迎接春天拥抱科学

1、doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2014.02.009迎接春天 拥抱科学关毅 (本刊特约记者)HiSeq X Ten系统售价至少1 000万美元(图片来源：Business Wire)要说这两个月来科学界最 抢眼的大事，无疑非科学家首次 发现早期宇宙急剧膨胀的直接证 据莫属。这一突破性的重大发现 有望帮助弄清宇宙诞生之谜。一 些物理学家甚至认为，这是一项 诺贝尔奖级别的发现，可以跻身 过去25年最重要的宇宙学发现之 列。当然与此同时，还有一些科 学进展也让我们无法平静。受控 核聚变研究获得新进展，首次实 现能量总增益，标志着核聚变能 源迈向新时代；基因疗法首次降 伏H

2、IV，或可促“功能性治愈” 艾滋病；个人基因组测序即将进 入千美元费用时代 只想说， 这个春天来得正是时候。个人基因组测序将进入千 美元费用时代花1 000美元就能为个人基因 组测序，这是10多年来许多基因 组测序公司奋斗的目标。现在， 美国一家公司宣布，他们已能够 使这一愿望成为现实。位于圣迭戈的伊卢米纳公司 本周发布消息说，将推出一款叫 做HiSeq X的测序仪，每台售价 100万美元，但一次至少要订购10 台。该公司表示，这一仪器能以不到1 000美元的价格每天为5个 人完成基因组测序。伊卢米纳公司首席执行官 杰伊· 弗拉特认为，该公司打破 了人类基因组学的“音障”，使 世界进

3、入了“基因组学的超音速 时代”，“工厂级别的大规模测 序”成为可能，伊卢米纳也由此 成为首个实现千美元基因测序目 标的公司。美国麻省理工学院生物学教 授埃里克·兰德评论说，这是第一 次有望进行1 000美元的基因组测 序，“让人无比激动”。他说，未来几年，HiSeq X系列测序仪将 使人们有机会更多地从遗传学角 度认识人类疾病。伊卢米纳公司表示，目前已 收到来自韩国Macrogen公司、美 国布罗德研究所和澳大利亚加文 医学研究所的3张订单。该测序仪 将于2014年第一季度发货。对个人基因组进行测序，有 助于获得有关遗传和疾病易感性 的信息，也有助于设计个性化医 疗方案，而千美元费用

4、将使基因 组测序成为可以普及、真正实用 的服务。很多人认为，当测序费 用降至这一程度，个性化医疗时 代将不再遥远。过去 10 多年中，随着技术 的发展，基因组测序的费用以惊 人的速度下降。2003年，人类基 因组计划宣告完成，它用了13年 时间，耗费30亿美元。2007年， DNA双螺旋结构发现者之一的詹 姆斯· 沃森成为世界上拥有个人 基因组图谱的第一人，“破译”组用了2个月时间，耗资100万美 元。不久前，个人基因组测序的 费用降到1万美元左右。受控核聚变研究有新进展首次实现能量总增益受控核聚变是人类安全利用 核能的终极目标。美国研究人员 于2014年2月12日在英国自然 杂志网

5、络版上报告说，他们在受 控核聚变的实验中取得一项关键 进展，首次在核聚变实验“点 火”时实现了能量“盈余”。多个轻原子核(如氘和氚)在 超高温下相互聚合，可生成更重 的新原子核(如氦)，并释放出巨 大能量。太阳持续“燃烧”就是 典型的核聚变反应。人类已经实 现了不受控制的核聚变，如氢弹 的爆炸。但是要想让这种核聚变 能量被有效利用，即实现受控核 聚变，条件却非常苛刻。引发核聚变反应首先要向核燃料中输入能量，即“点火”， 只有让核聚变产生的能量超出 “点火”所消耗的能量，才能将 其作为有效的能量来源。太阳中 心温度高达1 500万，还有巨大 的压力，而在地球上无法获得那 么大的压力，要想“点火”

