放眼2015

關(guān) 毅 (本刊特約記者)

放眼2015

關(guān) 毅 (本刊特約記者)

粒子加速器、氣候協(xié)議、終結(jié)埃博拉、矮行星之旅、嶄新實(shí)驗室、膽固醇抑制藥物、時空中的波、古老謎團(tuán)的答案、政治與科學(xué)、海洋觀測——這是《自然》看好的2015年十大科技領(lǐng)域；無獨(dú)有偶，美國《科學(xué)》預(yù)測的2015年重要突破則是北極海冰、探測器與天體在太陽系中的相遇、LHC重啟、聯(lián)合免疫療法。有時候，溫故是為了知新。你，怎么看？

2014年12月5日“獵戶座”載人飛船搭載“德爾塔”-4重型火箭發(fā)射升空(圖片來源：Clara Moskowitz)

美“獵戶座”載人飛船成功首飛標(biāo)志NASA邁出人類重返空間飛行第一步

2014年12月5日，成千上萬名美國人站在佛羅里達(dá)的“空間海岸”邊觀看全世界最大型的火箭第一次將新型的“獵戶座”載人飛船發(fā)射升空。作為航天飛機(jī)的替代產(chǎn)品，美國宇航局(NASA)的“獵戶座”載人飛船有朝一日將把人類送上小行星乃至火星。

此次飛行并沒有將任何一名宇航員送上天，在環(huán)繞地球運(yùn)行兩圈即進(jìn)行持續(xù)約4個半小時的飛行后，“獵戶座”成功降落在太平洋上。此次試飛的最大高度達(dá)到距離地面5800 km，是國際空間站距離地面高度的15倍，比40年來任何載人航天器飛行的高度都要高——自1972年“阿波羅”17號從月球返回后，從沒有載人飛船飛得這么遠(yuǎn)。此次發(fā)射比預(yù)期時間推遲了1天，“獵戶座”的成功降落標(biāo)志著人類第一艘以深空探索為目標(biāo)的載人飛船首次試飛取得成功。NASA認(rèn)為，這是火星探索之旅的“重大里程碑”。在發(fā)射前，約翰遜空間中心的“獵戶座”飛行主管Mike Sarafin于休斯敦表示：“自從航天飛機(jī)項目結(jié)束以來，我們已經(jīng)有一段時間沒有這種感覺了?！彼f：“我們將在美國本土發(fā)射一艘美國飛船，并開始新的探索深空任務(wù)。”

由于最后一艘航天飛機(jī)于2011年停飛，美國宇航員此后都是搭乘俄羅斯的飛船進(jìn)入太空，但NASA希望“獵戶座”載人飛船能夠在2021年將宇航員送入太空。Sarafin強(qiáng)調(diào)，在地面指揮中心負(fù)責(zé)飛行控制的都是航天飛機(jī)項目的“老手”，“感覺好像一個樂隊又重新聚在了一起?！?/p>

“獵戶座”項目于2005年啟動，布什政府最初打算用它將美國宇航員重新送上月球。之后，該計劃遭遇了資金短缺和延遲，甚至險些被總統(tǒng)巴拉克·奧巴馬取消，最終其被重新定義為“多用途載人飛行器”。“獵戶座”3.3 m高和5 m寬的太空艙被設(shè)計用來在21天的時間里搭載2～6名宇航員。

此次耗資3.7億美元的試飛為第一次載人飛行——將把宇航員送入月球軌道——鋪平了道路。然后“獵戶座”將超越月球首先抵達(dá)小行星，最終再奔赴火星，但那最早也要等到21世紀(jì)30年代。然而迄今并沒有關(guān)于“獵戶座”未來人類空間飛行的詳盡時間表和計劃，因此這架載人飛船的最終命運(yùn)依然懸而未決。NASA局長Charles Bolden于上周三在休斯敦表示：“我并不想讓人們過于關(guān)注它的命運(yùn)。這只是一次旅行。”他強(qiáng)調(diào)，“獵戶座”有能力超越以往任何的美國宇宙飛船，并稱星期五的飛行“創(chuàng)造了歷史”。

