據(jù)美國《探索》雜志報道，《探索》雜志日前評出了引領(lǐng)當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的最重要的六大實驗，它們均與現(xiàn)階段熱門科研話題密切相關(guān)，如暗物質(zhì)、環(huán)境保護(hù)、基因研究等。以下是這六大科學(xué)實驗的詳細(xì)情況。

暗物質(zhì)實驗

宇宙中有無數(shù)等待人類去探索的秘密，暗物質(zhì)就是其中一個。過去75年，科學(xué)家一直在努力尋找暗物質(zhì)的粒子，但迄今一無所獲。今年，他們也許能從深埋于意大利中部山洞的冰冷液體中找到答案。意大利格朗薩索小組正在準(zhǔn)備進(jìn)行XENONl00實驗，實驗雖簡單卻擁有遠(yuǎn)大目標(biāo)：記錄下弱相互作用大質(zhì)量粒子撞向液態(tài)氙原子核，引發(fā)光閃和電荷的一刻。領(lǐng)導(dǎo)實施這項研究的哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家埃琳娜·阿普莉萊顯得信心十足：“我們絕對能看到這些物理現(xiàn)象?！?/p>

根據(jù)最新的理論和發(fā)現(xiàn)，宇宙中暗物質(zhì)的數(shù)量是構(gòu)成我們普通世界的原子物質(zhì)數(shù)量的6倍。盡管每秒鐘都有無數(shù)暗物質(zhì)從我們身邊經(jīng)過，但它們無影無蹤，我們根本看不到它們的蹤影；它們不帶電荷，與原子物質(zhì)問的相互作用并不頻繁，科學(xué)家能發(fā)現(xiàn)它們的唯一途徑就是布下一個“天羅地網(wǎng)”。目前，全球約有10個科學(xué)小組正在從事類似研究，但XENONl00實驗是迄今保密措施做得最好的。所有實驗人員均在地表以下從事研究，避免探測器遭到輻射。

意大利格朗薩索國家實驗室位于一座山頂下4600英尺深處。XENONl00是阿普莉萊之前關(guān)于暗物質(zhì)實驗XE—NONl∞的增強版，這次實驗使用液態(tài)氙(室溫下存在的惰性氣體)捕捉弱相互作用大質(zhì)量粒子。XENONl00探測器是一種不銹鋼圓柱體，外面是由兩種鉛和一層聚乙烯打造的保護(hù)性“城堡”。330磅的液態(tài)氙在里面將被冷凍至零下140華氏度。氙擁有一個獨具魅力的特性：一旦wlMP粒子撞向其原子核，它會釋放出瞬間的閃光。圓柱體頂部的一套傳感器會記錄下這一信號，同時頂部的傳感器會探測WIMI’粒子釋放的電子。通過分析上述兩個信號及測量它們的時間間隔，研究人員便能以三維形式鎖定圓柱體內(nèi)撞擊點位置。

暗物質(zhì)并不見得就是由wlMP粒子構(gòu)成，但它們當(dāng)仁不讓是重要候選之一，因為WIMP粒子的存在會填補粒子物理學(xué)理論固有的漏洞。為解決這一矛盾，科學(xué)家提出，所有粒子都有質(zhì)量超大的對應(yīng)物或“超級伙伴”。粒子即便質(zhì)量是質(zhì)子的50倍，但在“超級伙伴”之中也是最輕的。它是WlMP粒子的重要候選。如果XENONl00實驗最終揭開了粒子之謎，這將是人類科學(xué)史上的重要一步。耶魯大學(xué)物理學(xué)家、XENONl 00小組成員丹尼爾·麥克金賽說：“如果我們找到了暗物質(zhì)，我們會發(fā)現(xiàn)，地球原來并不是由構(gòu)成大部分宇宙的物質(zhì)所形成的?！?/p>

