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1.3億光年外的長蛇座NGC4993星系，一例雙中子星并合事件，為整個天文學界送上集體盛宴。2017年11月16日多國科學家同時宣布，人類第一次直接探測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，“多信使天文學”從此迎來全新時代。在這一國際合作探索過程中，中國不再是旁觀者。從最早參與提出理論模型到南極天文觀測，中國科學家正在成為前沿科學探索的生力軍。美國“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)于8月17日捕捉到編號為GW170817的引力波信號后，全世界的望遠鏡都爭相對準了1.3億光年外的源頭。設(shè)在世界各地的望遠鏡從伽馬射線、X光、可見光、紅外和射電波等波段分別觀測，最終確認這一信號來自何方。探測到引力波源信號約1天后，中國在南極冰穹A地區(qū)安裝的有效觀測口徑為50 cm的南極巡天望遠鏡就自動開始觀測這個目標源，最終得到了目標天體的光變曲線，與理論預言高度吻合。澳大利亞天體物理學家、前美國國家光學天文臺臺長杰雷米?莫爾德說：“感謝中國南極望遠鏡的探測，正是其探測結(jié)果讓我們距離揭開雙中子星進化之謎又近了一步?！?/p>

高能宇宙射線來自銀河系外確切來源尚待進一步研究

位于阿根廷的皮埃爾?奧杰天文臺終于有確鑿的證據(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，科學家一直認為存在這種可能性，但直到今天才證實了這一點，即那些地球上探測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煳膶W家、該天文臺聯(lián)合創(chuàng)始人阿蘭?沃森說道。

一個國際研究團隊分析了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區(qū)域。研究人員在2017年9月22日出版的《科學》(Science)雜志上報道說，這種不對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，遠遠高于粒子加速器所能達到的粒子能量。人類研究這類射線已有50多年，但其來源和機制仍然是個謎。

由來自18個國家400多名科學家組成的這個科研團隊發(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家認為的那樣來自銀河系內(nèi)。

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

這個科研團隊是在對皮埃爾?奧杰天文臺2004－2016年間采集的數(shù)據(jù)進行分析后獲得上述發(fā)現(xiàn)的。皮埃爾?奧杰天文臺擁有1600個粒子探測器，分布面積約3000km2，是世界上已建成的最大宇宙射線觀測站。

該項目教育與外聯(lián)協(xié)調(diào)員、美國內(nèi)布拉斯加大學物理學教授格雷戈里?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，地球上探測到的來自太陽的宇宙射線粒子都是低能量粒子，其能量遠遠低于皮埃爾?奧杰天文臺探測到的粒子能量?！拔覀兲綔y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?！北M管這項發(fā)現(xiàn)證實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，這主要是因為在星系磁場的作用下，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見到1個，相當于足球場那么大的地方每100年才見到一個，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”， “這些是天體物理學中最重要的一些問題”。

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

皮埃爾?奧杰天文臺發(fā)言人、德國伍伯塔爾大學物理學家卡爾-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。哈爾曾對此表示贊同，他說：“我不認為新的研究結(jié)果在統(tǒng)計學上有任何疑問?！?/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。這項研究的結(jié)果應該在幾個月內(nèi)出現(xiàn)。該合作計劃還打算與美國猶他州的一個較小的天文臺(望遠鏡陣列)聯(lián)手，試圖繪制整個天空的宇宙射線起源。

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

科學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 改進體外受精技術(shù)

科學家首次利用基因編輯技術(shù)對人類胚胎如何發(fā)育進行了探索。這項研究表明，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。但是生物學家認為，這項研究更重要的是作為一個原則的證明——之前的人類胚胎編輯研究通常將重點放在糾正錯誤的基因上。

英國倫敦市弗朗西斯?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)鍵基因的作用機制，這有助于科學家破解胚胎發(fā)育的一些未解之謎，從而改進體外受精等生殖輔助技術(shù)。

