關(guān)毅 (本刊特約記者)

重啟希望

關(guān)毅 (本刊特約記者)

經(jīng)過兩年的等待，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)終于等來了自己的第二次運(yùn)行。人們還記得，它的第一階段運(yùn)行便證實(shí)了希格斯玻色子的存在，因此有理由相信，它還會繼續(xù)帶來驚喜，這一切只是時間問題。與此同時，利比里亞的埃博拉疫情宣告結(jié)束，標(biāo)志著這個國家在經(jīng)歷了15個月的噩夢后終于迎來了新的開始。也許，重啟的不僅僅是希望。

歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)重啟預(yù)計將于2015年6月開始碰撞試驗(yàn)

在經(jīng)歷了兩年的停機(jī)維護(hù)、加固升級及數(shù)月重啟準(zhǔn)備后，隨著質(zhì)子的再一次循環(huán)，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)終于開始了自己的第二次運(yùn)行。

來自瑞士日內(nèi)瓦附近歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室——?dú)W洲核子研究中心(CERN)的研究人員利用這一間隙對LHC進(jìn)行了升級，從而使其能夠在更高能量下運(yùn)行，并完成更大強(qiáng)度的碰撞試驗(yàn)。

此次重啟被拖延了兩周，原因是一塊金屬在環(huán)繞LHC的一個超導(dǎo)磁體周圍的安全系統(tǒng)中引發(fā)了短路。2015年3月30日，工程師們通過使用電流放電蒸發(fā)金屬的方法清除了這些碎片。4月5日，兩束能量相對較低的質(zhì)子束流——每束僅包含了最低限度的質(zhì)子數(shù)量——以相反的方向在LHC總長27 km的超導(dǎo)磁體環(huán)中開始循環(huán)，但它們還沒有準(zhǔn)備好進(jìn)行碰撞。

CERN在一份公報中說，LHC于當(dāng)?shù)貢r間5日上午10時41分發(fā)射出第一束質(zhì)子束流，另一束相反方向的質(zhì)子束流于5日中午12時27分發(fā)射，兩束質(zhì)子束流循環(huán)的注入能量為0.45 TeV(萬億電子伏特)。

CERN的質(zhì)子束流主管Paul Collier表示：“讓LHC恢復(fù)到原來的樣子，從完全關(guān)閉到進(jìn)行物理學(xué)研究，并不是按下一個開關(guān)然后便轉(zhuǎn)身離開那么簡單的問題?！?/p>

Collier與他的團(tuán)隊將在接下來的8周里讓越來越多的系統(tǒng)上線，從而使得工程師們能夠微調(diào)和清理這些質(zhì)子流束。

CERN還將開啟LHC的加速系統(tǒng)，從而使每個質(zhì)子流束的能量從450 GeV(千兆電子伏特)增加到6.5 TeV，并且將這些質(zhì)子流束“擠壓”到更狹窄的通道中，從而為接下來的碰撞做準(zhǔn)備。

物理學(xué)家希望能夠在2015年6月的前半個月開始進(jìn)行相關(guān)的碰撞試驗(yàn)。

一旦CERN的科學(xué)家能夠很好地了解他們的機(jī)器如何運(yùn)行，研究人員將會增加在超導(dǎo)磁體環(huán)中被壓縮的質(zhì)子束數(shù)量。

Collier說：“到那時，我們已經(jīng)完成了能量強(qiáng)度的躍升，我們正在談?wù)撝@些質(zhì)子流束中儲存著的數(shù)百兆焦的能量，如果無法很好地控制它們，那么將導(dǎo)致災(zāi)難性的事故?！?/p>

升級后的LHC將有助于解決類似暗物質(zhì)起源這樣的謎題(圖片來源：CERN)

最終，整修后的LHC將在每一秒鐘使10億對的質(zhì)子發(fā)生碰撞，其能量高達(dá)13 TeV，這一數(shù)值比該對撞機(jī)之前的紀(jì)錄增加了8 TeV。

歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)于2008年9月建成運(yùn)行，首階段運(yùn)行于2012年末結(jié)束。該階段的兩個強(qiáng)子對撞實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目ATLAS和CMS均證實(shí)了“物質(zhì)質(zhì)量的來源”希格斯玻色子的存在。

LHC的第二次運(yùn)行并沒有設(shè)置這樣一個顯著的目標(biāo)。相反，物理學(xué)家將對不符合粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的現(xiàn)象信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，從而希望能夠解開包括暗物質(zhì)起源這樣的物理學(xué)難題。

在對撞機(jī)停機(jī)期間，CERN強(qiáng)化了對撞機(jī)的1萬個超導(dǎo)磁鐵連接點(diǎn)，安裝了超導(dǎo)磁鐵保護(hù)系統(tǒng)，同時改進(jìn)增強(qiáng)了制冷、真空及電子系統(tǒng)。隨著今夏將以13 TeV的質(zhì)子束流總能量運(yùn)行，LHC實(shí)驗(yàn)將探索希格斯玻色子機(jī)制、暗物質(zhì)、反物質(zhì)等更多未知領(lǐng)域。

