綜合

全球變化和人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展：挑戰(zhàn)與對(duì)策

徐冠華，葛全勝，宮鵬，等

摘要：過(guò)去20多年來(lái)，國(guó)際科學(xué)界對(duì)全球變化研究不斷深化，逐步形成了人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放是全球變暖的重要驅(qū)動(dòng)力、全球變化影響人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等共識(shí)。為應(yīng)對(duì)全球變化挑戰(zhàn)，“共同但有區(qū)別的責(zé)任”等原則要求發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)行強(qiáng)制減排和發(fā)展中國(guó)家采取自主減緩行動(dòng)，目標(biāo)是在本世紀(jì)末將由人類(lèi)活動(dòng)引起的地表增溫控制到不超過(guò)工業(yè)化前2℃。但是，處理全球變化與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系必須堅(jiān)持哪些原則，重點(diǎn)開(kāi)展何種研究，采取什么政策保障還沒(méi)有明晰的思路。本文認(rèn)為20世紀(jì)中葉后的全球變化源于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于人類(lèi)對(duì)全球變化問(wèn)題的科學(xué)認(rèn)識(shí)不足，難以支撐人類(lèi)對(duì)地球系統(tǒng)的管理。因而人類(lèi)應(yīng)對(duì)全球變化問(wèn)題，必須立足于發(fā)展，特別是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步；同時(shí)全球變化問(wèn)題的任何解決方案必須充分考慮全球化的國(guó)際環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展理念。本文提出立足國(guó)際和區(qū)域平衡發(fā)展，依靠科技進(jìn)步制定全球變化應(yīng)對(duì)對(duì)策；必須在人與自然和諧，同時(shí)人類(lèi)社會(huì)自身和諧前提下妥善處理應(yīng)對(duì)全球變化與可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系；堅(jiān)持減排與增匯并舉，減緩與適應(yīng)并重等原則。當(dāng)前減排溫室氣體是國(guó)際社會(huì)減緩全球增暖行動(dòng)的主要關(guān)注點(diǎn)和著力點(diǎn)，如何合理分配排放指標(biāo)，保證發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家都能得到發(fā)展，成為最富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。增加陸地和海洋的碳匯在應(yīng)對(duì)氣候變化中的作用同樣重要。制定全球變化適應(yīng)方案需要加強(qiáng)兩個(gè)方面的研究：一是研究如何解決人類(lèi)對(duì)食物、能源、水資源和其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的需求；二是研究如何轉(zhuǎn)變生活方式、探索全球氣候變化背景下人類(lèi)的發(fā)展道路。未來(lái)國(guó)際社會(huì)應(yīng)更好地開(kāi)展多因子、多學(xué)科、全球性聯(lián)合研究，減少全球變化認(rèn)識(shí)的不確定性。對(duì)此，本文提出6個(gè)重點(diǎn)研究方向：一是過(guò)去2000年氣候變化的事實(shí)，它影響到關(guān)于自然強(qiáng)迫和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)20世紀(jì)變暖的貢獻(xiàn)以及對(duì)未來(lái)氣候變化趨勢(shì)的判斷。二是關(guān)于氣候系統(tǒng)對(duì)二氧化碳濃度的敏感性問(wèn)題，它是將全球變暖歸因于人類(lèi)活動(dòng)的理論基礎(chǔ)。三是氣候模式的模擬能力。作為氣候變化研究的主要工具，它直接影響到未來(lái)預(yù)估情景的可靠性，雖然經(jīng)過(guò)改進(jìn)，模擬結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間的差異顯著減少，但有些差異仍然過(guò)大。四是“2℃閾值”的自然和社會(huì)影響程度的科學(xué)認(rèn)識(shí)。五是氣候系統(tǒng)的年代際自然變率。六是綜合觀測(cè)和數(shù)據(jù)集成研究。長(zhǎng)時(shí)間、高質(zhì)量的觀測(cè)資料及其與地球系統(tǒng)模式的同化有助于減少對(duì)全球變化認(rèn)識(shí)的不確定性。因此，有必要建立高質(zhì)量、連續(xù)、均一、綜合的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)全球變化關(guān)鍵參數(shù)和過(guò)程的多變量聯(lián)合觀測(cè)研究，海量數(shù)據(jù)的同化、融合技術(shù)與集成應(yīng)用及數(shù)據(jù)共享機(jī)制研究。應(yīng)對(duì)全球變化挑戰(zhàn)實(shí)質(zhì)上為人類(lèi)發(fā)展創(chuàng)造了新機(jī)遇，為促進(jìn)人類(lèi)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、改善和恢復(fù)地球生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)人類(lèi)生產(chǎn)和生活方式改變、國(guó)際與區(qū)域間人類(lèi)社會(huì)和諧發(fā)展提供了條件。