6、，只 有通过大幅度提高温度来弥补。美国利弗莫尔劳伦斯国家实 验所的研究人员报告说，他们在 实验中先将极少量的氢同位素核 燃料均匀地裹在一个直径mm的 球状颗粒上，核燃料的厚度仅相 当于一根头发丝，然后将小球装 入一个微型“胶囊”。研究人员 利用激光将“胶囊”迅速加热到 比太阳还高的温度，使其内部发 生剧烈爆炸，最终释放出的能量 超出了整个实验所投入的能量， 首次在完成“点火”时实现了能 量“盈余”。研究人员介绍说，此前的 实验中发生内爆后球状颗粒通常 会变形，降低了能量持续产生的效率，而他们取得这一新进展的 关键在于更加精准地控制了核燃 料在球状颗粒表层的铺设，使核 聚变中产生的氦原子核可将能

7、量 再次转移至核燃料中，引发进一 步的核聚变反应，从而产生更多 能量。不过研究人员也指出，实验 中所取得的能量“盈余”十分有 限，要让核聚变反应持续发生， 这一“盈余”必须达到实验所投 入能量的百倍以上，因此受控核 聚变真正为人类所用，仍是一个 “十分遥远的希望”。美科学家在猴子中实现 “阿凡达”式异体控制科幻电影阿凡达中，人 通过脑电波控制可以掌控克隆外 星人“阿凡达”的躯体。美国科 研人员在2014年2月18日报告说， 他们首次在猴子身上实现了这种 异体操控，这一成果有助于未来 帮助瘫痪者重新控制自己的身 体。一个毫米级燃料胶囊(图片来源：Dr. Eddie Dewald)脊髓损伤会阻碍大

8、脑指令信 息向躯体的传递，导致运动能力 受损甚至瘫痪。目前许多科学家 都在研究通过模拟脑电波信号对 受伤脊髓进行电刺激，使伤者的 躯体能重新接收运动指令。美国哈佛大学医学院等机构 研究人员在新一期英国自然- 通讯杂志上报告说，他们在实 验中使用了两只猴子，一只作为 发出指令的“主体”，另一只则 是接收指令、完成动作的“阿凡 达”。研究人员先在“主体”猴子 的大脑中植入一个芯片，对多达 100个神经元的电活动进行监控，记录它支配每个身体动作时的大 脑神经元电活动，而猴子“阿凡 达”脊髓中则植入了36个电极，之初的一段极其短暂的急剧膨胀 时期，即所谓“暴涨”。然而，广义相对论提出近 南极是地球上观

9、测微波背景 辐射的最佳地点之一。研究人员 在这里发现了比“预想中强烈得并尝试刺激不同的电极组合以研百年来，源于它的其他重要预言多”的模式偏振信号，随后经究对肢体运动有何影响。如光线的弯曲、水星的近日点进过3年多分析，排除了其他可能的在实验中，研究人员通过 动以及引力红移效应等都一一被来源，确认它就是原初引力波导仪器将这两只猴子身上的装置相证实，而引力波始终未被直接探致的。研究共同作者、明尼苏达连接，并给“阿凡达”服用了镇测到，问题就在于其信号极其微大学的克莱姆·普赖克说：“这就静剂，使它的身体动作可完全由弱，技术上很难测量，因此也有好像要在草堆里找一根针，结果“主体”的脑活动所控制。

10、它俩人将之戏称为“世纪悬案”“宇我们找到了一根铁撬棍。”的任务是协作使得电脑屏幕上的 光标上下移动，操纵杆掌握在 宙中最大的徒劳无益之事”。 美国哈佛-史密森天体物理对这项发现的意义，哈佛- 史密森天体物理学中心的理论物“阿凡达”手中。结果“主体”学中心等机构物理学家利用架设理学家阿维·洛布说：“这项工作控制“阿凡达”完成这一任务的 成功率高达98。研究人员说，他们的终极目 标是利用此类技术使瘫痪人士重 获运动能力，不过上下移动光标 这种简单能力还远不足以改善瘫 痪患者的生活，而且猴子与人有 很大的机体差异，将这种技术运 用到人体前还需更多研究。在南极的BICEP2望远镜，观测宇 宙