LHC是目前全球最大、能量最高的粒子加速器，它通過埋入地下100 m深、總長27 km的超導(dǎo)磁鐵加速并碰撞粒子，可在微觀尺度上還原宇宙大爆炸后的宇宙初期形態(tài)，幫助科學(xué)家研究宇宙起源并尋找新粒子。

利比里亞埃博拉疫情結(jié)束世衛(wèi)組織強(qiáng)調(diào)仍面臨疫情再次暴發(fā)和地理傳播風(fēng)險

利比里亞蒙羅維亞西點(diǎn)小鎮(zhèn)上的一個女童，這里的生活開始逐漸恢復(fù)正常(圖片來源：John Moore/Getty Images)

世界衛(wèi)生組織(WHO)于2015年5月9日宣布，西非國家利比里亞成為3個埃博拉肆虐國家中首個結(jié)束疫情的國家，標(biāo)志著這種傳染病在該國長達(dá)15個月的流行后終于告一段落。但鄰近的塞拉利昂和幾內(nèi)亞仍然存在疫情，世界衛(wèi)生組織警告人們不要麻痹大意，強(qiáng)調(diào)仍面臨疫情進(jìn)一步暴發(fā)和地理傳播的風(fēng)險。

美國哈佛醫(yī)學(xué)院副主任醫(yī)師、在波士頓和利比里亞首都蒙羅維亞運(yùn)轉(zhuǎn)的非營利組織“最后一英里健康”首席執(zhí)行官Rajesh Panjabi表示：“今天的公告對于所有非凡的利比里亞人以及在過去15個月中與埃博拉疫情進(jìn)行著不屈不撓斗爭的全球伙伴是一個證明?！盤anjabi說：“這是一個偉大的成就，但對于利比里亞的衛(wèi)生系統(tǒng)仍有很多工作亟待加強(qiáng)，只有這樣，類似的傳染病才永遠(yuǎn)不會再次發(fā)生?！?/p>

已知的利比里亞最后一名埃博拉感染者于2015年3月27日死亡，并于第二天被埋藏。這意味著，截至5月9日，距離上一次葬禮已經(jīng)有42天的時間——這是世衛(wèi)組織用來判定一個國家埃博拉疫情結(jié)束的時間標(biāo)準(zhǔn)(根據(jù)世衛(wèi)組織的規(guī)定，超過42天沒有新增病例即可宣告疫情結(jié)束)，同時也是這種傳染病最大潛伏期的兩倍。此外，利比里亞的5個檢測中心在4月份每周檢測約300個樣本，所有檢測結(jié)果均為陰性。

數(shù)據(jù)表明，埃博拉疫情在整個西非地區(qū)的結(jié)束也指日可待。到5月3日那一周，幾內(nèi)亞和塞拉利昂分別報告只有9個新增病例——這與去年這一時候的情況完全不同，當(dāng)時正處于埃博拉疫情的高峰時期，每周都有數(shù)百例的新增病人報告。

埃博拉疫情在地理上的抑制如今也更加顯著了。之前它是一種像森林大火一樣廣泛流行的傳染病，而現(xiàn)在疫情就像一些燃燒的余燼，僅限于幾內(nèi)亞西部的弗雷卡利亞省、塞拉利昂的鄰近地區(qū)坎比亞，和塞拉利昂首都弗里敦的周邊地區(qū)。這是自2014年5月以來疫區(qū)的最低數(shù)量，從而使得疫情應(yīng)對小組能夠集中精力對付一個小得多的區(qū)域。

但是世界衛(wèi)生組織表示，依然有理由保持警惕。弗雷卡利亞省本身具有很大的區(qū)域，并且這些國家的邊境非常松散，意味著存在被感染人群穿越邊境并引發(fā)新疫情的可能性。隨著雨季的到來，由于那里的煤渣路通常會變成泥濘的沼澤——這是去往一些疫區(qū)的唯一選擇，從而導(dǎo)致更偏遠(yuǎn)地區(qū)的疫情可能難以控制。

世界衛(wèi)生組織表示，此輪埃博拉疫情是1976年以來規(guī)模最大、持續(xù)時間最長、情況最為復(fù)雜的一次，利比里亞埃博拉疫情的結(jié)束是具有里程碑意義的進(jìn)展。在2014年8月至9月的疫情高峰期，利比里亞每周新增埃博拉病例三四百人。

世界衛(wèi)生組織指出，利比里亞政府和人民戰(zhàn)勝埃博拉疫情的決心從未動搖。該國醫(yī)護(hù)人員克服個人防護(hù)裝備及培訓(xùn)不足等困難，堅持治療患者。迄今，利比里亞共有375名醫(yī)護(hù)人員感染埃博拉病毒，其中189人不治身亡。

