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2015-01-12

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发展规划处 第1期(总第823期)

老教授协会编 (开阔思路追求一流) 20150105


Science》公布2014年十大科学突破

20148月,罗塞塔飞船追上了火星之外的67P彗星;11月,罗塞塔搭载的菲莱着陆器有史以来第一次成功地在彗星上实施软着陆。该两探测器因获得的初步研究成果及其后续研究前景跃居Science(科学)杂志选出的2014年最重要科学突破的榜单之首

尽管着陆比预期的要更加困难——菲莱被67P表面弹开并最终以侧面着陆且与其目标着陆处相距甚远,但来自两个太空探测器的数据为彗星的形成和演化提供了新的见解。《科学》杂志评论说,菲莱的着陆是一个惊人的壮举,它吸引了全世界的注意力。而整个罗塞塔使命就是突破。它使科学家们能够近距离观察彗星的变暖、呼吸和演化。

由欧洲航天局(ESA)20043月发射的罗塞塔飞船现正在围绕67P作轨道运行,其与该彗星表面最近处仅6.2英里(10公里)。它装备的摄像机可区别彗星上相距只有几厘米的物体,而一系列光谱仪(罗塞塔轨道飞行器的离子和中性分析感测器ROSINA)可对67P彗发的气体进行采样。彗发是环绕彗星的一个大气薄晕圈。

  ROSINA已经在67P的彗发中探测到了水、甲烷和氢气以及某些较少见的物质,其中包括甲醛和氰化氢。这些发现很重要,因为研究人员相信某些彗星可能通过输送水和有机分子帮助早期的地球快速启动了生命现象。12月,由ROSINA团队发布的一个报告揭示了一个异常高的重氢()与普通氢的比例,提示像67P这样来自柯伊伯带的彗星(柯伊伯带是冥王星外的一个区域)是不会这样输送水的。

  通过持续关注67P后尾随的气体和尘埃,研究人员或可最终了解彗星接近太阳时的演变。通过逆向研究,研究人员还可将时钟回拨,收集到不同彗星如何在大约45亿年前形成的信息。

  罗塞塔使命的管理人员提出,在该彗星与太阳更接近时,菲莱上目前处于无电状态的电池或可得以充电,但即使它们没有被充电,所有科学信息中的80%将来自其母船罗塞塔。他们说,该飞船的活动高峰应该出现在20158月,届时67P将位于地球和火星轨道间的中途——这也是其最接近太阳之时。

《科学》杂志评出的另外92014年重大科学突破为:

1.从恐龙到鸟的转变:今年,将早期鸟类和恐龙化石与现代鸟类进行比较的一系列文章揭示了某些恐龙世系是如何发育成小型、体重轻盈的形态学构造的,这让它们能够演化成许多类型的鸟类并在大约6600万年前的白垩纪—古近纪物种灭绝中存活下来。

2.年轻者的血液修复年迈者的健康问题:研究人员证明,来自年轻小鼠的血液——甚或只是来自年轻小鼠血液中的一个叫做GDF11的因子——能够让较老迈的小鼠的肌肉和大脑“返老还童”。如此研究成果引导人们开始了用年轻志愿者血浆帮助老年痴呆症患者恢复健康的临床试验。

3.让机器人合作:新的软件和互动机器人正向人们证明,机器人终于能在无需人监督的情况下一同工作;例如,指示成群的受到白蚁启发的机器人来构建一种简单的结构,或提示一千个25美分硬币大小的机器人形成方块、字母及其他二维形状等。

4.神经形态芯片:通过模仿人类大脑结构,IBM电脑工程师首次推出了大规模的“神经形态”芯片,它们被设计成用更接近活体大脑的方式来处理信息。

5.β细胞:两个不同的研究小组开创了两种不同的方法在实验室中生长酷似β细胞的细胞,这给了研究人员前所未有的研究糖尿病的机会细胞是胰脏中产生胰岛素的细胞。

6.印度尼西亚的洞穴艺术:研究人员意识到,印度尼西亚某洞穴中的手模印和动物绘画——曾被认为有1万年之久——实际上其年代在35千年至4万年前。这些发现表明,人类在亚洲制作的象征性艺术与最早的欧洲洞穴画家的作品一样早。

7.操纵记忆:研究人员用光遗传学技术显示,他们能在小鼠中操纵特定的记忆;光遗传学是一种用光束来操纵神经元活动的技术。删除现有的记忆并植入虚假的记忆,他们能将某小鼠记忆的情绪内容从好转成坏,反之亦可。

