關毅 (本刊特約記者)

把科學當做捍衛(wèi)地球的武器

關毅 (本刊特約記者)

今天的地球可謂危機四伏。聯(lián)合國與世界衛(wèi)生組織不久前出具的兩份報告讓每個人的心情分外沉重。聯(lián)合國于2014年3月31日在日本橫濱發(fā)布的一份最新氣候科學報告，首次提出了氣候變化對人類安全的影響，并強調將平均氣溫控制在比工業(yè)革命前上升2 ℃以下的重要性。無獨有偶，根據(jù)世界衛(wèi)生組織2014年4月30日發(fā)布的一份報告，“后抗生素”時代正在逼近。該組織指出，抗生素和其他抗菌藥物的療效下降正在成為一個全球性問題，應當建立一個觀測系統(tǒng)來監(jiān)控這種情況。同時科學家的觀測結果顯示，巨大的西南極冰原注定要消失殆盡，而冰雪的融水足以使海平面升高超過3 m。受其影響，200～ 1 000年后，多個低洼沿海城市或將消失……面對這一個個觸目驚心的事實，只有以科學為武器，才能捍衛(wèi)我們的地球家園。

科學家首次獲得7顆星際塵埃微粒對于研究太陽系起源具有重要意義

經(jīng)過長達數(shù)年的大量工作，研究人員終于從返回地球的星塵號探測器中采集到7顆星際塵埃微粒?？茖W家在日前于美國得克薩斯州林地市召開的月球與行星科學大會上報告說，盡管整個樣本的質量只有幾百萬兆分之一克，這卻是科學家第一次將自己的手放在自太陽系形成后便從未改變的原始物質上。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)對于研究太陽系的起源具有重要意義。

于1999年發(fā)射升空的星塵號探測器已經(jīng)完成其主要的使命：采集“維爾特二號”彗星彗尾的塵埃微粒，并在星塵號于2006年經(jīng)過地球時，通過發(fā)射一枚返回艙，將這些樣本送回地球。

美國宇航局(NASA)最初認為，彗星可能是形成太陽系的原始冰體與巖石(它們都是恒星誕生和死亡后的產物)的“儲藏室”。然而，科學家后來發(fā)現(xiàn)，星塵號探測器想要采集的彗星塵埃中的礦物質并不原始——它們曾被加熱、融化，并在早期太陽的附近完全轉化，進而向外運行成為彗星的一部分，進入太陽系最遙遠行星之外的極寒空間。

這讓搜尋原始恒星物質的星塵號探測器不得不作出新的選擇——在星際空間中采集塵埃流。在2000年和2002年的200天中，星塵號利用其網(wǎng)球拍一樣的集塵器面板捕捉了太陽系中的星際塵埃。隨著樣品面板被送回地球，研究人員面臨的問題迅速變成了尋找嵌入面板氣溶膠中的任何采集到的微粒。然而星塵號項目組成員、加利福尼亞大學伯克利分校的Andrew Westphal表示，“我們真的不知道要怎樣發(fā)現(xiàn)”這些嵌入的微粒。由于“絕望”，星塵號研究團隊先后邀請了30 714名公眾參與這項工作。他們檢查對氣溶膠拍攝的顯微圖像，并使用世界上最好的模式識別系統(tǒng)——人眼及大腦——選擇高速粒子在氣溶膠中留下的痕跡。

科學家首次獲得7顆星際塵埃微粒（圖片來源：NASA）

在1億次的搜索后，星塵號團隊成員在集塵器上發(fā)現(xiàn)了7個“可能的”塵埃碰撞痕跡。其中有2個塵埃的質量分別為300萬兆分之一克，也就是說1 000億顆這樣的微粒相當于一粒糖的質量。這些微粒以不到18 000 km/h的速度撞擊樣品面板的氣溶膠，并附著在那里。第3顆微粒的速度是如此之快，以至于并沒有發(fā)現(xiàn)任何化學殘渣，而僅僅留下了痕跡。還有4顆微粒無心插柳般轟擊了氣溶膠邊緣的鋁箔，并在它們的“隕石坑”中留下了可供測量的物質。

并未參與該項研究的得克薩斯州休斯敦市NASA航天中心的宇宙化學家Scott Messenger表示：“星塵號團隊走到這一步，是一項巨大的成就?！彼釽estphal的觀點，認為這些是“迄今為止最具有挑戰(zhàn)性的地外樣本”。為了確保這些微粒確實為星際塵埃，研究人員下一步必須對這些氣溶膠中極小的塵埃斑點進行深入的分析，特別是它們的同位素構成。這項技術“很無聊卻是必要的”。Westphal說，“你很容易就會失去它們”。

星塵號探測器于1999年2月發(fā)射升空。2004年1月，該飛船近距離飛過“維爾特二號”彗星時，飛船上的塵埃采集器成功捕獲到彗星物質粒子。2006年1月15日，裝有彗星塵埃樣本的返回艙首先與星塵號探測器的母船分離，隨后進入地球大氣層，并在降落傘的幫助下在美國猶他州的沙漠中降落。這是人類發(fā)射的探測器首次將彗星樣本帶回地球?？茖W家當時稱，星塵號帶回了大量彗星塵埃樣本。這些樣本十分微小，直徑比一根頭發(fā)絲還細，因此只能在顯微鏡下進行研究。NASA的專家們隨后把集塵器的數(shù)碼顯微照片提供給網(wǎng)絡志愿者，讓他們來共同尋找這些星際塵埃。

