迎接春天 擁抱科學(xué)

關(guān) 毅(本刊特約記者)

迎接春天 擁抱科學(xué)

關(guān) 毅(本刊特約記者)

要說(shuō)這兩個(gè)月來(lái)科學(xué)界最搶眼的大事，無(wú)疑非科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)早期宇宙急劇膨脹的直接證據(jù)莫屬。這一突破性的重大發(fā)現(xiàn)有望幫助弄清宇宙誕生之謎。一些物理學(xué)家甚至認(rèn)為，這是一項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的發(fā)現(xiàn)，可以躋身過(guò)去25年最重要的宇宙學(xué)發(fā)現(xiàn)之列。當(dāng)然與此同時(shí)，還有一些科學(xué)進(jìn)展也讓我們無(wú)法平靜。受控核聚變研究獲得新進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)能量總增益，標(biāo)志著核聚變能源邁向新時(shí)代；基因療法首次降伏HIV，或可促“功能性治愈”艾滋?。粋€(gè)人基因組測(cè)序即將進(jìn)入千美元費(fèi)用時(shí)代……只想說(shuō)，這個(gè)春天來(lái)得正是時(shí)候。

HiSeq X Ten系統(tǒng)售價(jià)至少1 000萬(wàn)美元(圖片來(lái)源：Business Wire)

個(gè)人基因組測(cè)序?qū)⑦M(jìn)入千美元費(fèi)用時(shí)代

花1 000美元就能為個(gè)人基因組測(cè)序，這是10多年來(lái)許多基因組測(cè)序公司奮斗的目標(biāo)?，F(xiàn)在，美國(guó)一家公司宣布，他們已能夠使這一愿望成為現(xiàn)實(shí)。

位于圣迭戈的伊盧米納公司本周發(fā)布消息說(shuō)，將推出一款叫做HiSeq X的測(cè)序儀，每臺(tái)售價(jià)100萬(wàn)美元，但一次至少要訂購(gòu)10臺(tái)。該公司表示，這一儀器能以不到1 000美元的價(jià)格每天為5個(gè)人完成基因組測(cè)序。

伊盧米納公司首席執(zhí)行官杰伊·弗拉特認(rèn)為，該公司打破了人類基因組學(xué)的“音障”，使世界進(jìn)入了“基因組學(xué)的超音速時(shí)代”，“工廠級(jí)別的大規(guī)模測(cè)序”成為可能，伊盧米納也由此成為首個(gè)實(shí)現(xiàn)千美元基因測(cè)序目標(biāo)的公司。

美國(guó)麻省理工學(xué)院生物學(xué)教授埃里克·蘭德評(píng)論說(shuō)，這是第一次有望進(jìn)行1 000美元的基因組測(cè)序，“讓人無(wú)比激動(dòng)”。他說(shuō)，未來(lái)幾年，HiSeq X系列測(cè)序儀將使人們有機(jī)會(huì)更多地從遺傳學(xué)角度認(rèn)識(shí)人類疾病。

伊盧米納公司表示，目前已收到來(lái)自韓國(guó)Macrogen公司、美國(guó)布羅德研究所和澳大利亞加文醫(yī)學(xué)研究所的3張訂單。該測(cè)序儀將于2014年第一季度發(fā)貨。

對(duì)個(gè)人基因組進(jìn)行測(cè)序，有助于獲得有關(guān)遺傳和疾病易感性的信息，也有助于設(shè)計(jì)個(gè)性化醫(yī)療方案，而千美元費(fèi)用將使基因組測(cè)序成為可以普及、真正實(shí)用的服務(wù)。很多人認(rèn)為，當(dāng)測(cè)序費(fèi)用降至這一程度，個(gè)性化醫(yī)療時(shí)代將不再遙遠(yuǎn)。

過(guò)去10多年中，隨著技術(shù)的發(fā)展，基因組測(cè)序的費(fèi)用以驚人的速度下降。2003年，人類基因組計(jì)劃宣告完成，它用了13年時(shí)間，耗費(fèi)30億美元。2007年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者之一的詹姆斯·沃森成為世界上擁有個(gè)人基因組圖譜的第一人，“破譯”組用了2個(gè)月時(shí)間，耗資100萬(wàn)美元。不久前，個(gè)人基因組測(cè)序的費(fèi)用降到1萬(wàn)美元左右。

受控核聚變研究有新進(jìn)展首次實(shí)現(xiàn)能量總增益

受控核聚變是人類安全利用核能的終極目標(biāo)。美國(guó)研究人員于2014年2月12日在英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告說(shuō)，他們?cè)谑芸睾司圩兊膶?shí)驗(yàn)中取得一項(xiàng)關(guān)鍵進(jìn)展，首次在核聚變實(shí)驗(yàn)“點(diǎn)火”時(shí)實(shí)現(xiàn)了能量“盈余”。