8.方块卫星:尽管这些卫星在10多年前就被发射进入太空,如今这些各面面积只有10平方厘米的被称作方块卫星(CubeSats)的廉价人造卫星在2014年才真正获得成功。据研究人员披露,这些曾被认为是大学生教学工具的微型卫星已经开始从事进行一些真正的科学工作。

9.扩展遗传密码:研究人员设计制造了一种大肠杆菌,它除了有正常的GTCA等核酸外还含有另外两种核酸——XY;GTCA是组成DNA的标准构建要素。这种合成细菌无法在实验室外繁殖,但它们可被用来制造具有“非自然”氨基酸的设计蛋白。

(摘自《科技日报》2014.12.22)



Nature》盘点2014年科学界大事件

Nature(自然)杂志盘点2014年科学界大事件2014年或许会因为科学的胜利迅速演变成失望甚至是悲剧而被铭记:干细胞研究和宇宙学研究进展很快受到质疑;商业飞船遭遇重大挫折。然而,探测器登陆彗星、追踪人类起源以及协力了解大脑依然是值得庆祝的原因。

1.太空竞赛 千帆竞发

今年亚洲国家太空研究一路飙升。印度空间研究组织把探测器送入火星轨道,成为首个第一次尝试探索火星便获得成功的国家。日本发射了“隼鸟二号”探测器,这是该国宇宙航空研究开发机构第二次对小行星进行自动化采样尝试。尽管中国的月球着陆器“玉兔”号停止在月球表面收集数据,但航天指挥中心的科学家已经启动中国月球探测项目的下一步计划,即向月球轨道发射一架探测器并返回地球。

但对于商业飞行来说,今年不是个好年头。维珍银河公司计划的太空旅游船“太空船2号”在美国加利福尼亚试飞过程中解体,导致一名飞行员遇难。而事故发生前3天,弗吉尼亚州发射台爆炸事故毁坏了一艘非载人私人火箭,该火箭原计划为国际空间站运送补给物资。事故破坏了大量与空间站相关的研究实验,而国际空间站管理人员正在试图增加其科学产出。空间站的问题还延迟了部署一系列绰号为“鸽子”的对地观测卫星,这是利用小型“立方体卫星”收集太空数据计划的一部分。

放眼更大范围,欧空局(ESA)则成功发射了期盼已久的首颗系列“哨兵”地球观测卫星。

2彗星“来电” 频创佳绩

经过10年旅行,ESA的“罗塞塔”号探测器于今年8月份抵达彗星“67P/丘留莫夫-格拉西缅科”并进入彗星轨道。3个月后,“罗塞塔”号携带的“菲莱”号着陆器登陆该彗星,成为首个登陆彗星的着陆器。由于着陆器不幸降落在崎岖的阴影区域,在电力耗尽之前,“菲莱”号竭力向地球传回了64小时时长的科学数据。

同时,一队火星航天器舰队——来自印度、美国和欧洲的探测器——和“赛丁泉”彗星历经了一场计划之外的擦肩而过。这颗彗星10月份在距离红色火星13.95万公里的地方呼啸而过,该距离仅为月地距离的1/3NASA的着陆器依然在火星表面缓步前行:“好奇”号终于抵达自2012年登陆火星后就前往的山脉,“机遇”号载荷的里程表记录了40公里的行程,打破苏联月球着陆器“月球车2号”创下的地外天体行走纪录。

而科学家在寻找太阳系外行星方面也取得了巨大飞跃。今年2月,现已结束使命的开普勒望远镜研究团队宣布,确定找到715颗系外行星的踪迹,是有史以来一次性确认地外行星取得的“最大批量”。开普勒团队还揭示了首颗位于其恒星宜居带内的地球大小的系外行星,距离长期寻找的“地球双胞胎”更近了一步。

3人类起源 基因解码

考虑到他们已经沉睡了近3万年,尼安德特人今年经历了不寻常的一年。由于远古时期的杂交,他们的DNA在非非洲人类基因中保存下来,今年两个研究团队对尼安德特人的遗迹进行了分类编目。在分别分析了两个最古老的智人基因——45000年前居住在西伯利亚南部的古人类和36000年前居住在俄罗斯西部的古人类之后,科学家了解了更多关于尼安德特人和早期人类的性关系。DNA结果揭示了迄今为止不为人知的人类部落以及智人与尼安德特人相结合的更加准确的时间,这一时期或在距今6~5万年前的中东地区。同时,对欧洲的数十个考古遗址进行的碳同位素年代追溯结果显示,智人和尼安德特人在当地共同存在的时间比此前认为的早得多,在一些地方达到数千年。