首個合成酵母染色體問世合成生物學領域實現(xiàn)重大飛躍

美國遺傳學家Craig Venter曾耗資4 000萬美元、歷時15年合成了一個細菌寄生蟲基因組。在2014年3月27日，一個主要由大學生組成的研究團隊報告了合成生物學領域的一次重大飛躍：源自釀酒酵母的一種重新設計并合成的全功能染色體。這一成果被譽為攀上了合成生物學的新高峰，也是向合成人造微生物等生命體邁出的一大步。

作為一種真核細胞，釀酒酵母基因組比Venter的寄生蟲更為復雜。這個新合成的酵母染色體——被剝離了一些DNA序列以及其他成分——具有272 871個堿基對，表達了釀酒酵母基因組1 200萬堿基對中的約2.5%。研究人員在5年的時間里通過國際合作創(chuàng)造了這一合成版本的全釀酒酵母基因組。

研究人員在2014年3月28日出版的《科學》雜志上報告了這一成就。他們介紹說，利用計算機輔助設計技術，研究人員成功構造了釀酒酵母染色體Ⅲ，盡管合成的僅僅是釀酒酵母16條染色體中最小的一條，但這是通往構建一個完整的真核細胞生物基因組的關鍵一步。

“這是一項令人印象非常深刻的研究成果，不僅是DNA的合成，還有整個真核基因組的重新設計?！辈⑽磪⑴c該項研究的美國康涅狄格州紐黑文市耶魯大學生物工程師Farren Isaacs表示，“你們可以看到，他們?yōu)榛诨蚪M重新設計的生物學新紀元系統(tǒng)性地鋪平了道路。”

最讓研究人員自豪的是這條染色體被成功整合進活體酵母細胞之中。研究負責人、紐約大學酵母遺傳學家Jef Boeke說：“攜帶這條合成染色體的酵母細胞相當正常，它們與野生酵母細胞幾乎一模一樣，只是它們還擁有一些新的能力，能夠完成野生酵母無法完成的事件。”Boeke認為，這是一項具有里程碑意義的研究成果，“就像第一個人類基因組被測序完成一樣”。

該項研究始于幾年前，當時Boeke采取比Venter及其團隊于2010年展示得更徹底的變化方式合成釀酒酵母基因組。

2010年，Venter曾宣布培育出第一個由人工合成基因組控制的細胞，當時引起了廣泛爭論。有科學家表示，Venter的工作是在細菌中完成的，對象只是原核生物。相比之下，Boeke及其同事認為，通過剝離基因組的某些特征進而測試其重要性，他們能夠證明這樣做的巨大價值并努力合成出全部的酵母染色體。

“我并不懷疑這項研究的可行性。”Boeke說。他進一步解釋說，問題是“我們怎樣才能使它與一個正常的染色體不同，并且放入一些真正有意義的東西?！?/p>

在這項研究中，釀酒酵母染色體Ⅲ在酵母中的原始版本擁有近32萬個堿基對，Boeke等人進行了500多處修改，刪除了近4.8萬個被認為對染色體復制和生長沒有用處的重復堿基對，還刪除了一些被稱為垃圾DNA的序列，例如不能編碼任何蛋白質的序列及能夠任意移動并可能導致變異的“跳躍基因”片段，最終構建的染色體擁有27萬多個堿基對。

“改變基因組就像賭博。一個錯誤的變化，就可能殺死細胞”，Boeke說，“而我們的酵母仍然活著，這非常重要，說明我們的合成染色體生命力頑強，賦予酵母新的屬性?！?/p>

研究人員說，這項成果將有助于更快地培育新的酵母合成菌株，用于制造稀有藥物，包括治療瘧疾的青蒿素或治療乙肝的疫苗等。此外，合成酵母還能用于生產更有效的生物燃料，如乙醇、丁醇和生物柴油等。Boeke說：“我們的研究實現(xiàn)了合成生物學從理論到現(xiàn)實的轉變?！?/p>

聯(lián)合國氣候變化報告凸顯全球變暖危害歷時7年、243名主要撰稿人、66名編輯和436名專家合作完成

根據(jù)聯(lián)合國2014年3月31日在日本橫濱發(fā)布的一份最新氣候科學報告，從冰川收縮到海洋酸化，氣候變化已經(jīng)給地球的自然系統(tǒng)留下了顯著印記。該報告首次提出氣候變化對人類安全的影響，并強調將平均氣溫控制在比工業(yè)革命前上升2 ℃以下的重要性。

政府間氣候變化專門委員會(IPCC)表示，如果大氣中溫室氣體的含量持續(xù)上升，預計全球變暖將在21世紀給未來的糧食安全以及人類的健康和財富帶來風險。

這份報告由243名主要撰稿人、66名編輯和436名其他專家合作完成。該報告是7年來IPCC關于氣候變化對全球造成影響的第一份報告。

更頻繁的炎熱與干旱以及更不穩(wěn)定的降水，這些都對有人類居住的大陸的淡水供給和糧食生產構成了威脅，對于那些處于干旱地區(qū)和熱帶的國家而言尤為如此。該報告斷言，在陸地和海洋中，隨著植物和珊瑚礁的死亡，生物多樣性將呈下降趨勢，物種將無法適應遷徙，甚至走向滅絕。