據(jù)悉，“獵戶座”5日日出時分從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空，大約3小時后飛到距地球約5800 km的最高點(diǎn)，已飛出了近地軌道。然后，“獵戶座”以3.2萬km/h的高速重新進(jìn)入地球大氣層，其隔熱罩經(jīng)受了約2200oC的高熱考驗。這與飛船從月球返回的速度和溫度很接近。發(fā)射4個半小時后，在3個主降落傘的拖曳下，“獵戶座”平穩(wěn)落入美國加利福尼亞州海岸以西的太平洋海域。等待在那里的美國海軍幫助回收飛船，以供將來使用。

此次試飛使用了約1200個傳感器來記錄飛行和系統(tǒng)的每一個細(xì)節(jié)。NASA計劃全面分析這些傳感器數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步改進(jìn)“獵戶座”的設(shè)計。

美埃博拉疫苗通過一期人體試驗使用安全且對病毒產(chǎn)生強(qiáng)烈免疫響應(yīng)

根據(jù)在美國對20名健康人進(jìn)行的測試，一種試驗中的埃博拉疫苗似乎是安全的，并且對埃博拉病毒產(chǎn)生了強(qiáng)烈的免疫響應(yīng)。第一階段的試驗結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在最新出版的《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上。

美國馬里蘭州貝塞斯達(dá)市國家過敏癥與傳染病研究所(NIAID)所長Anthony Fauci表示：“總之，我想說這是一個成功的1期研究?！眹⑿l(wèi)生院(NIH)下屬的NIAID與位于英國倫敦的葛蘭素史克公司(GSK)共同開發(fā)了這種疫苗。Fauci說：“根據(jù)第一個臨床試驗獲得的積極結(jié)果，我們將繼續(xù)進(jìn)行試驗以了解該疫苗是否可以有效預(yù)防埃博拉感染。下一步是在非洲西部開展規(guī)模更大的藥效試驗?！?/p>

這種疫苗類似于另一種計劃于2015年早些時候在西非進(jìn)行大規(guī)模試驗的疫苗。在這些2期和3期試驗中，數(shù)以千計的面臨埃博拉病毒感染風(fēng)險的人群——例如醫(yī)療工作者——將接受疫苗的注射，從而確定其是否能夠?qū)共《靖腥尽?/p>

這種在美國進(jìn)行的測試疫苗源自能夠引發(fā)感冒的黑猩猩腺病毒，研究人員使其表達(dá)了來自兩種埃博拉病毒的蛋白質(zhì)(分別源自扎伊爾和蘇丹)。此次在西非暴發(fā)的埃博拉疫情是由扎伊爾埃博拉病毒株所引發(fā)的。疫苗研制人員認(rèn)為僅以扎伊爾病毒株為目標(biāo)的所謂單價疫苗應(yīng)該被部署在西非地區(qū)。對于一種此類疫苗的安全性測試(同樣是由GSK和NIAID聯(lián)合研制)已于2014年10月在幾個地區(qū)展開，包括瑞士、英國和馬里。

在二價疫苗的測試中，2014年9月，NIAID招募20名18歲至50歲的健康成年人進(jìn)行1期臨床試驗，主要測試其在人體中的安全性，其中一半人接受較低劑量的注射，另一半接受較高劑量的注射。NIAID發(fā)表聲明說，接受注射4周后，20名志愿者的血液內(nèi)全部產(chǎn)生埃博拉抗體，其中接受較高劑量注射的志愿者血液內(nèi)產(chǎn)生的抗體水平較高。此外，一些志愿者體內(nèi)還產(chǎn)生了一種叫作CD8T細(xì)胞的免疫細(xì)胞。此前動物試驗顯示，這種細(xì)胞在保護(hù)接種者不被致死劑量病毒感染的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

研究還顯示，疫苗注射在所有志愿者體內(nèi)都沒有產(chǎn)生嚴(yán)重副作用，只有兩人在接種高劑量疫苗后出現(xiàn)短暫高燒，并在服用退燒藥后24小時內(nèi)退燒。

只有對處于埃博拉感染風(fēng)險中的人群進(jìn)行有效性測試才能夠揭示一種疫苗是否真的能夠防止感染。但Fauci指出，高劑量注射者所產(chǎn)生的抗體水平與被埃博拉病毒感染的猴子所產(chǎn)生的抗體水平相一致。

