關(guān)毅 (本刊特約記者)

“暗物質(zhì)到底是什么？”為回答這個(gè)問題，人類不惜耗費(fèi)大量精力和資金。在這條困難重重的探索道路上，利用國際空間站開展實(shí)驗(yàn)的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目首先取得進(jìn)展。在這個(gè)國際項(xiàng)目中，中國科研人員做出了重要貢獻(xiàn)，他們與國際同行聯(lián)手完成了又一項(xiàng)媲美人類基因組計(jì)劃的項(xiàng)目。無獨(dú)有偶，中國科學(xué)家在國際上首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，被著名物理學(xué)家楊振寧譽(yù)為“諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)”的科研成果。毫無疑問，中國科學(xué)家正在國際科技舞臺(tái)上扮演越來越重要的角色，贏得越來越大的話語權(quán)。實(shí)驗(yàn)還顯示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)隨著時(shí)間推移并沒有發(fā)生顯著的變化，也與宇宙射線來源方向沒有顯著關(guān)系。

該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果符合宇宙中暗物質(zhì)粒子碰撞湮滅產(chǎn)生正電子的理論，但還不能排除其他可能性，例如正電子可能來自位于銀河系銀盤附近的脈沖星。這一研究結(jié)果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人丁肇中說：“在未來幾個(gè)月的時(shí)間里，阿爾法磁譜儀將能夠確定地告訴我們這些正電子是不是暗物質(zhì)的信號(hào)，或者它們是不是有其他起源?！?/p>

暗物質(zhì)和暗能量是現(xiàn)代天文學(xué)和物理學(xué)最重要的謎團(tuán)之一，它們是為了解決宇宙學(xué)觀測與理論上的矛盾而提出來的。阿爾法磁譜儀的任務(wù)就是觀察暗物質(zhì)湮滅時(shí)產(chǎn)生的正電子，從而尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)。

1937年，天文學(xué)家弗里茲·扎維奇發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運(yùn)動(dòng)速度，然而星系的運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出萬有引力公式計(jì)算出的結(jié)果，這表明除了人類已知的星系團(tuán)核心物質(zhì)對該星系的引力外，還存在其他引力。天文學(xué)家進(jìn)一步推斷，在人類已知的宇宙物質(zhì)之外，還有一種物質(zhì)存在。

此后70多年的研究、分析均表明，這一至今未被人們觀測到的物質(zhì)即“暗物質(zhì)”在宇宙中存在，而且其在宇宙中所占的份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前人類可以觀測到的物質(zhì)。

丁肇中團(tuán)隊(duì)公布阿爾法磁譜儀首批研究成果

諾貝爾獎(jiǎng)得主、美籍華人物理學(xué)家丁肇中在2013年4月3日公布了其主持的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目的首批研究成果，實(shí)驗(yàn)觀察到宇宙射線流中正電子存在的比率符合關(guān)于暗物質(zhì)存在的理論預(yù)測，但目前尚沒有充分證據(jù)排除其他可能性。

據(jù)介紹，用于探測宇宙射線中的粒子的“阿爾法磁譜儀2”在從2011年5月至2012年12月的運(yùn)轉(zhuǎn)期間，記錄了250億個(gè)宇宙射線事件。科研人員說，他們在宇宙射線流中發(fā)現(xiàn)了過量的正電子存在。宇宙中最重要的成分是暗物質(zhì)和暗能量，暗物質(zhì)占宇宙質(zhì)量的25%，暗能量占 70%，我們通常所觀測到的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的5%。目前，只能通過其與物質(zhì)的相互作用來間接“觀察”暗物質(zhì)。

諾貝爾獎(jiǎng)得主、美籍華人物理學(xué)家丁肇中在2013年4月3日公布了其主持的阿爾法磁譜儀項(xiàng)目的首批研究成果(圖片來源：NASA; (inset) CERN)

2011年5月16日，美國“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)耗資5億美元執(zhí)行最后一次任務(wù)，將太空粒子探測器“阿爾法磁譜儀2”送至國際空間站。2013年5月19日，阿爾法磁譜儀收集到的首批數(shù)據(jù)發(fā)回位于日內(nèi)瓦的控制中心。

美國于2013年4月2日正式公布腦科研計(jì)劃(圖片來源：Official White House Photo by Chuck Kennedy)

美國正式公布腦科研計(jì)劃

美國2013年4月2日正式公布腦科研計(jì)劃，以探索人類大腦工作機(jī)制、繪制腦活動(dòng)全圖，并最終開發(fā)出針對大腦不治之癥的療法。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，這項(xiàng)計(jì)劃的意義可與人類基因組計(jì)劃相媲美。

這項(xiàng)計(jì)劃全稱為“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計(jì)劃”，簡稱“腦計(jì)劃”，其啟動(dòng)資金達(dá)1億多美元，分別由美國國家衛(wèi)生研究院、國防部高級(jí)研究項(xiàng)目局、國家科學(xué)基金會(huì)提供。美國國家衛(wèi)生研究院將成立由洛克菲勒大學(xué)教授巴格曼、斯坦福大學(xué)教授紐瑟姆擔(dān)任聯(lián)合主席的高層級(jí)工作組，確定計(jì)劃的詳細(xì)科研目標(biāo)，制訂計(jì)劃的時(shí)間表、重要節(jié)點(diǎn)，評(píng)估成本，以及開展相關(guān)倫理研究。