多個(gè)輕原子核(如氘和氚)在超高溫下相互聚合，可生成更重的新原子核(如氦)，并釋放出巨大能量。太陽(yáng)持續(xù)“燃燒”就是典型的核聚變反應(yīng)。人類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想讓這種核聚變能量被有效利用，即實(shí)現(xiàn)受控核聚變，條件卻非?？量?。

引發(fā)核聚變反應(yīng)首先要向核燃料中輸入能量，即“點(diǎn)火”，只有讓核聚變產(chǎn)生的能量超出“點(diǎn)火”所消耗的能量，才能將其作為有效的能量來(lái)源。太陽(yáng)中心溫度高達(dá)1 500萬(wàn)℃，還有巨大的壓力，而在地球上無(wú)法獲得那么大的壓力，要想“點(diǎn)火”，只有通過(guò)大幅度提高溫度來(lái)彌補(bǔ)。

美國(guó)利弗莫爾勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)所的研究人員報(bào)告說(shuō)，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中先將極少量的氫同位素核燃料均勻地裹在一個(gè)直徑2mm的球狀顆粒上，核燃料的厚度僅相當(dāng)于一根頭發(fā)絲，然后將小球裝入一個(gè)微型“膠囊”。研究人員利用激光將“膠囊”迅速加熱到比太陽(yáng)還高的溫度，使其內(nèi)部發(fā)生劇烈爆炸，最終釋放出的能量超出了整個(gè)實(shí)驗(yàn)所投入的能量，首次在完成“點(diǎn)火”時(shí)實(shí)現(xiàn)了能量“盈余”。

研究人員介紹說(shuō)，此前的實(shí)驗(yàn)中發(fā)生內(nèi)爆后球狀顆粒通常會(huì)變形，降低了能量持續(xù)產(chǎn)生的效率，而他們?nèi)〉眠@一新進(jìn)展的關(guān)鍵在于更加精準(zhǔn)地控制了核燃料在球狀顆粒表層的鋪設(shè)，使核聚變中產(chǎn)生的氦原子核可將能量再次轉(zhuǎn)移至核燃料中，引發(fā)進(jìn)一步的核聚變反應(yīng)，從而產(chǎn)生更多能量。

不過(guò)研究人員也指出，實(shí)驗(yàn)中所取得的能量“盈余”十分有限，要讓核聚變反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，這一“盈余”必須達(dá)到實(shí)驗(yàn)所投入能量的百倍以上，因此受控核聚變真正為人類所用，仍是一個(gè)“十分遙遠(yuǎn)的希望”。

一個(gè)毫米級(jí)燃料膠囊(圖片來(lái)源：Dr. Eddie Dewald)

美科學(xué)家在猴子中實(shí)現(xiàn)“阿凡達(dá)”式異體控制

科幻電影《阿凡達(dá)》中，人通過(guò)腦電波控制可以掌控克隆外星人“阿凡達(dá)”的軀體。美國(guó)科研人員在2014年2月18日?qǐng)?bào)告說(shuō)，他們首次在猴子身上實(shí)現(xiàn)了這種異體操控，這一成果有助于未來(lái)幫助癱瘓者重新控制自己的身體。

脊髓損傷會(huì)阻礙大腦指令信息向軀體的傳遞，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力受損甚至癱瘓。目前許多科學(xué)家都在研究通過(guò)模擬腦電波信號(hào)對(duì)受傷脊髓進(jìn)行電刺激，使傷者的軀體能重新接收運(yùn)動(dòng)指令。

美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)研究人員在新一期英國(guó)《自然-通訊》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了兩只猴子，一只作為發(fā)出指令的“主體”，另一只則是接收指令、完成動(dòng)作的“阿凡達(dá)”。

研究人員先在“主體”猴子的大腦中植入一個(gè)芯片，對(duì)多達(dá)100個(gè)神經(jīng)元的電活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控，記錄它支配每個(gè)身體動(dòng)作時(shí)的大腦神經(jīng)元電活動(dòng)，而猴子“阿凡達(dá)”脊髓中則植入了36個(gè)電極，并嘗試刺激不同的電極組合以研究對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)有何影響。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過(guò)儀器將這兩只猴子身上的裝置相連接，并給“阿凡達(dá)”服用了鎮(zhèn)靜劑，使它的身體動(dòng)作可完全由“主體”的腦活動(dòng)所控制。它倆的任務(wù)是協(xié)作使得電腦屏幕上的光標(biāo)上下移動(dòng)，操縱桿掌握在“阿凡達(dá)”手中。結(jié)果“主體”控制“阿凡達(dá)”完成這一任務(wù)的成功率高達(dá)98%。