11、大爆炸的“余烬”微波背 景辐射。微波背景辐射是由弥漫 在宇宙空间中的微波背景光子形 成的，计算表明，原初引力波作 用到微波背景光子，会产生一种 叫做模式的特殊偏振模式，其 他形式的扰动，都产生不了这种 模式偏振，因此模式偏振成为一些最基本的问题提供了新见 解：我们为什么会存在？宇宙是 怎么诞生的？这些结果不仅是宇 宙暴涨的确凿证据，它们也告诉 我们暴涨是什么时候发生的，暴 涨的威力又有多大。”过去十多年中，有多个研究 项目在探测原初引力波，包括普 朗克卫星、POLARBEAR地面实听宇宙大爆炸的“余响”科学家首次发现早期宇宙 急剧膨胀的直接证据为原初引力波的“独特印记”。观测到模式偏振即意味着

12、引力 波的存在。验，及位于南极的另一个“南极 望远镜”实验等，其中普朗克卫 星是欧洲航天局于2009年5月发仰望浩渺的星空，人们总是 不由地要问：宇宙从何而来？美 国物理学家2014年3月17日宣布， 首次发现了宇宙原初引力波存在 的直接证据。这将帮助解答宇宙 诞生之谜，被认为是诺贝尔奖级 别的重大成果。原初引力波是爱因斯坦于 1916年发表的广义相对论中提出 的，它是宇宙诞生之初产生的一 种时空波动，随着宇宙的演化而 被削弱。科学家说，原初引力波 如同创世纪大爆炸的“余响”， 将可以帮助人们追溯到宇宙创生位于南极的BICEP2设备发现了来自宇宙最初的引力波信号(图片来源：Steffen Ri

13、chter/Harvard University)射、造价约亿欧元的全天域微 波背景辐射观测望远镜。新发现到1 s，并且从地球上看，其亮度 几乎与北极星没有差别，因此当4756 m。Brown说：“我希望 一架月球探测器能够找到这个陨不仅填补了广义相对论实验验证时如有人正好望向月球可能会看石坑并测量它的大小，从而了解中最后一块缺失的拼图，让现代到撞击产生的强光。更多有关此类陨石撞击的物理学物理学的根基更加坚实，也会鼓据科学家介绍，该撞击事件知识。”舞引力波研究人员的士气，促进发生于2013年9月11日，他们在报告这一观测结果的研究团有关国家进一步加大投入。新一期的英国皇家天文学会月队成员之一、

14、韦尔瓦大学天文学美国亚利桑那州立大学理 刊上报告了这一发现。家José Maria Madiedo指出，这一论物理学家劳伦斯· 克劳斯说， 陨石与月球剧烈碰撞产生的发现改变了之前对于这样大小的虽然这项成果还需要得到进一步热量引发了闪光，并熔化了月球陨石撞击月球表面频率的估计。验证，但“无论怎样，都令人激表面的岩石。研究人员推断，此他说：“这意味着相同大小的陨动”。如被证实，将“可以跻身次碰撞产生了相当于15 t TNT炸石对于地球的撞击可能也将更加过去25年最重要的宇宙学发现之 列”，有望获得诺贝尔奖。药爆炸所释放的能量。这一数值 比之前的记录美国航空航天频繁。”Madie

15、do说，这次撞击的亮值得一提的是，尽管直到广局(NASA)科学家于2013年3月测度、规模都是有记录以来最大 义相对论发表近百年后的今天，得的数值高出3倍，当时那块的，希望NASA不久后可以进一神秘的引力波才向人们一展真面陨石的重量约为40 kg。步证实这个巨大撞击坑的存在。目，但在此之前人们已经间接观研究人员推断，这颗陨石直但Brown则表示，对于陨石撞击测到它的存在。1974年，美国物 理学家乔瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫径0.61.4 m之间，其质量约为400 kg，撞击月球时速度达到每频率的估计可能会受到此类剧烈 事件可用统计资料匮乏的影响。尔斯首次发现一个双星系统。在

16、这个系统中，两颗中子星亲密环 绕并变得越来越接近，这意味着 两颗星正在损失能量。由于其轨 道变化与相对论的预测完全吻 合，两名科学家认为能量正在以小时6.1万km。这一撞击事件最初是由位于 西班牙南部的“月球撞击监测和 分析系统”(MIDAS)所发现的。 MIDAS是一套由两架望远镜组 成的系统，它们分别安置于塞维月球没有大气层，因此陨石不 会经历摩擦燃烧而是直接撞击到月 球表面，此前频繁的陨石撞击已经 让月球表面“伤痕累累”，并形成 了独特的环形坑地貌。引力波的形式释放，这一发现让 他们获得了1993年的诺贝尔奖。月球遭遇迄今所见最大 陨石撞击肉眼可见 时长8 秒 亮如北 极星西班牙天文学家

