崔媛媛++王惠

看透大腦的構(gòu)造？哈利波特的隱形斗篷？這些真的只存在于科幻和魔幻小說(shuō)中嗎？NO！在科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室中，這些正在逐漸通過(guò)科技這一偉大的“魔法師”變成現(xiàn)實(shí)。在不久的未來(lái)，它們也將影響我們的生活。

1.能夠一眼看穿大腦結(jié)構(gòu)的技術(shù)

新技術(shù)提供了更好的大腦成像前景。

如果你百度一下“透明老鼠”，一大波透明的嚙齒動(dòng)物便會(huì)向你“襲來(lái)”。由于日本RIKEN腦科學(xué)研究所科學(xué)家的辛勤工作，如今想要看穿動(dòng)物的大腦組織，已經(jīng)不算什么難事兒了?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種由尿素、甘油和肥皂構(gòu)成的混合物能夠使細(xì)胞膜變得透明，還可將細(xì)胞中的色素去除，從而使整個(gè)細(xì)胞看起來(lái)透明到“消失不見(jiàn)”。而這種名為“ScaleS”的神奇試劑卻對(duì)熒光劑沒(méi)有任何效力，這意味著如果先用熒光蛋白標(biāo)記特定的細(xì)胞，再加入“ScaleS”試劑使其他細(xì)胞消失后，就會(huì)只留下發(fā)著光的熒光蛋白部位。這項(xiàng)技術(shù)使得人們可以通過(guò)顯微鏡更有效地觀察小鼠大腦深層的特定結(jié)構(gòu)，也可用于制作各種大腦結(jié)構(gòu)的3D圖像?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)使用這種方法繪制了小鼠大腦皮層的立體神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。

追光太陽(yáng)能“電池帶”

此外，研究人員還運(yùn)用該技術(shù)分析了患有阿爾茲海默癥（老年癡呆癥）的小鼠大腦。先前的研究曾指出大腦中β-淀粉樣蛋白與血小板的異常沉積是造成阿爾茲海默癥的重要原因，現(xiàn)在科學(xué)家正應(yīng)用“ScaleS”分析β-淀粉樣蛋白和血小板的異常形成方式，希望可以進(jìn)一步破解這種疾病。

2.“水熊牌”生物玻璃

在動(dòng)物分類(lèi)學(xué)中被劃分為緩步動(dòng)物門(mén)的微小生物們也被統(tǒng)稱(chēng)為“水熊”，是一類(lèi)能夠忍耐極低或極高溫度，甚至可以在真空環(huán)境中生存的神奇生物?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，水熊在極端環(huán)境中，身體會(huì)縮成圓桶狀并自動(dòng)脫水，體表覆蓋一種玻璃狀的分子將自己完全包裹，維持一種新陳代謝停滯的生命狀態(tài)。

要想提高玻璃強(qiáng)度，跟著水熊找靈感吧。

水熊的這種屬性讓芝加哥大學(xué)的科學(xué)家如獲至寶。他們鑒定出了水熊的“生物玻璃”是由一種叫作“內(nèi)紊亂蛋白IDPs”的特殊蛋白形成的。這種蛋白平時(shí)在水熊體內(nèi)含量并不高，且沒(méi)有固定的形狀，而一旦面臨極端條件，內(nèi)紊亂蛋白的合成量則會(huì)明顯提升，并且開(kāi)始以特定的組合形式排列，形成堅(jiān)固的“玻璃”保護(hù)殼。

我們生活中常見(jiàn)的玻璃屬于非晶體，其分子結(jié)構(gòu)排列是無(wú)序的。但水熊身上發(fā)現(xiàn)的“生物玻璃”的分子卻排列有序。這一新發(fā)現(xiàn)已經(jīng)引導(dǎo)科學(xué)家們制造出了全新材質(zhì)的“有序化”玻璃，并將有效提升LED、太陽(yáng)能電池和光學(xué)材料的性能。