除聯(lián)邦機(jī)構(gòu)外，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所、艾倫腦科學(xué)研究所、索爾克生物研究所等私營、民間機(jī)構(gòu)及個(gè)人也將參與該計(jì)劃?？茖W(xué)家們將共同推進(jìn)對人類大腦近千億神經(jīng)元的理解，加深對感知、行為和意識(shí)的研究。該計(jì)劃將有助于加深對阿爾茨海默癥、帕金森癥等疾病的理解，并最終找到一系列神經(jīng)疾病的新療法。這一計(jì)劃也有望為人工智能領(lǐng)域的進(jìn)展鋪平道路。

雖然“腦計(jì)劃”獲得的聯(lián)邦資助遠(yuǎn)低于人類基因組計(jì)劃，但奧巴馬政府的決定仍受到科學(xué)家的歡迎。紐瑟姆說：“只要計(jì)劃開始方向正確，科學(xué)家們依靠少量資金就能帶領(lǐng)神經(jīng)科學(xué)取得全新進(jìn)展。這項(xiàng)研究將會(huì)促進(jìn)科學(xué)研究者思維模式的變化?！?/p>

“我們在人類基因組計(jì)劃中每投入1美元，就會(huì)給我們的經(jīng)濟(jì)帶來140美元的回報(bào)，”奧巴馬說，“今天，我們的科學(xué)家為大腦繪圖，以揭開阿爾茨海默癥的答案。他們正開發(fā)能修復(fù)受損器官的藥物，設(shè)計(jì)可以將電池效能提高 10倍的新材料。此時(shí)不能在科學(xué)和創(chuàng)新領(lǐng)域破壞這些能創(chuàng)造就業(yè)的投資。”

人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)于 1990年，其目標(biāo)是繪制人類基因組圖譜。在2003年4月提前完成時(shí)，這項(xiàng)計(jì)劃共耗資38億美元。

中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)

未來的電腦不再需要散熱器？這很有可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。清華大學(xué)和中國科學(xué)院物理研究所 2013年4月10日在北京宣布，他們組成的團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)中首次觀測到量子反?；魻栃?yīng)。這一重大發(fā)現(xiàn)將可能加速推進(jìn)信息技術(shù)革命，在未來研制出極低能耗的電子器件。

清華大學(xué)薛其坤院士在 2013年4月10日舉行的新聞發(fā)布會(huì)上說，美國科學(xué)家霍爾分別于 1879年和1880年發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)和反常霍爾效應(yīng)。在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體中，如果施加一個(gè)垂直于電流方向的磁場，由于洛倫茲力的作用，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而在垂直于電流和磁場方向的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，這個(gè)電磁輸運(yùn)現(xiàn)象就是著名的霍爾效應(yīng)。而不加外磁場也可以觀測到霍爾效應(yīng)，這種零磁場中的霍爾效應(yīng)就是反常霍爾效應(yīng)。反?；魻栯妼?dǎo)是由于材料本身的自發(fā)磁化而產(chǎn)生的，因此是一類新的重要物理效應(yīng)。

據(jù)介紹，在當(dāng)今信息社會(huì)，半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展，但電腦運(yùn)行中熱量如何散發(fā)成為困擾半導(dǎo)體和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸問題。量子反常霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)將有望解決這一難題，因?yàn)檫@一效應(yīng)可能在未來電子器件中發(fā)揮特殊作用，可用于制備低能耗的高速電子器件。科學(xué)家可使電子在不需要強(qiáng)磁場的情況下，按照固定軌跡運(yùn)動(dòng)，減少電子無規(guī)則碰撞導(dǎo)致的發(fā)熱和能量損耗。通過密度集成，將來計(jì)算機(jī)的體積也將大大縮小，千億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)有望做成現(xiàn)在的iPad那么大。

薛其坤同時(shí)表示，因受目前科研條件等因素制約，從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用，要走的道路還很長?！皩砦米与m然還存在，但有可能失去傳播瘧疾的能力。”

一些科學(xué)家將這視為“里程碑式成果”。進(jìn)行類似研究的澳大利亞生物學(xué)家斯科特·奧尼爾對美國學(xué)術(shù)期刊《Science》說：“我相當(dāng)‘嫉妒'。我們可是努力了很多很多年。”

奚志勇在密歇根州立大學(xué)以及中國的中山大學(xué)熱帶病防治研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)當(dāng)天在《Science》網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告說，他們通過胚胎顯微注射技術(shù)，使在中東和南亞等地區(qū)傳播瘧疾的最主要“媒介”——斯氏按蚊，感染上“沃爾巴克氏菌”，從而使這種蚊子對瘧原蟲產(chǎn)生了抵抗力。

20多年前，就有科學(xué)家希望用沃爾巴克氏菌來控制瘧疾，但一直未獲成功，最大難關(guān)不在于使蚊子感染細(xì)菌，而是要使蚊子能將感染的細(xì)菌傳給后代。