研究人員說(shuō)，他們的終極目標(biāo)是利用此類技術(shù)使癱瘓人士重獲運(yùn)動(dòng)能力，不過(guò)上下移動(dòng)光標(biāo)這種簡(jiǎn)單能力還遠(yuǎn)不足以改善癱瘓患者的生活，而且猴子與人有很大的機(jī)體差異，將這種技術(shù)運(yùn)用到人體前還需更多研究。

聽(tīng)宇宙大爆炸的“余響”科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)早期宇宙急劇膨脹的直接證據(jù)

仰望浩渺的星空，人們總是不由地要問(wèn)：宇宙從何而來(lái)？美國(guó)物理學(xué)家2014年3月17日宣布，首次發(fā)現(xiàn)了宇宙原初引力波存在的直接證據(jù)。這將幫助解答宇宙誕生之謎，被認(rèn)為是諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的重大成果。

原初引力波是愛(ài)因斯坦于1916年發(fā)表的廣義相對(duì)論中提出的，它是宇宙誕生之初產(chǎn)生的一種時(shí)空波動(dòng)，隨著宇宙的演化而被削弱?？茖W(xué)家說(shuō)，原初引力波如同創(chuàng)世紀(jì)大爆炸的“余響”，將可以幫助人們追溯到宇宙創(chuàng)生之初的一段極其短暫的急劇膨脹時(shí)期，即所謂“暴漲”。

然而，廣義相對(duì)論提出近百年來(lái)，源于它的其他重要預(yù)言如光線的彎曲、水星的近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)以及引力紅移效應(yīng)等都一一被證實(shí)，而引力波始終未被直接探測(cè)到，問(wèn)題就在于其信號(hào)極其微弱，技術(shù)上很難測(cè)量，因此也有人將之戲稱為“世紀(jì)懸案”“宇宙中最大的徒勞無(wú)益之事”。

美國(guó)哈佛-史密森天體物理學(xué)中心等機(jī)構(gòu)物理學(xué)家利用架設(shè)在南極的BICEP2望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)宇宙大爆炸的“余燼”——微波背景輻射。微波背景輻射是由彌漫在宇宙空間中的微波背景光子形成的，計(jì)算表明，原初引力波作用到微波背景光子，會(huì)產(chǎn)生一種叫做B模式的特殊偏振模式，其他形式的擾動(dòng)，都產(chǎn)生不了這種B模式偏振，因此B模式偏振成為原初引力波的“獨(dú)特印記”。觀測(cè)到B模式偏振即意味著引力波的存在。

位于南極的BICEP2設(shè)備發(fā)現(xiàn)了來(lái)自宇宙最初的引力波信號(hào)(圖片來(lái)源：Steffen Richter/Harvard University)

南極是地球上觀測(cè)微波背景輻射的最佳地點(diǎn)之一。研究人員在這里發(fā)現(xiàn)了比“預(yù)想中強(qiáng)烈得多”的B模式偏振信號(hào)，隨后經(jīng)過(guò)3年多分析，排除了其他可能的來(lái)源，確認(rèn)它就是原初引力波導(dǎo)致的。研究共同作者、明尼蘇達(dá)大學(xué)的克萊姆·普賴克說(shuō)：“這就好像要在草堆里找一根針，結(jié)果我們找到了一根鐵撬棍?！?/p>

對(duì)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的意義，哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的理論物理學(xué)家阿維·洛布說(shuō)：“這項(xiàng)工作為一些最基本的問(wèn)題提供了新見(jiàn)解：我們?yōu)槭裁磿?huì)存在？宇宙是怎么誕生的？這些結(jié)果不僅是宇宙暴漲的確鑿證據(jù)，它們也告訴我們暴漲是什么時(shí)候發(fā)生的，暴漲的威力又有多大?！?/p>

過(guò)去十多年中，有多個(gè)研究項(xiàng)目在探測(cè)原初引力波，包括普朗克衛(wèi)星、POLARBEAR地面實(shí)驗(yàn)，及位于南極的另一個(gè)“南極望遠(yuǎn)鏡”實(shí)驗(yàn)等，其中普朗克衛(wèi)星是歐洲航天局于2009年5月發(fā)射、造價(jià)約7億歐元的全天域微波背景輻射觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡。新發(fā)現(xiàn)不僅填補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的拼圖，讓現(xiàn)代物理學(xué)的根基更加堅(jiān)實(shí)，也會(huì)鼓舞引力波研究人員的士氣，促進(jìn)有關(guān)國(guó)家進(jìn)一步加大投入。

美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)理論物理學(xué)家勞倫斯·克勞斯說(shuō)，雖然這項(xiàng)成果還需要得到進(jìn)一步驗(yàn)證，但“無(wú)論怎樣，都令人激動(dòng)”。如被證實(shí)，將“可以躋身過(guò)去25年最重要的宇宙學(xué)發(fā)現(xiàn)之列”，有望獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