新型穿戴式設(shè)備可以追蹤碳排放量。

3.穿戴式能源傳感器

穿戴型智能設(shè)備已經(jīng)在我們的生活中變得越來(lái)越普遍，例如近兩年廣泛流行的電子手環(huán)，就可以幫助我們監(jiān)測(cè)自己在運(yùn)動(dòng)中每天消耗的卡路里。近來(lái)，美國(guó)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種名叫“MagnifiSense”的可穿戴式能源傳感設(shè)備，但這款設(shè)備并不是用來(lái)測(cè)定人體消耗的卡路里，而是通過(guò)計(jì)量佩戴者對(duì)私家車(chē)、公交車(chē)和家用電器的使用情況，計(jì)算出其日常生活中的碳排放量。

不同的電子設(shè)備（包括微波爐、攪拌器、遙控器、電動(dòng)牙刷、手提電腦、調(diào)光器等）以及汽車(chē)的馬達(dá)都會(huì)分別發(fā)出獨(dú)立的電磁輻射信號(hào)?；谶@一原理，MagnifiSense的傳感器通過(guò)識(shí)別和記錄各種設(shè)備分別釋放的電磁輻射，就可以計(jì)算出每日的碳排放量，并為環(huán)境保護(hù)工作提供更為確切的數(shù)據(jù)。

4.咖啡因或影響生物鐘

眾所周知，咖啡能夠讓人在白天的工作中保持清醒、開(kāi)足馬力，也能讓人在夜間輾轉(zhuǎn)反側(cè)、徹夜難眠?，F(xiàn)在，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，咖啡因還對(duì)人們的生物鐘有影響。美國(guó)科羅拉多大學(xué)的研究人員通過(guò)檢測(cè)唾液中的褪黑素（人體生物鐘的重要調(diào)節(jié)劑），發(fā)現(xiàn)如果臨睡前3小時(shí)喝兩份濃咖啡，人體的生物鐘就會(huì)推遲40分鐘。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)將幫助我們更好地探索失眠的原因，也許以后還能幫助遠(yuǎn)行的人們成功地對(duì)付時(shí)差造成的困擾。

5.陽(yáng)光追蹤型太陽(yáng)能電池

可彎曲的太陽(yáng)能電池帶

比起固定不動(dòng)的平鋪型太陽(yáng)能電池板，能夠根據(jù)陽(yáng)光自主調(diào)節(jié)位置的追光型太陽(yáng)能電池板必然能夠吸收更多的能量。但如果要帶動(dòng)整塊太陽(yáng)能電池板隨陽(yáng)光轉(zhuǎn)動(dòng)，就需要安裝一個(gè)體積和重量都非常巨大的電機(jī)，而絕大多數(shù)的屋頂都無(wú)法承受這一重量，這也就限制了追光型太陽(yáng)板的推廣和應(yīng)用。

不過(guò)，美國(guó)密歇根大學(xué)最近以傳統(tǒng)的剪紙藝術(shù)為原型，設(shè)計(jì)出了一款輕量級(jí)、可彎曲的新型太陽(yáng)能“電池帶”。這種“電池帶”不但質(zhì)量更輕，還可以通過(guò)拉動(dòng)“電池帶”的兩端，在不損壞太陽(yáng)能膜的前提下，形成不同狀態(tài)的立體形狀。因此只要隨著太陽(yáng)的移動(dòng)調(diào)節(jié)拉力，就可以更有效地追蹤陽(yáng)光（大家可以照?qǐng)D自己做一個(gè)簡(jiǎn)單的紙模型，拉動(dòng)它以了解這一工作原理）。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，在使用等量的半導(dǎo)體太陽(yáng)能材料時(shí)，這種剪紙型的“電池帶”比傳統(tǒng)的電池板可以多產(chǎn)生20%～40%的電能。現(xiàn)在僅需使用一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)力裝置，就可以輕松解決上述問(wèn)題，讓追逐太陽(yáng)和利用陽(yáng)光變得更加切實(shí)可行起來(lái)。