主持單價NIAID/GSK疫苗安全性測試的牛津詹納研究所所長Adrian Hill表示：“我們很難判斷疫苗產(chǎn)生的免疫響應(yīng)是否足以保護(hù)人體免遭埃博拉病毒的侵入，我想我們會在3期試驗中找到答案?！彼f：“現(xiàn)在它還不是能夠在西非使用的疫苗?！?/p>

為這篇論文配發(fā)評論的路易斯安那州新奧爾良市杜蘭大學(xué)生理學(xué)家Daniel Bausch指出，這種新疫苗的免疫響應(yīng)看起來棒極了，卻很難加以解釋。他說，研究人員并不清楚預(yù)防埃博拉病毒感染到底需要哪一種免疫響應(yīng)?！耙驗槲覀儾恢绬栴}的關(guān)鍵在哪里，這是解釋此類研究所面臨的一個挑戰(zhàn)?！?/p>

與此同時，其他埃博拉疫苗也正處于臨床試驗的快速通道上。由加拿大公共衛(wèi)生局研發(fā)的一種埃博拉疫苗也正在美國和瑞士等國開展一期臨床試驗。無論如何，Hill認(rèn)為，“我們在這么短的時間里獲得了這些數(shù)據(jù)真地讓人印象深刻”。他說：“這項試驗從2014年9月開始，而到了11月，我們便已經(jīng)看到了一篇論文。”白宮發(fā)表聲明說，這是抗擊埃博拉的“又一個重要里程碑”。

2014年的高溫使得美國加利福尼亞州發(fā)生大面積干旱(圖片來源：DavidPaulMorris)

2014年成全球最熱年全球氣溫在沒有厄爾尼諾現(xiàn)象的情況下破紀(jì)錄

日本氣象廳(JMA)于2015年1月5日報告說，剛剛過去的2014年是1891年以來最熱的一年。據(jù)JMA表示，2014年的平均氣溫比1981年至2010年的基線平均氣溫高了0.27 K。

這并不令人感到意外——2014年12月，聯(lián)合國世界氣象組織發(fā)布了從1月到10月的全年氣溫初步分析結(jié)果，表明2014年很可能是一個破紀(jì)錄的年度。

英國氣象辦公室當(dāng)時表示，它的數(shù)據(jù)與此一致。美國國家海洋與大氣管理局于1月16日發(fā)布的該局最終分析結(jié)果也報告了相似的發(fā)現(xiàn)。

2014年的高溫還有另一個值得注意的因素，那就是厄爾尼諾現(xiàn)象的缺席。之前被認(rèn)為是全球氣候記錄中最熱的3個年份——2010年、2005年和1998年——得益于名為厄爾尼諾南方濤動的氣候現(xiàn)象的推動，該現(xiàn)象能夠提升氣溫。

厄爾尼諾現(xiàn)象的明顯標(biāo)志是使東部赤道太平洋的海洋表面溫度升高。當(dāng)海洋溫度較高且太平洋信風(fēng)較弱，進(jìn)而能夠使水中的熱量進(jìn)入大氣層中時，便會發(fā)生這種氣候現(xiàn)象。

盡管太平洋溫度在2014年依然很高，然而去年的大氣條件并沒有促使厄爾尼諾現(xiàn)象的形成。

美國新澤西州普林斯頓大學(xué)氣候科學(xué)家Michael Oppenheimer表示：“在沒有強(qiáng)烈厄爾尼諾現(xiàn)象的一年出現(xiàn)破紀(jì)錄的氣溫真的讓人感到驚訝?！彼麖?qiáng)調(diào)，這一發(fā)現(xiàn)表明地球溫度正在迅速升高。

新的高溫年出現(xiàn)在全球溫度上升速度放緩的十多年之后。伴隨著一場特別強(qiáng)烈的厄爾尼諾現(xiàn)象，這種所謂的升溫中斷大約在1998年前后出現(xiàn)。