在為完成這一報告而舉行的長達一周的會議結束后，IPCC主席Rajendra Pachauri在新聞發(fā)布會上表示：“氣候變化的影響已經(jīng)在世界各地顯現(xiàn)出來，在這顆星球上沒有一個人會不受影響。”

起草這份報告的工作組聯(lián)合主席、美國加利福尼亞州斯坦福大學卡耐基科學研究所草地生態(tài)學家Chris Field指出，這份報告的關鍵在于“有多少影響得到了量化。這些不再是預測——它們都是實實在在的影響”。

報告說，在過去數(shù)十年間，氣候變化對所有大陸和海洋的生態(tài)系統(tǒng)以及人類社會產生了影響。氣溫上升的主要風險包括海面上升、沿海地區(qū)遭受高潮危害、城市因洪水受災、極端天氣危害基礎設施、城市酷暑導致死亡和疾病、干旱和降水量的變化導致食物不足等。

法國濱海自由城國家科學研究中心海洋學家Jean-Pierre Gattuso指出：“薈萃分析和專家調查已經(jīng)表明，我們已經(jīng)知道足夠的關于未來海洋酸化和氣候變暖所產生的影響，現(xiàn)在就采取行動減少這些影響才是至關重要的。”

報告指出，氣溫升高將很容易在大范圍內產生不可逆的影響。如果平均氣溫與20世紀末相比上升2 ℃，熱帶和溫帶地區(qū)的小麥、稻谷和玉米將會減產；如果平均氣溫比20世紀末上升3 ℃以上，則南極和格陵蘭島冰蓋融化導致海面上升的風險將會提高。如果格陵蘭島的冰蓋融化，海面將在1 000年內上升7 m。

負責該報告糧食安全章節(jié)的首席作者、澳大利亞堪培拉市聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織農業(yè)專家Mark Howden說：“它把對于未來的爭論轉變?yōu)獒槍Ξ斚碌臓幷?。”他說：“真正的大干旱將導致顆粒無收。”

報告還詳細分析了酷暑和洪水等對全球各地的影響。報告說，水資源質量及生物分布發(fā)生的變化，對谷物收成的負面影響將比正面影響更大；雖然通過開發(fā)耐高溫和耐干旱作物有助于減輕損失，但效果有限。如果溫室氣體排放進一步增加，幾乎所有干燥亞熱帶地區(qū)的可再生水都將顯著減少。

此外，酷暑還將對人類健康產生不良影響，特別是在發(fā)展中國家，將有更多的人因此患病。在亞洲地區(qū)，死于洪水和酷暑的人將會增加。

報告警告說，氣候變暖會助長貧困和經(jīng)濟危機等沖突因素，導致發(fā)生內戰(zhàn)和暴力活動的風險上升。如果能夠在經(jīng)濟、社會、技術和政治等各領域采取行動，減少溫室氣體排放，將平均氣溫控制在比工業(yè)革命前上升2 ℃以下，并加強防范措施，將有望減輕這些風險。

Pachauri表示：“今后，氣候變化會產生什么影響，取決于國際社會如何為此作準備以及是否能夠削減溫室氣體排放。”

IPCC大會2014年3月25日在橫濱開幕。該組織去年發(fā)表的一份報告指出，如果溫室氣體排放按現(xiàn)有水平增加，與工業(yè)革命前相比，平均氣溫到21世紀末將最大上升5.4 ℃(與20世紀末相比則上升4.8 ℃)。

恒星宜居帶首現(xiàn)地球“堂兄弟”圍繞紅矮星運行 可能含有水

天文學家首次在一顆恒星的宜居帶中發(fā)現(xiàn)了一顆與地球大小類似的系外行星。這顆系外行星是迄今為止最接近科學家一直尋找的夢寐以求的宜居帶天體的行星，即體積與地球接近，且環(huán)繞恒星的距離恰好適合液態(tài)水的存在。

天文學家首次于宜居帶發(fā)現(xiàn)地球“堂兄弟”(圖片來源：NASA)

該研究的共同作者、美國加利福尼亞州山景城SETI研究所天文學家Elisa Quintana表示：“我們明確地認為這是朝著找到一個真正的日-地類似結構邁出的又一步?！钡怯捎谶@顆系外行星所環(huán)繞的恒星是一顆寒冷而昏暗的紅矮星，而非像太陽這樣的恒星，因此Quintana和她的同事認為，這顆系外行星更類似于地球的一個“堂兄弟”，而不是“雙胞胎”。

研究人員在2014年4月18日出版的《科學》雜志上報告了這一研究成果。

這顆行星被命名為開普勒-186F，圍繞一顆距地球約500光年的紅矮星運行。在這個星系中，共有5顆行星，其中開普勒-186F是最外層的一顆行星，從其距離看，正好位于可保有液態(tài)水的宜居帶外層。

計算表明，這顆行星的直徑只比地球大10%，圍繞母星的公轉周期為130天。盡管其質量和組成成分無法探測，但Quintana及其同事認為，類似大小的行星非常可能是巖石行星?？上н@一點至今尚無法肯定，因為科學家目前只了解其物理大小而非質量。此外，該行星從母星獲得的能量是地球從太陽獲得能量的1/3。站在這顆行星表面上，正午的“陽光”亮度差不多是地球上日落前1 h的陽光亮度。