來(lái)源出版物：科學(xué)通報(bào), 2013, 58(21)： 2100-2106

入選年份：2017

腸道菌群影響宿主行為的研究進(jìn)展

羅佳，金鋒

摘要：腸道內(nèi)定植了數(shù)量眾多、種類(lèi)豐富的腸道菌群，它們和宿主間形成了互利共生的關(guān)系，對(duì)宿主的健康產(chǎn)生著重大影響。近年來(lái)，隨著對(duì)腸道菌群調(diào)控作用研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)腸道菌群不僅調(diào)控腸道活動(dòng)，還影響宿主的腦功能和行為。 腸道菌群通過(guò)腸-腦軸調(diào)控宿主行為，而腸-腦軸是由免疫、神經(jīng)內(nèi)分泌和迷走神經(jīng)途徑構(gòu)成的腸道和腦之間的交流系統(tǒng)。相關(guān)的動(dòng)物研究提供了腸道菌群調(diào)控宿主行為的直接證據(jù)。目前調(diào)控腸道菌群的實(shí)驗(yàn)方法主要有無(wú)菌飼養(yǎng)、腸道病原菌感染、抗生素處理和服用益生菌。研究發(fā)現(xiàn)，與正常動(dòng)物相比，腸道菌群發(fā)生改變的動(dòng)物（無(wú)菌動(dòng)物、腸道病原菌感染以及被抗生素和益生菌處理過(guò)的動(dòng)物）在行為（焦慮、抑郁和認(rèn)知行為等）和神經(jīng)生化上發(fā)生了明顯的改變。例如，無(wú)菌動(dòng)物具有過(guò)度的應(yīng)激反應(yīng)、以及相關(guān)腦區(qū)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）、5-HT和谷氨酸受體（NR）的表達(dá)異常?？股靥幚韯t增加了小鼠在明暗箱測(cè)試中的探索行為、減少了穿梭的潛伏期以及提高了海馬和杏仁核中BDNF的水平。腸道檸檬酸桿菌感染會(huì)導(dǎo)致小鼠的焦慮行為和迷走神經(jīng)節(jié)c-FOS蛋白表達(dá)的增加。益生菌鼠李糖乳桿菌可以改善應(yīng)激小鼠的焦慮和抑郁行為，并恢復(fù)伽馬氨基丁酸（GABA）A和GABAB受體在海馬、下丘腦、杏仁核和前額葉的正常表達(dá)水平。平衡的腸道菌群可以促進(jìn)宿主的身心健康，而腸道菌群失調(diào)則可能引發(fā)腸-腦疾病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。人類(lèi)常見(jiàn)的腸-腦疾病包括腸易激綜合征（IBS）、炎性腸道疾病（IBD）和肝性腦?。℉E）。這類(lèi)疾病不僅具有明顯的腸道癥狀（如排便異常、消化不良、腹痛、腹脹和腸道炎癥等），同時(shí)還伴有焦慮、抑郁和認(rèn)知功能減退等神經(jīng)精神癥狀。已有大量的研究發(fā)現(xiàn)，腸-腦疾病患者的腸道菌群發(fā)生了顯著改變，且腸道菌群失調(diào)會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物出現(xiàn)類(lèi)似于人類(lèi)的腸-腦疾病。此外，腸道菌群失調(diào)還可能導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）疾病。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)很可能是導(dǎo)致多發(fā)性硬化癥、精神分裂、慢性疲勞綜合征、阿爾茲海默癥和帕金森癥等的重要原因。因此，對(duì)于腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的心理和精神異常，調(diào)節(jié)和恢復(fù)正常腸道菌群的療法可能更直接和安全有效。服用益生菌被認(rèn)為是促進(jìn)心理健康的潛在有效措施，因?yàn)樗悄c道內(nèi)的有益微生物，有利于改善胃腸道環(huán)境和維護(hù)腸道菌群平衡，常見(jiàn)的有乳酸菌和雙歧桿菌。動(dòng)物和臨床研究的結(jié)果表明，益生菌能夠降低焦慮和抑郁、提高認(rèn)知能力，改善自閉癥、多發(fā)性硬化癥、阿爾茲海默癥和帕金森癥等，有益于人類(lèi)的心理健康深入了解腸道菌群對(duì)宿主行為的影響，有助于更好地理解腸易激綜合征和多發(fā)性硬化癥等的發(fā)病機(jī)理，并認(rèn)識(shí)到調(diào)節(jié)和恢復(fù)正常腸道菌群的安全有效措施（補(bǔ)充益生菌）是治療精神心理疾病的重要組成部分。