17、于2014年2 月24日报告说，他们观测到了迄 今为止一枚陨石对月球表面最剧 烈的撞击事件。根据该团队的描述，撞击的 余晖持续了破纪录的8 s，而通常 月球遭遇的陨石撞击持续时间不利亚和西班牙托莱多，两者能够持续不断地监测月球表面的撞击 事件。并未参与此次月球观测的加 拿大伦敦市西安大略大学陨石物 理学家Peter Brown表示：“这是 一个非常明亮、长时间、充满活 力的事件，说它是有史以来最亮 的事件也不为过。”Brown曾对 去年在俄罗斯发生的陨石事件进 行过研究。这枚陨石坠落于月球表面一 个名为“云海”的区域，后者是 一个巨大的火山盆地。研究人员 估计，撞击形成的陨石坑直径为NASA“

18、打包”发现系外 行星新增715颗，总数达1 750颗天文学家日前宣布，由 NASA的开普勒空间望远镜发现 的715颗候选太阳系外行星被证实 为行星。这一“富矿带”几乎使 由开普勒望远镜发现并已确认的 外星世界的数量增加了4倍，同 时将已知太阳系外行星的总数从 1 035提升至1 750。加利福尼亚州莫菲特场 NASA埃姆斯研究中心的开普勒 研究人员Jack Lissauer表示，这些发现为研究系外行星的统计特征 提供了一个新数据的母矿，同时 为找到一个像地球这样的行星带 来了好兆头。Lissauer强调，这些天体都属 于多行星系统这有助于快速确 定候选系外行星的属性。他和同 事、加利福尼亚州山

19、景城SETI研 究所的Jason Rowe，在即将出版的天体物理学杂志上以两篇论文 的篇幅描述了他们的分析结果。研究人员表示，过去科学家 寻找系外行星通常是“一个一个 分析的艰苦过程”，一次只能发 现一颗或少数几颗，而他们利用开普勒空间望远镜的新发现使得已知系外行星的数量达到1 750颗 (图片来源：NASA/JPL-Caltech)一颗恒星通常有多颗行星绕转的 特点，开发出一种“多重确认” 统计学技术，使得一次性“大批 量”确认系外行星成为可能。这份根据开普勒望远镜在 20092011年采集的数据编纂的 新系外行星花名册意味着，多行 星系统在空间望远镜持续监控的 15 万颗恒星中是相对较为常

20、见 的。Rowe指出，这些系外行星中 约95%的大小介于地球与海王星 之间，最新的发现中有4颗系外 行星的母星位于“宜居带”中。 宜居带温度条件适宜，理论上其 表面可保有适宜生命存在的液态 水。但这4颗天体的大小均为地球 大小的2倍左右。这715颗行星分布在约305个 多行星系统中，并配有太阳系的 类地行星所具有的圆形轨道，但 排列要更加紧密。Rowe认为，尽管许多系外行 星都比地球大，但这些系外行星 系统“类似于内太阳系按比例缩 小的版本，使得我们有机会着眼 于开普勒数据集，并从我们所处的环境中获得线索”。并未参与此项研究的华盛顿 哥伦比亚特区卡耐基科学研究所 的行星猎人Alan Boss认

21、为：“这些 新发现进一步强化了这样一种理 念，即类似于地球的系外行星在 我们的宇宙中是很常见的，尽管 它们依然很难被发现和描述。”剑桥市麻省理工学院天体物 理学家Sara Seager提到，这笔有 关系外行星的“意外之财”凸显 了开普勒望远镜的主要发现 “小行星在我们的星系中是很常 见的”。Lissauer认为，与单行星系统 相比，在多行星系统中，如果一 颗地球大小的行星围绕一颗类似 太阳的恒星运转，那么它将比前 者更容易被发现。这样的系统将 成为NASA计划于2017年发射升 空的凌日系外行星调查卫星的首 要目标。开普勒望远镜于2009年3月发 射升空，是世界上首个专用于搜寻 系外类地行星的