當天發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上的這項新實驗同時也是英國人精心設(shè)計的胚胎編輯研究條例的第一次測試。這一條例要求研究人員在開展工作之前，必須通過由該國國家人類受精和胚胎管理局進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)育生物學家，他在2015年申請采用CRISPR編輯技術(shù)對人類胚胎進行研究，以便對早期發(fā)育中的基因活動有更多的了解。研究人員計劃首先將注意力集中在OCT4蛋白質(zhì)上，這是一種多能干細胞(可以轉(zhuǎn)化成為身體所有組織的細胞)的標記物。

一個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，受精卵進行被稱為卵裂的快速有絲分裂，最后各種細胞分化成不同的組織、系統(tǒng)與器官，從而形成完整個體。

在這項研究中，科學家借助CRISPR基因編輯技術(shù)阻止了人類胚胎中一個關(guān)鍵基因產(chǎn)生OCT4蛋白質(zhì)，以觀察這會給胚胎發(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)天里會變得非常活躍。

Niakin和他的同事使用CRISPR技術(shù)關(guān)閉了在37個單細胞人類胚胎中編碼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胞，而那些注定要形成胎兒的細胞則沒有出現(xiàn)。

在經(jīng)過處理的人類胚胎中，胎盤細胞和卵黃囊細胞都未能形成。這意味著，在人體中OCT4在所有這3種基本細胞類型的發(fā)育中都起著重要的作用。研究人員計劃用CRISPR展開進一步研究，以確定OCT4在不同的細胞類型中到底控制了哪些基因。

通常來說，當卵子受精后會持續(xù)分裂，直到數(shù)天后才形成胚泡。據(jù)該研究團隊介紹，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，為了確認一個基因在胚胎發(fā)育過程中的功能，最好的辦法就是看看它無法發(fā)揮作用時會出現(xiàn)什么狀況，采用基因編輯技術(shù)就是為了能高效實現(xiàn)這一目的。這也是英國監(jiān)管機構(gòu)允許對人類胚胎實施基因編輯技術(shù)的原因。

Niakan說，如果能明確哪個關(guān)鍵基因會影響胚胎發(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致妊娠失敗的原因”。

加拿大多倫多大學兒童醫(yī)院發(fā)育生物學家Janet Rossant認為，這項研究表明，“你可以足夠有效并且足夠高效地利用CRISPR技術(shù)開展工作”。她補充說，研究人員依靠老鼠模型來理解哺乳動物的早期發(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的，真正的人類胚胎研究可能是最好的方法。

這是英國首次實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議，此前只有中美兩國實施過人類胚胎基因編輯。據(jù)弗朗西斯?克里克研究所介紹，整個實驗都受到英國相關(guān)機構(gòu)的嚴格監(jiān)管。

神經(jīng)刺激部分喚醒植物人為腦損傷后意識恢復提供一條主要途徑

15年前，法國一名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)?，F(xiàn)在，一項新的研究表明，大腦中一種實驗性的低強度神經(jīng)刺激(現(xiàn)在已被批準用于治療抑郁癥和癲癇)能夠成功地將一個人變成醫(yī)生所說的“最低意識”狀態(tài)。盡管這與全面蘇醒的情況相去甚遠，但研究報告的作者認為，這一發(fā)現(xiàn)暗示了在腦損傷后恢復意識的一條主要途徑。

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這種治療是否真如所描述的那樣有效表示懷疑。從事意識研究的美國波士頓市哈佛醫(yī)學院神經(jīng)學家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進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)。雖然他們不會對諸如觸摸之類的刺激作出反應，但這些人的大腦并沒有死亡。他們的大腦通常具有可識別的睡眠—蘇醒周期，他們能夠睜開眼睛，并且在進食時可以吞咽，許多人自發(fā)地呻吟、哭泣、微笑，并表現(xiàn)出具有部分意識的其他跡象。然而，大多數(shù)專家認為，任何超過12個月的植物人狀態(tài)都是永久性的。

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

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

為檢驗迷走神經(jīng)刺激器恢復意識的能力，研究人員希望尋找一個很難用巧合來解釋被“喚醒”的植物人病例，最終找到了一個昏迷了十多年且沒有蘇醒跡象的車禍受害者。

