科學(xué)界需要“自?xún)簟睓C(jī)制

關(guān)毅 (本刊特約記者)

科學(xué)界需要“自?xún)簟睓C(jī)制

關(guān)毅 (本刊特約記者)

備受關(guān)注的韓春雨基因編輯論文爭(zhēng)議事件近日有了結(jié)果，韓春雨團(tuán)隊(duì)在《自然?生物技術(shù)》網(wǎng)站上發(fā)表撤稿聲明。“施普林格·自然集團(tuán)”大中華區(qū)總裁安諾杰表示：“此次撤稿展現(xiàn)并證明了科研群體對(duì)于維護(hù)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程基本規(guī)律的承諾?！贝_實(shí)，這次撤稿首先證明了科學(xué)界的“自?xún)簟睓C(jī)制，也說(shuō)明了媒體輿論監(jiān)督的價(jià)值，以及學(xué)術(shù)研究的復(fù)雜性。一項(xiàng)研究有了數(shù)據(jù)，形成論文并通過(guò)同行評(píng)議發(fā)表，通常意味著得到了國(guó)際科學(xué)界的初步承認(rèn)。但這并不是終點(diǎn)，論文發(fā)表后，各國(guó)同行會(huì)根據(jù)論文中的描述來(lái)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，如果不能經(jīng)受這一檢驗(yàn)，研究成果就會(huì)受到質(zhì)疑?！熬S護(hù)已發(fā)表科研記錄完整性”，正是科學(xué)界的“自?xún)簟睓C(jī)制。論文等科研記錄是科學(xué)交流的基礎(chǔ)，它們必須真實(shí)可靠。為了維護(hù)這一點(diǎn)，許多科研人員跟在“先行者”后進(jìn)行沒(méi)有名利的重復(fù)驗(yàn)證。正如《自然?生物技術(shù)》社論所說(shuō)：“那些進(jìn)行可重復(fù)性研究的人，其付出的努力往往得不到回報(bào)——這樣的工作單調(diào)乏味，沒(méi)有資金支持，還吃力不討好?！钡沁@種對(duì)真理的追求讓科學(xué)不斷前進(jìn)。

全球首次超半數(shù)艾滋病病毒感染者獲治療

瑞士日內(nèi)瓦聯(lián)合國(guó)艾滋病規(guī)劃署(UNAIDS)2017年7月20日發(fā)布的一份報(bào)告對(duì)全世界的艾滋病病毒(HIV)/艾滋病(AIDS)防控工作做出了很高的評(píng)價(jià)。這份名為《終結(jié)艾滋病》的報(bào)告指出，目前全球約有3670萬(wàn)人感染了艾滋病病毒，其中有1950萬(wàn)人獲得了挽救生命的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒(ARV)藥物的治療。這是有史以來(lái)第一次有一半以上的艾滋病病毒感染者得到了治療。

然而，有一些國(guó)家遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到聯(lián)合國(guó)艾滋病規(guī)劃署關(guān)于如何結(jié)束疫情所需的指標(biāo)——它基本上要求將病毒傳播速度放慢到新感染者逐漸消失的程度。報(bào)告指出，盡管全球近年來(lái)抗艾成果顯著，東歐和中亞地區(qū)卻“逆流而行”，新增感染病例和死亡病例呈雙增長(zhǎng)趨勢(shì)。

該報(bào)告稱(chēng)，全球范圍內(nèi)已有超半數(shù)艾滋病病毒感染者獲得治療機(jī)會(huì)，這在歷史上尚屬首次。2016年，全球3670萬(wàn)艾滋病病毒感染者中已有1950萬(wàn)人獲得治療，同時(shí)艾滋病死亡病例也從2005年的190萬(wàn)人降至2016年的約100萬(wàn)人。

全球艾滋病病毒感染者中，有一半以上都在接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物治療(圖片來(lái)源：Jon Cohen)

不過(guò)，東歐和中亞地區(qū)艾滋病新增感染病例卻從2010年12萬(wàn)例升至2016年的19萬(wàn)例，其中超過(guò)四成感染與注射毒品有關(guān)。其中俄羅斯在此期間感染病例新增加了75%，阿爾巴尼亞、亞美尼亞、哈薩克斯坦等國(guó)新增感染病例也出現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，過(guò)去6年中，盡管東歐和中亞地區(qū)獲得治療的病毒感染者人數(shù)翻了一番以上，仍只有28%的患者有機(jī)會(huì)接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法，艾滋病死亡病例在此期間增加了38%。

同天，世界衛(wèi)生組織發(fā)布最新艾滋病病毒耐藥性報(bào)告。報(bào)告顯示，在非洲、亞洲和拉丁美洲抽查的11個(gè)國(guó)家中，有6個(gè)國(guó)家在接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物治療的患者身上發(fā)現(xiàn)了耐藥的艾滋病病毒毒株，人數(shù)占抽查總數(shù)的10%。

世衛(wèi)組織警告，如不盡早對(duì)病毒耐藥性問(wèn)題采取有效行動(dòng)，威脅將不斷升級(jí)并可能危害全球抗艾進(jìn)展。

2030年前在全球范圍內(nèi)終結(jié)艾滋病是聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之一。聯(lián)合國(guó)艾滋病規(guī)劃署執(zhí)行主任西迪貝說(shuō)，將做出更大努力，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)2020年前幫助3000萬(wàn)病毒感染者獲得所需藥物的目標(biāo)。

華人科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)“天使粒子”