中美研究人員發(fā)現(xiàn)，為達(dá)到這個(gè)目的，可以使用胚胎顯微注射技術(shù)，在蚊子還是胚胎時(shí)就把細(xì)菌注射到未來會(huì)發(fā)育為成蟲生殖系統(tǒng)的位置。

至于為什么要借助胚胎注射？奚志勇表示，目前還不清楚原因。他說：“包括幼蟲、成蟲等其他階段的注射，都沒有取得成功。因此我們猜測，(此次之所以成功)可能是因?yàn)樵谖米拥拿庖呦到y(tǒng)發(fā)育形成前注射，導(dǎo)致蚊子的免疫識(shí)別系統(tǒng)或許將這個(gè)細(xì)菌當(dāng)成自己的一部分，所以沒有發(fā)生排斥反應(yīng)?！?/p>

攜帶這種細(xì)菌的蚊子表現(xiàn)出的三大特點(diǎn)，使研究人員對未來阻斷瘧疾流行持樂觀態(tài)度。首先，一旦雌蚊感染這種細(xì)菌，就“可以經(jīng)卵傳遞，子子孫孫都會(huì)感染”。第二，帶菌雌蚊有生殖優(yōu)勢：未感染的雌蚊與帶菌的雄蚊交配后產(chǎn)下的卵不會(huì)孵化，而帶菌的雌蚊與任何雄蚊交配后產(chǎn)下的卵都能正常

中美科學(xué)家給蚊子打“細(xì)菌疫苗”遏制瘧疾

讓蚊子攜帶細(xì)菌似乎算不上重大科技成果，但是這種感染如果能夠阻斷每年在全球感染 2億人并導(dǎo)致百萬人死亡的瘧疾流行呢？

中美研究人員2013年5月9日宣布，他們通過給蚊子注射一種細(xì)菌，使其與蚊子形成穩(wěn)定的共生關(guān)系，第一次使蚊子具有抵抗瘧原蟲的免疫能力，且這種免疫能力能傳給后代。從理論上講，這將導(dǎo)致攜帶瘧原蟲的蚊子越來越少，有助于從根本上遏制瘧疾。

中美科學(xué)家給蚊子打“細(xì)菌疫苗”遏制瘧疾(圖片來源：Jim Gathany/CDC; (inset) Peng Lu)

“這就相當(dāng)于給蚊子接種了一種疫苗，”研究負(fù)責(zé)人、密歇根州立大學(xué)助理教授奚志勇表示：孵化，并把細(xì)菌傳給后代，“這種生殖優(yōu)勢將把細(xì)菌很快擴(kuò)散到其他蚊群中去”。第三，帶菌蚊子本身可對瘧原蟲產(chǎn)生抵抗力。

奚志勇說，“顯然不能像對待人那樣一個(gè)一個(gè)地去給蚊子接種疫苗”，但由于沃爾巴克氏菌借助雌蚊的生殖優(yōu)勢能在自然界擴(kuò)散，“將來或許會(huì)使所有蚊子都對瘧原蟲產(chǎn)生抵抗力，從根本上杜絕瘧疾的流行”。

奚志勇說，用他們的“細(xì)菌疫苗”對付瘧疾效果持久、環(huán)保。接下來他們將去野外現(xiàn)場，進(jìn)一步研究沃爾巴克氏菌在蚊群中的擴(kuò)散及其阻礙瘧疾傳播的能力。

全球二氧化碳水平突破400 ppm(圖片來源：Rene Clement/Polaris/eyevine)

大氣二氧化碳日均濃度已破300萬年紀(jì)錄

世界氣象組織2013年5月14日發(fā)布消息說，該組織全球大氣監(jiān)測網(wǎng)的多個(gè)監(jiān)測站數(shù)據(jù)顯示，地球大氣的二氧化碳日均濃度值已突破400 ppm(1ppm為10-6)關(guān)口，上一次超過這一數(shù)值至少在300萬年前。

世界氣象組織稱，依據(jù)美國國家海洋和大氣管理局提供的信息，美國夏威夷冒納羅亞天文臺(tái)自1958年開始持續(xù)監(jiān)測大氣中每小時(shí)二氧化碳濃度，其最初測定的該數(shù)值是317.00 ppm。2013年5月9日，該天文臺(tái)的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)?shù)卮髿獾亩趸紳舛热站狄堰_(dá)400.03 ppm。

2012年4月，靠近北極地區(qū)的美國阿拉斯加州巴羅監(jiān)測站首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卮髿舛趸紳舛仍戮党^ 400 ppm。2013年4月末，美國部分監(jiān)測點(diǎn)每小時(shí)測量的大氣二氧化碳濃度值超過 400 ppm，但日均濃度略低于這一數(shù)值。

世界氣象組織警告說，如果大氣二氧化碳濃度按當(dāng)前速度繼續(xù)升高，那么2015年或2016年的全球二氧化碳濃度年均值將突破400 ppm?？蒲腥藛T指出，在工業(yè)革命前的人類歷史上，地球大氣的二氧化碳濃度從未超過300 ppm。