值得一提的是，盡管直到廣義相對(duì)論發(fā)表近百年后的今天，神秘的引力波才向人們一展真面目，但在此之前人們已經(jīng)間接觀測(cè)到它的存在。1974年，美國(guó)物理學(xué)家喬瑟夫·泰勒和拉塞爾·赫爾斯首次發(fā)現(xiàn)一個(gè)雙星系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，兩顆中子星親密環(huán)繞并變得越來(lái)越接近，這意味著兩顆星正在損失能量。由于其軌道變化與相對(duì)論的預(yù)測(cè)完全吻合，兩名科學(xué)家認(rèn)為能量正在以引力波的形式釋放，這一發(fā)現(xiàn)讓他們獲得了1993年的諾貝爾獎(jiǎng)。

月球遭遇迄今所見(jiàn)最大隕石撞擊肉眼可見(jiàn) 時(shí)長(zhǎng)8 秒 亮如北極星

西班牙天文學(xué)家于2014年2月24日?qǐng)?bào)告說(shuō)，他們觀測(cè)到了迄今為止一枚隕石對(duì)月球表面最劇烈的撞擊事件。

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的描述，撞擊的余暉持續(xù)了破紀(jì)錄的8 s，而通常月球遭遇的隕石撞擊持續(xù)時(shí)間不到1 s，并且從地球上看，其亮度幾乎與北極星沒(méi)有差別，因此當(dāng)時(shí)如有人正好望向月球可能會(huì)看到撞擊產(chǎn)生的強(qiáng)光。

據(jù)科學(xué)家介紹，該撞擊事件發(fā)生于2013年9月11日，他們?cè)谛乱黄诘挠?guó)《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)。

隕石與月球劇烈碰撞產(chǎn)生的熱量引發(fā)了閃光，并熔化了月球表面的巖石。研究人員推斷，此次碰撞產(chǎn)生了相當(dāng)于15 t TNT炸藥爆炸所釋放的能量。這一數(shù)值比之前的記錄——美國(guó)航空航天局(NASA)科學(xué)家于2013年3月測(cè)得的數(shù)值——高出3倍，當(dāng)時(shí)那塊隕石的重量約為40 kg。

研究人員推斷，這顆隕石直徑0.6～1.4 m之間，其質(zhì)量約為400 kg，撞擊月球時(shí)速度達(dá)到每小時(shí)6.1萬(wàn)km。

這一撞擊事件最初是由位于西班牙南部的“月球撞擊監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)”(MIDAS)所發(fā)現(xiàn)的。MIDAS是一套由兩架望遠(yuǎn)鏡組成的系統(tǒng)，它們分別安置于塞維利亞和西班牙托萊多，兩者能夠持續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)月球表面的撞擊事件。

并未參與此次月球觀測(cè)的加拿大倫敦市西安大略大學(xué)隕石物理學(xué)家Peter Brown表示：“這是一個(gè)非常明亮、長(zhǎng)時(shí)間、充滿活力的事件，說(shuō)它是有史以來(lái)最亮的事件也不為過(guò)?！盉rown曾對(duì)去年在俄羅斯發(fā)生的隕石事件進(jìn)行過(guò)研究。

這枚隕石墜落于月球表面一個(gè)名為“云?！钡膮^(qū)域，后者是一個(gè)巨大的火山盆地。研究人員估計(jì)，撞擊形成的隕石坑直徑為47～56 m。Brown說(shuō)：“我希望一架月球探測(cè)器能夠找到這個(gè)隕石坑并測(cè)量它的大小，從而了解更多有關(guān)此類隕石撞擊的物理學(xué)知識(shí)?！?/p>

報(bào)告這一觀測(cè)結(jié)果的研究團(tuán)隊(duì)成員之一、韋爾瓦大學(xué)天文學(xué)家José Maria Madiedo指出，這一發(fā)現(xiàn)改變了之前對(duì)于這樣大小的隕石撞擊月球表面頻率的估計(jì)。他說(shuō)：“這意味著相同大小的隕石對(duì)于地球的撞擊可能也將更加頻繁?！?/p>

Madiedo說(shuō)，這次撞擊的亮度、規(guī)模都是有記錄以來(lái)最大的，希望NASA不久后可以進(jìn)一步證實(shí)這個(gè)巨大撞擊坑的存在。但Brown則表示，對(duì)于隕石撞擊頻率的估計(jì)可能會(huì)受到此類劇烈事件可用統(tǒng)計(jì)資料匱乏的影響。

月球沒(méi)有大氣層，因此隕石不會(huì)經(jīng)歷摩擦燃燒而是直接撞擊到月球表面，此前頻繁的隕石撞擊已經(jīng)讓月球表面“傷痕累累”，并形成了獨(dú)特的環(huán)形坑地貌。