“藍(lán)色大腦”計劃

科學(xué)家試圖憑借電腦模型來攻克科學(xué)中最難理解的幾個概念：宇宙起源、原子行為及地球未來氣候。如今，科學(xué)家又在設(shè)計一個用于顯示人腦活動的電腦模型。瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院大腦認(rèn)知學(xué)研究所的神經(jīng)科學(xué)家亨利·馬克拉姆辛勤耕耘15年，成功繪制出老鼠大腦細(xì)胞圖，這樣，他就能制造出模擬人腦神經(jīng)元的系統(tǒng)。馬克拉姆希望，在lBM公司的幫助下，在2015年開發(fā)出一個虛擬人腦，它擁有人腦所有的1000億個神經(jīng)元，他將該計劃命名為“藍(lán)色大腦”計劃。IBM公司的綽號是“藍(lán)色巨人”、顯然“藍(lán)色大腦”計劃中的“藍(lán)色”兩字就來自于這個綽號。

科學(xué)家目前依舊對人腦許多最基本的功能不了解，如記憶、大腦疾病基本原理及治療等等。馬克拉姆的模擬系統(tǒng)以電子形式反映真實大腦的生物行為，利用數(shù)學(xué)原理模擬神經(jīng)元之間的相互作用及神經(jīng)傳遞素對這些細(xì)胞的影響。另外，這個模型經(jīng)過調(diào)整，還能探究不同尋常的生理學(xué)變化(如大腦左半球亢奮或海馬狀突起功能遭削弱)和環(huán)境變化(如服藥的影響)。隨后，研究人員可通過電腦圖像對數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。

馬克拉姆說：“我們正在打造一個萬能模板，它能讓我們依據(jù)任何規(guī)格再造一個大腦?！眑BM公司收集了海量數(shù)據(jù)，設(shè)計完成一臺功能強大的超級電腦，一個在超級計算機設(shè)計方面從根本上革新的系統(tǒng)。這臺電腦的運算能力達(dá)到每秒22萬億次，如此強大的運算速度使其位居世界頂級超級計算機之列。

然而，馬克拉姆的很多同事認(rèn)為，他的這種努力簡直是癡心妄想，因為此類模擬系統(tǒng)無論多么先進(jìn)，都不能揭開真正大腦所有功能的謎底。馬克拉姆承認(rèn)：“人們認(rèn)為這是不可能的，他們認(rèn)為我們對大腦的了解不夠，不足以設(shè)計出這種模擬系統(tǒng)?！辈贿^，他表示。隨著“藍(lán)色大腦”計劃在今后幾年的不斷完善，大腦“電路”之謎終將揭開。如果“藍(lán)色大腦”計劃小組獲得成功，科學(xué)家將首次掌握頗具意義的人腦物理模型。

“地球時間”計劃

大約2. 5億年前，一場大災(zāi)難使地球上90％的生命滅亡，這一災(zāi)難被稱為“二疊紀(jì)一一三疊紀(jì)之交生物滅絕事件”。與此同時，體積相當(dāng)于圣海倫斯火山100萬倍的一系列火山噴發(fā)，空中彌漫著塵埃和氣體，火山熔巖覆蓋了方圓500萬平方公里的地方?；鹕絿姲l(fā)是否是造成生物滅絕的罪魁禍?zhǔn)?答案取決于此類地質(zhì)事件發(fā)生的最早時間及持續(xù)時間，目前科學(xué)家對此一無所知。

美國伯克利地球年代學(xué)研究中心主任保羅·雷涅說，這是有關(guān)地球歷史的最大疑問之一，“我們對因果關(guān)系的辯論往往取決于時間選擇。”這就是他和全球數(shù)百位科學(xué)家加入“地球時間”計劃的原因，這一近10年之久的努力通過重新定義科學(xué)家所用測算時間的方法，確定地球歷史上一系列重大事件的時間順序。這一計劃由美國麻省理工學(xué)院地質(zhì)專家薩姆-鮑爾林和美國國家自然歷史博物館古生物學(xué)家道格拉斯·歐文聯(lián)合發(fā)起。鮑爾林說：“如果我們確實想要了解地球歷史，那么必須改善測定年代的工具?！?/p>

過去10年間，這種工具變得異常精確。上世紀(jì)70年代，科學(xué)家使用放射性同位素定年法，將一塊距今1億年的巖石年代精確到百萬年。今天，鮑爾林及其同事們已將一些巖石的地質(zhì)年代的準(zhǔn)確率保持在10萬年之內(nèi)。然而，由于一些小誤差，科學(xué)家的努力始終不能更進(jìn)一步。盡管采用相同的定年法，但由于各實驗室使用不同的材料和方法，導(dǎo)致實驗結(jié)果不同。如今，科學(xué)手段越來越精確，因?qū)嶒炇д`造成的小小偏差均會引發(fā)巨大分歧。雷涅說：“工欲善其事，必先利其器，所以，我們一定要提高工具的精確度，力爭將失誤降低到最低程度”。