從1951年到2012年，全球平均氣溫每十年升高0.12 K，相比之下，1998年到2012年這一階段的平均氣溫僅升高了0.05 K。

盡管一般認(rèn)為厄爾尼諾現(xiàn)象會使全球氣候變暖，但一些研究人員認(rèn)為，1998年的強(qiáng)厄爾尼諾現(xiàn)象改變了太平洋的熱吸收，導(dǎo)致了全球氣候變暖減速。其他研究人員則不同意將這段溫度上升減緩稱為中斷。紐約市哥倫比亞大學(xué)國際氣候與社會研究所首席預(yù)報員Anthony Barnston表示：“這并不是一次中斷，實(shí)際上升高的溫度被收集到了海底中?！彼f：“但這很難被分辨，因為我們無法對其進(jìn)行測量?！?/p>

科學(xué)家表示，2014年破紀(jì)錄的高溫并不意味著全球持續(xù)變暖的趨勢會出現(xiàn)一次大的變化。

JMA的數(shù)據(jù)顯示，2014年的平均溫度僅比之前的紀(jì)錄高了0.05 K。盡管如此，Oppenheimer認(rèn)為：“這一發(fā)現(xiàn)足以告誡那些利用過去10年的數(shù)據(jù)否認(rèn)氣候變化正在發(fā)生的懷疑論者。它提醒我們，氣候變化正在兩個方向上發(fā)生著：升高或降低?！?/p>

中外科學(xué)家全面破解鳥類起源演化之謎

鳥類是如何起源的？為何有鮮艷的羽毛？怎么學(xué)會了鳴叫？歷經(jīng)4年努力，中國科學(xué)家主導(dǎo)的一個國際團(tuán)隊于2014年12月11日公布了迄今最可靠的鳥類“生命之樹”，全面還原了地球生物演化史上的一個重要篇章。

現(xiàn)代鳥類的演化歷史和親緣關(guān)系是困擾學(xué)界數(shù)世紀(jì)的未解之謎。為回答這些問題，由華大基因的張國捷和國外同行領(lǐng)導(dǎo)的國際鳥類基因組聯(lián)盟對48個鳥類物種進(jìn)行基因組測序、組裝和全基因組比較分析，這些鳥類物種包括烏鴉、鴨、隼、鸚鵡、企鵝、朱鹮、啄木鳥和鷹等，囊括了現(xiàn)代鳥類的主要分支。

鳥類是6500萬年前白堊紀(jì)物種大滅絕事件中的幸存者，那次事件滅絕了地球上的恐龍，只有部分鳥類的祖先存活了下來?；诨蚪M數(shù)據(jù)的新研究表明，恐龍滅絕后1000萬年至1500萬年間，鳥類經(jīng)歷了一次“超級物種大爆發(fā)”，后來逐漸演化出了1萬多種被稱為新鳥綱的鳥類，95%的現(xiàn)存鳥類來自這一新鳥綱鳥類。

研究還表明，鳥類的祖先從爬行動物中分化出來后丟失了成百上千的基因，這些基因在人類中都有很重要的功能，比如在維持生殖系統(tǒng)、骨骼生成和肺部系統(tǒng)等方面不可或缺。“這是個非常有趣的發(fā)現(xiàn)，因為人們通常認(rèn)為，生物演化出新特征依靠的是產(chǎn)生新的遺傳物質(zhì)，而不是基因的丟失，”張國捷說。

此外，具有鳴唱學(xué)習(xí)能力的鳥類(包括鳴禽、鸚鵡和蜂鳥)，它們大腦中與鳴唱學(xué)習(xí)相關(guān)的腦基因調(diào)控回路，跟人類大腦中語言相關(guān)的區(qū)域呈現(xiàn)出相似特征。其中鸚鵡具有一套獨(dú)特的鳴唱學(xué)習(xí)系統(tǒng)，這也許是它們可以模仿人類語言的原因。

其他一些重要發(fā)現(xiàn)還包括：家雞的基因組與鳥類共同祖先可能是一只長滿羽毛的恐龍；鱷魚是鳥類的“近親”，它們的共同祖先可追溯至2.4億年前，但鱷魚的基因組演化速率較慢，而鳥類基因組演化速率較快；鳥類的牙齒是在約1.16億年前失去的，因為鳥類共同祖先中5個牙齒相關(guān)的基因在那個時間被“關(guān)閉”；水生鳥類有3次獨(dú)立的起源；主要的陸生鳥類，如鸚鵡、啄木鳥、貓頭鷹、鷹和隼等，都來自同一祖先，這種祖先鳥類是頂級的捕食者，它同時也是一種在美洲已滅絕的巨型恐鳥的祖先；最早的企鵝出現(xiàn)在約6000萬年前。

