從旁觀者到生力軍

關(guān)毅 (本刊特約記者)

從旁觀者到生力軍

關(guān)毅 (本刊特約記者)

在1.3億光年外的長(zhǎng)蛇座NGC4993星系，一例雙中子星并合事件，為整個(gè)天文學(xué)界送上集體盛宴。2017年11月16日多國(guó)科學(xué)家同時(shí)宣布，人類第一次直接探測(cè)到來自雙中子星并合產(chǎn)生的引力波以及伴隨的電磁信號(hào)，“多信使天文學(xué)”從此迎來全新時(shí)代。在這一國(guó)際合作探索過程中，中國(guó)不再是旁觀者。從最早參與提出理論模型到南極天文觀測(cè)，中國(guó)科學(xué)家正在成為前沿科學(xué)探索的生力軍。美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”(LIGO)于8月17日捕捉到編號(hào)為GW170817的引力波信號(hào)后，全世界的望遠(yuǎn)鏡都爭(zhēng)相對(duì)準(zhǔn)了1.3億光年外的源頭。設(shè)在世界各地的望遠(yuǎn)鏡從伽馬射線、X光、可見光、紅外和射電波等波段分別觀測(cè)，最終確認(rèn)這一信號(hào)來自何方。探測(cè)到引力波源信號(hào)約1天后，中國(guó)在南極冰穹A地區(qū)安裝的有效觀測(cè)口徑為50 cm的南極巡天望遠(yuǎn)鏡就自動(dòng)開始觀測(cè)這個(gè)目標(biāo)源，最終得到了目標(biāo)天體的光變曲線，與理論預(yù)言高度吻合。澳大利亞天體物理學(xué)家、前美國(guó)國(guó)家光學(xué)天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)杰雷米?莫爾德說：“感謝中國(guó)南極望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)，正是其探測(cè)結(jié)果讓我們距離揭開雙中子星進(jìn)化之謎又近了一步?！?/p>

高能宇宙射線來自銀河系外確切來源尚待進(jìn)一步研究

位于阿根廷的皮埃爾?奧杰天文臺(tái)終于有確鑿的證據(jù)表明，自然界中最具能量的粒子來自銀河系以外。幾十年來，科學(xué)家一直認(rèn)為存在這種可能性，但直到今天才證實(shí)了這一點(diǎn)，即那些地球上探測(cè)到的超高能宇宙射線不是來自銀河系內(nèi)，而是源自銀河系之外的遙遠(yuǎn)星系?！斑@是第一次，我們有證據(jù)證明最高能量的宇宙射線是來自銀河系之外的?！庇?guó)天文學(xué)家、該天文臺(tái)聯(lián)合創(chuàng)始人阿蘭?沃森說道。

一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)分析了12年的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)高能量的粒子更有可能來自銀河系外的一個(gè)區(qū)域。研究人員在2017年9月22日出版的《科學(xué)》(Science)雜志上報(bào)道說，這種不對(duì)稱性與鄰近星系的分布基本一致。

超高能宇宙射線的能量超過1018eV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粒子加速器所能達(dá)到的粒子能量。人類研究這類射線已有50多年，但其來源和機(jī)制仍然是個(gè)謎。

由來自18個(gè)國(guó)家400多名科學(xué)家組成的這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些宇宙射線從太空射向地球的方向分布并不均勻，而是偏向于來自某特定方位，而這個(gè)方位與銀河系中心方向偏差120°，說明超高能宇宙射線不是像一些科學(xué)家認(rèn)為的那樣來自銀河系內(nèi)。

科學(xué)家證實(shí)超高能宇宙射線來自銀河系外(圖片來源：A. Chantelauze/S. Staffi/L. Bret)

這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)是在對(duì)皮埃爾?奧杰天文臺(tái)2004－2016年間采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后獲得上述發(fā)現(xiàn)的。皮埃爾?奧杰天文臺(tái)擁有1600個(gè)粒子探測(cè)器，分布面積約3000km2，是世界上已建成的最大宇宙射線觀測(cè)站。

該項(xiàng)目教育與外聯(lián)協(xié)調(diào)員、美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)物理學(xué)教授格雷戈里?斯諾說：“還有一些其他證據(jù)，但是這篇論文真正證實(shí)了具有最高能量的宇宙射線粒子多數(shù)不是來自銀河系內(nèi)?！彼怪Z說，地球上探測(cè)到的來自太陽(yáng)的宇宙射線粒子都是低能量粒子，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于皮埃爾?奧杰天文臺(tái)探測(cè)到的粒子能量?！拔覀兲綔y(cè)到的粒子能量是如此巨大，所以它們一定來自(星系中心的大型黑洞等)極其劇烈的天體物理現(xiàn)象。”盡管這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)證實(shí)超高能射線來自銀河系外，但它們的確切來源仍是未知。

研究人員解釋說，這主要是因?yàn)樵谛窍荡艌?chǎng)的作用下，這些帶電粒子的飛行方向可能偏轉(zhuǎn)了幾十度。另外，超高能宇宙粒子比較罕見，地球大氣層上方每年每平方公里才會(huì)見到1個(gè)，相當(dāng)于足球場(chǎng)那么大的地方每100年才見到一個(gè)，這增加了研究的難度。