6.聲波控制大腦

一種既能激活大腦、心臟和肌肉中的細(xì)胞，又能不誤傷其他細(xì)胞的新技術(shù)已經(jīng)試驗(yàn)成功，這樣的技術(shù)必將成為醫(yī)學(xué)的巨大進(jìn)步?，F(xiàn)在，美國(guó)薩克生物研究學(xué)院已經(jīng)在蠕蟲(chóng)身上利用超聲波將此試驗(yàn)測(cè)試成功。

在生物體內(nèi)，神經(jīng)組織通過(guò)向脊髓和大腦傳導(dǎo)興奮讓我們感知外界環(huán)境，并讓身體作出相應(yīng)的反應(yīng)。而神經(jīng)細(xì)胞正是通過(guò)Na+、K+離子通過(guò)通道蛋白出入細(xì)胞膜，形成細(xì)胞內(nèi)外正負(fù)電荷的變化，從而完成傳導(dǎo)興奮的工作。在這個(gè)試驗(yàn)中，超聲波脈沖之所以能起作用，是因?yàn)檠芯咳藛T將一種對(duì)觸覺(jué)敏感的通道蛋白通過(guò)基因改造的方式添加到特定的大腦神經(jīng)細(xì)胞中。當(dāng)受到超聲波脈沖沖擊時(shí)，這些蛋白通道就會(huì)打開(kāi)，使帶電離子通過(guò)，并觸發(fā)神經(jīng)興奮。通過(guò)這種方式，研究人員就可用超聲波成功“控制”蠕蟲(chóng)的大腦，讓它們改變行進(jìn)的方向、停止前行，或者更加頻繁地急速轉(zhuǎn)向。

在未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將有可能應(yīng)用于人類(lèi)大腦，或許將替代當(dāng)今的深層腦部電刺激療法成為一種治療帕金森等大腦疾病的新療法（使用腦深部電刺激療法治療帕金森病，是在腦內(nèi)特定的神經(jīng)處植入電極，通過(guò)釋放電刺激，抑制一些過(guò)度興奮的神經(jīng)元電沖動(dòng)，達(dá)到治療的目的）。

7.打破“人工光合作用”紀(jì)錄

保持了17年人工光合作用效能的記錄終于被打破啦！

模擬植物的光合作用，利用取之不盡的太陽(yáng)能，將水、二氧化碳等轉(zhuǎn)化為燃料和工業(yè)原料，這就是“人工光合作用”。這種不再依賴(lài)石油、煤炭等化石燃料的新技術(shù)被新能源產(chǎn)業(yè)寄予厚望。在提出“人工光合作用”的30多年中，科學(xué)家們一直致力于提高人工光合作用的轉(zhuǎn)化率，讓這種新能源技術(shù)變得經(jīng)濟(jì)可行。2015年，一個(gè)由德國(guó)柏林太陽(yáng)能燃料研究所、德國(guó)菲勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所以及美國(guó)加州理工學(xué)院共同組成的國(guó)際研究小組成功地制造出了一種改良的太陽(yáng)能電池，將人工光合轉(zhuǎn)化效率提升到了14%，打破了美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室保持了17年的12.4%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率紀(jì)錄。

這一新的紀(jì)錄將更為經(jīng)濟(jì)有效地使水分解成為氧氣和氫氣（一種重要的新型能源——?dú)淙剂希?。氫氣具有非常高的能量密度，可以在許多方面替代化石燃料，同時(shí)，氫在燃燒中還不會(huì)放出二氧化碳等有害氣體，將大大減少地球上的碳排放量。未來(lái)“人工光合作用”很有可能脫離實(shí)驗(yàn)室的小打小鬧，而進(jìn)入商業(yè)化的大生產(chǎn)和應(yīng)用中。

8.科學(xué)飲食的最新方法

最好的減肥和養(yǎng)生方法莫過(guò)于聽(tīng)從自己腸道的指引。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的科學(xué)家在這一方面邁出了定制個(gè)性化飲食的第一步，這就是：先搞清楚個(gè)人消化系統(tǒng)的細(xì)菌構(gòu)成情況。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在人類(lèi)消化系統(tǒng)中存在上千種不同類(lèi)型的細(xì)菌和其他微生物群落（它們統(tǒng)一被稱(chēng)為“腸道微生物”），其中許多微生物都以一種或多種固定的方式進(jìn)行代謝。每個(gè)人的腸道微生物多樣性差異其實(shí)非常大，這些差異影響著不同人對(duì)同一類(lèi)型食物的代謝水平，也影響著不同人的減肥效果。為什么有些人吃很多高糖類(lèi)食品都可以維持苗條的身材，而另一些人卻一吃就胖，也許我們應(yīng)該換個(gè)角度，從探索腸道微生物尋找答案了。