來(lái)源出版物：科學(xué)通報(bào), 2014, 59(22)： 2169-2190

入選年份：2017

可穿戴式柔性電子應(yīng)變傳感器

蔡依晨，黃維，董曉臣

摘要：研究背景：近年來(lái)，柔性電子應(yīng)變傳感器件發(fā)展迅速，可以用于檢測(cè)各種人體生理活動(dòng)，包括較大幅度的手、胳膊和腿的彎曲移動(dòng)以及較小幅度的呼吸、吞咽、發(fā)聲時(shí)肌肉震動(dòng)、血壓和眼壓等?？纱┐麟娮觽鞲衅饕孕盘?hào)傳導(dǎo)的形式將生理活動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可視的電信號(hào)，在人體臨床診斷、健康評(píng)估、健康監(jiān)控、虛擬電子、柔性觸摸屏、柔性電子皮膚,甚至工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。研究現(xiàn)狀：傳統(tǒng)的應(yīng)變電子傳感器件大多基于金屬和半導(dǎo)體材料，受限于其拉伸性和敏感性而不適用于檢測(cè)人體活動(dòng)。與傳統(tǒng)的電子應(yīng)變傳感檢測(cè)器相比，柔性電子應(yīng)變傳感器不僅克服了材料易脆的缺點(diǎn)，并且具較好的生物相容性、可拉伸性、透明性及可穿戴性和連續(xù)檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)。目前報(bào)道的柔性電子應(yīng)變傳感器常用的材料包括：納米粒子、納米線、碳納米管、石墨烯和有機(jī)材料等。其中，基于有機(jī)材料的柔性電子應(yīng)變傳感器的發(fā)展最為迅速，在敏感性方面甚至可以和人體的皮膚相媲美。因此，通過(guò)將柔性電子器件集成并形成活性感知矩陣可以用于制備電子皮膚，應(yīng)用于人工智能機(jī)器人、仿生假體、人機(jī)互動(dòng)系統(tǒng)等人造智能系統(tǒng)。結(jié)論：在柔性電子傳感的眾多應(yīng)用中，電子皮膚的研究最為廣泛。然而人類(lèi)的皮膚是一個(gè)非常敏感的器官，具有集成化、可伸縮的網(wǎng)絡(luò)傳感功能，能夠?qū)⑼饨绲臏囟?、濕度和觸覺(jué)等刺激信號(hào)傳遞到大腦并接收大腦發(fā)送的指令做出反饋，使我們能夠感受環(huán)境變化或避開(kāi)危險(xiǎn)。研究工作者將柔性電子傳感技術(shù)用于可穿戴式電子皮膚并期望其模擬人類(lèi)皮膚感受外界的溫度、壓力、形變或紋理等復(fù)雜信號(hào)，通過(guò)電子皮膚將外界刺激轉(zhuǎn)化為可傳輸?shù)碾娦盘?hào)來(lái)輸出甚至傳達(dá)大腦的命令。為了模擬人類(lèi)皮膚的功能，常用的方法是通過(guò)柔性電子傳感器的多功能化來(lái)提高自身性能，例如：結(jié)合化學(xué)和物理傳感特性、提高生物降解性、增加自供電能力等，通過(guò)不斷的完善和發(fā)展提高其實(shí)際應(yīng)用潛力，進(jìn)而制備可穿戴的電子皮膚。近年來(lái)，柔性電子傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，例如自主人工機(jī)器人技術(shù)，賦予機(jī)器人特殊的接收和發(fā)射信號(hào)的能力，達(dá)到照顧年老體弱人群的目標(biāo)；通過(guò)物理和化學(xué)修飾制備的多功能電子傳感器可以應(yīng)用于電子鼻、電子眼等，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、壓力等外界刺激的監(jiān)控；將電子傳感集成化和模塊化制備成電子芯片，并將其用于電子觸摸屏和智能手環(huán)等。展望：盡管柔性電子應(yīng)變傳感器的發(fā)展非常迅速，但仍需要深入研究和探索其更多的功能和實(shí)際應(yīng)用。下面分別從柔性電子應(yīng)變材料、傳感機(jī)理、器件集成及可穿戴式電子傳感的應(yīng)用等方面對(duì)柔性應(yīng)變電子傳感器的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和比較。

來(lái)源出版物：科學(xué)通報(bào), 2017, 62(7)： 635-649

入選年份：2017