斯諾指出，宇宙射線提供了有關(guān)宇宙結(jié)構(gòu)的線索，“通過了解這些粒子的起源，我們希望更多地了解宇宙的起源、大爆炸以及星系和黑洞的形成等”， “這些是天體物理學(xué)中最重要的一些問題”。

美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校天體物理學(xué)家弗朗西斯?哈爾曾表示：“這真是一個(gè)非常大的新聞，對(duì)我來說這是一個(gè)驚喜?！惫栐潜⒎降陌l(fā)言人，冰立方是位于南極的一個(gè)大型中微子天文臺(tái)。

皮埃爾?奧杰天文臺(tái)發(fā)言人、德國(guó)伍伯塔爾大學(xué)物理學(xué)家卡爾-美因茨?凱普爾特表示，這一次研究人員積累了許多數(shù)據(jù)，相信他們的結(jié)果是站得住腳的。哈爾曾對(duì)此表示贊同，他說：“我不認(rèn)為新的研究結(jié)果在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有任何疑問?！?/p>

現(xiàn)在，研究人員有了更多數(shù)據(jù)，他們將再次嘗試尋找與潛在來源相關(guān)的可能性。這項(xiàng)研究的結(jié)果應(yīng)該在幾個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)。該合作計(jì)劃還打算與美國(guó)猶他州的一個(gè)較小的天文臺(tái)(望遠(yuǎn)鏡陣列)聯(lián)手，試圖繪制整個(gè)天空的宇宙射線起源。

皮埃爾?奧杰天文臺(tái)還處在一個(gè)耗資1200萬美元的初始階段，這將使它能夠更好地測(cè)量宇宙射線通量相對(duì)豐富的質(zhì)子和更重的原子核。

科學(xué)家首次利用基因技術(shù)編輯人類胚胎有助破解胚胎發(fā)育之謎 改進(jìn)體外受精技術(shù)

科學(xué)家首次利用基因編輯技術(shù)對(duì)人類胚胎如何發(fā)育進(jìn)行了探索。這項(xiàng)研究表明，與老鼠相比，一種叫做OCT4的蛋白質(zhì)在人類胚胎中起到了額外的作用。但是生物學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究更重要的是作為一個(gè)原則的證明——之前的人類胚胎編輯研究通常將重點(diǎn)放在糾正錯(cuò)誤的基因上。

英國(guó)倫敦市弗朗西斯?克里克研究所2017年9月20日宣布通過基因編輯技術(shù)展示了人類胚胎早期發(fā)育階段一種關(guān)鍵基因的作用機(jī)制，這有助于科學(xué)家破解胚胎發(fā)育的一些未解之謎，從而改進(jìn)體外受精等生殖輔助技術(shù)。

當(dāng)天發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上的這項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)同時(shí)也是英國(guó)人精心設(shè)計(jì)的胚胎編輯研究條例的第一次測(cè)試。這一條例要求研究人員在開展工作之前，必須通過由該國(guó)國(guó)家人類受精和胚胎管理局進(jìn)行的審查并獲得許可。

Kathy Niakan是弗朗西斯?克里克研究所的一名發(fā)育生物學(xué)家，他在2015年申請(qǐng)采用CRISPR編輯技術(shù)對(duì)人類胚胎進(jìn)行研究，以便對(duì)早期發(fā)育中的基因活動(dòng)有更多的了解。研究人員計(jì)劃首先將注意力集中在OCT4蛋白質(zhì)上，這是一種多能干細(xì)胞(可以轉(zhuǎn)化成為身體所有組織的細(xì)胞)的標(biāo)記物。

一個(gè)人類胚胎被注射了基因編輯分子(圖片來源：Dr. Kathy Niakan/Nature)

胚胎發(fā)育通常指胚胎從受精卵到胚胎脫離卵膜的過程。人類胚胎發(fā)育過程中，受精卵進(jìn)行被稱為卵裂的快速有絲分裂，最后各種細(xì)胞分化成不同的組織、系統(tǒng)與器官，從而形成完整個(gè)體。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家借助CRISPR基因編輯技術(shù)阻止了人類胚胎中一個(gè)關(guān)鍵基因產(chǎn)生OCT4蛋白質(zhì)，以觀察這會(huì)給胚胎發(fā)育帶來什么影響。這種蛋白質(zhì)在人類胚胎發(fā)育的最開始數(shù)天里會(huì)變得非?；钴S。

Niakin和他的同事使用CRISPR技術(shù)關(guān)閉了在37個(gè)單細(xì)胞人類胚胎中編碼OCT4的基因，這些體外受精治療中留下的胚胎是由接受治療的夫婦所捐贈(zèng)的。結(jié)果顯示，缺乏蛋白質(zhì)的小鼠胚胎形成了大部分的胎盤細(xì)胞，而那些注定要形成胎兒的細(xì)胞則沒有出現(xiàn)。

在經(jīng)過處理的人類胚胎中，胎盤細(xì)胞和卵黃囊細(xì)胞都未能形成。這意味著，在人體中OCT4在所有這3種基本細(xì)胞類型的發(fā)育中都起著重要的作用。研究人員計(jì)劃用CRISPR展開進(jìn)一步研究，以確定OCT4在不同的細(xì)胞類型中到底控制了哪些基因。