世界衛(wèi)生組織8日發(fā)布的新數(shù)據(jù)顯示，埃博拉主要疫情國幾內(nèi)亞、利比里亞和塞拉利昂迄今累計發(fā)現(xiàn)疑似及確診埃博拉病例26 648例，其中11 007人死亡。

埃博拉是一種十分罕見的病毒，1976年在蘇丹南部和剛果(金)的埃博拉河地區(qū)發(fā)現(xiàn)它的存在后，引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注和重視，“埃博拉”由此而得名。它是一個用來稱呼一群屬于纖維病毒科埃博拉病毒屬下數(shù)種病毒的通用術(shù)語，是一種能引起人類和靈長類動物產(chǎn)生埃博拉出血熱的烈性傳染病病毒，有很高的死亡率——在50%至90%之間，致死原因主要為中風(fēng)、心肌梗塞、低血容量休克或多發(fā)性器官衰竭。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第一種溫血魚全身體溫常年比外界環(huán)境高出約5 ℃

研究人員日前發(fā)現(xiàn)了第一種能夠保持整個身體溫暖的魚，就像哺乳動物和鳥類一樣。月魚(又名翻車魚)棲息于海洋深處的冷水中，但它能夠從自身巨大的胸鰭中產(chǎn)生熱量。并且由于體脂和鰓中血管的特殊構(gòu)造，月魚能夠保持自己的體溫，這種適應(yīng)能力使它們在深海中擁有了生存優(yōu)勢。

并未參與該項(xiàng)研究的美國達(dá)特茅斯市馬薩諸塞州大學(xué)魚類生理學(xué)家Diego Bernal表示：“對于一條魚來說，這是一種非凡的適應(yīng)性?！?/p>

研究人員推測，擁有一顆溫暖的心臟和大腦可能讓這種鮮為人知的魚類成為一種兇猛的捕食者。

水會帶走大多數(shù)生物體內(nèi)的熱量。所以魚類通常要保持其游弋的水體的溫度。反過來，這也限制了它們在冷水中的生物學(xué)功能，特別是心血管的耐力。這里也有部分例外：金槍魚、旗魚和一些鯊魚可以在捕獵時暫時提高身體肌肉的溫度，但它們必須回到溫暖的海域使體內(nèi)溫度回歸正常。

月魚看起來并不像一個兇猛的捕食者。這種大約1 m長的桶狀魚類通過拍動胸鰭游動。月魚在全球各大海洋均有分布，但科學(xué)家對于其生物學(xué)特征的了解非常有限。這種魚類通常以烏賊和小型魚類為食，成年體形有汽車輪胎那么大，一般在海面下50～200 m光線暗淡的冷水中活動，這里的海水溫度大約為10 ℃甚至更低。

2012年，作為一項(xiàng)定期考察的一部分，加利福尼亞州圣地亞哥國家海洋與大氣管理局(NOAA)漁業(yè)生物學(xué)家Owyn Snodgrass在加州海岸附近捕獲了一些月魚。Snodgrass將月魚鰓拿給了自己的同事、魚類生理學(xué)家Nicholas Wegner。

在Wegner對這些鰓進(jìn)行研究之前，它們在一個裝有防腐劑的20 L塑料桶中被存放了幾個月。他回憶說：“我注意到有一些特別的東西?！?/p>

一個溫度檢測器被插入月魚的胸鰭中(圖片來源：NOAA Fisheries West Coast)

魚類通常只有幾根大血管，用于在鰓中輸送血液，而小血管則被用來在水中獲得氧氣。但月魚卻擁有一套復(fù)雜的微血管網(wǎng)絡(luò)，在這一網(wǎng)絡(luò)中，動脈與靜脈緊密地排列在一起。

這種成對排列的動脈和靜脈被稱為細(xì)脈網(wǎng)，它們在其他物種中經(jīng)常充當(dāng)逆流換熱器的角色。根據(jù)Wegner等人的研究，月魚采用類似汽車散熱器的逆流熱交換方式保持溫血。它們胸鰭內(nèi)的動脈血管(心臟流向全身)和靜脈血管(全身流向心臟)堆疊在一起，因而可以交換熱量，因劃動胸鰭而獲得熱量的靜脈血會給在體表循環(huán)獲得氧后變冷的動脈血加熱。

這種構(gòu)造能夠幫助水鳥在將腳扎在冰冷的水中時將熱量損失最小化，而一些鯨也在它們的舌頭中擁有類似的熱交換器。金槍魚、旗魚和一些鯊魚利用這種細(xì)脈網(wǎng)保持肌肉的溫暖。

月魚是第一種在鰓的周圍發(fā)現(xiàn)細(xì)脈網(wǎng)的魚類。其鰓部的熱交換器被包裹在一層1 cm厚的脂肪層中，這種情況在魚類中是非常罕見的。據(jù)推測，這層脂肪起到了保溫的作用。