多名天文學家認為，新發(fā)現(xiàn)具歷史性意義，它首次證實了恒星宜居帶中確實存在接近地球大小的行星?！皩ξ叶裕@項研究證明了這樣的行星真的存在。”馬薩諸塞州劍橋市哈佛-史密森天體物理學中心天文學家David Charbonneau表示。

Quintana說，發(fā)現(xiàn)開普勒-186F只是第一步，“我們不希望保持這個記錄停止不前，我們希望發(fā)現(xiàn)更多類似的行星”。

此前，天文學家已找到近1 700顆太陽系外行星，其中大約20顆位于宜居帶內，但這些行星都比地球大得多，且人們無法弄清它們是巖石行星還是氣態(tài)行星。

科學家說，開普勒-186F是迄今發(fā)現(xiàn)的“最像”地球的行星，然而，由于它圍繞一顆M紅矮星運行，還不太適合被稱為“第二地球”。

在銀河系中，70%的恒星都是M紅矮星，它們比太陽小得多，溫度也更低，因此新發(fā)現(xiàn)意味著也許可以在這些恒星的周圍尋找外星生命跡象。Quintana說：“我們的銀河系中很可能到處都有開普勒-186F的堂兄弟?！?/p>

傳統(tǒng)天文學理論認為，紅矮星的行星并非尋找外星生命理想之地，因為其宜居帶中的行星通常會被母星潮汐力鎖住，一面永遠面對恒星，另一面永遠背對恒星，從而不適合生命生存。

然而，研究人員認為，開普勒-186F距其母星足夠遠，因此可能不會出現(xiàn)被潮汐力鎖住的問題，這也同時幫助它遠離恒星耀斑帶來的威脅。即便開普勒-186F被潮汐力“定身”，根據(jù)一些最新研究，大氣氣流和海洋洋流也可以改變行星的氣候環(huán)境，從而形成適合生命的環(huán)境。

對此Quintana相信：“我們如果能夠在未來幾十年里發(fā)現(xiàn)任何生命跡象，那么最有可能來自于位于一顆M紅矮星宜居帶中的行星?！?/p>

開普勒空間望遠鏡是世界首個用于探測太陽系外類地行星的飛行器，于2009年3月6日從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，它是美國宇航局發(fā)射的首顆探測類地行星的探測器。在為期3年半的任務期內，開普勒空間望遠鏡已對天鵝座和天琴座中大約10萬個恒星系統(tǒng)展開觀測，以尋找類地行星和生命存在的跡象。美國宇航局公布的資料顯示，開普勒空間望遠鏡攜帶的光度計裝備有直徑為95 cm的透鏡，能夠通過觀測行星的“凌日”現(xiàn)象搜尋太陽系外類地行星。然而在經(jīng)過數(shù)個月的努力后，美國宇航局于2013年8月15日宣布放棄修復開普勒空間望遠鏡?！伴_普勒”由此結束搜尋太陽系外類地行星的主要任務，但它仍可能被用于其他科研工作。

在“開普勒”之后，尋找M紅矮星宜居帶系外行星的最大希望，將來自于美國宇航局計劃于2017年發(fā)射升空的凌日系外行星調查衛(wèi)星。

測序采采蠅有助消滅昏睡癥提供昆蟲食物、視覺和繁殖線索

通過對一種使人虛弱甚至可能致命的疾病傳播元兇采采蠅(Glossina morsitans morsitans)進行基因組測序，公共衛(wèi)生工作者向著消滅昏睡癥(又稱非洲錐蟲病)邁出了關鍵一步。研究人員表示，采采蠅的3.66億個堿基序列提供了有關這種昆蟲的食物、視覺和繁殖策略方面的線索。

主持這項研究的美國康涅狄格州紐黑文市耶魯公共衛(wèi)生學院的Geoffrey Attardo表示：“這一成果真的促進了我們對于這種昆蟲進行基礎研究的能力?！?/p>

研究人員在2014年4月25日出版的《科學》雜志上報告了這一研究成果。

采采蠅也稱舌蠅，以吸食脊椎動物血液為生。在撒哈拉以南非洲，采采蠅攜帶了一種能夠在人類以及牲畜中導致昏睡癥或類似疾病的寄生蟲。其中，人類錐蟲病感染者主要表現(xiàn)為過度睡眠，又稱昏睡癥。受昏睡癥威脅的非洲人高達7 000萬，每年數(shù)萬人因昏睡癥死亡。動物錐蟲病又叫那加那病，非洲每年有300萬牲畜被那加那病感染，經(jīng)濟損失達數(shù)十億美元。一些控制措施——例如捕捉和殺死采采蠅——有助于降低發(fā)病數(shù)量，但對于這種疾病至今缺乏有效的疫苗。

Attardo表示，破譯采采蠅基因組將幫助研究人員確定這種昆蟲的具體特征，同時有望帶來控制采采蠅種群數(shù)量的新的或更有效的方法。

采采蠅已經(jīng)成為科學家研究昏睡癥的首選，部分原因在于對這種昆蟲開展實驗室研究十分安全。迄今為止，研究人員對于采采蠅的生物學和行為特征已經(jīng)有了很多了解。