22、航天器。2013年， 开普勒望远镜团队曾发现，银河系中大约有400亿颗类似太阳的恒星，其中大约每5颗就有一颗拥有 类似地球的行星。然而不幸的是， 在经过数个月的努力后，NASA于 2013年8月15日宣布放弃修复开普 勒望远镜。该设备由此结束搜寻系 外行星的主要任务，但它仍可能被 用于其他科研工作。3万年冻土中复活迄今最 大病毒仍具传染性，对人与动物 无害这看起来就像是一部情节简 单的低成本科幻电影科学家 日前复活了一种埋藏在西伯利亚 冰层中达3万年之久的巨大病毒， 并且要命的是，后者居然还具有 传染性。还好，它的目标仅仅是 阿米巴虫，但是研究人员推测， 一旦地球上的其他冰层融化，将 造成远古

23、病毒的大回归，这将对 人类健康构成潜在威胁。这种新近解冻的病毒是迄 今发现的最大病毒。它有1.5 mm 长，堪比一个小型细菌的大小。法科学家从永冻土中复活3万年前巨病毒(图片来源：Julia Bartoli & Chantal Abergel; Information Génomique et Structurale, CNRS-AMU)自我复制，而不是像其他病毒那 样“接管”细胞核。其蛋白质只 有 1/3 与其他病毒类似。同时让 研究人员感到惊讶的是，这种病 毒的基因组( 仅有 500 个基因) 比 Pandoraviruses小得多，尽管前者 的体形要比后者大得多。“这种

24、巨大的微粒基本上是 中空的。”Claverie说，“我们认 为病毒的一种性质是将DNA尽可 能紧密地塞进最小的微粒中，然 而与任何噬菌体(能够感染细菌的 病毒)相比，这个家伙的紧密度只 是前者的1/150。我们不能理解这 是为什么。”主持这项研究的法国马赛大学 夫妻档进化生物学家Jean-Michel Claverie和Chantal Abergel将这种 病毒命名为Pithovirus sibericum， 其灵感来自于希腊语“大口陶瓷 坛”古希腊人用来存储酒和 食物的大容器。Claverie说：“我 们是法国人，因此我们必须要在 故事里加一点儿红酒。”研究人 员在美国国家科学院院刊上 报告

25、了这一研究成果。Claverie和Abergel之前曾发 现了其他所谓的巨病毒，包括在 2003 年发现的第一种病毒名为 Mimivirus以及在2013年发现的另 外两种Pandoraviruses。并未参与 该项研究的加拿大温哥华市大不 列颠哥伦比亚大学病毒学家Curtis Suttle表示：“又一次，这个研究 团队让我们对巨病毒的多样性大 开眼界。”在各种病毒中，巨病毒的块 头名列前茅，常寄生在水生阿米 巴虫体内。研究人员指出，这项 研究说明病毒能在永冻土中存活 极长时间。随着永冻土因全球变暖融化，存在古代危险病毒从永 冻土中复活的可能性。2年前，Claverie和Abergel的 研究

26、团队得知，科学家从埋藏于 俄罗斯西伯利亚具有3万年历史 的永久冻土中复活了一种古老植 物。Claverie说：“如果能够复活 一种植物，那么我想是否也能够 复活一种病毒。”利用俄罗斯科 学家从该国东北部冻原地下30 m 深处采集的永冻土样本，他们以 阿米巴虫( 这些病原体的典型目 标)为诱饵寻找巨病毒。随着阿米 巴虫的死亡，研究人员在其体内 发现了一种巨病毒粒子。这说明 该病毒仍具有复制及感染能力。 不过研究人员表示，这种病毒对 人和其他动物无害。研究人员在显微镜下发 现，Pithovirus看起来是一个一 端开口的厚壁椭圆形生物，与 Pandoraviruses很像。Abergel强 调，尽

27、管形状很类似，但“它们 完全是两类不同的病毒”。Pithovirus具有一种蜂窝状 结构。它会在宿主细胞质中完成Claverie和Abergel担心，随 着全球气温上升以及北极开采和 钻井作业，会解冻许多仍然具有 传染性的更古老的病毒，可以想 见，这将对人体健康构成威胁。但Suttle指出，人体每天都 会吸入数千种病毒，而当他们游 泳时则会咽下数十亿的病毒。冰 川融化会释放有害的病毒以及这 些病毒的传播足以影响人类健康 的想法,“将科学理性延伸至极 限”，但他说：“相比之下，我 更关注随着海平面的上升，有多 少人会因此而搬迁。”基因疗法首次降伏HIV 或可促“功能性治愈” 艾滋病一项临床试验日