通常來說，當(dāng)卵子受精后會(huì)持續(xù)分裂，直到數(shù)天后才形成胚泡。據(jù)該研究團(tuán)隊(duì)介紹，他們發(fā)現(xiàn)人類胚胎發(fā)育過程中，需要OCT4發(fā)揮作用才能“正常地”形成胚泡，這凸顯了相關(guān)基因在發(fā)育過程中的重要性。

Niakan說，為了確認(rèn)一個(gè)基因在胚胎發(fā)育過程中的功能，最好的辦法就是看看它無法發(fā)揮作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么狀況，采用基因編輯技術(shù)就是為了能高效實(shí)現(xiàn)這一目的。這也是英國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)允許對(duì)人類胚胎實(shí)施基因編輯技術(shù)的原因。

Niakan說，如果能明確哪個(gè)關(guān)鍵基因會(huì)影響胚胎發(fā)育，“我們就能改善體外受精技術(shù)成功率，并更深入了解一些導(dǎo)致妊娠失敗的原因”。

加拿大多倫多大學(xué)兒童醫(yī)院發(fā)育生物學(xué)家Janet Rossant認(rèn)為，這項(xiàng)研究表明，“你可以足夠有效并且足夠高效地利用CRISPR技術(shù)開展工作”。她補(bǔ)充說，研究人員依靠老鼠模型來理解哺乳動(dòng)物的早期發(fā)育過程，但如果想要搞清人類的發(fā)育過程以及它是如何出錯(cuò)的，真正的人類胚胎研究可能是最好的方法。

這是英國(guó)首次實(shí)施人類胚胎基因編輯。由于牽扯道德倫理問題，人類胚胎研究一直存在爭(zhēng)議，此前只有中美兩國(guó)實(shí)施過人類胚胎基因編輯。據(jù)弗朗西斯?克里克研究所介紹，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都受到英國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格監(jiān)管。

神經(jīng)刺激部分喚醒植物人為腦損傷后意識(shí)恢復(fù)提供一條主要途徑

15年前，法國(guó)一名20歲的男子在車禍中遭受了腦損傷，并陷入了一種被稱為植物人的昏迷狀態(tài)。現(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究表明，大腦中一種實(shí)驗(yàn)性的低強(qiáng)度神經(jīng)刺激(現(xiàn)在已被批準(zhǔn)用于治療抑郁癥和癲癇)能夠成功地將一個(gè)人變成醫(yī)生所說的“最低意識(shí)”狀態(tài)。盡管這與全面蘇醒的情況相去甚遠(yuǎn)，但研究報(bào)告的作者認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)暗示了在腦損傷后恢復(fù)意識(shí)的一條主要途徑。

迷走神經(jīng)刺激器為從腦干到身體不同部位的關(guān)鍵神經(jīng)提供少量電流(圖片來源：Science Source)

盡管如此，一些醫(yī)生和腦損傷專家仍然對(duì)這種治療是否真如所描述的那樣有效表示懷疑。從事意識(shí)研究的美國(guó)波士頓市哈佛醫(yī)學(xué)院神經(jīng)學(xué)家Andrew Cole說，植入電子刺激器的手術(shù)，頻繁的行為觀察，以及在大腦掃描儀中進(jìn)進(jìn)出出都可能有助于病人的病情改善?！拔也⒉皇钦f他們的說法是不真實(shí)的?！盋ole說，“我只是說，根據(jù)所呈現(xiàn)的結(jié)果是很難解釋的?！?/p>

目前有成千上萬的人處于植物人狀態(tài)。雖然他們不會(huì)對(duì)諸如觸摸之類的刺激作出反應(yīng)，但這些人的大腦并沒有死亡。他們的大腦通常具有可識(shí)別的睡眠—蘇醒周期，他們能夠睜開眼睛，并且在進(jìn)食時(shí)可以吞咽，許多人自發(fā)地呻吟、哭泣、微笑，并表現(xiàn)出具有部分意識(shí)的其他跡象。然而，大多數(shù)專家認(rèn)為，任何超過12個(gè)月的植物人狀態(tài)都是永久性的。

然而這一假設(shè)并沒有讓Angela Sirigu感到滿意，她是法國(guó)里昂市馬克?讓納羅認(rèn)知科學(xué)研究所的認(rèn)知神經(jīng)學(xué)家。

Sirigu在新一期美國(guó)《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上說：“通過刺激迷走神經(jīng)，我們發(fā)現(xiàn)能夠增強(qiáng)(植物人)患者在這個(gè)世界的存在?！?/p>

迷走神經(jīng)連接著人腦與身體的許多其他部位，包括腸道。迷走神經(jīng)對(duì)保持清醒、警覺性和許多其他基本功能具有重要作用。迷走神經(jīng)刺激器是一種微型可植入式器件，此前已被用來輔助治療藥物難治性癲癇和抑郁癥。

為檢驗(yàn)迷走神經(jīng)刺激器恢復(fù)意識(shí)的能力，研究人員希望尋找一個(gè)很難用巧合來解釋被“喚醒”的植物人病例，最終找到了一個(gè)昏迷了十多年且沒有蘇醒跡象的車禍?zhǔn)芎φ摺?/p>