美國(guó)斯坦福大學(xué)華人科學(xué)家張首晟等人2017年7月20日在美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們首次發(fā)現(xiàn)了馬約拉納費(fèi)米子存在的證據(jù)。這一重大發(fā)現(xiàn)解決了困擾量子物理學(xué)80年的難題，對(duì)量子計(jì)算也具有重要意義。

正負(fù)、陰陽(yáng)、善惡……這個(gè)世界仿佛充滿(mǎn)正反對(duì)立。英國(guó)物理學(xué)家保羅?狄拉克1928年預(yù)言，每一個(gè)基本粒子都有對(duì)應(yīng)的反粒子。幾年后，科學(xué)家在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了電子的反粒子正電子，驗(yàn)證了這一預(yù)言。1937年，意大利物理學(xué)家埃托雷?馬約拉納預(yù)言，自然界中可能存在一類(lèi)特殊的粒子，它們的反粒子就是自身，這種正反同體的粒子被稱(chēng)為馬約拉納費(fèi)米子。

不過(guò)，馬約拉納費(fèi)米子存在的證據(jù)一直未被發(fā)現(xiàn)，它和中微子、希格斯—玻色子等一起，成為理論早有預(yù)言但長(zhǎng)期無(wú)法驗(yàn)證的粒子。如今，張首晟團(tuán)隊(duì)終于找到了它存在的證據(jù)。

張首晟把他們發(fā)現(xiàn)的馬約拉納費(fèi)米子稱(chēng)為“天使粒子”。根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式，當(dāng)一個(gè)粒子遇上其反粒子就會(huì)發(fā)生湮滅，并釋放能量。美國(guó)驚悚片《天使與魔鬼》提到正反粒子湮滅爆炸的場(chǎng)景，將粒子與反粒子比喻天使與魔鬼。“而在我們發(fā)現(xiàn)的馬約拉納費(fèi)米子的世界里，只有天使，沒(méi)有魔鬼。”張首晟說(shuō)。

在尋找“天使粒子”的過(guò)程中，張首晟領(lǐng)導(dǎo)的理論團(tuán)隊(duì)預(yù)言了通過(guò)怎樣的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠找到馬約拉納費(fèi)米子，哪些實(shí)驗(yàn)信號(hào)能夠作為證據(jù)；加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的何慶林、王康隆以及歐文分校的夏晶領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)與理論團(tuán)隊(duì)密切合作，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了被稱(chēng)為手性馬約拉納費(fèi)米子的一類(lèi)最基本馬約拉納費(fèi)米子。復(fù)旦大學(xué)和上海科技大學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)也有貢獻(xiàn)。

按照理論團(tuán)隊(duì)預(yù)言，研究人員搭建了一個(gè)將普通超導(dǎo)體薄膜置于量子反?；魻栃?yīng)薄膜(即磁性拓?fù)浣^緣體)之上的混合器件。施加低強(qiáng)度外磁場(chǎng)后，研究人員測(cè)量到了半整數(shù)量子平臺(tái)，這成為手性馬約拉納費(fèi)米子存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

張首晟解釋說(shuō)，在以往的量子反?；魻栃?yīng)實(shí)驗(yàn)中，隨著調(diào)節(jié)外磁場(chǎng)，會(huì)出現(xiàn)整數(shù)量子平臺(tái)。這是通常的粒子行為。馬約拉納費(fèi)米子沒(méi)有反粒子，相當(dāng)于半個(gè)傳統(tǒng)粒子，因此當(dāng)把普通超導(dǎo)體置于量子反?；魻栃?yīng)薄膜之上時(shí)，在通常的整數(shù)量子平臺(tái)之外，會(huì)新出現(xiàn)半整數(shù)量子平臺(tái)。

他說(shuō)，發(fā)現(xiàn)馬約拉納費(fèi)米子存在，對(duì)于建造穩(wěn)定的量子計(jì)算機(jī)具有重要意義。

量子計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行高度并行的量子計(jì)算，效率遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)，但環(huán)境噪聲是研發(fā)量子計(jì)算機(jī)的一大障礙。一個(gè)量子比特(量子計(jì)算的基本單位)的信息很難穩(wěn)定存儲(chǔ)，微弱的環(huán)境噪聲就會(huì)破壞其量子特性。

由于馬約拉納費(fèi)米子相當(dāng)于半個(gè)傳統(tǒng)粒子，一個(gè)量子比特可以拆成兩個(gè)費(fèi)米子，這就提供了一個(gè)絕妙的可能性：一個(gè)量子比特的信息能夠儲(chǔ)存在兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的馬約拉納費(fèi)米子上。這樣，傳統(tǒng)的噪聲極難同時(shí)以同樣的方式影響這兩個(gè)馬約拉納費(fèi)米子，也就很難同時(shí)毀滅它們所存儲(chǔ)的量子信息。

美國(guó)國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行人類(lèi)胚胎基因編輯

據(jù)美國(guó)《麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論》透露，俄勒岡衛(wèi)生科學(xué)大學(xué)學(xué)者舒赫拉特·米塔利波夫的實(shí)驗(yàn)室利用CRISPR基因編輯技術(shù)，修改了大量人類(lèi)的單細(xì)胞胚胎的基因。這是美國(guó)科學(xué)家首次編輯了人類(lèi)胚胎基因。

舒赫拉特?米塔利波夫(圖片來(lái)源：Leah Nash/NYT/Redux/eyevine)

《麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論》的報(bào)道寫(xiě)道：“雖然沒(méi)有一個(gè)胚胎被允許發(fā)育超過(guò)幾天時(shí)間，也從來(lái)沒(méi)有任何意圖將它們植入子宮，但這些實(shí)驗(yàn)可能是第一批通往‘基因修改人類(lèi)’這一不可避免旅途上的一個(gè)里程碑?！?/p>

米塔利波夫?qū)嶒?yàn)室華人科學(xué)家馬虹參與了這項(xiàng)研究。她2017年7月27日告訴新華社記者，相關(guān)論文即將發(fā)表，但在文章發(fā)表之前，她不能透露任何有關(guān)這項(xiàng)研究的信息。

此前全球范圍內(nèi)已發(fā)表的有關(guān)編輯人類(lèi)胚胎基因的3篇論文全部由中國(guó)科學(xué)家撰寫(xiě)。由于編輯人類(lèi)胚胎基因涉及倫理道德問(wèn)題，美國(guó)政府目前禁止聯(lián)邦資金資助此類(lèi)研究。

米塔利波夫因成功培育出克隆猴胚胎以及從事人類(lèi)胚胎干細(xì)胞研究而知名。他和其他一些科學(xué)家認(rèn)為，編輯人類(lèi)胚胎基因?qū)⒂兄蛐拚龑?dǎo)致遺傳性疾病的基因。

但批評(píng)者說(shuō)，這可能會(huì)打開(kāi)“設(shè)計(jì)嬰兒”的大門(mén)，從而允許父母選擇得到具有某種特征的嬰兒。

在這次的最新研究中，米塔利波夫團(tuán)隊(duì)據(jù)稱(chēng)利用患遺傳病男性所捐的精子，培育出數(shù)十個(gè)早期階段的人類(lèi)胚胎，并在卵子受精時(shí)進(jìn)行CRISPR編輯，以克服基因編輯遇到的問(wèn)題，最終成功證明“安全有效地修正導(dǎo)致遺傳病的缺陷基因是有可能的”。

報(bào)道援引一名知情人士的話說(shuō)，這項(xiàng)工作從原理上證明CRISPR編輯胚胎完全可行，它比之前的任何人都走得遠(yuǎn)，但這不意味著人體臨床試驗(yàn)的開(kāi)始。

韓春雨團(tuán)隊(duì)主動(dòng)撤回基因編輯技術(shù)論文

圍繞河北科技大學(xué)韓春雨團(tuán)隊(duì)有關(guān)一種新基因編輯技術(shù)論文的爭(zhēng)議持續(xù)一年多之后，發(fā)表這篇論文的英國(guó)《自然?生物技術(shù)》雜志2017年8月2日在其網(wǎng)站上刊登韓春雨等人的聲明說(shuō)，由于科研界一直無(wú)法根據(jù)他們論文提供的實(shí)驗(yàn)方案重復(fù)出其展示的關(guān)鍵結(jié)果，“我們決定撤回這項(xiàng)研究”。

韓春雨團(tuán)隊(duì)于2016年5月在全球著名學(xué)術(shù)刊物《自然?生物技術(shù)》上報(bào)告說(shuō)，他們發(fā)明了一種新的基因編輯技術(shù)NgAgo-gDNA。根據(jù)論文，與當(dāng)前基因編輯領(lǐng)域內(nèi)的主流技術(shù)CRISPR-Cas9“基因剪刀”技術(shù)相比，NgAgo-gDNA技術(shù)在一些方面具有優(yōu)勢(shì)。但隨后中國(guó)及其他國(guó)家有學(xué)者公開(kāi)表示，無(wú)法重復(fù)論文中描述的實(shí)驗(yàn)，這項(xiàng)研究成果遭到多方質(zhì)疑。

韓春雨團(tuán)隊(duì)2日在撤稿聲明中說(shuō)，雖然許多實(shí)驗(yàn)室都進(jìn)行了努力，但是沒(méi)有獨(dú)立重復(fù)出這些結(jié)果的報(bào)告?！耙虼耍覀儸F(xiàn)在撤回我們的最初報(bào)告，以維護(hù)科學(xué)記錄的完整性”。

這次撤稿的論文題目是《利用NgAgo進(jìn)行DNA引導(dǎo)的基因組編輯》。韓春雨等人在聲明中說(shuō)：“我們會(huì)繼續(xù)調(diào)查該研究缺乏可重復(fù)性的原因，以提供一個(gè)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案?！?/p>

與此同時(shí)，《自然?生物技術(shù)》雜志在一篇題為《是該數(shù)據(jù)說(shuō)話的時(shí)候了》的社論中說(shuō)，“如今塵埃落定，這也是世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室為澄清NgAgo的功能而付出的大量時(shí)間、精力和資金的證明”，“我們現(xiàn)在確信韓春雨的撤稿決定是維護(hù)已發(fā)表科研記錄完整性的最好做法”。

社論還強(qiáng)調(diào)，韓春雨等人的研究被撤回“顯示了論文發(fā)表后的同行評(píng)議在全天候媒體時(shí)代的重要性”。

《自然》發(fā)表兩項(xiàng)成果“墨子號(hào)”提前實(shí)現(xiàn)既定科學(xué)目標(biāo)

中國(guó)科學(xué)院2017年8月10日凌晨宣布，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星用1年時(shí)間提前實(shí)現(xiàn)了既定2年完成的科學(xué)目標(biāo)。中科院院長(zhǎng)白春禮說(shuō)，系列成果贏得巨大國(guó)際聲譽(yù)，標(biāo)志著我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的研究在國(guó)際上達(dá)到全面領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)地位。

