都想走科研路

项目从高一开始,历时两年,没有中断、没有换人。在指导老师秦蓉眼里,三人志趣相投、互补的性格也是团队坚持下去的关键。

“查展更像队长的角色,发起项目、设计实验;林沐森是技术顾问,对实验进行考证;雷文康是动手能力强,像执行者。”采访中,谈及三位“爱徒”的性格与分工,秦蓉赞不绝口。

有意思的,对于未来的职业方向,三剑客也非常有默契,未来都计划往科研的路上奔。

目前查展已经在为出国留学做学校申请,继续做生物科研则是他为自己选的方向;林沐森说自己从小的梦想是做科学家,未来他希望专注跨学科领域研究;雷文康初步想法从数学领域着手,帮助生物、医学结合做分析、统计。

少年说

首先,我要感谢的是执信中学,没有这里老师的引导,不要说拿奖,我可能都无法参加这个美妙的比赛。然后,我要感谢我的同伴们,没有你们的合作我不可能走到这里。接着,我要感谢自己内心的意志:没有不屈不挠的精神和创造力,怎能克服科研中在所难免的挫折。

——查展

奖杯的沉重是责任,即将成年的责任,初入科研领域后辈的责任,也是作为未来希望的青年的责任。这奖杯凝聚团队对完美的执着追求,凝聚了教授们、丘老先生和国家的殷切希望,从未有过的重担让我无所适从,但回想起丘老先生和一众科学家们又仿佛看到了指明灯。

——林沐森

这次比赛之于我的意义远不止奖杯和奖状,我懂得了如何更好地与人交流,我的英语水平得到提高,以前看了头皮发麻的英文学术论文,现在能提取主旨大意,也能与外国的评委进行交流。而更让我自豪的是,更加清楚自己以后要成为一个怎样的科研工作者,怎么样走未来的路。

——雷文康