研究結(jié)果顯示，在開展迷走神經(jīng)刺激一個(gè)月后，患者的注意力、動(dòng)作和腦活動(dòng)顯著改善，能響應(yīng)以前不響應(yīng)的一些簡(jiǎn)單命令。例如，他的眼睛能跟著目標(biāo)移動(dòng)，并根據(jù)要求轉(zhuǎn)頭。他的母親報(bào)告說，在聽人給他讀書時(shí)，他保持清醒的能力有提高。

此外，研究人員還觀測(cè)到這名患者對(duì)“威脅”重新有了反應(yīng)。例如，當(dāng)醫(yī)生的頭突然靠近他的臉時(shí)，他會(huì)睜大眼睛表現(xiàn)出驚訝。

研究人員認(rèn)為，在多年處于植物人狀態(tài)后，這名患者進(jìn)入了“最低意識(shí)”狀態(tài)。

大腦活動(dòng)記錄也顯示，這名患者腦中涉及運(yùn)動(dòng)、感覺和意識(shí)的區(qū)域活動(dòng)明顯增強(qiáng)，大腦功能連接性改善，腦皮層和下皮層的代謝活動(dòng)也同樣增加。

研究人員指出，這項(xiàng)工作表明即使在病情最嚴(yán)重的臨床病例中，正確的干預(yù)措施也可能帶來意識(shí)變化的產(chǎn)生。Sirigu說：“哪怕希望看似已經(jīng)消失，大腦仍有可能被修復(fù)?！?/p>

目前，研究人員正計(jì)劃開展一項(xiàng)大型合作研究，以確認(rèn)并進(jìn)一步挖掘迷走神經(jīng)刺激對(duì)處于植物人或最低意識(shí)狀態(tài)患者的治療潛力。

Sirigu說，即使是最低的意識(shí)也可能成為家庭慶祝的原因，盡管她意識(shí)到，把他們的親人置于實(shí)驗(yàn)中可能是危險(xiǎn)的?！拔覀兎浅８兄x這個(gè)病人和他的家人?！彼f，“他們展示了很多勇氣。”

一些專家表示，這是一項(xiàng)令人激動(dòng)的新發(fā)現(xiàn)，但由于很難從單一病例了解一個(gè)療法的真正效果，需謹(jǐn)慎解讀。這項(xiàng)研究的結(jié)果尚需在更多患者身上得到驗(yàn)證后，才能獲推薦使用。

紐約市威爾?康奈爾醫(yī)學(xué)院神經(jīng)學(xué)家Nicholas Schiff同意Cole的觀點(diǎn)，即對(duì)一個(gè)病人的研究不足以對(duì)治療作出全面的結(jié)論，但他對(duì)治療的前景很樂觀。他說，現(xiàn)在研究人員需要在多種刺激持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度下，對(duì)多名患者進(jìn)行治療，這是非常昂貴和耗時(shí)的。Schiff認(rèn)為，保險(xiǎn)公司將會(huì)覆蓋康復(fù)護(hù)理，但讓他們相信，植物人的狀態(tài)可以恢復(fù)，或者是意識(shí)能夠輕微改善，將是一場(chǎng)艱苦的戰(zhàn)斗。

Schiff說：“我的一位同事最近描述了植物人狀態(tài)的困境，這是一個(gè)民權(quán)問題。我們需要讓這一醫(yī)療領(lǐng)域看起來像其他地方一樣。這里的科學(xué)進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

歐美探測(cè)器共同發(fā)現(xiàn)引力波極大提高相關(guān)研究準(zhǔn)確性

物理學(xué)家日前宣布他們第4次探測(cè)到引力波，這是歐洲和美國(guó)的探測(cè)器首次共同發(fā)現(xiàn)引力波。

引力波由黑洞等天體在碰撞過程中產(chǎn)生，可把它想象成石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。100多年前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在，但直到2015年才首次獲得證實(shí)。

自2007年以來，位于意大利比薩市附近的處女座天文臺(tái)一直在尋找這種時(shí)空結(jié)構(gòu)的漣漪。但是當(dāng)它的美國(guó)“表兄”、先進(jìn)的激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)首次歷史性地探測(cè)到引力波時(shí)，處女座正在進(jìn)行升級(jí)，并且該天文臺(tái)在隨后的兩次觀測(cè)中也沒有采取行動(dòng)。

2017年8月1日，處女座天文臺(tái)在歷時(shí)5年、斥資2700萬美元的升級(jí)后重新加入了“狩獵”活動(dòng)，結(jié)果兩周后就與美國(guó)探測(cè)器共同探測(cè)到引力波信號(hào)。

物理學(xué)家于9月27日在意大利都靈市舉行的新聞發(fā)布會(huì)上宣布，8月14日處女座天文臺(tái)和LIGO都探測(cè)到源自兩個(gè)旋轉(zhuǎn)黑洞并合在一起時(shí)產(chǎn)生的引力振動(dòng)，它們的質(zhì)量分別是太陽(yáng)質(zhì)量的31倍和25倍。這次碰撞發(fā)生在距離地球大約5.4億pc(18億光年)之外。并合后的總質(zhì)量相當(dāng)于53個(gè)太陽(yáng)，約3個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量以引力波的形式釋放。這一發(fā)現(xiàn)將以論文形式發(fā)表在美國(guó)《物理學(xué)評(píng)論通訊》上。之所以探測(cè)到引力波信號(hào)與宣布發(fā)現(xiàn)之間隔了一段時(shí)間，是因?yàn)榭茖W(xué)家還要分析和確認(rèn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