羽毛漂亮的雄鳥在求偶過程中會比競爭對手更具有優(yōu)勢，而新研究也發(fā)現(xiàn)，與羽毛顏色相關(guān)的基因比其他基因演化速度要快得多。此外，相比哺乳動物，鳥類基因組可能較不容易被病毒入侵，或者能較好地清除病毒序列。

來自世界上20多個國家80多家機(jī)構(gòu)的200多名科學(xué)家參與了這一研究項目，他們的研究成果以?？问桨l(fā)布，其中8篇刊登在美國《科學(xué)》雜志上。

圖片來源：《科學(xué)》

地球表面首次發(fā)現(xiàn)彗星塵埃有助于研究太陽系起源及形成

研究人員日前發(fā)現(xiàn)了保存于南極冰雪中的彗星塵埃，這是科學(xué)家第一次在地球表面發(fā)現(xiàn)這樣的微粒。這一研究成果開啟了尋找這種物質(zhì)的一條前所未有的新途徑。一旦彗星塵埃這種最古老的天文學(xué)微粒能夠被用于研究，將為搞清太陽系如何形成提供線索。

直到最近，除了飛向太空，科學(xué)家收集“球粒狀隕石多孔星際塵埃粒子”，或者說彗星塵埃的唯一途徑便是駕駛研究飛機(jī)在平流層高度飛行。這是一項非常艱苦的工作：幾個小時的飛行通常只能找到一顆塵埃微粒。這項研究的共同作者、夏威夷大學(xué)及夏威夷地球物理與行星學(xué)研究所星際物質(zhì)學(xué)家John Bradley表示，這么少的樣本極大限制了科學(xué)家對物質(zhì)進(jìn)行的測試和分析研究。

Bradley指出，研究人員現(xiàn)在南極發(fā)現(xiàn)了更多的彗星塵埃微粒。他說：“通過這種方式有可能采集到2～4個數(shù)量級質(zhì)量的塵埃微粒。”“我相信這樣采集的微粒有可能促成研究范式的轉(zhuǎn)換?！?/p>

與此同時，采集自南極的塵埃還更加干凈。目前，科學(xué)家用飛機(jī)采集彗星塵埃往往都是使用一個涂抹著硅油的盤子捕捉微粒，就像用捕蠅紙逮蒼蠅一般。這就使得塵埃微粒會被硅油以及隨后用于清洗它們的有機(jī)化合物所污染，從而讓想要研究其有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的科學(xué)家感到一籌莫展。

2010年，一個法國研究小組報告說他們在南極冰雪中發(fā)現(xiàn)了一些致密且富含碳的彗星微粒，但最新的研究則第一次發(fā)現(xiàn)了更為典型的彗星塵埃并得到了證明。科學(xué)家曾認(rèn)為，高孔隙度且極其脆弱的粒子無法在地球上存在。

為了找到它們，研究人員從2000年開始，在南極的兩個不同地點(diǎn)采集了冰雪樣本。通過將冰雪融化并過濾融水，他們采集到3000多個微小隕石——直徑為10 μm或更大的來自空間的微粒。

在5年的時間里，通過在立體顯微鏡下一個接一個地分析這些微小隕石，研究人員發(fā)現(xiàn)了40多個具有彗星塵埃特征的微粒。更進(jìn)一步的分析表明，它們與采集自平流層的彗星塵埃幾乎無法區(qū)分，并且它們與美國宇航局(NASA)的星塵號任務(wù)于2006年采集的彗發(fā)樣本也完全匹配。