聯(lián)合國糧農組織與國際原子能機構共同設立的食品與農業(yè)核技術部門在一份聲明中說：“破譯采采蠅的DNA是一個重大科學突破，為更有效地控制錐蟲病鋪平道路，這對撒哈拉以南非洲的數(shù)千萬農牧民來說是一個好消息。”

控制采采蠅的傳統(tǒng)方法包括投放不育雄蠅、誘捕器和使用殺蟲劑，但成本高昂且效率不高。此外，由于采采蠅攜帶的寄生蟲可以躲避宿主免疫系統(tǒng)，目前尚無有效疫苗預防采采蠅引起的錐蟲病。在這一背景下，來自美、英等10多個國家的78家研究機構約140名科學家于2004年啟動“國際舌蠅基因組計劃”，旨在從基因學角度了解采采蠅及其引起的疾病。

采采蠅與實驗室常用動物模型果蠅有親緣關系，但新研究表明，采采蠅的基因組包含3.66億個堿基對，是果蠅的2倍之多、約為人類基因組的1/10。

據(jù)估計有7 000萬人仍然面臨由采采蠅導致的昏睡癥的威脅(圖片來源：Geoffrey M. Attardo)

研究人員在采采蠅基因組中找到約1.2萬個基因，其中包括一個叫作RH5的感光基因，它可以解釋為什么采采蠅會被藍光／黑光誘捕器吸引。研究人員還發(fā)現(xiàn)了一些視覺與氣味基因，這些基因會驅使采采蠅尋找宿主與配偶等行為反應。此外，采采蠅唾液腺中還有一組TSAL基因，可以幫助它們更順利地吸宿主的血。

這項研究的共同作者之一、耶魯公共衛(wèi)生學院的Serap Aksoy表示：“在野外控制這種疾病的一種有效途徑就是抑制采采蠅的數(shù)量?！?/p>

研究人員表示，“國際舌蠅基因組計劃”所有研究數(shù)據(jù)已上傳到一個基因組數(shù)據(jù)庫，全世界科學家都可免費使用。

與此同時，還有5項關于采采蠅基因組的研究正在進行當中，其中包括一種導致最多人類昏睡癥感染病例的河畔采采蠅的基因組分析?！斑@項研究的序幕正在拉開?！盇ttardo說道。

世衛(wèi)組織警告稱后抗生素時代來臨建議設立全球觀測系統(tǒng)監(jiān)控耐藥細菌傳播

根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO) 2014年4月30日發(fā)布的一份報告稱，“后抗生素”時代正在逼近。該組織指出，抗生素和其他抗菌藥物的療效下降正在成為一個全球性問題，應當建立一個觀測系統(tǒng)來監(jiān)控這種情況。

WHO的這份報告并沒有讓人們看到什么希望——該報告將來自129個成員國的數(shù)據(jù)匯集在一起，展現(xiàn)了抗菌藥物在全球各個角落所面臨的巨大耐藥性。在農業(yè)生產(為了促進牲畜生長)和醫(yī)院中過度使用抗生素導致了耐藥細菌的迅速增殖，并通過人際旅行和糟糕的衛(wèi)生環(huán)境而傳播。

WHO衛(wèi)生安全副總干事Keiji Fukuda在報告的前言中寫道：“后抗生素時代——即常見的傳染病和輕傷可以導致死亡——并非是一個世界末日的幻想，而是在21世紀發(fā)生的一種非?，F(xiàn)實的可能性?！?/p>

作為這份報告的顧問之一，英國卡迪夫大學醫(yī)學微生物學家Timothy Walsh表示，也許最令人擔憂的趨勢是對碳青霉烯類抗生素耐藥性的蔓延，碳青霉烯類抗生素通常被視為“抗生素的最終手段”。

這份報告發(fā)現(xiàn)，在全球的某些地區(qū)，超過一半的由一大類主要細菌——包括大腸桿菌和肺炎克雷伯菌在內的革蘭陰性菌——導致的傳染病涉及對碳青霉烯類藥物的耐藥性。

這份報告指出，在日本、法國和南非等地，在淋病治療中發(fā)現(xiàn)了頭孢菌素類抗生素無效的病例。

報告忠告醫(yī)療工作者應將抗生素處方控制在必要的最小限度，同時呼吁普通患者僅在醫(yī)師開具處方時才使用抗生素。

報告還估計，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)感染患者與非耐藥性感染患者相比，死亡率可能要高出64%。

美國華盛頓哥倫比亞特區(qū)皮尤慈善信托藥品安全與創(chuàng)新主管Elizabeth Jungman表示，在研發(fā)中的用于替代碳青霉烯類抗生素的藥物很少。她說，制藥公司缺乏開發(fā)新抗生素的經(jīng)濟動機，并且研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很難找到新的方法獲得對抗革蘭陰性菌的抗生素。

最終，這份報告最令人驚訝的發(fā)現(xiàn)可能是對于抗生素耐藥性全球數(shù)據(jù)的匱乏。

在WHO的129個成員國中，只有22個國家對這份涉及了人們最關注的9對抗生素-細菌數(shù)據(jù)的報告作出了貢獻。

然而盡管這份報告呼吁建立一個全球觀測網(wǎng)絡，但由于沒有任何額外的資金投入，因此實現(xiàn)這一目標似乎是不可能的。華盛頓州西雅圖市比爾與梅琳達·蓋茨基金會流行病學家Keith Klugman表示：“這是一個巨大的問題，我不確定有任何可用的資源。”