Wegner、Snodgrass和同事決定測試月魚在海中的體溫。在把魚放到甲板上后，研究人員發(fā)現(xiàn)其平均體溫要比捕獲它的水域大約高了5 ℃。

研究人員在美國《科學(xué)》雜志上報告了這一研究成果。

Wegner說，生活在深海的魚類通常行動遲緩，為保存熱量采取伏擊而非追捕的方式捕食，但月魚是溫血魚，其代謝、移動和反應(yīng)速度都很快，視力也更好，因而是非常高效的捕食者。

Wegner在一份聲明中說：“我以前的印象是，這是一種行動遲緩的魚，就像生活在冷水中的其他魚類一樣。但它能給身體加熱，結(jié)果成為了非?；钴S的捕食者，可捕食很敏捷的獵物如魷魚，還能遷徙很遠(yuǎn)的距離?！?/p>

肯尼亞發(fā)現(xiàn)最古老石器距今330萬年，或?yàn)楦录o(jì)靈長類動物所為

研究人員在日前于美國加利福尼亞州舊金山召開的一次會議上表示，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了由人類祖先制造的迄今最古老的工具——距今約330萬年的石片。這一時間比之前已知最古老的工具還要早70萬年，表明人類祖先在智人出現(xiàn)之前的幾十萬年便已經(jīng)能夠制造工具。一旦得到確認(rèn)，新的證據(jù)將能夠證實(shí)有關(guān)早期工具使用的有爭議的假設(shè)，同時表明古老的更新紀(jì)靈長類動物——例如著名的“露西”——或許也能夠制造工具。

直到現(xiàn)在，已知最早的石器發(fā)現(xiàn)于埃塞俄比亞的貢納，距今約260萬年。這些石器屬于一種被稱為奧爾德沃文化的工具制造技術(shù)。之后，在2010年，研究人員在埃塞俄比亞迪基卡發(fā)現(xiàn)的動物骨骼上的砍切痕跡可以追溯至距今340萬年前，他們推測，是使用工具的人類祖先制造了這些線狀標(biāo)記。然而這一假設(shè)立即引發(fā)了爭議，一些學(xué)者提出，這些痕跡可能是被人類或其他動物踩踏而產(chǎn)生的。由于沒有發(fā)現(xiàn)真正的工具，這一爭論似乎將持續(xù)下去而沒有結(jié)論。

如今，這些缺失的工具終于被找到了。

在于舊金山舉行的古人類學(xué)會年會上，紐約州石溪大學(xué)考古學(xué)家Sonia Harmand描述了在洛邁奎3號遺址——位于肯尼亞圖爾卡納湖以西——發(fā)現(xiàn)的大量史前工具。

2011年，Harmand曾率領(lǐng)研究人員尋找在1998年發(fā)現(xiàn)一個有爭議的人類“近親”——肯尼亞平臉人的遺址。然而他們走錯了方向，在出土肯尼亞平臉人的不遠(yuǎn)處偶然發(fā)現(xiàn)了名為洛邁奎的另一個區(qū)域。研究人員隨后在這里的沙地表層發(fā)現(xiàn)了Harmand所謂的“明顯的石器”，并立即開始了小規(guī)模的發(fā)掘工作。

肯尼亞圖爾卡納湖可能是迄今最古老工具的家(圖片來源：NIGEL PAVITT/CORBIS)

研究人員在地下發(fā)現(xiàn)了更多的史前工具，例如石核、石片等。研究人員在第二年又返回這里進(jìn)行了挖掘工作，如今已找到近20件保存完好的石片、石核和石砧——所有這些石器都埋藏在一個能夠?yàn)槟甏鷾y定提供安全背景的沉積層中。Harmand介紹說，在地表還發(fā)現(xiàn)了其他130件石器碎片。

Harmand在此次會議上表示：“這些史前石器顯然是故意敲打后的產(chǎn)物，而非巖石偶然破裂的結(jié)果?！崩霉诺卮偶夹g(shù)對埋藏這些史前石器的沉積層進(jìn)行測年分析顯示，其具有330萬年的歷史。

Harmand在她的演講中指出，盡管最近的研究將智人的起源時間推至距今280萬年前，但這些工具依然太過古老而不可能是由第一批完全成熟的人類所制造的。她推斷，最可能的解釋是，這些石片是由類似于“露西”的更新紀(jì)靈長類動物或肯尼亞平臉人制造的。然而無論是哪一種方式，工具制造顯然在智人誕生之前便已出現(xiàn)了。