新老基因组绘制了农业文明出现的年代。除了更加古老的祖先以外,现代欧洲人携带的DNA还继承自8000~7000年前从中东地区迁徙来的浅肤色、棕眼睛的农民。这些早期农民驯化的农作物如小麦和大麦也通过基因测序得到进一步了解。今年7月,一个联合研究团队报告了小麦基因组的庞大草图,该基因组包含124000个基因以及170亿个核甘酸。另外一个研究团队则公布了3000个水稻品种的基因序列。

未来的基因组很快将携带更多信息。在所有生命形式中存在的4种核苷酸的基础上,美国加州科学家在大肠埃希氏菌基因中加入了两种化学核苷酸。下一步将利用扩大的基因序列生产新蛋白种类。此外,人工合成完整酵母基因研究今年也研制出首个染色体。

4致命病毒 协力应对

2014年肆虐西非的埃博拉疫情是1976年该病毒被发现以来最大的疫情暴发,暴露出全球在应对新兴传染病方面的巨大缺陷。截至12月中旬,几内亚、利比里亚、塞拉利昂的死亡人数已达约6800人。

该疫情首个感染病例据认为始于201312月死亡的一名几内亚2岁儿童,病毒基因分析表明,该病毒从动物传播给人。

早些时候,媒体注意力集中在实验药物上,包括鸡尾酒抗体ZMapp,但是流行病专家强调,需要扩大治疗途径并采取基本疫情措施如追踪感染接触者。

担忧疫病扩散至其他国家的恐惧已证实并未发生;马里、尼日利亚、塞内加尔、西班牙和美国出现的个案也很快被隔离,疫情继续扩散的风险被遏制。

11月带来了鼓舞人心的消息,首批经过健康志愿者测试的埃博拉实验疫苗公布测试结果安全,西非将在2015年开展该疫苗与其他疫苗的药效试验。给埃博拉感染者服用含有“康复者”血液或血清的实验药物与疗法也已进入检测阶段。但是该病毒的生物学特性等重要问题仍待进一步回答。

5粒子物理 尘埃窘境

BICEP2望远镜项目在3月份展示了研究实力,天文学家报告了来自大爆炸引力波的证据——可能确认宇宙膨胀——即宇宙最初呈指数扩张。但很快发现,位于南极圈的BICEP2射电望远镜发现的可能是被宇宙尘埃扭曲的信号;该理论得到了9月份公布的ESA普朗克卫星观测结果的支持。BICEP2和普朗克研究团队计划尽快公布联合分析结果,为引力波窘境提供一个明确的答案。

中国提出了用正负电子超级对撞机研究希格斯玻色子的计划,而且正在考虑一项更加雄伟的目标:下一代超级质子对撞机基础设置。

石墨烯显示出新弱点,科学家发现世界上最薄与最硬的石墨烯材料可以让质子通过。这表明氢燃料电池或从空气中收集氢的薄膜的新应用。(但还有一个值得注意的问题,《自然—材料科学》今年4月份发表了如何在厨用搅拌机中制造石墨烯的方案,但是由于各种缺点以及实际存在的问题,该方案并不建议家庭使用。

6艾滋病病毒噩耗与希望

对于艾滋病研究人员来说,2014年载满了负面消息。去年,内科医生表示“密西西比婴儿”——一个出生时携带艾滋病病毒的儿童已通过早期抗逆转录病毒药物积极治疗被治愈。但是今年7月份,研究人员宣布这名今年已至4岁的儿童血液中再次检测出艾滋病病毒。这个案例与马萨诸塞州两名波士顿病人的病例类似,其他两个病例经过骨髓移植后也曾在若干年内被认为病毒已经消失;201312月,有报道称病毒已死灰复燃,卷土重来。

  今年7月份,澳大利亚墨尔本举行的国际艾滋病大会收到6名参会人员遇难的噩耗,其中包括荷兰阿姆斯特丹大学著名临床病毒学家JoepLange。他们乘坐的马来西亚客机MH17在飞往参会目的地时遭到袭击,在乌克兰坠机。

尽管如此,该领域依然取得了一些略让人满意的成果,比如通过编辑DNA使免疫细胞可以抵抗艾滋病病毒的治疗方法的开始。另外两名澳大利亚感染者经过干细胞癌症疗法治疗后,到目前为止仍未检测到他们体内的艾滋病病毒。