研究人員日前在《地球與行星科學(xué)快報》上報告了這一研究成果。主持這項研究的日本福岡九州大學(xué)隕石研究人員Takaaki Noguchi表示：“我們的研究結(jié)果表明，這種脆弱的微粒不但能夠在雪里，也可以在冰里被保存下來?！敝霸谀蠘O發(fā)現(xiàn)彗星塵埃的法國隕石研究人員Cecile Engrand表示，下一步將對這些微粒的有機(jī)構(gòu)成進(jìn)行更為細(xì)致的分析。她說：“對這些彗星顆粒進(jìn)行的研究將有助于更清楚地了解行星的形成過程。它們是那段時期最好的見證者?！?/p>

采集自南極的彗星塵埃微粒(圖片來源：Takaaki Noguchi)

水下機(jī)器人首次成功探測冰底世界有助于擴(kuò)展科學(xué)家對極地生態(tài)系統(tǒng)的了解

2014年對于形形色色的機(jī)器人而言是一個旗幟年。美國宇航局(NASA)的“好奇”號火星車2014年在火星上發(fā)現(xiàn)了甲烷的蹤跡，歐洲空間局(ESA)則在不久前向一顆彗星釋放了一個洗衣機(jī)大小的著陸器——菲萊，而在7月，研究人員使用一個機(jī)器人水下探測器探究了這顆行星上最難以企及的地方之一——極地冰層下的海洋?？茖W(xué)家在2014年12月16日于舊金山市召開的一次美國地球物理學(xué)學(xué)會會議上報告了此次科學(xué)考察的研究成果。

涅瑞伊得斯冰下(NUI)探測器在北極冰下完成了4次下潛，獲取了在海冰底部生長的褐藻圖像，并拍攝了巨大的橈足類生物以及在浮冰下方游水的成群的凝膠狀幼形海鞘。此次北極探險的首席科學(xué)家、德國不來梅港極地與海洋研究亥姆霍茲中心海洋生物學(xué)家Antje Boetius表示：“這是我們第一次能夠證明在冰層下面有如此豐富的生命活動?！睋?jù)悉，科學(xué)家此次北極之行乘坐的是德國破冰船“極地之星”號。在此之前，科學(xué)家要想研究海冰下面的環(huán)境，要么通過沿著預(yù)定方向飛行的自動滑翔機(jī)，要么通過在冰面上鉆孔并將儀器設(shè)備放入其中。

NUI計劃的項目負(fù)責(zé)人、馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)海洋地球化學(xué)家Chris German指出，NUI能夠在三維空間進(jìn)行探測，在某種程度上這在以前是無法想象的。German表示，NUI所具有的非凡的繪圖、收集樣本能力以及探測的成像水平“就像是從一個穴居人的涂鴉一下子看到莫奈的繪畫作品”。

NUI由WHOI斥資300萬美元建造，其設(shè)計基于“海神涅柔斯”號無人水下探測器，后者曾于2009年下潛至“挑戰(zhàn)者深淵”底部，那里是海洋的最低點(diǎn)。“海神涅柔斯”號無人水下探測器于2014年5月在海洋中失去聯(lián)系，這很可能是水下10 000 m的極端壓力導(dǎo)致的內(nèi)爆所造成。

像“海神涅柔斯”號無人水下探測器一樣，NUI通過將潛水器與輔助船連接在一起的一根細(xì)光纖電纜接收指令。領(lǐng)航員能夠向潛水器發(fā)送指令同時通過這種連接方式接收視頻信號和其他數(shù)據(jù)。

由于光纖電纜有折斷的可能性，因此一旦NUI與輔助船無法通信，它將按照預(yù)先設(shè)置的指令運(yùn)行。在NUI的4次北極下潛中出現(xiàn)了3次光纖電纜斷裂的情況，最終“極地之星”號破冰船上的研究人員通過向潛水器發(fā)送聲頻信號而成功找到了NUI。在其中的一次下潛中，NUI的下潛距離與母船相距800 m。NUI的線軸上纏繞著40 km的光纖電纜，因此WHOI計劃在未來的冰下測試中能夠探測距離輔助船10～20 km的水下環(huán)境。最終，研究人員希望能夠利用NUI研究冰川和冰架底部的環(huán)境，包括那些正在南極洲迅速后撤的冰川。

NUI在一次下潛中到達(dá)了距離母船800 m的深度(圖片來源：Chris German/WHOI)

南極羅斯島的上空(圖片來源：NASA)