世界氣象組織女發(fā)言人克拉爾·尼利在記者會(huì)上說，“這給我們敲響了警鐘，表明二氧化碳這一最關(guān)鍵的溫室氣體在大氣中的濃度持續(xù)升高”，“我們今天排放的二氧化碳能在大氣中存在很長時(shí)間并且持續(xù)吸熱，這意味著我們的地球會(huì)(繼續(xù))變暖”。

此外，有科研人員指出，盡管超過400 ppm不是標(biāo)志氣候?yàn)?zāi)難的臨界點(diǎn)，但這是地球變暖過程中的“一個(gè)具有非常重要象征意義的事件”。

科學(xué)界之所以了解數(shù)百萬年來地球大氣的成分及其濃度，要?dú)w功于南極冰芯。在史前南極降雪凝結(jié)成冰的過程中，會(huì)有氣體被包裹在冰內(nèi)成為氣泡。通過鉆取冰芯、提取冰芯氣泡中的氣體，便可檢測其成分和濃度。

依據(jù)最新研究結(jié)果，地球大氣二氧化碳濃度上一次超過 400 ppm大概是在距今500萬年到300萬年之間的上新世時(shí)期。當(dāng)時(shí)全球平均氣溫比現(xiàn)在高 3～4℃，極地氣溫比現(xiàn)在高約 10℃，海平面比目前至少高出約5 m。

科學(xué)家首次3D打印出“活體組織”

研究人員日前創(chuàng)造出一種水滴網(wǎng)絡(luò)，能夠模仿生物組織中的細(xì)胞的一些特性。利用一臺(tái)3D打印機(jī)，一個(gè)英國牛津大學(xué)的研究小組將這些小水滴組裝成為一種與膠狀物類似的物質(zhì)，從而能夠像肌肉一樣彎曲，并能夠像神經(jīng)細(xì)胞束一樣傳輸電信號(hào)，這一成果將來有望應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域。

研究人員在2013年4月5日出版的美國《Science》雜志上報(bào)告了這一研究成果。研究人員說，這樣打印出來的材料其質(zhì)地與大腦和脂肪組織相似，可做出類似肌肉樣活動(dòng)的折疊動(dòng)作，且具備像神經(jīng)元那樣工作的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可用于修復(fù)或增強(qiáng)衰竭的器官。由于這是合成材料，因此它還可避免一些用干細(xì)胞等方式制造活體組織而引發(fā)的問題。

這項(xiàng)研究的合作者、劍橋咨詢公司——這是一家技術(shù)轉(zhuǎn)移公司——的Gabriel Villar指出，這些網(wǎng)絡(luò)能夠包含多達(dá)35 000個(gè)小水滴，從而有朝一日能夠成為一個(gè)合成人造組織或提供器官功能模型的平臺(tái)。他說：“我們想要看看到底能夠把對活體組織的模仿做到一個(gè)什么樣的境界?！?/p>

這一網(wǎng)絡(luò)依賴于每個(gè)小水滴都擁有一個(gè)脂質(zhì)涂層，它是將液滴放入一個(gè)油與一種純脂的精調(diào)混合物中后形成的。

這種脂分子具有一個(gè)親水的前端——它能夠粘附在水滴的表面，以及一個(gè)疏水的末端——它能夠戳到油脂溶液。當(dāng)兩個(gè)具有脂質(zhì)涂層的小水滴碰到一起后，利用由疏水末端形成的“氈毯”，它們能夠彼此緊緊地粘在一起，從而形成一個(gè)雙層脂膜，這一點(diǎn)與細(xì)胞膜非常類似。這種雙層脂膜從而在小水滴之間形成了一種結(jié)構(gòu)與功能聯(lián)系。

盡管之前的研究已經(jīng)表明，具有脂質(zhì)涂層的小水滴能夠形成這樣的連接，但它們水汪汪的成分以及球形結(jié)構(gòu)使其非常難以組裝?！拔乙呀?jīng)制造出了大量黏結(jié)在一起的小水滴，”并未參與此項(xiàng)研究的歐登塞市南丹麥大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師 David Needham表示，“但是把它們打印出來真是一項(xiàng)成就。”

為了完成這項(xiàng)偉大的壯舉，當(dāng)時(shí)還是一名牛津大學(xué)黑根·貝利實(shí)驗(yàn)室研究生的Villar研制出一臺(tái)打印機(jī)，它能夠從一根玻璃噴嘴向一個(gè)裝滿了油脂混合物的5 mm深的容器中噴射小水滴。當(dāng)這些小水滴沉入容器底部后，它們便獲得了自己的脂質(zhì)涂層。目前這種打印機(jī)噴出的液滴直徑約50 μm，有5個(gè)活體細(xì)胞那么大，但相信將來能夠?qū)⒁旱纬叽缈s小。

一個(gè)電動(dòng)平臺(tái)隨后非常輕微地移動(dòng)著這個(gè)容器，從而使下一個(gè)液滴恰好能夠跌落在上一個(gè)液滴的上面或旁邊，并最終形成一個(gè)形狀看起來像圓球、立方體，甚至城堡和花朵的水滴網(wǎng)絡(luò)。