7大脑研究 雄心勃勃

纳米科技和计算机技术史无前例的发展推动着雄心勃勃的大脑工程。今年,很多相关工作都经历了重要转折,尽管并非所有的转折都是正面的。7月,欧盟利用超级计算机模拟大脑的旗舰项目“人脑工程”经历了一场骚乱。在写给欧盟委员会的一封抗议信中,超过150名科学家联名指控这项斥资10亿欧元的人类大脑计划存在专制性,而且偏离其科学目标;他们威胁除非对项目管理进行彻查,否则将退出合作。相关各方目前正在调解仲裁,修改后的计划有望在2015年早期公布。

相较而言,美国“脑计划”(推进创新神经技术脑研究计划)则走得更加平稳。该计划今年获得首批拨款支持。日本在10月份也加入了全球大脑研究潮流,宣布了一项叫作Brain/MINDS(综合神经技术疾病研究脑图)的雄心勃勃的10年计划,该项目计划绘制绒猴的大脑来帮助人类神经病学和精神疾病研究。

8.气候研究依然炙热

对于很多气候学家来说,过去数月经历了一场令人沮丧的演练,他们在等待一场厄尔尼诺现象——在太平洋东部预测的一次强气候变暖事件,但是这次厄尔尼诺现象却始终未曾来临。尽管如此,2014年很可能是约140年前现代气候纪录开始以来的最热年份,比1998年、2005年和2010年统计的高温纪录更热。

科学家依然在争论过去15年中导致变暖趋势相对变缓的原因。今年发表的一篇引人深思的研究把原因归咎于携带热量到大西洋和南半球海洋深层的洋流循环的阶段性变化。另一篇分析则争论称,全球变暖放缓是由大西洋气温升高所致,反过来又导致太平洋东部变冷。

在政策前沿,政府间气候变化专门委员会11月份完成了第5次评估报告,警告如果继续排放温室气体,将导致“严重、普遍以及不可逆转的人类和生态系统影响”。中国和美国均承诺减少温室气体排放,增加了发达国家和发展中国家2015年在巴黎达成新国际气候公约的希望。

9干细胞研究 闹剧与成绩

2014年在干细胞激进发展中拉开帷幕。1月份,日本理化研究所(RIKEN)发育生物学中心(CDB)的研究人员宣布了一项令人震惊的发现:一种出人预料的通过把成熟的体细胞浸泡在某种酸性溶液或是利用物理压力快速便捷地制作多能干细胞的方法。但是这项发表在《自然》杂志的研究随后被发现含有篡改的数据和图像,而且重复性实验均以失败告终。该篇文章在7月份被撤回。8月份CBD该文章共同作者之一、再生医学先驱笹井芳树自杀身亡。

9月份,陷入重围的CBD终于传出一些好消息,眼科中心医生MasayoTakahashi带领团队进行了国际上首例诱导性多能细胞(iPS)临床实验。另外,全球首例胚胎肝细胞治疗脊柱损伤临床试验也带来了新的希望,该实验经历2011年突然关停之后再次重启。

在另一项研究进展中,马萨诸塞州哈佛大学的DouglasMelton找到了如何从干细胞中制作生成胰岛素β细胞的方法,该发现可以帮助研究Ⅰ型糖尿病新疗法,其前提是研究人员可以阻止免疫细胞攻击该细胞。与此同时,美国一些州出现的“试验权”法律也允许使用未经验证的干细胞疗法;在日本,新临床指导规章允许干细胞疗法不经过严格的效果实验即可进入临床,引起生物伦理关注。

10病原体研究实验室危机

人们的冰箱中寄居着什么样的生物危害?今年71日,美国政府研究人员在马里兰州贝塞斯达市国立卫生研究院(NIH)储藏室中发现了660年前的天花病毒。

此次发现把注意力引向美国政府实验室的生物安全失检问题,包括美国疾控中心(CDC)披露出的真相,该机构研究人员曾在炭疽芽胞菌方面存在错误处理行为,而且曾不小心把危险的H5N1流感病毒运至另一个实验室。8月份,对NIH进行的一次“安全清理”中发现一个100年的盛有危险性病原菌和蓖麻毒素的盒子。

这些事件重新引起对一些病原菌研究的收益是否大于其潜在危险的争论。10月中旬,白宫发布的一项声明在研究人员之间引起轰动,该声明称将不资助那些涉及病原体的新“获得性功能”研究,如流感病毒,以防病原体变得更加致命或导致扩散。它还要求研究人员停止正在进行的获得性功能试验。NIH在此基础上进一步要求即刻停止它所资助的约20项研究,并请两个顾问小组在未来一年对相关研究风险和收益进行评估。

(摘自《中国科学报》2014.12.23)


Nature》评出2014年度十大科学人物

1218日出版的Nature》(自然)杂志评选出2014年度十大科学人物。这十大人物是本年度一些重要科学进展及事件的中心人物。分别如下:

1.安德烈亚·阿科马佐AndreaAccomazzo

欧洲航天局的“罗塞塔”计划是人类探测器首次执行彗星登陆任务的计划。作为探测器飞行的指挥者,阿科马佐指引着“罗塞塔”经过64亿公里的太空飞行,从地球到达“67P/丘留莫夫-格拉西缅科”彗星,并在201411月释放出“菲莱”号着陆器,而后者成功在彗星上降落。

2.苏珊娜·托帕利安SuzanneTopalian

苏珊娜·托帕利安是美国约翰斯·霍普金斯大学研究员,她是癌症免疫疗法的开创者之一。该疗法的理念是抑制肿瘤躲避免疫细胞攻击的能力。她的研究在20149月得到了有力支持。当月,一种名为“pembrolizumab”的程序性死亡受体(PD-1)抑制药物在美国获准投入使用。

3.拉迪卡·纳格帕尔RadhikaNagpal

这位哈佛大学工程师和她的团队迈出了仿生机器人技术发展的重要一步。通过观察蚂蚁、蜜蜂和白蚁筑巢的方式,纳格帕尔设计出一支由1024个名为“Kilobot”的微型机器人组成的机器人大军。这些机器人每一个只有几厘米高。当它们一起工作时,只需发出初始指令,它们就能自行组成星星或字母的形状。

4.谢赫·奥马尔·SheikHumarr Khan

病毒学家谢赫·奥马尔·汗是一位抗击埃博拉的悲情英雄。这位医生拒绝离开祖国塞拉利昂,并且一直在救治病人,直到他自己也感染上埃博拉出血热。2014729日,他死于自己致力于抗击的这种疾病。

5.戴维·斯珀格尔DavidSpergel

20143月,一个庞大的科研团队宣布,他们首次探测到了引力波,这是宇宙暴胀的证明。然而,美国普林斯顿大学天体物理学家戴维·斯珀格尔并不相信该团队的说法,并且很快就公开表达了自己的质疑。他提出,该团队可能是将普通的宇宙尘埃与引力波弄混了。6月,该科研团队的科学家承认,要证实他们的发现尚需更多研究。

6.玛丽亚姆·米尔扎哈尼MaryamMirzakhani

20148月,伊朗数学家玛丽亚姆·米尔扎哈尼荣获被誉为“数学界诺贝尔奖”的菲尔兹奖,她也成了自1936年该奖项设立以来的首位女性获奖者。米尔扎哈尼教授目前在美国斯坦福大学任教,曾提出多种计算双曲平面的新奇方法。

7.皮特·弗雷特斯PeteFrates

在被诊断出“肌萎缩性脊髓侧索硬化症”(ALS)之后的两年半时间里,29岁的皮特·弗雷特斯失去了说话和行动的能力。但他却在不踏入实验室的情况下,为帮助和他一样的病患做出了令人难以置信的贡献。弗雷特斯是20148月发起“冰桶挑战”的第一人。这项挑战的内容是参与者要发布一段自己被冰水浇头的视频,该活动旨在为ALS的研究募集捐款。参与者要么浇自己一桶冰水,要么为研究捐款,而许多人选择了两件事都做。

8.科皮利尔·拉达克里希南KoppillilRadhakrishnan

2014924日,印度“曼加里安”号火星探测器成功进入火星轨道,印度空间研究组织的科皮利尔·拉达克里希南正是该行动的负责人。此举让印度加入了少数有雄心且有技术能力探索太阳系的国家的行列。

9.高桥政代MasayoTakahashi

日本理化学研究所眼科专家高桥政代,成功给一位老年性黄斑变性患者植入了用患者自身皮肤样本制作的视网膜组织。研究人员制造出诱导性多功能干细胞,而这种细胞能转化为各种生物组织,进而得到新视网膜。

10.舍尔斯·舍雷斯SjorsScheres

英国剑桥MRC分子生物学实验室研究员舍尔斯·舍雷斯发明了一种适用于低温电子显微镜的软件。该软件能使图像信息变得更详细,便于研究者看清分子结构。


参阅资料》编者按:

《参阅资料》由校发展规划处和老教授协会合编。

2014年编发《参阅资料》共55期(总第768-822期)。现每期印发纸质版《参阅资料》160份、发送电子版《参阅资料》1056份(不含二级发送数)。

主要发送对象为:校领导;校学术委员会委员;院(系、所)负责人;学科建设项目的负责人;机关有关部、处、室 等。具体发送对象每年略有调整。

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