Harmand表示，她和同事建議將這些新工具稱為洛邁奎技術(shù)，因?yàn)樗鼈兣c奧爾德沃文化太過遙遠(yuǎn)以及差別太大。

親眼見過這些史前石器的研究人員對于這項(xiàng)提議非常熱衷。華盛頓哥倫比亞特區(qū)喬治華盛頓大學(xué)人類學(xué)家Alison Brooks認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)“令人興奮”。“它們并非由自然力產(chǎn)生的……同時測年證據(jù)是相當(dāng)可靠的。”Brooks也贊同這些工具太古老了，因此不可能是由智人制造的，這意味著“技術(shù)在人屬生物的出現(xiàn)過程中扮演了一個重要的角色”。

對于在迪基卡動物骨骼上發(fā)現(xiàn)砍切痕跡的加利福尼亞科學(xué)院古人類學(xué)家Zeresenay Alemseged來說，這一發(fā)現(xiàn)也很讓人欣喜。Alemseged說：“迪基卡的切痕讓我們擁有了史前石器的犧牲品，而Harmand的發(fā)現(xiàn)為我們提供了確鑿的證據(jù)?！?/p>

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蚊子性別基因有望將雌蚊變?yōu)樾畚脧亩刂萍膊鞑?/h2>

著名作家Rudyard Kipling曾寫道，一些物種的雌性比雄性更加致命——對于埃及伊蚊(也被稱為黃熱病蚊子)而言這是千真萬確的。只有雌蚊會享用人類血液，從而傳播黃熱病、登革熱和其他一些疾病。但是如果你能夠把所有雌蚊都變成雄蚊，那將會怎樣？這是一項(xiàng)新研究提出的可能性——這項(xiàng)研究查明了一種能夠決定一只蚊子是否成為雄性的基因。這是首次在蚊子中發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證“性別決定啟動基因”的存在。

埃及伊蚊是源于非洲的入侵物種，幾百年前通過販奴活動傳播至全世界。埃及伊蚊傳播登革熱與黃熱病，高度適應(yīng)人類生活環(huán)境，被認(rèn)為是一大公共健康威脅。然而只有雌蚊才會傳播登革熱與黃熱病，因?yàn)榇莆眯枰闷渲械牡鞍踪|(zhì)等物質(zhì)來產(chǎn)卵，而雄蚊靠吸食花蜜而不是吸血來汲取營養(yǎng)，不傳染疾病。

科學(xué)家在幾十年前便已知道，至少有一種基因能夠使埃及伊蚊雄性胚胎位于1號染色體的一段脫氧核糖核酸(DNA)上。他們將該區(qū)域稱為M基因座，但迄今為止，科學(xué)家依然未能確定到底是哪一個基因在起作用。部分原因在于，這一區(qū)域包含有大量重復(fù)DNA，從而使得對該區(qū)域進(jìn)行測序變得非常棘手。結(jié)果是事實(shí)證明，2007年發(fā)表的一個埃及伊蚊基因組甚至不包含新發(fā)現(xiàn)的基因。

這篇新論文的作者之一、美國弗吉尼亞理工學(xué)院分子遺傳學(xué)家Zach Adelman表示：“這個基因非常小，它被當(dāng)做垃圾一樣扔出。”

為了找到這個基因，Adelman和他的同事對分屬于兩種不同埃及伊蚊的雌蚊和雄蚊的數(shù)千個DNA片段進(jìn)行了測序，目的是尋找在兩種雄蚊中都更常見的區(qū)域。

埃及伊蚊(圖片來源：Dylan Becksholt/Alamy)

研究人員發(fā)現(xiàn)了164個這樣的序列并將其與胚胎中活躍的基因數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，以便找出在早期雄蚊胚胎中活躍的序列。最終在剩下的24個序列中，研究人員找到了一個新基因，他們稱其為Nix基因。

大約半數(shù)的雌蚊胚胎在被注射了包含該基因的DNA片段后發(fā)育出了雄性性器官。研究人員日前在《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報告了這一研究成果。

“導(dǎo)致蚊子變成雄蚊的確切序列尚不清楚?！盇delman說，“但是我們知道Nix基因處于這一級聯(lián)反應(yīng)的頂部，這是最重要的?！?/p>

基于此，研究人員提出，可以通過操作Nix基因讓埃及伊蚊雄多雌少，從而減少這種蚊子的數(shù)量，控制這種有害的入侵物種。

作為一家生產(chǎn)捕蚊器公司荷蘭瓦赫寧恩In2Care的老板，昆蟲學(xué)家Bart Knols表示：“這是一項(xiàng)出色的基礎(chǔ)科學(xué)，并且具有潛在的遺傳控制策略。”它的第一個應(yīng)用將對已有的控蚊策略提供幫助。

然而Knols也提醒說，科學(xué)家首先需要證明他們能夠完成全部的性別轉(zhuǎn)換。Adelman表示，在這項(xiàng)研究中只有一部分雌蚊變成了雄蚊，這是因?yàn)镹ix基因需要與蚊子基因組融為一體，以便產(chǎn)生足夠數(shù)量的蛋白質(zhì)。他說：“如果它自始至終能夠在全部組織中生成，我們將有希望得到全部的性別轉(zhuǎn)換，即全部變成雄蚊。我們在朝著這一方向努力?！?/p>