Villar隨后加入了第二根噴嘴，從而使得兩種類型的液滴能夠同時(shí)被噴出。為了使網(wǎng)絡(luò)能夠彎曲，他將一層含鹽的液滴緊挨著低鹽的液滴打印出來。由于水能夠穿透雙層脂膜，從而使含鹽的液滴內(nèi)充滿了來自其鄰居的水，并最終使整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲。而為了給電流創(chuàng)造一條路徑，Villar打印了一種包含有可在雙層脂膜上打洞的毒素的液滴，最終使電流得以通過。

美國南卡羅來納州克萊姆森大學(xué)的生物工程師Karen Burg認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)依舊太過于初級(jí)，而無法用于臨床環(huán)境，或用于模擬真實(shí)器官中。他說：“你可以長久而熱烈地討論，這些給你帶來有用信息的東西是多么地復(fù)雜。”

“如果他們的想象力真的能夠變成組織，我認(rèn)為他們依然有很長的路要走?！盢eedham說，“但我認(rèn)為他們正在一條正確的道路上前進(jìn)。”

近年來，3D打印技術(shù)飛速發(fā)展，從工程到航天，從教育到醫(yī)療，應(yīng)用越來越廣泛。2013年2月，美國康奈爾大學(xué)研究人員就曾報(bào)告說，他們利用牛耳細(xì)胞通過3D打印機(jī)打印出人造耳朵。

“開普勒”發(fā)現(xiàn)最像地球的系外行星

美國宇航局(NASA)的開普勒天文望遠(yuǎn)鏡日前在一顆恒星的宜居區(qū)域內(nèi)——存在液態(tài)水的“溫暖”地帶——發(fā)現(xiàn)了兩顆迄今為止在大小上最接近地球的行星。

開普勒研究團(tuán)隊(duì)的成員之一、哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的理論學(xué)家 Dimitar Sasselov表示，2013年4月18日在《Science》雜志網(wǎng)絡(luò)版上刊登的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，證明了開普勒天文望遠(yuǎn)鏡正在接近于在太陽系外找到一個(gè)地球真正的“孿生兄弟”的目標(biāo)。

這兩顆行星都環(huán)繞恒星開普勒-62運(yùn)行，后者的大小相當(dāng)于太陽的2/3，位于天琴座，并且距離太陽系約1 200光年(368秒差距)。位于恒星外側(cè)的行星開普勒-62f，其直徑比地球約大41%，體積為地球的1.4倍，受到的熱量輻射只是地球的0.4倍，且環(huán)繞母星運(yùn)轉(zhuǎn)一周需要267天；而內(nèi)側(cè)的行星開普勒-62e，其直徑比地球約大61%，體積為地球的1.6倍，受到的熱量輻射只是地球的1.2倍，且環(huán)繞母星運(yùn)轉(zhuǎn)一周需要122天。

開普勒天文望遠(yuǎn)鏡通過記錄任意一顆行星在掠過母星表面時(shí)導(dǎo)致后者光線的微弱減少來發(fā)現(xiàn)這些行星。天文學(xué)家利用這些測量結(jié)果計(jì)算了行星相對于恒星的大小。

在《Science》雜志的論文中，由 NASA的首席研究員 William每個(gè)人都想看到的地球?qū)\生兄弟的模樣?！?/p>

開普勒-62f，一顆新發(fā)現(xiàn)的系外行星(上)與另一顆類似的天體開普勒-62e(左下)(圖片來源：David A. Aguilar/CFA)

宜居區(qū)域是指恒星周圍特定的距離范圍，在這一范圍內(nèi)水可以以液態(tài)形式存在。類地行星一直是太空研究的熱點(diǎn)之一，美國開普勒天文望遠(yuǎn)鏡對超過15萬顆恒星附近位于“宜居帶”的類地行星進(jìn)行了觀測，迄今已發(fā)現(xiàn)100多顆類地行星。

科學(xué)家開發(fā)出首款全方位模擬昆蟲飛行機(jī)器人

Borucki率領(lǐng)的開普勒天文望遠(yuǎn)鏡研究團(tuán)隊(duì)指出，這兩顆太陽系外行星是固態(tài)的，并且可能是巖體或冰體。但Sasselov相信，這兩顆天體的表面很有可能完全被海洋所覆蓋，這一結(jié)論基于他與來自哈佛-史密森學(xué)會(huì)以及德國海德堡馬普學(xué)會(huì)天文學(xué)所的同事在arXiv預(yù)印本上發(fā)表的一項(xiàng)分析結(jié)果。研究人員推斷，這兩個(gè)水世界要么從表面到內(nèi)核全部由水構(gòu)成，要么在較淺的海洋下有一個(gè)固體表面。Sasselov說，而后一種模型對于地球上的生命形式將更為有利——在地球上，來自熱液噴口的物質(zhì)與能量循環(huán)能夠維持生物體的存活。