從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)，以及從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)，是“墨子號(hào)”最新實(shí)現(xiàn)的科學(xué)目標(biāo)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、彭承志團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院上海技術(shù)物理研究所等單位完成上述重要成果，在線發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》。

據(jù)了解，星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)采用衛(wèi)星發(fā)射量子信號(hào)、地面接收的方式，“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星過(guò)境時(shí)，與河北興隆地面光學(xué)站建立光鏈路，通信距離為645 km至1200 km。衛(wèi)星上量子誘騙態(tài)光源平均每秒發(fā)送4000萬(wàn)個(gè)信號(hào)光子，一次過(guò)軌對(duì)接實(shí)驗(yàn)可生成300千比特(kbit)的安全密鑰，平均成碼率可達(dá)1.1千比特/秒(kbps)。

潘建偉介紹，這一成果為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。以星地量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)，將衛(wèi)星作為可信中繼，可以實(shí)現(xiàn)地球上任意兩點(diǎn)的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴(kuò)展到覆蓋全球。

《自然》審稿人表示，星地量子密鑰分發(fā)成果是“本領(lǐng)域的一個(gè)里程碑”。

地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)采用地面發(fā)射糾纏光子、天上接收的方式，“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星過(guò)境時(shí)，與海拔5100 m的西藏阿里地面站建立光鏈路。地面光源每秒產(chǎn)生8000個(gè)量子隱形傳態(tài)事例，地面向衛(wèi)星發(fā)射糾纏光子，實(shí)驗(yàn)通信距離為500 km至1400 km，所有6個(gè)待傳送態(tài)均以大于99.7 %的置信度超越經(jīng)典極限。

潘建偉介紹，假設(shè)在同樣長(zhǎng)度的光纖中重復(fù)這一工作，需要3800億年才能觀測(cè)到1個(gè)事例。這一成果為未來(lái)開(kāi)展空間尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)研究，以及空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

《自然》審稿人表示，這些結(jié)果代表了遠(yuǎn)距離量子通信持續(xù)探索中的重大突破。

世界首批對(duì)器官移植無(wú)“毒”活豬誕生

美國(guó)、中國(guó)和丹麥研究人員2017年8月10日宣布，他們培育出世界上首批對(duì)器官移植而言無(wú)“毒”的活豬，成功解決豬器官用于人體移植最重要的安全性問(wèn)題，為全世界需要器官移植的上百萬(wàn)病人帶來(lái)希望。

以美國(guó)eGenesis公司為首的研究團(tuán)隊(duì)當(dāng)天在美國(guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表了論文，參與研究的還包括哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院、中國(guó)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)和丹麥奧胡斯大學(xué)等機(jī)構(gòu)。

“我們的工作從根本上解決了異種器官移植中異種病毒傳播的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，” eGenesis聯(lián)合創(chuàng)始人和首席科學(xué)執(zhí)行官楊璐菡說(shuō)，“這批豬是奠基性的一批豬種，將來(lái)異種移植有望被安全地應(yīng)用到臨床上?！?/p>

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界大概有200萬(wàn)人需要器官移植，但是器官捐獻(xiàn)的數(shù)量遠(yuǎn)低于需求。豬器官因?yàn)榇笮『凸δ芘c人類(lèi)器官類(lèi)似，被認(rèn)為可能適合移植。

20世紀(jì)90年代，科學(xué)家曾嘗試異種器官移植，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，豬器官在人體內(nèi)不僅存在免疫排斥問(wèn)題，還可能存在“毒”性，因?yàn)樨i基因組里含有內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。最終世界衛(wèi)生組織和美國(guó)政府都明令，在找到解決辦法之前，停止一切異種器官移植的臨床試驗(yàn)，異種器官移植行業(yè)多年發(fā)展停滯。

2015年，時(shí)為哈佛大學(xué)博士后的楊璐菡等人借助基因編輯工具CRISPR成功敲除豬基因組中所有可能有害的病毒基因，首次在體外突破這個(gè)重大難關(guān)。

世界首批內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒被滅活的豬(圖片來(lái)源：eGenesis)

在最新研究中，楊璐菡等人結(jié)合使用CRISPR工具和小分子藥物，成功修改了豬原代纖維細(xì)胞基因組中25個(gè)基因位點(diǎn)。然后，像培育世界第一只體細(xì)胞克隆動(dòng)物“多利”羊那樣，研究人員通過(guò)細(xì)胞核移植操作，利用修改好的豬纖維細(xì)胞制造出豬胚胎，并植入母豬體內(nèi)，最終誕生出世界首批內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒被滅活的豬。

“至少在它們4個(gè)月大的階段，我們沒(méi)有觀測(cè)到修改的小豬和正常小豬有生理上的區(qū)別，”楊璐菡說(shuō)，“我們將在這批豬種的基礎(chǔ)上繼續(xù)改造基因組以解決免疫排斥問(wèn)題，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)異種器官移植臨床應(yīng)用，拯救千千萬(wàn)萬(wàn)等待器官移植的病人?！?/p>

英國(guó)肯特大學(xué)教授達(dá)倫?格里芬評(píng)價(jià)說(shuō)，這項(xiàng)工作是異種器官移植朝著成為現(xiàn)實(shí)邁出的“重大一步”。但他也提醒說(shuō)，這方面還有包括倫理問(wèn)題的許多變數(shù)需要解決。