抗生素耐藥性又稱抗藥性，是指細菌對于抗菌藥物作用的耐受性，耐藥性一旦產生，藥物的化療作用就明顯下降。耐藥性根據(jù)其發(fā)生原因可分為獲得耐藥性和天然耐藥性。自然界中的病原體，如細菌的某一株也可存在天然耐藥性。當長期應用抗生素時，占多數(shù)的敏感菌株不斷被殺滅，耐藥菌株就大量繁殖，代替敏感菌株，而使細菌對該種藥物的耐藥率不斷升高。目前認為后一種方式是產生耐藥菌的主要原因。

西南極冰原崩塌已不可逆其融水足以使海平面升高超過3 m

一場災難正像慢動作一樣緩緩展開。就在日前，兩個科學家小組報告說，作為將巨大的西南極冰原聚攏在一起的“基石”，斯維茨冰川已經(jīng)開始崩塌。研究人員表示，從長遠來看，整個冰原注定要消失殆盡，而冰雪的融水足以使海平面升高超過3 m。受其影響，200～1 000年后，多個低洼沿海城市或將消失。

其中的一個研究小組將最近后撤的18.2萬km2的斯維茨冰川的數(shù)據(jù)，與一個冰川動力學模型相結合，從而預測了該冰川的未來。

研究人員在2014年5月13日發(fā)表于美國《科學》雜志網(wǎng)絡版的一篇論文中報告說，只需要200年的時間，斯維茨冰川的最外側邊緣將后撤并越過一道水下的山脊，而該山脊如今正在延緩其后退。

研究人員的模型顯示，這一冰川隨后將陷入快速的崩塌過程之中。

另一個研究小組則在《地球物理學研究快報》上描述了最近對西南極冰川的雷達繪圖結果，并證實，這道600 m深的山脊是冰川下的基巖浸入下方盆地的最后一道障礙。

由于內陸盆地將斯維茨冰川與該地區(qū)的其他大冰川連接在一起，因此這兩個研究團隊均表示，該冰川的崩塌將使海水淹沒西南極洲，并導致該區(qū)域幾乎失去全部的冰川。

《科學》雜志論文的作者、西雅圖市華盛頓大學冰川學家Ian Joughin表示：“西南極冰原的下一個穩(wěn)定狀態(tài)或許是根本沒有冰原。”

為了預測斯維茨冰川的命運，研究人員將衛(wèi)星和飛機雷達繪制的冰川冰體及下伏基巖的圖像輸入一個計算機模型當中。通過對各種不同的融化趨勢進行模擬，該模型準確地重現(xiàn)了最近的海冰流失測量值，并且得出了一個令人不安的結果：即便是按照最保守的估算，斯維茨冰川的崩塌也已經(jīng)開始了，并且一旦冰川的“接地線”——冰體開始漂浮的臨界點——后退并越過山脊，該冰川將加速融化。

Joughin預計，斯維茨冰川融化需要200～1 000年，其結果將導致全球海平面上升0.6 m。由于斯維茨冰川是南極西側冰蓋的“基石”，它的消失將可能帶動整個南極西側冰蓋的坍塌，進而導致全球海平面上升3～4 m。

科學家警告南極西側冰蓋坍塌已“不可阻止”(圖片來源：NASA)

在另一項研究中，美國宇航局與加利福尼亞大學歐文分校的研究人員，通過分析1992—2011年測得的衛(wèi)星雷達數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，南極西側位于阿蒙森海處的6個冰川正在快速融化，融化速度甚至超過了多數(shù)科學家的預計。一旦這些冰川全部融化，全球海平面將上升1.2 m。

加利福尼亞大學歐文分校教授Eric Rignot說：“南極西側冰蓋中的大部分冰川正以一種不可逆轉的狀態(tài)消退，這個冰蓋已經(jīng)跨過了臨界點，走上了坍塌的不歸路。”

元素周期表家族又添“大塊頭”117號元素引導科學家接近“穩(wěn)定島”

物理學家已經(jīng)制造出了超重元素的新成員——一種原子核中有117個質子的原子。這個“龐然大物”位于元素周期表的外層，在這里，腫脹的原子核變得越來越不穩(wěn)定。但是，117號元素的存在給了科學家希望，他們正在接近發(fā)現(xiàn)傳聞中的“穩(wěn)定島”，這里的原子核擁有所謂的神秘數(shù)目的質子和中子，使得其壽命長久。

比鈾(擁有92個質子)沉重的元素在自然界中不常被發(fā)現(xiàn)，但它們被迫在實驗室里“現(xiàn)身”。問題是：一個原子核越大，帶正電荷的質子彼此間的斥力就越大，通常這使得它更不穩(wěn)定或更具放射性。例如，元素117的半衰期大約是0.05 s，這意味著在這段時間內，一半的該元素將衰減成一個更輕的元素。

2010年，一個美國-俄羅斯聯(lián)合研究小組在俄羅斯聯(lián)合核能研究所第一次制造出元素117。但該元素仍被認為是非官方的，尚未被正式接受，且未被國際理論與應用化學聯(lián)合會(IUPAC)錄入元素周期表。不過，德國達姆施塔特GSI亥姆霍茲重離子研究中心利用新實驗成功證實了117號元素的存在，他們得出的其新外觀信息將有助于該超重元素向正式加入元素周期表更進一步。