Sasselov強(qiáng)調(diào)，一些循環(huán)也可能發(fā)生在海洋的更深處，這是因?yàn)楸桓邏旱牡叵卤鶎臃@的甲烷及其他揮發(fā)成分的沉積物隨后能夠在與液體對流的過程中被釋放出來。Sasselov與其他兩位合作者在arXiv服務(wù)器的一個(gè)預(yù)印本中描述了這一模型，這一成果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。

華盛頓哥倫比亞特區(qū)卡耐基科學(xué)研究所地磁學(xué)部門負(fù)責(zé)人Lindy Elkins-Tanton表示，這兩顆行星的特征“完全符合適宜居住的要求”。但她警告說，這并不能保證兩顆行星擁有足夠的二氧化碳——作為一種溫室氣體，它能夠使行星保持足夠的溫度，這樣表面的水才會(huì)像研究人員假設(shè)的那樣以液態(tài)的形式存在。

紐約州伊薩卡康奈爾大學(xué)的行星科學(xué)家Jonathan Lunine指出，現(xiàn)在不可能知道這兩顆系外行星的構(gòu)成，這是因?yàn)榭茖W(xué)家還無法計(jì)算它們的質(zhì)量。而這又是緣于開普勒-62e與開普勒-62f對于其母星的引力牽引太過微弱，從而無法被現(xiàn)有的任何望遠(yuǎn)鏡所探測到。

同時(shí)對于天文學(xué)家來說，這些行星距離開普勒-62也過于遙遠(yuǎn)，從而無法利用后者的光線來分析行星大氣的化學(xué)構(gòu)成。盡管如此，Lunine表示：“它們已經(jīng)最接近于

想拍死一只蒼蠅并不是件容易事，單憑飛行技巧而論，它們的造詣絕對令人折服。如今，一個(gè)家蠅般大小的機(jī)器已經(jīng)設(shè)法完成了類似復(fù)雜的飛行任務(wù)，并且能夠像真正的昆蟲一樣在空中盤旋。

蒼蠅能夠做出極為獨(dú)特且靈巧的飛行動(dòng)作，比如敏捷地躲避蒼蠅拍并巧妙地停留在隨風(fēng)搖曳的花朵上，但科學(xué)家并不清楚其中的奧妙，蒼蠅高超的飛行技藝也一直難以在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制。而現(xiàn)在，受益于在材料和加工技術(shù)等方面取得的突破，他們開發(fā)出了第一種能夠像真蒼蠅一樣飛行的機(jī)器蒼蠅。

致力于機(jī)器蒼蠅研究的美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校電機(jī)工程師Ronald Fearing表示：“這是一項(xiàng)重大的工程學(xué)突破，它耗費(fèi)了科學(xué)家15年的時(shí)間?！边@個(gè)機(jī)器人使用了超薄層材料，從而使其能夠一秒鐘扇動(dòng)翅膀 120次——這與一只家蠅扇動(dòng)翅膀的頻率幾乎一致。

在實(shí)驗(yàn)室飛行測試中，機(jī)器蒼蠅展示了穩(wěn)定、可控的飛行性能，目前能連續(xù)飛行超過20 s。而且有趣的是，它飛行時(shí)的消耗功率大約19 mW，經(jīng)折算與真蒼蠅的消耗大體一致。Fearing強(qiáng)調(diào)，這“需要非常多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造技術(shù)”。

機(jī)器蒼蠅的翅膀用由碳纖維骨架強(qiáng)化的聚酯薄膜構(gòu)成，而它的“肌肉”則采用了壓電晶體，后者能夠根據(jù)施加在自身上的電壓而收縮或伸展。

馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)的Kevin Ma及同事在《Science》雜志上報(bào)告了這一研究成果。

機(jī)器蒼蠅中的微小零件——其中一些僅有微米大小——利用傳統(tǒng)的制作工藝是極其難以制造的，因此研究人員想出了一種與在彈出式圖書中所采用的模式類似的折疊方法。他們利用柔性鉸鏈制造了一個(gè)可彎曲的平面材料薄層，從而使得三維結(jié)構(gòu)一下子變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。Ma解釋說：“與直接制造三維結(jié)構(gòu)相比，將二維結(jié)構(gòu)通過折疊變?yōu)槿S結(jié)構(gòu)要容易得多?！?/p>

西雅圖市華盛頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家 Michael Dickinson指出：“制造這些能夠彎曲的小關(guān)節(jié)的能力對于那些與機(jī)械飛行無關(guān)的其他機(jī)器人的許多方面都有重要意義?！?/p>

Fearing認(rèn)為，這項(xiàng)研究工作“將帶來有關(guān)昆蟲扇動(dòng)翅膀的空氣動(dòng)力學(xué)以及控制策略的更深刻理解”，這是緣于它所采用的工程體系“比一種動(dòng)物更容易修改或控制”。

這只機(jī)器蒼蠅質(zhì)量僅有80 mg，翼展3 cm。由于無法攜帶自身的電源，機(jī)器蒼蠅只好用一根“繩”拴在地上。它同時(shí)還依靠一臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控其動(dòng)作，并調(diào)整其姿勢。盡管如此，它依然是迄今第一個(gè)能夠施展蒼蠅全部空中動(dòng)作——包括盤旋——的機(jī)器。