美釋放下一代科學(xué)氣球攜帶有效科學(xué)載荷 可滯空100天

美國宇航局(NASA)剛剛發(fā)射了迄今為止最雄心勃勃的科學(xué)氣球。倫敦時間2014年12月28日21時16分，工作人員在南極麥克默多站附近充氣并釋放了一枚532 000 m3的航空氣球。這是“超壓”設(shè)計有史以來最大的一項測試，該設(shè)計使得氣球能夠比傳統(tǒng)的科學(xué)氣球在空中停留更久的時間。

如果一切順利，科學(xué)家預(yù)測該氣球?qū)⒛軌蝻w行100天甚至更長時間。當(dāng)前NASA使用傳統(tǒng)科學(xué)氣球獲得的最長飛行紀(jì)錄是55天,而超壓氣球的飛行紀(jì)錄僅比這短1天，為54天。在空中停留的時間越久意味著越多的科研成果。新的超壓氣球攜帶了一個γ射線望遠(yuǎn)鏡，旨在尋找宇宙中流動的高能光子。它被稱為康普頓分光儀與成像儀(COSI)，能夠探測這些太空中的γ射線來自于哪里，從而有助于闡釋各種天文學(xué)謎團(tuán)。

該項目負(fù)責(zé)人、加利福尼亞大學(xué)伯克利分校天體物理學(xué)家Steven Boggs表示，COSI是第一個從一開始便設(shè)計用來使用NASA的超壓技術(shù)的有效科學(xué)載荷。其前身利用液氮進(jìn)行冷卻，這意味著這種冷卻方式不到10天就會失效。COSI攜帶了一個機(jī)械冷卻器，因此沒有“液氮耗盡”的那一天。COSI在一天的時間里能夠掃描約50%的“頭頂”的天空。它的一個主要任務(wù)便是測量來自γ射線暴、黑洞、脈沖星及其他宇宙現(xiàn)象的γ射線流的極化狀況。氣球飛行的時間越長，它能夠搜集的數(shù)據(jù)便越多。

NASA一直在推進(jìn)其氣球計劃的擴(kuò)大化，從而在沒有錢發(fā)射人造衛(wèi)星的前提下，在地球大氣層中安置更多的有效科學(xué)載荷。傳統(tǒng)的氦氣球會在夜晚收縮，這是因為隨著氣溫降低，其內(nèi)部的氣體壓力會隨之減小；而減少的體積使得氣體失去浮力，進(jìn)而降低高度。這些氣球會在白天恢復(fù)一定的高度，但是經(jīng)常性地起伏讓它們難以采集到干凈的數(shù)據(jù)，而主動調(diào)整波動需要放氣以及投下壓艙物，這兩種做法都會限制氣球的飛行時間。與此形成對照的是，超壓氣球嵌入的圍繩使得它們的體積能夠大體保持一致，從而有助于這些氣球以一種被動的方式保持在相對恒定的高度上。弗吉尼亞州瓦勒普斯飛行研究所NASA氣球項目辦公室負(fù)責(zé)人Debora Fairbrother表示：“在太陽落山后，它給了我們一個穩(wěn)定的高度?！?/p>

NASA之前于2012年在瑞典基律納測試了其532 000 m3的超壓氣球，但新升空的氣球第一次攜帶了有效科學(xué)載荷。其科學(xué)載荷重量為2300 kg，飛行高度約為距地面33.5 km。Fairbrother表示，由于飛行可能持續(xù)100天甚至更久，NASA不得不得到一些國家的許可，例如新西蘭，以防這個氣球飄到這些國家的領(lǐng)空之上。傳統(tǒng)氣球由于僅會飛行幾周，因此只會被極地風(fēng)吹著環(huán)繞南極一到兩圈。如果COSI像預(yù)期飛得那樣遠(yuǎn)，則將很可能離開南極大陸向北飛去。

據(jù)悉，由于美國政府在2013年10月關(guān)門——這導(dǎo)致大部分的南極研究被取消，12月28日的氣球發(fā)射已經(jīng)被拖延了1年之久。