“跟首次發(fā)現(xiàn)相比，這次的發(fā)現(xiàn)是由一個不同的研究小組在不同的地方，利用不同的機器完成的。”領銜GSI 實驗的Christoph Dullmann說，“我認為科學界將要改變對元素117的看法，它已經(jīng)從宣布被觀察到發(fā)展為如今的已經(jīng)被證實?！?/p>

要制作元素117——其在周期表中的臨時占位符為ununseptium，研究人員需要粉碎鈣原子核(每個有20個質子)，并用其轟擊锫(每個原子有97個質子)。該實驗非常困難的部分原因是锫本身就很難得到。“我們必須與世界上唯一能大量生產和分離锫的機構合作?！盌ullmann說。

這個機構就是美國田納西州橡樹嶺國家實驗室，其核反應堆能夠創(chuàng)造半衰期為330天的稀有元素。該設施花費了大約2年時間建立了足夠大的锫儲存量以用于實驗。當積累到13 mg后，橡樹嶺國家實驗室的科學家便將锫裝船運到德國，以供該項目下一階段使用。

在GSI，研究人員將鈣離子加速到光速的10%，之后讓它們撞向锫。如果鈣和锫的原子核迎頭撞上，這兩個原子核偶爾會結合在一起，融合成一種質子總數(shù)為117的新元素?！拔覀兠恐艽蠹s獲得1個原子?！盌ullmann說。

科學家沒有直接觀察元素117。相反，他們尋找了其發(fā)射阿爾法粒子出現(xiàn)放射性衰退后的衰變產物——擁有2個質子和2個中子的氦核?！爸睾四艹霈F(xiàn)阿爾法衰變產生115號元素，并且這種元素也會出現(xiàn)阿爾法衰變?！?014年5月1日發(fā)表于《物理評論快報》上的相關論文第一作者、GSI的Jadambaa Khuyagbaatar說。

在這種衰變鏈進行更多幾步之后，原子核產物之一是同位素鐒266，其原子核擁有103個質子和163個中子。之前已知的鐒同位素的中子數(shù)量較少，并且穩(wěn)定性也較差。但是，這種新奇元素的半衰期竟長達11 h，這使其成為到目前為止已知的最長壽超重同位素?！耙苍S我們已經(jīng)到達‘穩(wěn)定島’的岸邊。” Dullmann說。

但沒有人能確定這個島在哪里，甚至它是否存在。相關理論建議，除了已知的，下個神秘數(shù)字可能是108、110或114個質子和184個中子。據(jù)計算，這些組合將能促成特殊的性質，這允許其原子能比類似物質存活更久?！皩τ谠?16、117和118的所有現(xiàn)存數(shù)據(jù)確實證明，生命周期增加接近中子數(shù)184?！蔽磪⑴c研究的橡樹嶺國家實驗室理論物理學家Witold Nazarewicz說，“這是鼓舞人心的?！?/p>

德國GSI亥姆霍茲重離子研究中心直線加速器能將鈣離子加速至光速的10%，以制造元素117(圖片來源：G. Otto/GSI亥姆霍茲重離子研究中心)

超重幻數(shù)核可能會有能確保穩(wěn)定性的有趣形狀，例如所謂的中部有孔洞的氣泡結構?！暗@些從未被發(fā)現(xiàn)，不過目前對該領域的開發(fā)正在到達泡沫范圍的邊緣?！盢azarewicz說。

如果“穩(wěn)定島”確實存在，那么其原子核持續(xù)多久將不再有限制。它們將被證明足夠穩(wěn)定并能在自然界中被發(fā)現(xiàn)。很多尋找是基于這些超重元素已經(jīng)存在，或許它們形成于許多強有力的宇宙事件，例如兩個中子星的融合。盡管目前尚未發(fā)現(xiàn)，科學家仍對“穩(wěn)定島”已近在眼前抱有希望。

近年來科學家合成了一系列超重元素，第114號和第116號元素已正式成為元素周期表的新成員。元素周期表含有92種天然形成的元素，從原子數(shù)為1的氫到原子數(shù)為92的鈾。每一個元素根據(jù)原子核中的質子數(shù)量定義。然而，序號在92以后的重元素在自然界中難以穩(wěn)定存在，104號及以后的元素被稱為超重元素，壽命更加短暫，迄今為止所有的超重元素均為人工合成。

美宇航局首次計劃帶火星巖土回地球下一代探測器將于2020年發(fā)射

NASA的好奇號探測器正處在年富力強的階段，探測火星的巖石、土壤和大氣，忙得不亦樂乎。然而，NASA如今已經(jīng)開始規(guī)劃它的繼任者——這一次，人們下在科學上的賭注更高。

2014年5月14日，行星地質學家齊聚弗吉尼亞州阿靈頓市附近的一家旅館，開始推敲2020年NASA將向哪里發(fā)射它的下一代火星探測器。該計劃包括打造一架與好奇號探測器幾乎一模一樣的機器，并裝載更新式的設備用于探測火星表面。

盡管諸多細節(jié)有待完成，但NASA的下一代火星探測器幾乎肯定要完成一項非常重要、史無前例的任務——為一架未來的太空船采集、儲存火星的巖石和土壤，并送回地球。這也將是人類有史以來第一次從火星帶回的樣本。