Fearing表示，目前對于獨(dú)立飛行的最大技術(shù)障礙是設(shè)計(jì)一款小到能夠被機(jī)器蒼蠅所攜帶的電池。目前能夠提供足夠動(dòng)力的最小電池質(zhì)量也有0.5 g——這比機(jī)器蒼蠅所能支撐的重量的10倍還要多。Ma說，他相信電池瓶頸在 5—10 年內(nèi)應(yīng)該能夠攻克。

如果研究人員能夠研制出這樣一款電池，同時(shí)再裝上超輕的傳感器，Ma認(rèn)為這種機(jī)器人將能夠應(yīng)用于倒塌建筑內(nèi)的搜索與營救任務(wù)，或是在蜜蜂數(shù)量減少的時(shí)候作為給農(nóng)作物授粉的方法加以使用。

華人科學(xué)家首次證明存在無窮多素?cái)?shù)對

據(jù)《Nature》雜志網(wǎng)站報(bào)道，來自美國新罕布什爾大學(xué)的華人數(shù)學(xué)家張益唐日前證明，存在無窮多個(gè)之差小于7 000萬的素?cái)?shù)對，從而在解決孿生素?cái)?shù)猜想這一終極數(shù)論問題的道路上前進(jìn)了一大步。

素?cái)?shù)是指只可被 1和其本身整除的數(shù)字。一般來說，兩個(gè)相鄰素?cái)?shù)之間的間隔，會(huì)隨著數(shù)字大小的增加而變得越來越大。但是，孿生素?cái)?shù)，也就是之差僅為2的相鄰素?cái)?shù)，例如，3和5、17和19以及2 003 663 613×2 195 000-1和2 003 663 613×2 195 000+1卻是例外。

關(guān)于孿生素?cái)?shù)，數(shù)學(xué)界存在一個(gè)推測：存在無窮多對孿生素?cái)?shù)。這被認(rèn)為是最古老的開放性數(shù)學(xué)問題之一，由希臘數(shù)學(xué)家歐幾里得提出。目前，多種試圖證明該猜想的方法都不甚奏效。其中，一個(gè)重要里程碑是美國圣何塞州立大學(xué)數(shù)論教授 Dan Goldston及兩位同事提出，存在無窮多個(gè)之差小于16的素?cái)?shù)對。但是，該推論尚不知如何證明。

在最新研究中，張益唐在不依賴未經(jīng)證明推論的前提下，發(fā)現(xiàn)存在無窮多個(gè)之差小于7 000萬的素?cái)?shù)對。

雖然7 000萬貌似一個(gè)非常大的數(shù)字，但不管數(shù)字多大，有限范圍的存在意味著，相連素?cái)?shù)之差并不是一直增長的。而且，從 2到7 000萬的跨越，與7 000萬到無窮大的跨越不可同日而語。對此，Dan Goldston評(píng)論說：“每縮小一段范圍，都是在獲得終極答案的道路上踏上一個(gè)腳印?！?/p>

據(jù)悉，張益唐于2013年5月13日在哈佛大學(xué)展示了最新研究成果。

美國科學(xué)家成功培育出人類胚胎干細(xì)胞

這次看起來是玩兒真的：研究人員利用與克隆多利羊相似的方法制作出個(gè)體化的人體胚胎干細(xì)胞，而成功的“秘訣”之一便是額外添加了一罐咖啡。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)制作出的干細(xì)胞所攜帶的DNA屬于一個(gè)患有遺傳性疾病的嬰兒，而這次成功距韓國研究人員在一篇著名的偽造論文中聲稱自己完成了相似壯舉已有 9年時(shí)間。2004年，韓國科學(xué)家黃禹錫曾經(jīng)宣稱他帶領(lǐng)的研究組已經(jīng)首次成功實(shí)現(xiàn)了人體胚胎克隆，并成功從克隆胚胎上提取了干細(xì)胞。但后來被證實(shí)他的這項(xiàng)研究存在造假行為。

在韓國論文造假事件穿幫后，仍有少量研究人員在繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，但是人類受精卵或卵母細(xì)胞對相關(guān)技術(shù)反應(yīng)較差，盡管這些技術(shù)在羊、老鼠、牛、豬以及其他動(dòng)物中均獲成功。

如今，借助多年猴子細(xì)胞實(shí)驗(yàn)積累的數(shù)據(jù)，美國比弗頓靈長類動(dòng)物研究中心的Shoukhrat Mitalipov及其同事發(fā)現(xiàn)了能夠適用于克隆人體細(xì)胞的“秘訣”。在刊登于2013年5月16日出版的《Cell》雜志上的論文中，科學(xué)家表示，去除人體卵母細(xì)胞內(nèi)包含DNA的細(xì)胞核，然后將這些細(xì)胞與胎兒皮膚細(xì)胞或 8個(gè)月大嬰兒的皮膚細(xì)胞融合，產(chǎn)生出的胚胎攜帶著來自皮膚細(xì)胞的 DNA。之后科學(xué)家能夠使用這些胚胎衍生出胚胎干細(xì)胞，理論上這些胚胎干細(xì)胞能夠分化成這個(gè)嬰兒的所有類型的細(xì)胞。這一新技術(shù)與1996年制造克隆羊多利的技術(shù)相同，意味著人類距離克隆人又邁進(jìn)了一步。