28、前表明，一 种基因编码技术对于人类而言是 安全且有效的。这是研究人员第 一次使用一种名为锌指核酸酶的 酶瞄准并破坏了12名艾滋病病毒 (HIV)携带者免疫细胞中的一种基 因，从而增强了他们抵抗病毒的 能力。该项研究成果发表在2014年3月6日出版的新英格兰医学 杂志上。美国加利福尼亚州杜瓦迪市希 望之城国家医学中心贝克曼研究所 分子生物学家John Rossi说：“这是 HIV基因疗法的第一个重大进步， 因为它证明了柏林病人Timothy Brown如何远离HIV。”2008年，研究人员报告说， 当他们用携带着一种名为CCR5 的基因突变的骨髓干细胞治疗 Brown后，后者获得了控制其HIV

29、感染的能力，Brown在德国柏林 被移植携有CCR5突变基因的骨髓 后，其HIV检测一直呈阴性，他 也因此成为医学界公认的艾滋病 “治愈”第一人。大多数HIV毒株利用一种被HIV利用被CCR5基因编码的一种蛋白质攻击名为T细胞的一种免疫细胞 (图片来源：NIBSC/Science Photo Library)CCR5编码的蛋白质作为进入宿 主免疫系统T细胞的途径，而那 些携带了该基因变异拷贝的人群包括Brown的捐献者便 获得了对HIV的抗性。组4周后开始停止服用抗逆转录病 毒药物12周。在停药的6名感染者 中，有4人体内的HIV数量变少， 还有1人病毒检测结果呈阴性。研 究人员后来发现，这名

30、感染者体为他们可能最终发现了泰坦(土卫 六，土星最大的卫星)海洋中的波 浪涟漪。一旦得到证实，这将成 为科学家首次在地球之外发现的 海浪。然而类似的治疗对于大多 内本来就有CCR5突变基因。20122013年，美国宇航局数HIV感染者而言并不是可行的June指出，这项研究表明，(NASA)的卡西尼号探测器在泰坦的这是侵入性的，并且人体有可以安全有效地改造HIV感染者一处碳氢化合物海洋蓬加海的可能攻击供体细胞。因此由费 自身的T细胞，模拟针对HIV的表面，发现了几处不同寻常的太阳城宾夕法尼亚大学免疫学家Carl抵抗性，这些细胞注回感染者体反光。莫斯科市爱达荷大学行星学June和Pablo Teb

31、as率领的一个研内后会维持一段时间，即使不服家Jason Barnes表示，这些反光可能究小组考虑利用靶基因编辑技 药也能将HIV拒之门外。“这使来自于正在“扰乱”平静海洋的不术，在患者自身的细胞中创造一得我们更加相信”，改造T细胞超过2 cm高的小波纹。种有益的CCR5突变。是免于终身使用抗逆转录病毒药Barnes在2014年3月17日召开研究人员报告说，他们从12物、促使“功能性治愈”艾滋病的月球与行星科学大会上公布了名HIV感染者体内提取未被感染的的关键。“功能性治愈”是指感这一发现，而同时发表的另一份T细胞，并对该细胞的CCR5基因进染者停止治疗后，也难以在其血报告暗示在泰坦的其他海洋中也行改造，让HIV无法通过其合成的液中检测出某病毒。存在波浪。CCR5蛋白质受体进入这些细胞。研究人员把改造后的T细胞“海洋学将不再是一门地研究人员希望在接下来的几年中会出现更多的波浪，因为随注回感染者体内，每人一次性注 入100亿个T细胞。这12名感染者球科学”泰坦首现地外“涟漪”着泰坦从冬季进入春季，预计将 有更多的风出现在这颗卫星的北被分为两组，每组6人，其中一经过多年搜索，行星学家认半球其大部分海洋恰好位于卡西尼号探测器在泰坦海洋中可能发现了波浪(图片来源：NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Uni