科學(xué)家首次成功培育痛癢神經(jīng)細(xì)胞有助于研制新的止痛藥和止癢方法

研究人員日前首次在實(shí)驗室中培育出能夠向大腦傳遞疼痛、癢和其他感覺的神經(jīng)細(xì)胞。研究人員表示，這些細(xì)胞將有助于研制新的止痛藥和止癢方法，同時還將幫助人們理解為什么一些人會經(jīng)歷無法解釋的極端疼痛和瘙癢。

美國加利福尼亞州拉荷亞市斯克利普斯研究所干細(xì)胞科學(xué)家Kristin Baldwin表示：“關(guān)鍵信息就是‘痛和癢現(xiàn)在都在一個培養(yǎng)皿中’。我們認(rèn)為這是非常重要的?！盉aldwin的研究小組如今將人類和小鼠的纖維母細(xì)胞成功轉(zhuǎn)化為能夠感知疼痛、癢或溫度的神經(jīng)細(xì)胞，而在另一篇論文中，一個獨(dú)立的研究小組則采用類似的方法培育出能夠感知疼痛的細(xì)胞。這兩項研究成果均發(fā)表于2014年11月24日出版的《自然-神經(jīng)科學(xué)》雜志上。

就像這些細(xì)胞的名字一樣，外圍感覺神經(jīng)細(xì)胞能夠產(chǎn)生特殊的受體蛋白質(zhì)，從而感知化學(xué)和物理刺激并最終將其傳遞到大腦。一個神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的受體決定了前者的特性。例如，一些痛覺神經(jīng)細(xì)胞會對辣椒油產(chǎn)生響應(yīng)，而其他一些神經(jīng)細(xì)胞則會導(dǎo)致疼痛的不同化學(xué)物質(zhì)做出反應(yīng)。編碼這些受體的基因一旦發(fā)生突變則會導(dǎo)致一些人出現(xiàn)慢性疼痛，或者在一些極端的情況中變得對疼痛無動于衷。

為了在實(shí)驗室中培育這些細(xì)胞，當(dāng)一些蛋白質(zhì)開始在纖維母細(xì)胞中表達(dá)時，分別由Baldwin和馬薩諸塞州波士頓兒童醫(yī)院神經(jīng)科學(xué)家Clifford Woolf領(lǐng)導(dǎo)的兩個獨(dú)立研究團(tuán)隊，鑒別出了這些能夠在幾天后將后者轉(zhuǎn)化為感覺神經(jīng)細(xì)胞的蛋白質(zhì)組合。Baldwin的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生的受體能夠覺察疼痛、癢和溫度等感覺的神經(jīng)細(xì)胞；而Woolf的研究團(tuán)隊則只著眼于尋找疼痛感知神經(jīng)細(xì)胞。

這兩個研究團(tuán)隊培育的細(xì)胞在外形上均與神經(jīng)細(xì)胞類似，并且都對辣椒素產(chǎn)生了反應(yīng)，而正是后者使得辣椒油和芥末油變得如此辛辣。這兩個研究團(tuán)隊均表示，培養(yǎng)皿中的痛覺神經(jīng)細(xì)胞將加速對新型止痛藥的研發(fā)工作，因為它們能夠被用來篩選藥物抑制或改變這些細(xì)胞活性的能力。Baldwin指出，抗瘧疾藥物氯喹會導(dǎo)致一些人發(fā)癢——特別是那些具有非洲血統(tǒng)的人，而對由他們的纖維母細(xì)胞培育的癢覺細(xì)胞進(jìn)行研究則將有助于解釋其中的原因。

英國倫敦大學(xué)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)家John Wood認(rèn)為，這對于確保這些神經(jīng)細(xì)胞對刺激的響應(yīng)類似于真正的感覺細(xì)胞，以及確定它們?nèi)绾闻c免疫細(xì)胞及其他神經(jīng)系統(tǒng)交流——它們也在痛覺中扮演了相關(guān)的角色——是非常重要的。Wood說：“這是一項非常重要的工作。”他表示：“感覺疼痛的神經(jīng)細(xì)胞在幾乎所有的急性與慢性疼痛中都扮演了一個重要角色，而更好地理解它們的生物學(xué)機(jī)理將有望發(fā)現(xiàn)新的止痛劑藥物靶點(diǎn)?！?/p>

(2015年1月22日收稿)

(編輯：溫文)

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GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.01.010