位于意大利比薩市附近的處女座天文臺(tái) （圖片來源：Schiavon/INFN）

用3個(gè)探測(cè)器來觀察這個(gè)事件，而不是LIGO的2個(gè)探測(cè)器，使得研究人員能夠極大提高有關(guān)此次并合黑洞位置和距離信息的準(zhǔn)確性。

對(duì)于在這個(gè)項(xiàng)目上工作了20多年的處女座團(tuán)隊(duì)來說，這一發(fā)現(xiàn)證明了所花費(fèi)的時(shí)間和精力都是值得的?！斑@對(duì)我來說是一件大事。”處女座天文臺(tái)聯(lián)合創(chuàng)始人、法國(guó)尼斯蔚藍(lán)海岸大學(xué)物理學(xué)家Alain Brillet說。Brillet從1980年開始游說建立一個(gè)歐洲引力波探測(cè)器，現(xiàn)在他就要退休了。Brillet說：“我很高興能夠確保自己的工作并非一無所獲?！?/p>

“我們有信譽(yù)。至少我們可以證明我們做出了承諾，同時(shí)也可以兌現(xiàn)我們的承諾?！碧幣献黜?xiàng)目發(fā)言人、荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)物理學(xué)家Jo van den Brand補(bǔ)充道。

美國(guó)項(xiàng)目組的兩個(gè)引力波探測(cè)器此前于2015年9月、2015年12月和2017年1月先后3次探測(cè)到引力波。處女座項(xiàng)目組由20個(gè)歐洲研究團(tuán)隊(duì)的280多名物理學(xué)家和工程師組成。

美國(guó)引力波項(xiàng)目資助方、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)主席France Cordova在一份聲明中說，相隔萬里的探測(cè)器首次共同探測(cè)到引力波，這對(duì)旨在破解宇宙奧秘的國(guó)際科學(xué)探索是一個(gè)“令人激動(dòng)的里程碑”。

2017年的觀測(cè)工作于8月25日結(jié)束，目前兩個(gè)天文臺(tái)都在進(jìn)行升級(jí)，這將使它們的靈敏度提高一倍?！斑@僅僅是由處女座和LIGO聯(lián)合組成的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)工作的開始。”LIGO合作項(xiàng)目發(fā)言人、麻省理工學(xué)院物理學(xué)家David Shoemaker說，“技術(shù)升級(jí)將使LIGO探測(cè)器更加靈敏，在計(jì)劃于2018年晚些時(shí)候開始的下一輪觀測(cè)中，我們將會(huì)每周甚至更頻繁地獲得這樣的探測(cè)結(jié)果?！?/p>

美政府推翻奧巴馬時(shí)代氣候法規(guī)此舉可能引發(fā)法律挑戰(zhàn)

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)正在著手廢除前總統(tǒng)巴拉克?奧巴馬的旨在減少發(fā)電廠溫室氣體排放的標(biāo)志性法規(guī)。

于2017年10月10日采取的這一行動(dòng)是朝著實(shí)現(xiàn)總統(tǒng)唐納德?特朗普承諾的逆轉(zhuǎn)奧巴馬時(shí)代的氣候法規(guī)、結(jié)束“煤炭戰(zhàn)爭(zhēng)”邁出的一步。但是任何廢除發(fā)電廠規(guī)則的嘗試必然將面臨環(huán)保組織和許多支持奧巴馬氣候政策的州的訴訟。EPA署長(zhǎng)Scott Pruitt當(dāng)天簽署文件，正式宣布將廢除奧巴馬政府推出的氣候政策《清潔電力計(jì)劃》。

EPA在一份聲明中稱，在對(duì)《清潔電力計(jì)劃》進(jìn)行評(píng)估后，該機(jī)構(gòu)認(rèn)為這項(xiàng)政策“超出了EPA的法定權(quán)限”，“廢除《清潔電力計(jì)劃》將促進(jìn)美國(guó)能源發(fā)展，減少不必要的相關(guān)監(jiān)管負(fù)擔(dān)”。

Pruitt在這份聲明中稱，特朗普政府致力于“糾正奧巴馬政府的錯(cuò)誤”，接下來EPA將評(píng)估“最合適的前進(jìn)路徑”，“任何替代規(guī)則都將通過傾聽各方意見認(rèn)真、恰當(dāng)并謙虛地制定”。

9日，Pruitt在美國(guó)肯塔基州舉行的一場(chǎng)活動(dòng)上說，《清潔電力計(jì)劃》是利用權(quán)力監(jiān)管挑選美國(guó)發(fā)電行業(yè)的“贏家和輸家”，廢除這項(xiàng)政策意味著奧巴馬政府發(fā)起的“煤炭戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束了”。

按照流程，Pruitt簽署的文件將經(jīng)過為期60天的公眾意見反饋后才會(huì)最終確定下來，成為正式?jīng)Q定。

2017年3月，特朗普簽署一份名為“能源獨(dú)立”的行政命令，其中最重要的內(nèi)容是要求“修改或廢除”原定于2022年生效的《清潔電力計(jì)劃》。

《清潔電力計(jì)劃》是奧巴馬政府氣候政策的核心，要求美國(guó)發(fā)電廠到2030年在2005年基礎(chǔ)上減排32%。此前，美國(guó)最高法院已于2016年2月下令暫緩執(zhí)行《清潔電力計(jì)劃》，因此該政策實(shí)際上從未實(shí)施。