NASA“打包”發(fā)現(xiàn)系外行星新增715顆，總數(shù)達(dá)1 750顆

天文學(xué)家日前宣布，由NASA的開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的715顆候選太陽(yáng)系外行星被證實(shí)為行星。這一“富礦帶”幾乎使由開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)并已確認(rèn)的外星世界的數(shù)量增加了4倍，同時(shí)將已知太陽(yáng)系外行星的總數(shù)從1 035提升至1 750。

加利福尼亞州莫菲特場(chǎng)NASA埃姆斯研究中心的開(kāi)普勒研究人員Jack Lissauer表示，這些發(fā)現(xiàn)為研究系外行星的統(tǒng)計(jì)特征提供了一個(gè)新數(shù)據(jù)的母礦，同時(shí)為找到一個(gè)像地球這樣的行星帶來(lái)了好兆頭。

Lissauer強(qiáng)調(diào)，這些天體都屬于多行星系統(tǒng)——這有助于快速確定候選系外行星的屬性。他和同事、加利福尼亞州山景城SETI研究所的Jason Rowe，在即將出版的《天體物理學(xué)雜志》上以兩篇論文的篇幅描述了他們的分析結(jié)果。

研究人員表示，過(guò)去科學(xué)家尋找系外行星通常是“一個(gè)一個(gè)分析的艱苦過(guò)程”，一次只能發(fā)現(xiàn)一顆或少數(shù)幾顆，而他們利用一顆恒星通常有多顆行星繞轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一種“多重確認(rèn)”統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)，使得一次性“大批量”確認(rèn)系外行星成為可能。

這份根據(jù)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡在2009—2011年采集的數(shù)據(jù)編纂的新系外行星花名冊(cè)意味著，多行星系統(tǒng)在空間望遠(yuǎn)鏡持續(xù)監(jiān)控的15萬(wàn)顆恒星中是相對(duì)較為常見(jiàn)的。Rowe指出，這些系外行星中約95%的大小介于地球與海王星之間，最新的發(fā)現(xiàn)中有4顆系外行星的母星位于“宜居帶”中。宜居帶溫度條件適宜，理論上其表面可保有適宜生命存在的液態(tài)水。但這4顆天體的大小均為地球大小的2倍左右。

這715顆行星分布在約305個(gè)多行星系統(tǒng)中，并配有太陽(yáng)系的類地行星所具有的圓形軌道，但排列要更加緊密。

Rowe認(rèn)為，盡管許多系外行星都比地球大，但這些系外行星系統(tǒng)“類似于內(nèi)太陽(yáng)系按比例縮小的版本，使得我們有機(jī)會(huì)著眼于開(kāi)普勒數(shù)據(jù)集，并從我們所處的環(huán)境中獲得線索”。

并未參與此項(xiàng)研究的華盛頓哥倫比亞特區(qū)卡耐基科學(xué)研究所的行星獵人Alan Boss認(rèn)為：“這些新發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化了這樣一種理念，即類似于地球的系外行星在我們的宇宙中是很常見(jiàn)的，盡管它們依然很難被發(fā)現(xiàn)和描述?！?/p>

劍橋市麻省理工學(xué)院天體物理學(xué)家Sara Seager提到，這筆有關(guān)系外行星的“意外之財(cái)”凸顯了開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的主要發(fā)現(xiàn)——“小行星在我們的星系中是很常見(jiàn)的”。

Lissauer認(rèn)為，與單行星系統(tǒng)相比，在多行星系統(tǒng)中，如果一顆地球大小的行星圍繞一顆類似太陽(yáng)的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，那么它將比前者更容易被發(fā)現(xiàn)。這樣的系統(tǒng)將成為NASA計(jì)劃于2017年發(fā)射升空的凌日系外行星調(diào)查衛(wèi)星的首要目標(biāo)。

開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡于2009年3月發(fā)射升空，是世界上首個(gè)專用于搜尋系外類地行星的航天器。2013年，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)曾發(fā)現(xiàn)，銀河系中大約有400億顆類似太陽(yáng)的恒星，其中大約每5顆就有一顆擁有類似地球的行星。然而不幸的是，在經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)月的努力后，NASA于2013年8月15日宣布放棄修復(fù)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡。該設(shè)備由此結(jié)束搜尋系外行星的主要任務(wù)，但它仍可能被用于其他科研工作。

開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡的新發(fā)現(xiàn)使得已知系外行星的數(shù)量達(dá)到1 750顆(圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech)