從長遠(yuǎn)來看，這項(xiàng)研究還將帶來另一種策略。

科學(xué)家最近報告了一種系統(tǒng)，使得他們能夠讓某一種基因在下一代中以100%的頻率出現(xiàn)。將Nix基因耦合到這一系統(tǒng)中將能夠創(chuàng)造一種雄性基因傳播的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。Adelman說：“如果你釋放這樣一種動物，它只產(chǎn)生雄性直到最后種群崩潰?！钡姓J(rèn)，現(xiàn)在就指望使用這項(xiàng)技術(shù)還為時尚早。“我們需要一項(xiàng)能夠在這樣的系統(tǒng)被使用之前對其進(jìn)行控制的技術(shù)。”

“年輕血液”抗衰老機(jī)制遭質(zhì)疑曾被美國《科學(xué)》雜志評為2014年十大科學(xué)突破之一

尋找青春之泉的工作似乎又回到了原點(diǎn)——至少對于那些聚焦血液的研究就是這樣。新的發(fā)現(xiàn)對于一項(xiàng)試圖解釋為何年老動物的肌肉在接受了年輕動物的血液后能夠恢復(fù)活力的研究提出了質(zhì)疑。

幾十年來，科學(xué)家一直在試圖搞清異種共生背后的抗衰老機(jī)制，即把一只年輕小鼠與一只年老小鼠縫合在一起，從而使其共享一套血液循環(huán)系統(tǒng)。年輕小鼠的血液似乎能夠使年老小鼠返老還童，同時讓后者消瘦的肌肉再生并恢復(fù)其認(rèn)知能力。在這些研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，至少有一家公司正在嘗試在人體中復(fù)制這一效應(yīng)，即利用健康年輕人的血漿治療阿爾茨海默氏癥患者。

2013年，由美國馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)干細(xì)胞研究人員Amy Wagers率領(lǐng)的一個研究小組，似乎為這種血液興奮劑效應(yīng)給出了一個解釋。

研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著小鼠的衰老，其血液中的一種名為GDF11的蛋白質(zhì)的水平開始下降。當(dāng)他們向年老小鼠的心肌中注射這種蛋白質(zhì)后，嚙齒動物開始變得“年輕”——其心臟能夠更好地輸送血液。Wagers與她的同事隨后進(jìn)行的兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，GDF11能夠促進(jìn)心血管和大腦神經(jīng)細(xì)胞的生長，同時刺激干細(xì)胞使受傷部位的骨骼肌再生。

這些發(fā)現(xiàn)使得GDF11迅速成為有關(guān)血液“返老還童”現(xiàn)象的最佳解釋。然而這一結(jié)論讓很多人感到困惑，因?yàn)镚DF11與肌生成抑制蛋白(myostatin)非常類似，后者能夠防止肌肉干細(xì)胞分化為成熟細(xì)胞——這恰好是與Wagers及其團(tuán)隊觀察到的結(jié)果相反的過程。

馬薩諸塞州劍橋市諾華生物醫(yī)學(xué)研究所執(zhí)行董事David Glass表示，對GDF11來說，“你應(yīng)該能夠想象，當(dāng)它在去年被提出來能夠幫助肌肉時，是多么讓人感到驚訝的一件事情?！彼f，“我們是否錯過了一些東西？”

Glass和他的同事于是開始著手確定為什么GDF11具有這樣的效應(yīng)。首先，研究人員測試了Wagers的研究團(tuán)隊用來測定GDF11含量的抗體以及其他試劑，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)這些化學(xué)物質(zhì)并不能區(qū)分GDF11與肌生成抑制蛋白。當(dāng)諾華的研究人員利用一種更特殊的試劑測定小鼠及人體血液中的GDF11含量后，他們發(fā)現(xiàn)，GDF11的含量實(shí)際上是隨著衰老而增加的——這與肌生成抑制蛋白的情況是一樣的，而這一結(jié)果恰好與Wagers研究團(tuán)隊的發(fā)現(xiàn)相互矛盾。

Glass的研究團(tuán)隊接下來使用一組化學(xué)品損傷了小鼠的骨骼肌，之后再定期給這些嚙齒動物注射3倍于Wagers所使用劑量的GDF11。Glass最終發(fā)現(xiàn)，與肌肉再生恰好相反，GDF11似乎通過抑制肌肉自身修復(fù)的能力，從而使損傷更加嚴(yán)重。

諾華的專家認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)說明，此前研究中采用的測量方法及其對GDF11蛋白功能的解釋都有問題。