支持特朗普的美國(guó)全國(guó)礦業(yè)協(xié)會(huì)稱：《清潔電力計(jì)劃》會(huì)增加美國(guó)電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，實(shí)際上是增加消費(fèi)者的負(fù)擔(dān)；廢除這一計(jì)劃能為美國(guó)保存2.7萬個(gè)礦業(yè)工作崗位，及相關(guān)供應(yīng)鏈上的10萬個(gè)工作崗位。

最新估計(jì)稱，廢除這項(xiàng)規(guī)定到2030年將節(jié)省因執(zhí)行規(guī)定而額外產(chǎn)生的330億美元的遵從成本。所謂遵從成本，指的是為執(zhí)行政府法律法規(guī)產(chǎn)生的時(shí)間及金錢上的額外花費(fèi)。

特朗普政府廢除《清潔電力計(jì)劃》并不令人意外。Pruitt是有名的氣候變化懷疑論者。在擔(dān)任EPA署長(zhǎng)前，他是俄克拉何馬州檢察長(zhǎng)，曾與另外20多個(gè)州的檢察長(zhǎng)一起把EPA告上法庭，起訴《清潔電力計(jì)劃》違法。

特朗普曾稱氣候變化是騙局，并于2017年6月宣布退出全球應(yīng)對(duì)氣候變化的《巴黎協(xié)定》。特朗普政府在氣候問題上的做法遭到國(guó)際社會(huì)批評(píng)。

同時(shí)，煤炭作為“退出的經(jīng)濟(jì)”也不大可能獲得復(fù)興機(jī)會(huì)。受成本和州政策影響，美國(guó)許多地方已經(jīng)從煤炭轉(zhuǎn)向使用天然氣、風(fēng)能和太陽(yáng)能。例如，加利福尼亞和紐約等州已宣布，不管華盛頓是否參與，它們都將積極應(yīng)對(duì)氣候變化。

2009年，EPA曾把溫室氣體確定為污染物。按照美國(guó)《清潔空氣法》的要求，EPA必須采取措施調(diào)控溫室氣體排放。然而，《清潔電力計(jì)劃》被廢棄后，特朗普政府尚未提出新的替代方案，只是表示歡迎各界就此提出建議。

“特朗普政府對(duì)氣候變化固執(zhí)和站不住腳的否定，以及持續(xù)采取行動(dòng)所引起的破壞應(yīng)該受到譴責(zé)?！奔~約州檢察長(zhǎng)Eric Schneiderman在一份準(zhǔn)備好的聲明中表示，“我將利用一切可用的法律手段對(duì)付他們的危險(xiǎn)議程?！?/p>

對(duì)此，美國(guó)國(guó)內(nèi)一些行業(yè)組織也理性地指出，EPA應(yīng)采取更溫和的政策取代《清潔電力計(jì)劃》，以避免遭遇任何法律上的挑戰(zhàn)。

Jonathan Adler是俄亥俄州克利夫蘭市西儲(chǔ)大學(xué)法學(xué)院商業(yè)法律與監(jiān)管中心負(fù)責(zé)人，他說，特朗普政府可以合理地爭(zhēng)論，《清潔電力計(jì)劃》并不是為了調(diào)控溫室氣體。Adler說，法庭通常會(huì)對(duì)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)在監(jiān)管問題上給予一定程度的尊重，但前提是這些機(jī)構(gòu)必須遵守所有的法律和程序要求，以最終確定新的規(guī)則。

Adler表示：“一些幫助奧巴馬政府捍衛(wèi)其監(jiān)管決定的法律條款，現(xiàn)在將幫助特朗普政府捍衛(wèi)其做出的相反決定。這肯定是對(duì)本屆政府是否有能力應(yīng)對(duì)這種局面的一次考驗(yàn)。”

人類首次“看到”引力波事件

全球多國(guó)科學(xué)家2017年10月16日同步舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類第一次直接探測(cè)到來自雙中子星合并的引力波，并同時(shí)“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號(hào)。

美國(guó)東部時(shí)間8月17日8時(shí)41分(北京時(shí)間20時(shí)41分)，美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”(LIGO)捕捉到這個(gè)引力波信號(hào)。此后2秒，美國(guó)費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到同一來源發(fā)出的伽馬射線暴。

這是人類歷史上第一次使用引力波天文臺(tái)和電磁波望遠(yuǎn)鏡同時(shí)觀測(cè)到同一個(gè)天體物理事件，標(biāo)志著以多種觀測(cè)方式為特點(diǎn)的“多信使”天文學(xué)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。

“幾十年來，我們一直孜孜以求準(zhǔn)備探測(cè)雙中子星合并的引力波，”美國(guó)加州理工學(xué)院LIGO數(shù)據(jù)分析小組負(fù)責(zé)人艾倫?溫斯坦教授說，“那天早上，我們所有的夢(mèng)想成真?！?/p>