3萬(wàn)年凍土中復(fù)活迄今最大病毒仍具傳染性，對(duì)人與動(dòng)物無(wú)害

這看起來(lái)就像是一部情節(jié)簡(jiǎn)單的低成本科幻電影——科學(xué)家日前復(fù)活了一種埋藏在西伯利亞冰層中達(dá)3萬(wàn)年之久的巨大病毒，并且要命的是，后者居然還具有傳染性。還好，它的目標(biāo)僅僅是阿米巴蟲(chóng)，但是研究人員推測(cè)，一旦地球上的其他冰層融化，將造成遠(yuǎn)古病毒的大回歸，這將對(duì)人類健康構(gòu)成潛在威脅。

這種新近解凍的病毒是迄今發(fā)現(xiàn)的最大病毒。它有1.5 μm長(zhǎng)，堪比一個(gè)小型細(xì)菌的大小。主持這項(xiàng)研究的法國(guó)馬賽大學(xué)夫妻檔進(jìn)化生物學(xué)家Jean-Michel Claverie和Chantal Abergel將這種病毒命名為Pithovirus sibericum，其靈感來(lái)自于希臘語(yǔ)“大口陶瓷壇”——古希臘人用來(lái)存儲(chǔ)酒和食物的大容器。Claverie說(shuō)：“我們是法國(guó)人，因此我們必須要在故事里加一點(diǎn)兒紅酒?！毖芯咳藛T在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上報(bào)告了這一研究成果。

Claverie和Abergel之前曾發(fā)現(xiàn)了其他所謂的巨病毒，包括在2003年發(fā)現(xiàn)的第一種病毒名為Mimivirus以及在2013年發(fā)現(xiàn)的另外兩種Pandoraviruses。并未參與該項(xiàng)研究的加拿大溫哥華市大不列顛哥倫比亞大學(xué)病毒學(xué)家Curtis Suttle表示：“又一次，這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)讓我們對(duì)巨病毒的多樣性大開(kāi)眼界。”

在各種病毒中，巨病毒的塊頭名列前茅，常寄生在水生阿米巴蟲(chóng)體內(nèi)。研究人員指出，這項(xiàng)研究說(shuō)明病毒能在永凍土中存活極長(zhǎng)時(shí)間。隨著永凍土因全球變暖融化，存在古代危險(xiǎn)病毒從永凍土中復(fù)活的可能性。

2年前，Claverie和Abergel的研究團(tuán)隊(duì)得知，科學(xué)家從埋藏于俄羅斯西伯利亞具有3萬(wàn)年歷史的永久凍土中復(fù)活了一種古老植物。Claverie說(shuō)：“如果能夠復(fù)活一種植物，那么我想是否也能夠復(fù)活一種病毒?！崩枚砹_斯科學(xué)家從該國(guó)東北部?jī)鲈叵?0 m深處采集的永凍土樣本，他們以阿米巴蟲(chóng)(這些病原體的典型目標(biāo))為誘餌尋找巨病毒。隨著阿米巴蟲(chóng)的死亡，研究人員在其體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種巨病毒粒子。這說(shuō)明該病毒仍具有復(fù)制及感染能力。不過(guò)研究人員表示，這種病毒對(duì)人和其他動(dòng)物無(wú)害。

研究人員在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，Pithovirus看起來(lái)是一個(gè)一端開(kāi)口的厚壁橢圓形生物，與Pandoraviruses很像。Abergel強(qiáng)調(diào)，盡管形狀很類似，但“它們完全是兩類不同的病毒”。

Pithovirus具有一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)。它會(huì)在宿主細(xì)胞質(zhì)中完成自我復(fù)制，而不是像其他病毒那樣“接管”細(xì)胞核。其蛋白質(zhì)只有1/3與其他病毒類似。同時(shí)讓研究人員感到驚訝的是，這種病毒的基因組(僅有500個(gè)基因)比Pandoraviruses小得多，盡管前者的體形要比后者大得多。

“這種巨大的微?；旧鲜侵锌盏?。”Claverie說(shuō)，“我們認(rèn)為病毒的一種性質(zhì)是將DNA盡可能緊密地塞進(jìn)最小的微粒中，然而與任何噬菌體(能夠感染細(xì)菌的病毒)相比，這個(gè)家伙的緊密度只是前者的1/150。我們不能理解這是為什么。”

Claverie和Abergel擔(dān)心，隨著全球氣溫上升以及北極開(kāi)采和鉆井作業(yè)，會(huì)解凍許多仍然具有傳染性的更古老的病毒，可以想見(jiàn)，這將對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。

但Suttle指出，人體每天都會(huì)吸入數(shù)千種病毒，而當(dāng)他們游泳時(shí)則會(huì)咽下數(shù)十億的病毒。冰川融化會(huì)釋放有害的病毒以及這些病毒的傳播足以影響人類健康的想法,“將科學(xué)理性延伸至極限”，但他說(shuō)：“相比之下，我更關(guān)注隨著海平面的上升，有多少人會(huì)因此而搬遷?！?/p>