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

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

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

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

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

目前，研究人員正計劃開展一項大型合作研究，以確認并進一步挖掘迷走神經(jīng)刺激對處于植物人或最低意識狀態(tài)患者的治療潛力。

Sirigu說，即使是最低的意識也可能成為家庭慶祝的原因，盡管她意識到，把他們的親人置于實驗中可能是危險的。“我們非常感謝這個病人和他的家人?！彼f，“他們展示了很多勇氣。”

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

紐約市威爾?康奈爾醫(yī)學院神經(jīng)學家Nicholas Schiff同意Cole的觀點，即對一個病人的研究不足以對治療作出全面的結(jié)論，但他對治療的前景很樂觀。他說，現(xiàn)在研究人員需要在多種刺激持續(xù)時間和強度下，對多名患者進行治療，這是非常昂貴和耗時的。Schiff認為，保險公司將會覆蓋康復護理，但讓他們相信，植物人的狀態(tài)可以恢復，或者是意識能夠輕微改善，將是一場艱苦的戰(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。這里的科學進步遠遠領(lǐng)先于基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

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

物理學家日前宣布他們第4次探測到引力波，這是歐洲和美國的探測器首次共同發(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水里產(chǎn)生的波紋。100多年前，愛因斯坦的廣義相對論預言了引力波的存在，但直到2015年才首次獲得證實。

自2007年以來，位于意大利比薩市附近的處女座天文臺一直在尋找這種時空結(jié)構(gòu)的漣漪。但是當它的美國“表兄”、先進的激光干涉引力波天文臺(LIGO)首次歷史性地探測到引力波時，處女座正在進行升級，并且該天文臺在隨后的兩次觀測中也沒有采取行動。

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

物理學家于9月27日在意大利都靈市舉行的新聞發(fā)布會上宣布，8月14日處女座天文臺和LIGO都探測到源自兩個旋轉(zhuǎn)黑洞并合在一起時產(chǎn)生的引力振動，它們的質(zhì)量分別是太陽質(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)量相當于53個太陽，約3個太陽的質(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《物理學評論通訊》上。之所以探測到引力波信號與宣布發(fā)現(xiàn)之間隔了一段時間，是因為科學家還要分析和確認相關(guān)數(shù)據(jù)。

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

用3個探測器來觀察這個事件，而不是LIGO的2個探測器，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確性。

對于在這個項目上工作了20多年的處女座團隊來說，這一發(fā)現(xiàn)證明了所花費的時間和精力都是值得的?！斑@對我來說是一件大事?！碧幣煳呐_聯(lián)合創(chuàng)始人、法國尼斯蔚藍海岸大學物理學家Alain Brillet說。Brillet從1980年開始游說建立一個歐洲引力波探測器，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。”

“我們有信譽。至少我們可以證明我們做出了承諾，同時也可以兌現(xiàn)我們的承諾?！碧幣献黜椖堪l(fā)言人、荷蘭阿姆斯特丹自由大學物理學家Jo van den Brand補充道。

美國項目組的兩個引力波探測器此前于2015年9月、2015年12月和2017年1月先后3次探測到引力波。處女座項目組由20個歐洲研究團隊的280多名物理學家和工程師組成。

美國引力波項目資助方、美國國家科學基金會主席France Cordova在一份聲明中說，相隔萬里的探測器首次共同探測到引力波，這對旨在破解宇宙奧秘的國際科學探索是一個“令人激動的里程碑”。

2017年的觀測工作于8月25日結(jié)束，目前兩個天文臺都在進行升級，這將使它們的靈敏度提高一倍。“這僅僅是由處女座和LIGO聯(lián)合組成的觀測網(wǎng)絡工作的開始。”LIGO合作項目發(fā)言人、麻省理工學院物理學家David Shoemaker說，“技術(shù)升級將使LIGO探測器更加靈敏，在計劃于2018年晚些時候開始的下一輪觀測中，我們將會每周甚至更頻繁地獲得這樣的探測結(jié)果?！?/p>