英國(guó)劍橋大學(xué)的伊恩?麥康奈爾教授也評(píng)價(jià)說(shuō)，這是“充滿(mǎn)希望的第一步”，但異種器官移植的發(fā)展仍需拭目以待，因?yàn)榧幢憬鉀Q了異種病毒傳播的問(wèn)題，還得克服豬器官在人體中的免疫排斥和生理不兼容等重重障礙。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最古老的冰為研究冰川時(shí)代起源提供線索

科學(xué)家2017年8月15日宣布，他們?cè)谀蠘O洲鉆取的一個(gè)冰芯攜帶了距今270萬(wàn)年前的冰，這一驚人的發(fā)現(xiàn)比之前的紀(jì)錄保持者要早170萬(wàn)年。冰芯中的氣泡包含有來(lái)自地球大氣層的溫室氣體，而此時(shí)地球冰川的消退周期才剛剛開(kāi)始，這可能為研究冰川時(shí)代的起源提供線索。

科學(xué)家忍受著刺骨的寒風(fēng)，從南極艾倫山的一個(gè)藍(lán)冰區(qū)取回了遠(yuǎn)古的冰(圖片來(lái)源：Yuzhen Yan)

并未參與該項(xiàng)研究的美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校地球化學(xué)家David Shuster認(rèn)為，這一信息本身就使得這些樣本具有“難以置信”的價(jià)值。他說(shuō)：“這是我們唯一能夠接觸到的古代地球大氣層的樣本?！?/p>

Yuzhen Yan是普林斯頓大學(xué)的一名研究生，他在法國(guó)巴黎召開(kāi)的戈德施密特會(huì)議上指出，冰芯揭示了當(dāng)時(shí)大氣中的二氧化碳含量并沒(méi)有超過(guò)300 ppm(1 ppm=10-6)，遠(yuǎn)低于今天大氣中的二氧化碳水平。

一些古代氣候模型曾預(yù)測(cè)，要將地球引入一系列冰河時(shí)代需要這樣相對(duì)較低的二氧化碳水平。但是從生活在淺海的動(dòng)物化石中收集到的一些證據(jù)表明，當(dāng)時(shí)的二氧化碳水平更高。大學(xué)城得克薩斯農(nóng)工大學(xué)古氣候?qū)W家Yige Zhang表示，如果新的研究結(jié)果站得住腳，那么之前的證據(jù)將需要重新測(cè)校?！拔覀冞€有一些工作要做?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)也為尋找更古老的冰指明了道路，因?yàn)樗鼇?lái)自于一個(gè)基本被忽視的“藍(lán)色冰”區(qū)域，在那里，特殊的動(dòng)力可以保護(hù)古老的冰層。

研究團(tuán)隊(duì)成員、科瓦利斯市俄勒岡州立大學(xué)地球化學(xué)家Ed Brook說(shuō)，盡管藍(lán)色冰區(qū)只是提供了對(duì)過(guò)去的一些零星認(rèn)識(shí)，但它們可能會(huì)成為遠(yuǎn)古冰的主要狩獵場(chǎng)?！斑@種老舊的冰真的值得人們關(guān)注?！彼f(shuō)，“我們只是作了膚淺的研究?！?/p>

來(lái)自格陵蘭島和南極洲的冰芯是現(xiàn)代氣候科學(xué)的主要支柱。傳統(tǒng)上，科學(xué)家在冰層年復(fù)一年堆積的地方進(jìn)行鉆探，這里不會(huì)受到冰川流動(dòng)的干擾。

在南極洲中心的深處，這些冰芯記錄揭示了溫室氣體是如何在數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間里不斷上升和減弱的。但是，由于來(lái)自地下基巖的熱量可以融化最深、最古老的冰，這種方法從沒(méi)有產(chǎn)生任何比80萬(wàn)年更古老的冰。

由普林斯頓科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的研究小組嘗試在離地表更近的位置尋找古冰。艾倫山位于南極洲東部一處被風(fēng)掃過(guò)的地區(qū)，距離麥克默多站200 km，這里因保有古代隕石而聞名。在這樣的藍(lán)冰區(qū)域——僅占陸地表面的1%，冰層就在巖石的山脊上流動(dòng)。深處的、古老的冰層被向上推，而風(fēng)把雪和較年輕的冰層吹走，露出下面被壓縮的藍(lán)色的冰。

2010年，該研究團(tuán)隊(duì)在艾倫山鉆了他們的第一個(gè)洞。2015年，研究團(tuán)隊(duì)又回到這里重新開(kāi)始嘗試。環(huán)境很惡劣，狂風(fēng)刮著他們的帳篷?！昂涫且换厥隆?，普林斯頓大學(xué)地球化學(xué)家John Higgins說(shuō)，“但風(fēng)是另一只野獸?！弊罱K，科學(xué)家找到了迄今最古老的樣本。

John Goodge是位于德盧斯的明尼蘇達(dá)大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家，他說(shuō)，任何傳統(tǒng)的努力都不太可能與艾倫山的樣本相比。Goodge表示：“從這個(gè)意義上說(shuō)，艾倫山的冰芯可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)獨(dú)自存在?！?/p>