法科學(xué)家從永凍土中復(fù)活3萬(wàn)年前巨病毒(圖片來(lái)源：Julia Bartoli & Chantal Abergel; Information Génomique et Structurale, CNRS-AMU)

基因療法首次降伏HIV或可促“功能性治愈”艾滋病

一項(xiàng)臨床試驗(yàn)日前表明，一種基因編碼技術(shù)對(duì)于人類而言是安全且有效的。這是研究人員第一次使用一種名為鋅指核酸酶的酶瞄準(zhǔn)并破壞了12名艾滋病病毒(HIV)攜帶者免疫細(xì)胞中的一種基因，從而增強(qiáng)了他們抵抗病毒的能力。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在2014年3月6日出版的《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上。

美國(guó)加利福尼亞州杜瓦迪市希望之城國(guó)家醫(yī)學(xué)中心貝克曼研究所分子生物學(xué)家John Rossi說(shuō)：“這是HIV基因療法的第一個(gè)重大進(jìn)步，因?yàn)樗C明了‘柏林病人’Timothy Brown如何遠(yuǎn)離HIV。”

2008年，研究人員報(bào)告說(shuō)，當(dāng)他們用攜帶著一種名為CCR5的基因突變的骨髓干細(xì)胞治療Brown后，后者獲得了控制其HIV感染的能力，Brown在德國(guó)柏林被移植攜有CCR5突變基因的骨髓后，其HIV檢測(cè)一直呈陰性，他也因此成為醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的艾滋病“治愈”第一人。

大多數(shù)HIV毒株利用一種被CCR5編碼的蛋白質(zhì)作為進(jìn)入宿主免疫系統(tǒng)T細(xì)胞的途徑，而那些攜帶了該基因變異拷貝的人群——包括Brown的捐獻(xiàn)者——便獲得了對(duì)HIV的抗性。

然而類似的治療對(duì)于大多數(shù)HIV感染者而言并不是可行的——這是侵入性的，并且人體有可能攻擊供體細(xì)胞。因此由費(fèi)城賓夕法尼亞大學(xué)免疫學(xué)家Carl June和Pablo Tebas率領(lǐng)的一個(gè)研究小組考慮利用靶基因編輯技術(shù)，在患者自身的細(xì)胞中創(chuàng)造一種有益的CCR5突變。

研究人員報(bào)告說(shuō)，他們從12名HIV感染者體內(nèi)提取未被感染的T細(xì)胞，并對(duì)該細(xì)胞的CCR5基因進(jìn)行改造，讓HIV無(wú)法通過(guò)其合成的CCR5蛋白質(zhì)受體進(jìn)入這些細(xì)胞。

研究人員把改造后的T細(xì)胞注回感染者體內(nèi)，每人一次性注入100億個(gè)T細(xì)胞。這12名感染者被分為兩組，每組6人，其中一組4周后開(kāi)始停止服用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物12周。在停藥的6名感染者中，有4人體內(nèi)的HIV數(shù)量變少，還有1人病毒檢測(cè)結(jié)果呈陰性。研究人員后來(lái)發(fā)現(xiàn)，這名感染者體內(nèi)本來(lái)就有CCR5突變基因。

June指出，這項(xiàng)研究表明，可以安全有效地改造HIV感染者自身的T細(xì)胞，模擬針對(duì)HIV的抵抗性，這些細(xì)胞注回感染者體內(nèi)后會(huì)維持一段時(shí)間，即使不服藥也能將HIV拒之門外?！斑@使得我們更加相信”，改造T細(xì)胞是免于終身使用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物、促使“功能性治愈”艾滋病的關(guān)鍵?！肮δ苄灾斡笔侵父腥菊咄Ｖ怪委熀?，也難以在其血液中檢測(cè)出某病毒。

HIV利用被CCR5基因編碼的一種蛋白質(zhì)攻擊名為T細(xì)胞的一種免疫細(xì)胞(圖片來(lái)源：NIBSC/Science Photo Library)

“海洋學(xué)將不再是一門地球科學(xué)”泰坦首現(xiàn)地外“漣漪”

經(jīng)過(guò)多年搜索，行星學(xué)家認(rèn)為他們可能最終發(fā)現(xiàn)了泰坦(土衛(wèi)六，土星最大的衛(wèi)星)海洋中的波浪漣漪。一旦得到證實(shí)，這將成為科學(xué)家首次在地球之外發(fā)現(xiàn)的海浪。