Glass和同事在5月19日出版的《細(xì)胞代謝》雜志上報告了這一研究成果。

Glass表示，盡管他的研究團(tuán)隊未能解釋異種共生如何工作，但卻有助于搞清bimagrumab背后的機(jī)制。后者是諾華治療肌無力的一種試驗(yàn)療法。這種目前處于臨床試驗(yàn)階段的藥物能夠抑制肌生成抑制蛋白，或許還有GDF11。

加利福尼亞州斯坦福大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)家Thomas Rando贊揚(yáng)了Glass及其同事使用的方法中對于細(xì)節(jié)的重視。他說：“他們做了一項(xiàng)非常全面和嚴(yán)格的工作?！彼⒉徽J(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)是該領(lǐng)域遭受的一次挫折，因?yàn)樗C明了研究人員在Wagers的工作開展之前的預(yù)測。“如果這篇論文先發(fā)表，它并不會讓人感到奇怪?！彼f。

沒有參與這項(xiàng)研究的美國約翰斯?霍普金斯大學(xué)教授李世振在一份聲明里“中立”地評論說，最新研究對GDF11蛋白的抗衰老效果明確提出質(zhì)疑，有必要進(jìn)行更多研究。

對于新研究提出的疑問，持有“返老還童”觀點(diǎn)的Wagers解釋說，Glass等人的數(shù)據(jù)看似與早先的數(shù)據(jù)矛盾，但GDF11蛋白可能有多種形式，她和同事確定至少其中一種GDF11蛋白的水平會隨年齡增加而下降，維持一定量的GDF11蛋白對于肌肉健康十分必要。

據(jù)悉，GDF11蛋白的有關(guān)研究成果曾被美國《科學(xué)》雜志評為2014年十大科學(xué)突破之一。

全球海洋考察揭示大量新生命形式為期3年半 采集35 000件樣本

在搭乘一艘縱帆船，對全球海洋微小生物進(jìn)行了為期3年半的考察工作后，一個研究團(tuán)隊日前報告了這項(xiàng)調(diào)查的第一批成果，揭示了海洋浮游生物豐富而多樣的面貌。

研究人員于2009年9月從法國洛里昂乘坐36 m長的塔拉號出發(fā)。他們在航程中的210個地方采集了約35 000件樣本，該項(xiàng)研究旨在對地球的上層海洋建立一個整體認(rèn)識。

科學(xué)家在5月22日出版的美國《科學(xué)》上用5篇論文介紹了這一研究成果，包括一個超過4000萬微生物基因的目錄——大多數(shù)是之前未有報道的，以及約5000個病毒基因類型，同時還有對15萬種真核生物(復(fù)雜細(xì)胞)的評估，這大大超過了目前已知的11 000種真核浮游生物的數(shù)量。

伊利諾伊州阿貢國家實(shí)驗(yàn)室微生物生態(tài)學(xué)家Jack Gilbert表示，海洋擁有如此巨大數(shù)量的包含眾多遺傳多樣性的生物體并不讓人感到意外。最讓Gilbert感到激動的是這些論文展示了一個基因數(shù)據(jù)庫如何能夠被用來預(yù)測微生物之間的生態(tài)學(xué)關(guān)系，以及分析海洋生態(tài)系統(tǒng)如何對環(huán)境變化作出響應(yīng)。

Gilbert說：“整個項(xiàng)目提供了一個真正有價值的數(shù)據(jù)庫，從而使我們能夠以一種前所未有的方式探尋全球的海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)?！?/p>

該項(xiàng)目主管、德國海德爾堡歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞生物學(xué)家Eric Karsenti指出：“我們正在嘗試?yán)斫庹麄€生態(tài)系統(tǒng)的行為，而不是研究一個物種、生物體或分子。”

基于J. Craig Venter研究所全球海洋采樣考察的模型，塔拉海洋科考隊從他們采集的全部海洋生物體樣本中提取了脫氧核糖核酸(DNA)。研究人員利用生物信息學(xué)軟件對這些DNA進(jìn)行了測序和分析，旨在確定他們擁有多少不同的生物類型。這種名為宏基因組學(xué)的方法使得科學(xué)家能夠?qū)@些基因的功能進(jìn)行預(yù)測。

塔拉號海洋縱帆船(圖片來源：S.Bollet)

然而Venter研究所的工作主要聚焦于細(xì)菌，塔拉海洋項(xiàng)目的目標(biāo)卻是整個微觀生態(tài)系統(tǒng)——從病毒到10倍大的魚苗。同時該項(xiàng)目在深度上還有更大的搜索范圍——從陽光照射的上層海水直至2000 m深處的“午夜區(qū)域”，并且研究人員對每一種生物學(xué)樣本都進(jìn)行了詳細(xì)的環(huán)境測量。其中一項(xiàng)分析確定了上層海洋區(qū)域微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵影響因素——溫度，從而讓科學(xué)家能夠?qū)θ蜃兣瘜τ诤Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的戲劇性影響有一個更加全面的認(rèn)識。