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

美國環(huán)境保護署(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志性法規(guī)。

于2017年10月10日采取的這一行動是朝著實現(xiàn)總統(tǒng)唐納德?特朗普承諾的逆轉(zhuǎn)奧巴馬時代的氣候法規(guī)、結(jié)束“煤炭戰(zhàn)爭”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Scott Pruitt當天簽署文件，正式宣布將廢除奧巴馬政府推出的氣候政策《清潔電力計劃》。

EPA在一份聲明中稱，在對《清潔電力計劃》進行評估后，該機構(gòu)認為這項政策“超出了EPA的法定權(quán)限”，“廢除《清潔電力計劃》將促進美國能源發(fā)展，減少不必要的相關(guān)監(jiān)管負擔”。

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誤”，接下來EPA將評估“最合適的前進路徑”，“任何替代規(guī)則都將通過傾聽各方意見認真、恰當并謙虛地制定”。

9日，Pruitt在美國肯塔基州舉行的一場活動上說，《清潔電力計劃》是利用權(quán)力監(jiān)管挑選美國發(fā)電行業(yè)的“贏家和輸家”，廢除這項政策意味著奧巴馬政府發(fā)起的“煤炭戰(zhàn)爭結(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《清潔電力計劃》。

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

支持特朗普的美國全國礦業(yè)協(xié)會稱：《清潔電力計劃》會增加美國電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，實際上是增加消費者的負擔；廢除這一計劃能為美國保存2.7萬個礦業(yè)工作崗位，及相關(guān)供應鏈上的10萬個工作崗位。

最新估計稱，廢除這項規(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)生的時間及金錢上的額外花費。

特朗普政府廢除《清潔電力計劃》并不令人意外。Pruitt是有名的氣候變化懷疑論者。在擔任EPA署長前，他是俄克拉何馬州檢察長，曾與另外20多個州的檢察長一起把EPA告上法庭，起訴《清潔電力計劃》違法。

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

同時，煤炭作為“退出的經(jīng)濟”也不大可能獲得復興機會。受成本和州政策影響，美國許多地方已經(jīng)從煤炭轉(zhuǎn)向使用天然氣、風能和太陽能。例如，加利福尼亞和紐約等州已宣布，不管華盛頓是否參與，它們都將積極應對氣候變化。

2009年，EPA曾把溫室氣體確定為污染物。按照美國《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。

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

對此，美國國內(nèi)一些行業(yè)組織也理性地指出，EPA應采取更溫和的政策取代《清潔電力計劃》，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大學法學院商業(yè)法律與監(jiān)管中心負責人，他說，特朗普政府可以合理地爭論，《清潔電力計劃》并不是為了調(diào)控溫室氣體。Adler說，法庭通常會對聯(lián)邦機構(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。這肯定是對本屆政府是否有能力應對這種局面的一次考驗?！?/p>

人類首次“看到”引力波事件

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

美國東部時間8月17日8時41分(北京時間20時41分)，美國“激光干涉引力波天文臺”(LIGO)捕捉到這個引力波信號。此后2秒，美國費米太空望遠鏡觀測到同一來源發(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和電磁波望遠鏡同時觀測到同一個天體物理事件，標志著以多種觀測方式為特點的“多信使”天文學進入一個新時代。

“幾十年來，我們一直孜孜以求準備探測雙中子星合并的引力波，”美國加州理工學院LIGO數(shù)據(jù)分析小組負責人艾倫?溫斯坦教授說，“那天早上，我們所有的夢想成真?！?/p>

LIGO項目組在美國華盛頓發(fā)布這一重大發(fā)現(xiàn)。中國、德國、英國和法國等國科學家也各自舉行新聞發(fā)布會。相關(guān)論文發(fā)表在《科學》《自然》等學術(shù)期刊上。

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

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

美國田納西大學天體物理學教授邁克爾?吉德里表示，多信使天文學結(jié)合使用多種探測手段，是引力波天文學的一個“圣杯”，“這樣的探測將在天文學和天體物理的許多領(lǐng)域開啟全新的探索途徑?！?/p>