“地球時間”計劃的目標(biāo)是使研究時間的科學(xué)家所用的眾多“時鐘”保持同步，隨后利用它們?yōu)榈厍驓v史造出一部超精確的“年表”。為實現(xiàn)這一目的，鮑爾林及其同事們將一批被稱為“標(biāo)準(zhǔn)”(已知年代的石塊樣本)的參考資料和“追蹤器”(少量成分已知的同

位素)分發(fā)下去，幫助不同實驗室的結(jié)果保持一致。直到目前，各實驗室還在使用不同的“標(biāo)準(zhǔn)”和“追蹤器”，導(dǎo)致所得結(jié)果存在差異。鮑爾林希望，通過賦予每個科學(xué)家相同的“起跑點”，徹底消除這種問題。

種檀森林計劃

在馬來西亞的島嶼婆羅洲，樵夫，環(huán)保學(xué)家和土著居民共同對土地使用的新模式展開了一場實驗，目的是使各方都能獲益。如果他們的計劃成功，世界上其他的熱帶雨林就能夠復(fù)制此方法，生物多樣性就能得到保護(hù)。與此同時，當(dāng)?shù)鼐用襁€可以享受到多產(chǎn)的土地帶來的經(jīng)濟(jì)利益。

在這種大背景下，馬來西亞沙撈越州政府授權(quán)啟動了種植森林計劃。該計劃的目的是為了既發(fā)展經(jīng)濟(jì)，又使野生動物得到保護(hù)，同時還能使當(dāng)?shù)鼐用裼型恋乜捎谩ｑR來西亞政府為該計劃撥出約4800平方公里的土地。其中近一半專門用于采伐阿拉伯膠樹——種生長迅速、可以用于造紙的樹木；另外有30％以上的土地將用于生態(tài)保護(hù)；剩下的土地留給當(dāng)?shù)赝林用穹毖苌ⅰ?/p>

馬來西亞生物學(xué)家羅伯特·斯特賓表示，這一計劃的靈感來自于政府規(guī)劃種植阿拉伯橡膠樹區(qū)域圖。其中一些地區(qū)用于采伐森林，剩余部分的森林則維持現(xiàn)狀。斯特賓意識到，這種分塊模式可用作本地動植物的“避難所”。他解釋：“即便整個棲息地得不到保護(hù)，只要你有足夠的林木和空地，而且這些都連成一片，生物多樣性也能夠得到合理利用。”

斯特賓與樵夫、沙撈越邦政府林業(yè)部門合作，將連接林業(yè)保護(hù)區(qū)的土地劃成多條走廊，以便野生動物在其間活動。其他一些保護(hù)和開發(fā)項目也在利用受保護(hù)的走廊通道，作為拯救本地物種之策。

研究人員現(xiàn)已統(tǒng)計出野豬、鹿、小型哺乳動物、鳥類、青蛙、魚類和蜻蜓等動物的數(shù)量，目前正在調(diào)查菌類的數(shù)量。他們還詳細(xì)記錄下經(jīng)確認(rèn)的所有物種的情況，如發(fā)現(xiàn)的地點，是否屬本地物種，在當(dāng)?shù)鼗驀H上的受保護(hù)地位。盡管之前林區(qū)遭到采伐，但研究人員還是發(fā)現(xiàn)了400多種脊椎動物的身影，如熊、麝貓、短尾猴、美洲豹、貓鼬、穿山甲等。甚至發(fā)現(xiàn)了18只以前未知的蝸牛。

海洋生物大普查

浩瀚的大海中都生活著哪些生物72000年，這個看似簡單的問題卻引來了一項耗資6. 5億美元的研究項目，該項目將對所有海洋生物進(jìn)行分類記錄，如植物、動物、細(xì)菌和真菌。美國羅格斯大學(xué)生物學(xué)家，海洋生物調(diào)查計劃科學(xué)指導(dǎo)委員會主席弗雷德·格拉斯勒說：“我們對海洋生物多樣性根本一無所知。無論是珊瑚礁、深海海底，抑或是生活在沿海偏僻地區(qū)的生物，我們知之甚少?！蓖ㄟ^幫助研究人員確認(rèn)遭受威脅的物種和棲息地，海洋生物大調(diào)查可以讓人類更好地保護(hù)海洋資源。新發(fā)現(xiàn)的生物堪比一座天然“化合物金山”，可用于制藥或工業(yè)應(yīng)用。