但Gilbert認(rèn)為，最有趣的是研究團(tuán)隊如何利用基因數(shù)據(jù)預(yù)測生物個體之間的相互作用。

Karsenti指出，在研究中形成的一個基本觀點(diǎn)是，生物體之間的聯(lián)系有72%是積極的，即大多數(shù)共生或寄生關(guān)系是和平共處的，而不是排他性的關(guān)系。它表明合作——而非競爭——可能是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生物演化的主要驅(qū)動力。

“在進(jìn)化論中，我們總是說適者生存?！盞arsenti說，“我不認(rèn)為這是它的工作方式。它更像是系統(tǒng)生存。”

研究人員指出，很多數(shù)據(jù)還有待分析，包括那些塔拉探險收集到的北冰洋樣本。但是，該項(xiàng)目的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)和海洋測量結(jié)果如今已經(jīng)公開供任何人訪問。

海洋浮游生物是指懸浮在水層中常隨水流移動的海洋生物。這類生物缺乏發(fā)達(dá)的運(yùn)動器官，沒有或僅有微弱的游動能力；絕大多數(shù)個體很小，須在顯微鏡下才能看清其構(gòu)造，只有個別種的個體甚大；其種類繁多，隸屬于植物界和動物界大多數(shù)門類；數(shù)量很大，分布較廣，幾乎世界各海域都有發(fā)布。

中國“玉兔”顯示月壤厚度可能被低估

中國“玉兔”月球車獲得的探測數(shù)據(jù)顯示，月壤的厚度可能明顯高于以往的估算，而且月球直到約25億年前仍存在大規(guī)模的火山噴發(fā)。這些成果對進(jìn)一步認(rèn)識月球的演化歷史有著重要意義。

這項(xiàng)研究2015年4月13日以封面文章的形式發(fā)表在美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上。2013年12月，中國嫦娥三號著陸器攜帶“玉兔”月球車在月球雨海北部成功著陸，“玉兔”搭載的測月雷達(dá)對月壤及下覆巖層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探測。這也是人類探月任務(wù)首次使用測月雷達(dá)。

負(fù)責(zé)研究的中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員林楊挺表示，他們發(fā)現(xiàn)月壤分為兩層：上層是月塵層，厚度約0.7 m，“很細(xì)，石塊少，相當(dāng)于耕地每年翻土的那一層”；下層類似于地球的風(fēng)化層，大小不等的石塊向下逐漸增多。

根據(jù)對測月雷達(dá)數(shù)據(jù)的分析，研究人員對月壤的厚度做出了相當(dāng)大的修正?！爸肮浪愕脑氯篮穸容^小，一般僅為2～4 m，而‘玉兔’著陸的區(qū)域年齡小，月壤厚度原本應(yīng)該更薄，但實(shí)測結(jié)果相反，達(dá)到5 m。這說明以前對月壤厚度的估算明顯偏小，”林楊挺說。

林楊挺認(rèn)為，月壤主要由小行星或彗星不斷撞擊月表而形成，氫及可用于核能發(fā)電的原材料氦-3就主要賦存在月壤中。

研究人員還探測到月壤下覆的3層玄武巖，其中最上一層厚度為195 m，這層玄武巖很年輕，約25億年。林楊挺說，這說明月球晚至約25億年前仍有大規(guī)模的火山噴發(fā)活動，而通常認(rèn)為月球在30億年前巖漿活動趨于停止。

研究人員還第一次在月表用“玉兔”攜帶的粒子激發(fā)X射線譜儀測量月壤化學(xué)組成，獲得了月壤鎂、鋁、鉀、磷、鈦、鈣和鐵等12種元素的含量，并與美國探測器在其他月海地區(qū)獲得的月壤樣品成分進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)嫦娥三號著陸區(qū)月壤鐵和鈦含量高，鋁含量低。

粒子激發(fā)X射線譜儀的探測結(jié)果還顯示，上述晚期形成的玄武巖由月球深部富鐵和富鈦的區(qū)域熔融形成，然后在噴發(fā)至月表前混入了月殼下月球巖漿洋的磷等殘留物質(zhì)。

為推動中國月球探測工程的科學(xué)研究，中國科學(xué)院動員和組織院內(nèi)外科學(xué)家，成立了5個核心團(tuán)隊，圍繞嫦娥三號所獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)開展研究。由林楊挺帶領(lǐng)的“嫦娥三號任務(wù)月球區(qū)域地球化學(xué)與構(gòu)造動力學(xué)演化模型”團(tuán)隊就是其中之一。

此前，由中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)等組成的另一團(tuán)隊在《科學(xué)》雜志上報告說，“玉兔”獲得的數(shù)據(jù)顯示，月球的地質(zhì)史比人們此前認(rèn)為的更為復(fù)雜。

(2015年5月26日收稿)■

（編輯：段艷芳)

Revived the hope of Science

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.03.009