2012—2013年，美國(guó)宇航局(NASA)的卡西尼號(hào)探測(cè)器在泰坦的一處碳?xì)浠衔锖Ｑ蟆罴雍５谋砻?，發(fā)現(xiàn)了幾處不同尋常的太陽(yáng)反光。莫斯科市愛(ài)達(dá)荷大學(xué)行星學(xué)家Jason Barnes表示，這些反光可能來(lái)自于正在“擾亂”平靜海洋的不超過(guò)2 cm高的小波紋。

Barnes在2014年3月17日召開(kāi)的月球與行星科學(xué)大會(huì)上公布了這一發(fā)現(xiàn)，而同時(shí)發(fā)表的另一份報(bào)告暗示在泰坦的其他海洋中也存在波浪。

研究人員希望在接下來(lái)的幾年中會(huì)出現(xiàn)更多的波浪，因?yàn)殡S著泰坦從冬季進(jìn)入春季，預(yù)計(jì)將有更多的風(fēng)出現(xiàn)在這顆衛(wèi)星的北半球——其大部分海洋恰好位于這里。

“泰坦可能開(kāi)始攪拌。”馬里蘭州勞雷爾市約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室行星學(xué)家Ralph Lorenz說(shuō)，“海洋學(xué)將不再僅僅是一門地球科學(xué)?！?/p>

在以往多次飛越泰坦的過(guò)程中，卡西尼號(hào)探測(cè)器曾發(fā)現(xiàn)了由甲烷、乙烷及其他碳?xì)浠衔飿?gòu)成的小型湖泊及大型海洋。液態(tài)雨水降落到衛(wèi)星表面然后蒸發(fā)，形成了一個(gè)復(fù)雜的天氣系統(tǒng)，據(jù)推測(cè)，可能包含有風(fēng)的模式。

但之前的探測(cè)從未發(fā)現(xiàn)風(fēng)在泰坦海洋表面吹起的漣漪。它們通常就像玻璃一樣光滑。這或許緣于液態(tài)碳?xì)浠衔锉人叙ば裕虼烁y移動(dòng)，又或許因?yàn)樘┨股系娘L(fēng)太小了不足以吹動(dòng)液體產(chǎn)生波紋。2010年，Lorenz和其他科學(xué)家提出，隨著春季的到來(lái)，泰坦上的風(fēng)力將越來(lái)越強(qiáng)，從而使科學(xué)家更有望發(fā)現(xiàn)波浪的存在。土星及其衛(wèi)星圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)一周大約需要29個(gè)地球年。

安裝在卡西尼號(hào)探測(cè)器上的一部分光計(jì)在2012—2013年數(shù)次飛越泰坦的過(guò)程中拍攝了蓬加海的圖像。這些圖像顯示，陽(yáng)光在海洋的表面閃爍，就像黃昏時(shí)刻在地球上看到一架飛機(jī)從湖面上低空掠過(guò)時(shí)產(chǎn)生的景象一樣。

Barnes在此次會(huì)議上報(bào)告說(shuō)，在這些圖像中有4個(gè)像素點(diǎn)比可能的反射陽(yáng)光還要亮。他推斷，它們一定代表了一些粗糙的表面，例如一個(gè)波浪或一組波浪。

對(duì)海浪高度進(jìn)行的計(jì)算表明，它們只有微不足道的幾厘米高。Barnes說(shuō)：“現(xiàn)在還不要急著想到泰坦上去沖浪?！?/p>

搞清這些波浪是如何形成的將有助于科學(xué)家更好地了解泰坦的湖泊及海洋的物理狀態(tài)。一項(xiàng)NASA的任務(wù)提案——已被重返火星的提案擊敗——曾設(shè)想讓一架探測(cè)器漂浮在泰坦的湖泊中。“如果我們投放一架湖泊著陸器，它是否只會(huì)濺起很小的浪花呢？”Barnes問(wèn)道。

在這次會(huì)議上發(fā)表的另一項(xiàng)研究結(jié)果也暗示了泰坦存在波浪的可能性。2013年夏季，卡西尼科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在另一片海洋——麗姬亞海中的一個(gè)所謂的“魔幻島”在出現(xiàn)后又隨即消失了。紐約州伊薩卡市康奈爾大學(xué)行星學(xué)家Jason Hofgartner表示，這兩次拍攝的間隔為16天。

在排除了一些相關(guān)的可能性后，例如一座島嶼隨著海平面的變化而露頭，研究人員推斷，“魔幻島”很可能是一組海浪。

與Barnes相比，麗姬亞海的研究人員可能要幸運(yùn)得多——卡西尼號(hào)探測(cè)器將于2014年8月重新飛越這片海洋，從而可以再次尋找波浪的痕跡。

卡西尼號(hào)探測(cè)器在泰坦海洋中可能發(fā)現(xiàn)了波浪(圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/University of Idaho)

(2014年3月20日收稿)

（編輯：段艷芳）

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GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2014.02.009