如今，研究人員打算回到藍(lán)冰區(qū)鉆取更多冰芯。有證據(jù)表明，南極洲至少在3000萬(wàn)年前就已經(jīng)有了冰。Brook說(shuō)，這似乎是合理的，下一個(gè)嘗試可能會(huì)在500萬(wàn)年前的冰中出現(xiàn)，那時(shí)的溫度被認(rèn)為與驅(qū)動(dòng)人類(lèi)進(jìn)化的條件相似。冰河期是在地質(zhì)歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)氣候寒冷的大規(guī)模冰川活動(dòng)的時(shí)期。這種冰期曾經(jīng)有過(guò)3次，即前寒武晚期、石炭—二疊紀(jì)和第四紀(jì)。

中國(guó)科學(xué)家揭開(kāi)瘙癢引起抓撓的秘密

瘙癢的感覺(jué)是怎么引起抓撓行為的？中國(guó)科學(xué)家2017年8月17日宣布，他們首次揭示了癢覺(jué)從脊髓傳遞到大腦的一條重要環(huán)路，為探索慢性瘙癢的治療方案提供了重要基礎(chǔ)。

最新研究由中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所孫衍剛研究組完成，并得到中國(guó)空軍軍醫(yī)大學(xué)(第四軍醫(yī)大學(xué))李輝教授的大力協(xié)助，論文題為《癢覺(jué)的中樞環(huán)路》，于當(dāng)天在線發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志上。

此前研究發(fā)現(xiàn)，脊髓有一類(lèi)細(xì)胞產(chǎn)生專(zhuān)門(mén)傳遞癢覺(jué)信息的受體——胃泌素釋放肽受體。孫衍剛研究組發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)細(xì)胞并不直接將癢覺(jué)信息傳遞到大腦，而是通過(guò)脊髓內(nèi)的另外一群“中繼”細(xì)胞將癢覺(jué)信息傳遞到大腦中一個(gè)叫臂旁核的區(qū)域。

小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)，利用光遺傳學(xué)技術(shù)抑制脊髓到臂旁核環(huán)路的活性，可以減少癢覺(jué)誘發(fā)的抓撓行為。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，臂旁核細(xì)胞的活性在癢覺(jué)誘發(fā)抓撓行為的過(guò)程中顯著升高。

研究人員指出，這些發(fā)現(xiàn)證明臂旁核是癢覺(jué)信息處理環(huán)路中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，對(duì)癢覺(jué)誘發(fā)抓撓行為是必要的。

“我們的研究首次闡明了一條癢覺(jué)信息傳遞的長(zhǎng)程路徑，”孫衍剛表示，“該研究對(duì)于進(jìn)一步解析癢覺(jué)信息處理的機(jī)制以及尋找治療慢性瘙癢的中樞靶點(diǎn)至關(guān)重要?！?/p>

孫衍剛指出，他們發(fā)現(xiàn)的癢覺(jué)信息傳遞路徑通常被認(rèn)為與負(fù)面情緒有關(guān)，所以這項(xiàng)研究提示，慢性瘙癢造成的難以克制的抓撓行為，主要由癢覺(jué)所引起的負(fù)面情緒所誘發(fā)，“因此，慢性瘙癢的治療應(yīng)該主要針對(duì)其情緒成分”。

孫衍剛介紹，癢覺(jué)機(jī)制研究已成為目前醫(yī)學(xué)與神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，但癢覺(jué)信息如何從脊髓傳遞到大腦并不清楚，致使針對(duì)慢性瘙癢治療的藥物開(kāi)發(fā)嚴(yán)重滯后。

皮膚病、肝病等患者經(jīng)常出現(xiàn)慢性瘙癢癥狀，并且與其相伴的長(zhǎng)期抓撓行為常導(dǎo)致嚴(yán)重的皮膚和組織損傷，給病人帶來(lái)極大痛苦。慢性瘙癢還經(jīng)常引起睡眠障礙等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。

《科學(xué)》雜志審稿意見(jiàn)認(rèn)為，孫衍剛研究組的工作“利用最先進(jìn)的研究方法強(qiáng)有力地說(shuō)明了臂旁核在癢覺(jué)傳遞環(huán)路中的作用”，是“癢覺(jué)信息處理研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)”。

華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院(圣路易斯)癢覺(jué)研究中心主任陳宙峰教授告訴記者，孫衍剛2007年做他的博士后時(shí)，曾在英國(guó)《自然》雜志發(fā)表首次發(fā)現(xiàn)癢基因的文章。最新工作為進(jìn)一步了解癢覺(jué)信息在大腦的傳遞打下了基礎(chǔ)，“不論在癢覺(jué)這個(gè)小領(lǐng)域，還是在痛覺(jué)這個(gè)大領(lǐng)域，都應(yīng)該算是領(lǐng)先的研究”，并引出幾個(gè)有意思也很重要的問(wèn)題。

陳宙峰說(shuō)：“這項(xiàng)研究也是一個(gè)標(biāo)志：來(lái)自中國(guó)本土的癢覺(jué)研究異軍突起，可以和世界上其他做得好的實(shí)驗(yàn)室競(jìng)爭(zhēng)并勝出?！?/p>

北美發(fā)生百年一遇日全食為科學(xué)研究提供良機(jī)

2017年8月21日中午時(shí)分，天上的星星出來(lái)了，動(dòng)物園里的動(dòng)物在圈子里激動(dòng)地奔跑，蟋蟀鳴叫著，鳥(niǎo)兒安靜下來(lái)，一場(chǎng)黑暗降臨在大地上。這是自第一次世界大戰(zhàn)以來(lái)，在美國(guó)發(fā)生的第一次全面的、從海岸到海岸的日食。