LIGO項(xiàng)目組在美國(guó)華盛頓發(fā)布這一重大發(fā)現(xiàn)。中國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和法國(guó)等國(guó)科學(xué)家也各自舉行新聞發(fā)布會(huì)。相關(guān)論文發(fā)表在《科學(xué)》《自然》等學(xué)術(shù)期刊上。

引力波是由黑洞、中子星等碰撞產(chǎn)生的一種時(shí)空漣漪，宛如石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。百年前，愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在，但直到2015年人類才首次探測(cè)到引力波，3名美國(guó)科學(xué)家因此獲得2017年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

在8月17日的事件中，全球約70個(gè)地面及空間望遠(yuǎn)鏡從紅外、X射線、紫外和射電波等波段開展觀測(cè)，確認(rèn)引力波信號(hào)來自距地球約1.3億光年的長(zhǎng)蛇座內(nèi)NGC4993星系。

美國(guó)田納西大學(xué)天體物理學(xué)教授邁克爾?吉德里表示，多信使天文學(xué)結(jié)合使用多種探測(cè)手段，是引力波天文學(xué)的一個(gè)“圣杯”，“這樣的探測(cè)將在天文學(xué)和天體物理的許多領(lǐng)域開啟全新的探索途徑。”

中國(guó)紫金山天文臺(tái)副研究員金志平參與的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)此次引力波光學(xué)信號(hào)的觀測(cè)和光譜分析，首次提供確鑿證據(jù)證實(shí)，中子星并合是宇宙中金、銀等元素的主要起源。金志平說：“這就是宇宙中的‘巨型黃金制造廠’。”

首個(gè)雙中子星并合引力波事件被發(fā)現(xiàn)（圖片來源：C. Bickel/《科學(xué)》）

科學(xué)家開發(fā)出基因編輯新工具可對(duì)DNA和RNA進(jìn)行有針對(duì)性的改變

如今，基因編輯的工具箱又增添了兩樣新工具。兩個(gè)美國(guó)研究小組宣布的新技術(shù)使研究人員能夠?qū)γ撗鹾颂呛怂?DNA)和核糖核酸(RNA)進(jìn)行有針對(duì)性的改變。

在一項(xiàng)研究中，2017年10月25日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上，美國(guó)布羅德研究所張鋒團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，他們?cè)贑RISPR工具基礎(chǔ)上開發(fā)出了REPAIR編輯系統(tǒng)，其基本元件是一種特定酶和一種特定蛋白質(zhì)，能高效修改與疾病相關(guān)的RNA單個(gè)堿基。

張鋒說：“如果你正在使用RNA療法，那么你可以升級(jí)了?！?年前誕生的CRISPR基因編輯工具像“剪刀”一般可剪切DNA，帶來了基因改造的醫(yī)學(xué)新革命。據(jù)報(bào)道，現(xiàn)在CRISPR發(fā)明者之一的張鋒團(tuán)隊(duì)在此前基礎(chǔ)上研發(fā)出能剪切RNA的新“剪刀”。這是基因編輯領(lǐng)域的又一個(gè)重大突破。

人類的許多疾病都與遺傳物質(zhì)DNA有關(guān)，CRISPR技術(shù)在高效修改DNA、為治愈疾病帶來希望的同時(shí)，也帶來安全和倫理上的顧慮。RNA的作用是傳遞DNA的遺傳指令，因此編輯修改這個(gè)“信使”以傳遞出正面的DNA指令，理論上同樣能達(dá)到治療疾病的目的。

由于RNA在人體內(nèi)會(huì)自然降解，研究人員指出，這一編輯過程不會(huì)導(dǎo)致人類基因組的永久改變，而是“一個(gè)潛在可逆的修復(fù)”，相信這將為基礎(chǔ)研究和臨床治療提供一個(gè)新思路。

張鋒在一份聲明中說：“糾正致病突變是基因組編輯的首要目標(biāo)之一?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)很善于讓基因失活，但要恢復(fù)已丟失的蛋白質(zhì)功能，挑戰(zhàn)要大得多。RNA編輯這一新能力帶來更多可能，幾乎可以在所有細(xì)胞中恢復(fù)丟失的蛋白質(zhì)功能，治療多種疾病。”

科學(xué)家開發(fā)出基因編輯新工具（圖片來源：Shaury Nash/Flickr）

為驗(yàn)證新工具在疾病治療上的潛力，張鋒團(tuán)隊(duì)人工合成了會(huì)造成范可尼貧血和X-連鎖腎性尿崩癥的基因突變，并將這些突變引入人體細(xì)胞中，最后成功利用這一RNA“剪刀”在RNA層面上修復(fù)了這些突變。

該團(tuán)隊(duì)表示，接下來他們將進(jìn)一步改進(jìn)REPAIR的效率，并與輸送系統(tǒng)結(jié)合在動(dòng)物模型特定組織中引入，進(jìn)行RNA修復(fù)實(shí)驗(yàn)。

在另一項(xiàng)研究中，一個(gè)美國(guó)團(tuán)隊(duì)10月25日在英國(guó)《自然》雜志發(fā)表報(bào)告說，它在基因編輯技術(shù)方面取得新進(jìn)展，可通過一種新型“堿基編輯器”在基因中替換堿基，有助科學(xué)家增強(qiáng)對(duì)遺傳疾病的理解和開發(fā)新療法。