“這是一篇不可思議的論文。”紐約干細(xì)胞基金會(huì)體細(xì)胞核移植(SCNT)技術(shù)專家 Dieter Egli說，“我們希望能夠重復(fù)他們的結(jié)論?！辈ㄊ款D兒童醫(yī)院干細(xì)胞研究專家George Daley表示，這一結(jié)果是“經(jīng)歷數(shù)年辛勤研究后，來之不易的勝利”。

盡管受到那些希望制造出用于治療疾病或研究的個(gè)體化人體干細(xì)胞的科學(xué)家的歡迎，該成果也易于煽動(dòng)起有關(guān)人類 SCNT的倫理方面的爭論，其中包括 SCNT是否應(yīng)該被管制以阻止出現(xiàn)生殖性人類復(fù)制。美國團(tuán)體“人類基因警示”創(chuàng)建人David King呼吁在全球范圍內(nèi)達(dá)成協(xié)議，全面禁止對克隆人技術(shù)的開發(fā)。他還表示，此次研究人員將他們的干細(xì)胞提取技術(shù)詳細(xì)方案通過論文形式公開發(fā)表是一種“極端不負(fù)責(zé)任”的行為。

對此，Mitalipov表示，從短期來看，人們可以不必?fù)?dān)心。盡管進(jìn)行了超過100次實(shí)驗(yàn)，Mitalipov研究小組都未能制作出 SCNT衍生的猴子胚胎，以便植入“代孕母親”體內(nèi)使其懷孕。這些細(xì)胞產(chǎn)生的胎盤在克隆猴子胚胎中未能充分發(fā)育，并且他提到，人類SCNT胚胎也出現(xiàn)了相似的畸形情況。

不過那些問題似乎并沒有阻礙從胚胎中衍生出干細(xì)胞。Mitalipov和同事還報(bào)告稱，在一些實(shí)驗(yàn)里，一半的人類SCNT胚胎能發(fā)育到囊胚期(這時(shí)胚胎形成一個(gè)細(xì)胞空心球)產(chǎn)生穩(wěn)定的胚胎干細(xì)胞系。

在過去15年里，該研究小組在綿羊、老鼠、牛以及其他一些動(dòng)物身上進(jìn)行了無數(shù)實(shí)驗(yàn)。在獲得足夠的經(jīng)驗(yàn)后，他們才開始制造人體胚胎干細(xì)胞。干細(xì)胞是一種未充分分化、尚不成熟的細(xì)胞，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，醫(yī)學(xué)界稱為“萬能細(xì)胞”。人類胚胎干細(xì)胞能夠演變成構(gòu)成人體的大約200多種細(xì)胞中的任何一種。不僅如此，它們還可以繼續(xù)分裂，轉(zhuǎn)化為心臟、神經(jīng)、骨骼等多種人體器官，應(yīng)用潛力不可限量。

經(jīng)歷了無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)失敗后，該研究小組終于出人意料地取得成功。由于脆弱的人體卵母細(xì)胞很容易在細(xì)胞核移植所必需的操作中被損壞，因此研究人員需要對該過程略微進(jìn)行一些調(diào)整，這些調(diào)整主要基于猴子實(shí)驗(yàn)得來的經(jīng)驗(yàn)。與使用電脈沖將無核卵母細(xì)胞和核供體細(xì)胞相融合不同，該研究小組將細(xì)胞暴露在取自一個(gè)滅活病毒的表面蛋白質(zhì)中，這種老舊的技術(shù)在多利降生后便已“失寵”。

該研究小組還在剝離細(xì)胞核及細(xì)胞融合過程中沉浸卵母細(xì)胞的媒介中加入了咖啡因。Mitalipov提到，咖啡因能夠穩(wěn)定卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中的關(guān)鍵分子，這些分子能幫助重組融合細(xì)胞形成一個(gè)胚胎狀態(tài)。如果沒有咖啡因，僅有 11%的SCNT胚胎能發(fā)育到囊胚期，但無法產(chǎn)生胚胎干細(xì)胞。一旦加入咖啡因，就有 23%的 SCNT胚胎能形成囊胚，并且其中一半能產(chǎn)生胚胎干細(xì)胞。

論文發(fā)表后，有讀者在專門對已發(fā)表論文進(jìn)行同行評(píng)議的網(wǎng)站PubPeer上稱，論文存在好幾處“圖片重復(fù)使用”問題。此外，“記錄顯示，該論文提交僅4天，就被《Cell》雜志接受”。

《Cell》雜志發(fā)言人瑪麗·貝思·奧利里說：“我們的編輯隊(duì)伍正在評(píng)估 PubPeer提出的相關(guān)指控，一旦完成調(diào)查，將馬上公布相關(guān)結(jié)果?！?/p>

目前，這篇論文仍掛在《Cell》雜志網(wǎng)站的顯著位置。