數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的美國(guó)人凝視著這一宇宙奇觀，沿著所謂的“全食帶”，從俄勒岡州到南卡羅來(lái)納州，人們?cè)?600英里(4200 km)長(zhǎng)的范圍內(nèi)尋找著最佳的觀測(cè)位置。

北美發(fā)生百年一遇日全食(圖片來(lái)源：YAHOO)

“這是一種非常原始的經(jīng)歷。”俄勒岡州波特蘭市的Julie Vigeland說(shuō)，在看到太陽(yáng)變成一個(gè)銀色的光環(huán)后，她激動(dòng)得流下了眼淚。

月亮的陰影花了90 min才穿越了這個(gè)國(guó)家。沿著這條路，月影在任何一個(gè)地方都有大約兩分鐘的時(shí)間，引起了聚集在體育場(chǎng)、公園和后院的人們的歡呼。

據(jù)說(shuō)，這是歷史上被觀測(cè)到最多、被拍攝最多的日食，由衛(wèi)星和高空氣球記錄，而人們則通過(guò)望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)和卡片保護(hù)眼鏡在地球上觀看。

當(dāng)月亮運(yùn)行到地球和太陽(yáng)中間，三者形成一條直線，太陽(yáng)完全被月亮遮擋，就會(huì)發(fā)生日全食。全球平均每18個(gè)月能夠見(jiàn)到一次日全食，但大多出現(xiàn)在人煙稀少的地區(qū)。此次日全食被形容為百年一遇，是因?yàn)樯洗螜M跨整個(gè)美國(guó)大陸的日全食還要追溯至1918年。

當(dāng)天，美國(guó)西海岸的俄勒岡州先迎來(lái)日全食，美國(guó)東部時(shí)間13時(shí)16分(北京時(shí)間22日1時(shí)16分)，太陽(yáng)被月亮完全“吞沒(méi)”，持續(xù)約2 min，天空明顯變暗。在接下來(lái)的約90 min里，日全食依次掠過(guò)愛(ài)達(dá)荷等十多個(gè)州，最終在東海岸的南卡羅來(lái)納州離開(kāi)美國(guó)大陸。從地圖看，一條約110 km寬的日全食帶把美國(guó)大陸斜分為兩半。

如此難得的科研機(jī)會(huì)，美國(guó)航天局自然不會(huì)錯(cuò)過(guò)。他們這次共資助了11個(gè)項(xiàng)目，借機(jī)研究太陽(yáng)及其對(duì)地球上層大氣的影響。

其中一個(gè)項(xiàng)目是，兩架WB-57F高空觀測(cè)飛機(jī)從休斯敦起飛，飛到約15 km的高空，以每秒30次的速度拍照。美國(guó)航天局說(shuō)，乘飛機(jī)高空觀測(cè)日全食時(shí)間更長(zhǎng)，且大氣干擾少，成像質(zhì)量高，有望拍到迄今最清晰的日冕圖片。

日冕是太陽(yáng)大氣的最外層。由于太陽(yáng)亮度很高，日冕通常很難觀測(cè)。但日食發(fā)生時(shí)，月球遮住了太陽(yáng)，日冕就“露”了出來(lái)。美國(guó)航天局說(shuō)，日冕區(qū)域溫度達(dá)到上百萬(wàn)攝氏度，而光球?qū)拥忍?yáng)下層大氣的溫度卻只有數(shù)千攝氏度，科學(xué)家希望最新研究能幫助解釋日冕高溫的秘密。

這兩架飛機(jī)還要趁著日食天色較暗期間以紅外波段觀測(cè)水星，首次嘗試對(duì)水星表面各處溫度變化進(jìn)行成像。此外，它們還將幫助科學(xué)家在太陽(yáng)和水星軌道之間尋找小行星，曾有理論認(rèn)為太陽(yáng)系形成初期的剩余產(chǎn)物會(huì)在這個(gè)區(qū)域形成小行星，如能找到的話可能改變科學(xué)家對(duì)行星形成的認(rèn)識(shí)。

美國(guó)航天局還發(fā)起了日食氣球項(xiàng)目。包括高中生和大學(xué)生在內(nèi)的55個(gè)團(tuán)隊(duì)沿著日食帶在全美50個(gè)地點(diǎn)放飛高空氣球，氣球飛到約30 km的高空，拍攝日食圖像與視頻，并傳回地面供在線實(shí)時(shí)觀看。

除美國(guó)航天局外，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局研究人員也不愿錯(cuò)過(guò)這次絕佳的科研機(jī)會(huì)，動(dòng)用衛(wèi)星觀測(cè)日全食期間月影在地球上的移動(dòng)。

在地面上空約400 km處的國(guó)際空間站，宇航員們雖然沒(méi)有機(jī)會(huì)觀看日全食，但卻有3次機(jī)會(huì)看到日偏食。美國(guó)宇航員費(fèi)希爾在社交媒體推特上寫(xiě)道，空間站上所有人和照相機(jī)都為觀看日食做好了準(zhǔn)備。

在南卡羅來(lái)納州的查爾斯頓市——這里是日全食在美國(guó)的最后一站，20歲的Allie Stern說(shuō):“這太棒了。它看起來(lái)就像香蕉皮，一個(gè)發(fā)光的香蕉皮，這很難描述和想象，但它非?？??！?/p>

美國(guó)上一次日全食發(fā)生在1979年，但只有西北地區(qū)的5個(gè)州經(jīng)歷了完全的黑暗。美國(guó)下一次日全食將發(fā)生在2024年，而下一個(gè)從海岸到海岸的日全食將在2045年出現(xiàn)。