“未來20年的火星探測將取決于這架探測器飛向何方?！碧古迨衼喞Ｄ侵萘⒋髮W行星科學家Philip Christensen說，“它將告訴我們有關火星廣闊歷史的一些最基礎的東西。”

日前召開的NASA研討會討論了火星探測器可能的著陸地點。這些地點很多看起來都很熟悉——它們都曾出現(xiàn)在好奇號探測器著陸地點的入圍候選名單中。它們包括馬沃斯峽谷，這個古老的山谷中布滿了在水中形成的礦物質，這將有助于探測器實現(xiàn)其尋找和探索火星的主要目標——發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)適合生命存在的環(huán)境。歐洲空間局也正在考慮將這里作為計劃于2018年發(fā)射的ExoMars探測器的著陸地點。其他2020年火星探測的可能著陸地點包括幾個現(xiàn)已干涸的古老湖泊及三角洲，曾經(jīng)的流水如今就沉積在那里。這些地區(qū)——包括艾博爾斯瓦德隕坑——都曾是好奇號任務的頂級候選著陸地點。

2020年的火星探測任務還有一項至關重要的額外任務——采集樣本。幾十年來，科學家們一直在談論親手研究火星巖石從而尋找過去生命的痕跡。他們曾研究過來自火星的隕石，但至今還沒有一個空間機構能夠直接將火星樣本帶回地球，這部分緣于成本，部分緣于技術故障。

NASA的火星樣本返回計劃將包括一系列連續(xù)多年的任務。其第一步將由一架探測器采集并儲存約30個長圓筒的火星巖石和土壤，并放在機器中或火星地面上。在第二步中，一架無人火箭將飛往火星，并釋放另一架探測器取回樣本，進而將它們送至火星軌道上。最后一步將是捕獲這個軌道包裹并將其帶回地球。

一個十幾歲少女的骨架在墨西哥深水洞中被發(fā)現(xiàn)(圖片來源：Daniel Riordan-Araujo)

羅德島州普羅維登斯市布朗大學的行星地質學家John Mustard指出，能夠獲得來自一個特定位置的巖石并了解其背景將是至關重要的進步?！叭绻@些樣本能夠回到地球，其在科學上的意義將等同于阿波羅號探測器從月球采集的樣本?！彼f，“它將改變一切?！?/p>

相關研究還將取決于探測器所攜帶的設備。58個研究團隊已經(jīng)提交了申請。在2014年7月或晚些時候，NASA將選擇其中的少量設計成果。

日前召開的研討會初步確定2020年探測器的火星著陸地點，最終的決定將于2019年揭曉。

史前女孩遺骸揭秘美洲人起源

大約1.2萬年前，一名十五六歲的女孩可能在找水過程中不慎跌入一個深洞死亡?，F(xiàn)在，她保存幾乎完好的遺骸以及DNA幫助科學家解答了“誰是第一批美洲人”的難題。新研究表明，最早的美洲人起源于亞洲東北部，他們穿越當時的白令陸橋最終到達美洲。

一個國際研究小組2014年5月15日在美國《科學》雜志上報告說，他們2007年在墨西哥東尤卡坦半島一個被水淹沒的洞穴腔室內找到一具近乎完整的人類骨骼，這具骨骼屬于一名15歲或16歲的女孩。研究人員給女孩起名“納亞”，在希臘語中為“女精靈”的意思。

研究負責人、美國應用古科學機構的詹姆斯·查特斯說，從女孩斷裂的骨盆骨骼看，她應該是從地面摔下去死亡的。當時她所掉落的洞穴腔室應該比較干燥，但大約1萬年前，全球冰川開始融化，海平面上升，最終她所在的洞穴被水淹沒，現(xiàn)在這一洞穴位于水下42 m深處，只有潛水員才能進入。在同一腔室中，還發(fā)現(xiàn)了劍齒象、美洲獅和巨型樹懶等至少26具大型動物的遺骸。

根據(jù)對牙釉質的放射性碳年代測定及對骨礦物質沉積的分析，研究人員推斷，這名女孩生活在1.2～1.3萬年前，這使她成為迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的6名美洲人之一，而且“是這些早期美洲人中保存得最為完整的”。

查特斯說，女孩擁有最早美洲人的獨特顱面形態(tài)，包括臉型窄小、眼距寬大、前額凸出等，這些特征與現(xiàn)代美洲原住民完全不同。但對從小女孩肋骨與牙齒提取的、保存較好的DNA分析表明，她和現(xiàn)代美洲原住民具有同樣的遺傳基因，說明兩者具有共同的祖先。2.6～1.8萬年前，史前人類從亞洲東北部遷徙至連接西伯利亞與美洲的白令陸橋(現(xiàn)已沉入水下)，大約1.5萬年前向南部擴散，最終成為女孩和現(xiàn)代美洲原住民的祖先。

此前，一些考古學家因現(xiàn)代美洲原住民與最早的美洲人面部特征差異較大，而提出現(xiàn)代美洲原住民的祖先可能來自歐洲、東南亞或澳大利亞等。查特斯說，面部特征的差異可能是白令陸橋人與其西伯利亞祖先發(fā)生分化之后的進化所致，不能說明早期美洲人來自歐亞不同地區(qū)。

(2014年5月19日收稿)■

(編輯：段艷芳)

Science as a weapon for safeguarding the Earth

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2014.03.011