基因是DNA上的片段，而DNA雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)由4種化學(xué)堿基組成，即腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)，其中鳥嘌呤和胞嘧啶配對(duì)，腺嘌呤和胸腺嘧啶配對(duì)。

布羅德研究所的科研人員在報(bào)告中描述了一種新型堿基編輯器，它可以在不斷開DNA雙鏈的情況下，將A?T堿基對(duì)轉(zhuǎn)換成G?C堿基對(duì)，也就是說能實(shí)現(xiàn)高效、可選擇性地在基因中替換堿基。

在所有已知的疾病相關(guān)單堿基對(duì)突變中，約有一半涉及野生型G?C堿基對(duì)轉(zhuǎn)換成突變型A?T堿基對(duì)，新發(fā)明的堿基編輯器有可能幫助患者恢復(fù)這一類突變。

據(jù)介紹，這種堿基編輯器對(duì)細(xì)菌細(xì)胞和人類細(xì)胞的DNA均有效，在人類細(xì)胞中，它們能在大范圍目標(biāo)區(qū)域內(nèi)引入預(yù)期突變，效率約為50%，高于任何其他基因組編輯方法的效率，而且?guī)缀鯖]有副作用。

英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員海倫?奧尼爾評(píng)價(jià)說，這種可直接修改堿基對(duì)的能力對(duì)疾病研究以及未來修復(fù)疾病導(dǎo)致的變異能夠起到重要作用。

英國(guó)弗朗西斯?克里克研究所的羅賓?洛弗爾-巴奇教授說，這種堿基編輯器50%的效率令人印象深刻，但仍有待進(jìn)一步提高，今后還需更多研究來證實(shí)這種方法的安全性。

基于CRISPR展現(xiàn)出的巨大能力，美國(guó)《科學(xué)》雜志之前在2012年和2013年兩次把它評(píng)為十大突破。CRISPR由兩部分組成，一部分是可以切割基因的“手術(shù)刀”蛋白Cas9，另一部分是拖著“手術(shù)刀”在基因組的“茫茫大?！敝芯_定位的向?qū)NA。一些科學(xué)家用滅活版本的Cas9蛋白與向?qū)NA結(jié)合，改造出只有精確定位功能的CRISPR技術(shù)，可用來關(guān)閉或打開幾乎任何單個(gè)基因，或者精細(xì)地調(diào)控它們的活躍程度。

中國(guó)再次登頂新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單

新一期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單2017年11月13日發(fā)布，中國(guó)超算“神威?太湖之光”和“天河二號(hào)”連續(xù)第四次分列冠亞軍，且中國(guó)超算上榜總數(shù)又一次反超美國(guó)，奪得第一。

全球超算500強(qiáng)榜單每半年發(fā)布一次。此次中國(guó)“神威?太湖之光”和“天河二號(hào)”再次領(lǐng)跑，其浮點(diǎn)運(yùn)算速度分別為每秒9.3億億次和每秒3.39億億次。美國(guó)連續(xù)第二次沒有超算進(jìn)入前三名。美國(guó)“泰坦”繼半年前被瑞士“代恩特峰”趕超而落到第四名后，此次又被日本的“曉光”超過，屈居第5名。

有業(yè)界人士指出，美國(guó)能源部正支持建造兩臺(tái)新的超算“Summit”和“Sierra”，其中“Summit”計(jì)算性能是“神威?太湖之光”的約兩倍，預(yù)計(jì)2018年投入使用，所以最快半年后，美國(guó)有望再次擁有全球最快的超算系統(tǒng)。

再看上榜總數(shù)，中國(guó)2016年6月以167臺(tái)對(duì)165臺(tái)的微弱優(yōu)勢(shì)首次超過長(zhǎng)期獨(dú)占鰲頭的美國(guó)；2016年11月，兩國(guó)均有171臺(tái)上榜，并列第一；2017年6月，美國(guó)以169臺(tái)對(duì)159臺(tái)反超中國(guó)，再獲第一。

此次中國(guó)上榜總數(shù)達(dá)到歷史最高的202臺(tái)，而美國(guó)降至144臺(tái)，雙方又一次交換位置。

從廠商來看，中國(guó)浪潮表現(xiàn)出色，這次上榜數(shù)量從半年前的20臺(tái)上升至56臺(tái)，在計(jì)算機(jī)企業(yè)中位列第三。浪潮高性能服務(wù)器產(chǎn)品部總經(jīng)理劉軍介紹說，中國(guó)超算近年投入很大，企業(yè)建設(shè)提供高性能計(jì)算服務(wù)方面步伐也很快，中國(guó)超算研發(fā)單位和廠商也注重產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新，所以整體競(jìng)爭(zhēng)力和表現(xiàn)有了較大提升。

面對(duì)成績(jī)，劉軍強(qiáng)調(diào)說：“我們需要清醒地看到，目前高性能計(jì)算市場(chǎng)上主流產(chǎn)品的核心技術(shù)如CPU(中央處理器)、GPU(圖形處理器)都由美國(guó)公司主導(dǎo)并掌控。雖然中國(guó)的高性能計(jì)算應(yīng)用能力和人才儲(chǔ)備有了一定改善，但與美歐相比差距還是很大，需要持續(xù)努力發(fā)展?！?/p>

(2017年11月20日收稿)

From spectators to new activists

GUNA Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.06.008

(編輯：溫文)