“卡西尼”撞土星寫(xiě)進(jìn)歷史未來(lái)仍可能有重大發(fā)現(xiàn)

藝術(shù)家筆下的“卡西尼”大結(jié)局 (圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech)

美國(guó)加利福尼亞時(shí)間2017年9月15日凌晨4時(shí)55分，數(shù)百名科學(xué)家見(jiàn)證了他們畢生的工作結(jié)晶在火焰中涅槃。此刻，美國(guó)宇航局(NASA)的“卡西尼”土星探測(cè)飛船在土星的大氣層中解體，這樣做是為了防止探測(cè)器污染土星的衛(wèi)星，包括土衛(wèi)六和土衛(wèi)二，這些衛(wèi)星上可能存在生命跡象。

“卡西尼”號(hào)的最后幾張照片是在“臨終”前幾個(gè)小時(shí)內(nèi)傳回來(lái)的，其中包括一組令人回味的土衛(wèi)二照片，以及最后的近距離觀測(cè)土星環(huán)的照片。這架探測(cè)器在飛離地球20年后已永遠(yuǎn)和故鄉(xiāng)失去聯(lián)系。NASA下屬?lài)姎馔七M(jìn)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)天確認(rèn)，“卡西尼”已沖入土星大氣墜毀，完成其長(zhǎng)達(dá)13年的土星探測(cè)使命。

由于燃料即將耗盡，NASA決定結(jié)束“卡西尼”的探測(cè)任務(wù)。為避免對(duì)土衛(wèi)二等土星衛(wèi)星可能的影響，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)讓它以沖向土星大氣的方式結(jié)束“生命”。

2017年9月11日，“卡西尼”最后一次從土衛(wèi)六上空掠過(guò)，并借助其引力飛往土星大氣層。13日，地面控制室發(fā)出指令，飛船開(kāi)始向土星大氣俯沖。14日，“卡西尼”開(kāi)始向地球傳輸其存儲(chǔ)的所有數(shù)據(jù)，包括最后收集的土星系圖像和數(shù)據(jù)。

15日，“卡西尼”從土星云端上方約1915 km處，以每小時(shí)約11.3萬(wàn)km的速度沖入土星大氣。在沖向土星大氣的過(guò)程中，飛船上12個(gè)科學(xué)儀器中的8個(gè)保持工作直至最后一刻。其搭載的離子與中性粒子質(zhì)譜儀更是直接在土星大氣中取樣，嘗試揭開(kāi)土星形成和進(jìn)化之謎。這是前所未有的創(chuàng)舉。

事實(shí)上，由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，“卡西尼”已于美國(guó)東部時(shí)間15日6時(shí)31分(北京時(shí)間15日18時(shí)31分)左右就與地球停止了聯(lián)系。在80多分鐘后，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室才通過(guò)位于澳大利亞首都堪培拉的“深空網(wǎng)絡(luò)”跟蹤站接收到其墜毀前發(fā)回地球的最后信號(hào)。

“這是這一任務(wù)的壯麗終章，同時(shí)也是一個(gè)新的開(kāi)始?！盢ASA副局長(zhǎng)托馬斯?楚比興當(dāng)天在一份聲明中說(shuō)?？ㄎ髂犴?xiàng)目科學(xué)家琳達(dá)?施皮爾克說(shuō)：“‘卡西尼’或許會(huì)消失，但它的饋贈(zèng)將讓我們受益多年。它窮盡一生發(fā)回的大量數(shù)據(jù)，我們僅知皮毛。”

“卡西尼”1997年10月15日發(fā)射升空，沿途造訪過(guò)金星、地球、月球、小行星和木星，并于2004年抵達(dá)環(huán)土星軌道。近20年間，“卡西尼”探測(cè)任務(wù)大幅刷新了人類(lèi)對(duì)土星的認(rèn)識(shí)，包括它的復(fù)雜光環(huán)、類(lèi)型多樣的衛(wèi)星體以及磁場(chǎng)環(huán)境等。它曾獲得一系列重大發(fā)現(xiàn)，如土衛(wèi)二存在全球性海洋，土衛(wèi)六上存在液態(tài)甲烷海洋，在土衛(wèi)二噴出的羽流中探測(cè)到氫等。

與土星相伴的13年間，“卡西尼”曾發(fā)回大量數(shù)據(jù)資料，僅圖像就差不多40萬(wàn)張?？茖W(xué)家依據(jù)這些信息，已發(fā)表了約4000篇科學(xué)論文。NASA還依據(jù)這些信息設(shè)計(jì)了前往木衛(wèi)二的探測(cè)計(jì)劃，以及未來(lái)十年間的其他太空探測(cè)項(xiàng)目。

就在確認(rèn)“卡西尼”已終結(jié)20年太空之旅的那個(gè)瞬間，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里的探測(cè)項(xiàng)目主管流下眼淚，就要解散的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)相擁告別，就連互聯(lián)網(wǎng)上的人們也在傷感惋惜。人們都在說(shuō)：永別了，“卡西尼”。

然而，盡管“卡西尼”已經(jīng)結(jié)束了自己的使命，但科學(xué)家表示未來(lái)仍有可能帶來(lái)重大發(fā)現(xiàn)，例如，來(lái)自探測(cè)器的數(shù)據(jù)將有助于確定土星環(huán)的實(shí)際年齡及其磁場(chǎng)的持久性。

(2017年9月21日收稿)■

Scientists need selfdiscipline in publications

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.05.010

（編輯：沈美芳）