詳細(xì)調(diào)查全世界的海洋生物肯定需要大量時間。于是，來自80多個國家的2000余名調(diào)查人員分成1 7個小組，對珊瑚礁、大陸架、海洋中心山脊等進(jìn)行分門別類地調(diào)查。另外，他們還實施了其他一系列的研究，如用拖網(wǎng)取出浮游生物；給大型海洋食肉動物掛上標(biāo)牌以跟蹤它們的洄游；排列海水中微生物的DNA；用拖網(wǎng)搜尋海底生物。此次海洋生物大普查的規(guī)模超過了以往任何的生物調(diào)查，如今，這一調(diào)查已進(jìn)入了第七個年頭，格拉斯勒稱調(diào)查工作正按計劃有條不紊地進(jìn)行。

目前，科學(xué)家已經(jīng)確定了大約5300種之前未知的生物體，每一種將詳細(xì)記錄在“海洋生物大普查”海洋生物地理信息系統(tǒng)中，我們可以免費登錄查找相關(guān)信息。加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)海洋生態(tài)學(xué)家保羅·斯尼爾戈羅夫說，科學(xué)家面臨的長期挑戰(zhàn)將是，在這一計劃的主要調(diào)查工作于2010年結(jié)束之后，如何繼續(xù)調(diào)查新發(fā)現(xiàn)生物體的生態(tài)重要性。他說：“調(diào)查工作的頭10年一直集中于發(fā)現(xiàn)海洋生物，下一步將是探究這些生物的活動以及它們對地球運轉(zhuǎn)的重要性?！?/p>

人造生命計劃

上世紀(jì)90年代中期，備受爭議的基因組研究先鋒克雷格·文特爾宣稱，在政府科學(xué)家成功破譯人類基因組前，他和同事也許早已完成這一科學(xué)創(chuàng)舉。當(dāng)時很多人認(rèn)為文特爾狂妄至極，是不折不扣的科學(xué)狂人。不過如今看來，他并非只是造聲勢，起碼眼下與政府科學(xué)家打了個平手：2000年以來，兩個科研小組都提供了越來越精確的基因組圖譜。文特爾剛剛公布了一個人(他本人)的基因組序列，其中包括他遺傳自父母的所有染色體。

盡管人類基因組排序在當(dāng)今屬于科研熱門，但文特爾領(lǐng)導(dǎo)實施的另一項實驗可能使之黯然失色。在克雷格·文特爾研究所和他的生物技術(shù)公司正從事“合成基因?qū)W”研究，科學(xué)家們正試圖從零開始制造基因組。文特爾在其回憶錄《破譯一生》中稱：“我打算通過人造生命來表明我們了解‘生命鑰匙’的態(tài)度?！蔽奶貭栐?002年首次對外宣布了這個計劃，此后便廢寢忘食，為實現(xiàn)這一宏偉的科學(xué)目標(biāo)而努力。

文特爾“人造生命計劃”的第一步是：確定微生物在實驗室里生存所需的最少數(shù)量的基因。然后，科學(xué)家從原材料中合成這個最小的基因組，將其植入宿主細(xì)胞。此時，基因組可以自力更生，生成其所需蛋白質(zhì)，逐漸把細(xì)胞轉(zhuǎn)化為新生命。為合成最小的基因組，文特爾開始著眼于他和同事研究多年來的一種微生物——種名為M，genitalium的病原體，這種病原體能引起尿道感染。他們過去已經(jīng)確定，這種寄生病菌擁有482個基因。接著，他們開始測試這些基因，察看哪些是其生存所必需的。

2006年，文特爾的研究小組報告稱，M genttal ium病原體即便沒有其中100個基因，也能存活。文特爾說：“這是該科學(xué)領(lǐng)域重大的突破?！?/p>

責(zé)任編輯；鄧愛華