中國紫金山天文臺副研究員金志平參與的國際團隊，通過對此次引力波光學信號的觀測和光譜分析，首次提供確鑿證據(jù)證實，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’?！?/p>

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

科學家開發(fā)出基因編輯新工具可對DNA和RNA進行有針對性的改變

如今，基因編輯的工具箱又增添了兩樣新工具。兩個美國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)進行有針對性的改變。

在一項研究中，2017年10月25日出版的美國《科學》雜志上，美國布羅德研究所張鋒團隊報告說，他們在CRISPR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單個堿基。

張鋒說：“如果你正在使用RNA療法，那么你可以升級了?！?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)學新革命。據(jù)報道，現(xiàn)在CRISPR發(fā)明者之一的張鋒團隊在此前基礎(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，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“信使”以傳遞出正面的DNA指令，理論上同樣能達到治療疾病的目的。

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

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之一?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)很善于讓基因失活，但要恢復已丟失的蛋白質(zhì)功能，挑戰(zhàn)要大得多。RNA編輯這一新能力帶來更多可能，幾乎可以在所有細胞中恢復丟失的蛋白質(zhì)功能，治療多種疾病?！?/p>

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

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

該團隊表示，接下來他們將進一步改進REPAIR的效率，并與輸送系統(tǒng)結(jié)合在動物模型特定組織中引入，進行RNA修復實驗。

在另一項研究中，一個美國團隊10月25日在英國《自然》雜志發(fā)表報告說，它在基因編輯技術(shù)方面取得新進展，可通過一種新型“堿基編輯器”在基因中替換堿基，有助科學家增強對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，腺嘌呤和胸腺嘧啶配對。

布羅德研究所的科研人員在報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堿基對轉(zhuǎn)換成G?C堿基對，也就是說能實現(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)單堿基對突變中，約有一半涉及野生型G?C堿基對轉(zhuǎn)換成突變型A?T堿基對，新發(fā)明的堿基編輯器有可能幫助患者恢復這一類突變。

據(jù)介紹，這種堿基編輯器對細菌細胞和人類細胞的DNA均有效，在人類細胞中，它們能在大范圍目標區(qū)域內(nèi)引入預期突變，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。

英國倫敦大學學院的研究人員海倫?奧尼爾評價說，這種可直接修改堿基對的能力對疾病研究以及未來修復疾病導致的變異能夠起到重要作用。

英國弗朗西斯?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，但仍有待進一步提高，今后還需更多研究來證實這種方法的安全性。

基于CRISPR展現(xiàn)出的巨大能力，美國《科學》雜志之前在2012年和2013年兩次把它評為十大突破。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基因，或者精細地調(diào)控它們的活躍程度。

中國再次登頂新一期全球超級計算機500強榜單

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

全球超算500強榜單每半年發(fā)布一次。此次中國“神威?太湖之光”和“天河二號”再次領(lǐng)跑，其浮點運算速度分別為每秒9.3億億次和每秒3.39億億次。美國連續(xù)第二次沒有超算進入前三名。美國“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，美國能源部正支持建造兩臺新的超算“Summit”和“Sierra”，其中“Summit”計算性能是“神威?太湖之光”的約兩倍，預計2018年投入使用，所以最快半年后，美國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2016年6月以167臺對165臺的微弱優(yōu)勢首次超過長期獨占鰲頭的美國；2016年11月，兩國均有171臺上榜，并列第一；2017年6月，美國以169臺對159臺反超中國，再獲第一。

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

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

面對成績，劉軍強調(diào)說：“我們需要清醒地看到，目前高性能計算市場上主流產(chǎn)品的核心技術(shù)如CPU(中央處理器)、GPU(圖形處理器)都由美國公司主導并掌控。雖然中國的高性能計算應用能力和人才儲備有了一定改善，但與美歐相比差距還是很大，需要持續(xù)努力發(fā)展。”

(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)