隨著科學(xué)研究的進(jìn)一步深入，將可以讓腸道微生物來(lái)告訴我們每個(gè)人該怎樣吃才會(huì)健康并不致于肥胖。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，還有望為那些代謝功能較差的人適當(dāng)補(bǔ)充腸道菌群，讓他們也變得更加健康。未來(lái)的飲食建議也許真的會(huì)根據(jù)個(gè)人的腸道微生物來(lái)進(jìn)行專(zhuān)屬訂制啦！

9.預(yù)知植物大小

要是只看到植物的幼苗，就能預(yù)測(cè)到它將來(lái)能長(zhǎng)多大，這該是一件多棒的事情！現(xiàn)在比利時(shí)VIB研究所的科學(xué)家開(kāi)發(fā)的新技術(shù)就把這個(gè)夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。

我們都知道，DNA中包含著幾乎全套的遺傳信息，但這些遺傳信息并不是在每一個(gè)植物細(xì)胞中都同步表達(dá)。例如：負(fù)責(zé)植物開(kāi)花的遺傳信息就不會(huì)在根部細(xì)胞中表達(dá)。DNA的遺傳信息必須通過(guò)轉(zhuǎn)錄成RNA并合成蛋白質(zhì)才可成功表達(dá)。換句話說(shuō)，RNA可以更好地反映出基因的活躍程度。研究人員通過(guò)對(duì)玉米幼苗葉片的細(xì)胞分裂區(qū)域進(jìn)行了RNA的研究，確定了植物生長(zhǎng)和植株大小的決定機(jī)制，并已將一組RNA分子與植物的外部特征聯(lián)系起來(lái)（如最終的葉大小和生物量的產(chǎn)生）。該項(xiàng)技術(shù)正是依據(jù)了這一研究結(jié)論。

長(zhǎng)期以來(lái)，植物學(xué)家都是通過(guò)雜交育種的方法讓新產(chǎn)生的植物產(chǎn)量提升或可以更好地抵抗病蟲(chóng)害，但選擇合適的雜交植株卻是非常耗時(shí)耗力的，需要等待它們從幼苗長(zhǎng)成植株或結(jié)出果實(shí)后再加以判斷。顯然，這項(xiàng)新技術(shù)在未來(lái)將幫助植物育種人員很快辨認(rèn)出長(zhǎng)勢(shì)最好的植株，再也不用掰著手指頭等植物長(zhǎng)大了;這種新技術(shù)還將可以幫助育種人員在幼苗期就判斷出植物的抗病蟲(chóng)害能力，并因此顯著地提升植物雜交育種的速度。

10.超薄的“隱形斗篷”

哈利波特的魔法隱形斗篷離真實(shí)化越來(lái)越近。

這是一種超薄的“隱形斗篷”，在可見(jiàn)光下可以將物體“隱藏”起來(lái)。

這種斗篷的表面是采用一種人工合成材料，它的納米結(jié)構(gòu)可以將光線反射到“錯(cuò)誤”的路徑上去，改變光線進(jìn)入眼睛的方式，從而讓我們覺(jué)得物體消失不見(jiàn)了。同時(shí)，這款斗篷異常輕薄，厚度僅有80納米（1納米=10-9米）。目前，這個(gè)所謂的“隱形斗篷”的尺寸還在微觀級(jí)別，僅用顯微鏡才能看到。但美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究學(xué)家們相信，未來(lái)將可以繼續(xù)擴(kuò)展這種“隱形斗篷”的尺寸，讓它包裹更大的物體。另外，這種技術(shù)在未來(lái)還可能用于3D展示中。