环球科技七天博览(2019年9月7日)

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【本期导读】

  • 袁隆平:超级稻亩产或即将破1200公斤大关
  • 想活120岁?干细胞技术可帮你圆梦
  • 全球首例iPS细胞培养角膜移植成功
  • 中英联手攻关悬浮石墨烯传感芯片
  • 印度“月船2号”着陆器在登月时失联
  • 用航天器撞偏小行星轨道计划可行吗?
  • 中英科学家还原5亿多年前“地球大氧化”事件
  • 量子干涉实验扩展到天文尺度
  • 美政府提出五大科研方向、五大重点举措

 

袁隆平:超级稻亩产或即将破1200公斤大关

“杂交水稻之父”袁隆平5日在湖南长沙接受媒体采访时透露,目前正在攻关的超级稻来势很好,有可能在10月突破大面积亩产1200公斤大关。

上世纪九十年代,美国经济学家布朗曾向世界发问:“谁来养活中国?”在此背景下,中国农业部于1996年提出了超级稻育种计划。此后,袁隆平领衔的科研团队通过形态改良和杂种优势利用相结合的技术路线,成功攻破水稻超高产育种难题,不断刷新亩产产量。

袁隆平说,粮食始终是国计民生最重要的战略物资。目前,超级稻计划的五期目标已经全部完成,分别是亩产700公斤、800公斤、900公斤、1000公斤和1100公斤。

据了解,目前全国有四个百亩示范田正在攻关亩产1200公斤的目标。袁隆平表示,示范田来势很好,有两个点有望在今年10月就实现亩产1200公斤。

袁隆平曾在公开场合多次畅谈自己的两个梦想:一个是“禾下乘凉梦”,就是追求超级稻高产;另一个是覆盖全球梦,让超级稻走出国门造福世界。

“现在中国以外的杂交稻种植面积为700万公顷。全世界有1.6亿公顷的稻田,如果其中一半种上了杂交稻,每公顷增产2吨,每年增产的粮食可以多养活5亿人口。所以说,发展杂交稻为解决世界粮食短缺问题会做出巨大的贡献。”耄耋之年的袁隆平如此表示。

至今坚守在科研一线的袁隆平笑称,自己已经从“80后”升级为“90后”,未来要健康快乐超百岁,就像超级稻攻关一样,不断超越新目标。(中国新闻网)

【洪田点评】

如何保证足够的耕地面积,同样需要重视。没有了耕地,再高的亩产量也是纸上谈粮,画饼充饥。

 

想活120岁?干细胞技术可帮你圆梦

接受干细胞的治疗应该注意哪些问题?在进行造血干细胞的骨髓移植后,被移植人血液的DNA和受体是否一致?间充质干细胞是否能够批量生产?干细胞的异体注射,会不会产生排异反应?干细胞在骨科方面有什么研究和应用的可能?日前,在以“返老还童的想象与现实——干细胞和再生医学的未来”为主题的第47期理解未来科学讲座中,与会者将这些大众关心的问题向讲演嘉宾一一抛出。

曾经,人类的平均寿命只有35岁。而今年7月份国家卫健委公布的最新数据显示,2018年我国居民人均预期寿命达77岁,60岁及以上老年人口约2.49亿,占总人口的17.9%,但有超过1.8亿的老年人患有慢性病,患有一种及以上慢性病的比例高达75%。

如何让人们在寿命延长的同时提高生存质量?近年来,干细胞、再生医学逐渐成为公众在健康领域关注的一个热点,这些新技术不仅能治疗疾病,还能用来抵抗衰老。

干细胞让“返老还童”不再是天方夜谭

有人预测未来干细胞对社会的影响,就像智能手机的出现一样,将会彻底改变人们的生活。“干细胞的应用可以分为模型、工具和药物这三方面。在实际应用中,从体外培养到依托动物实验的临床前研究,再到临床应用,其实是一个漫长的过程。而在干细胞研发中,科学布局、产业规划、管理与宣传等方面仍然亟待加强。”在讲座上,中国科学院动物研究所研究员、干细胞与生殖生物学国家重点实验室副主任李伟说。

干细胞抗衰老的研究,吸引着全球顶尖医学者的目光。一些发达国家已经取得了突飞猛进的进展,不仅应用在疾病治疗上,在抗衰老方面也取得了巨大的成果。

诺贝尔获得者、日本科学家山中伸弥在2006年发现,有4个基因能够对细胞进行重新编程,使细胞恢复到年轻甚至是胚胎干细胞的状态。山中伸弥在实验中验证了运用该技术可以让培养皿中的人体皮肤细胞活力提高。另外,他们对一只患有早衰疾病的白鼠做了实验,结果白鼠早衰特征消除而且寿命也得到延长。

位于美国加州的索尔克研究所的科学家们通过“细胞重编程”,使培养皿里的人类皮肤细胞由表及里都更加年轻。他们同样对小白鼠做了实验,最终使患有早衰疾病的小白鼠消除衰老特征并延长30%的寿命。

专家表示,相对于美国和日本,我国对干细胞研究起步比较晚。当前,干细胞在国内医学界属于新生事物,但仍有一些技术已经步入了成熟阶段。在当前医学条件下,面对心脑血管疾病、慢性呼吸系统疾病、糖尿病以及癌症等疾病,患者只能依靠终身服药来延长生命,随着近年来干细胞技术不断发展,这些被视作“终生携带”的疾病也许可以被治愈。

再生医学可以重建膀胱、肝脏甚至心脏

“80岁,还是90岁?前几年,新疆有位老寿星活到了128岁——人的寿命完全可以达到120岁, 那么为什么很少人活到这个岁数?因为我们人体的器官会老化、会磨损,而再生医学将可以解决这个问题。”中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员戴建武告诉记者。

什么是再生医学?戴建武解释道,再生医学就是利用生物材料及一些诱导因素,利用我们身体里的细胞来修复、重建组织或者器官。当然,重建组织器官不是像捏面人那么简单。中科院遗传发育所的科学家团队经过十几年的努力,已经成功研制出基于胶原蛋白的功能生物材料,结合人体干细胞或再生因子,可以引导不同组织的再生。

“所以在不久的将来,失明的人可以重见光明,坐在轮椅上的人可以站起来,像我们一样去行走。再生医学可以重建一个膀胱,一个肝脏,甚至一个心脏。未来,需要做器官移植的人不会再经历漫长的等待,我们大多数的人,应该可以健健康康活到120岁——这就是再生医学的梦想。”戴建武说。

再生医学是近20年才兴起的新型医疗技术。“和美国、日本等发达国家一样,我国也投入了相当大的研发经费。我国神经系统、生殖系统领域的再生医学研究目前走在世界前沿。谁做得快,谁做得好,谁就占领了制高点。”戴建武说。

目前,中科院动物研究所干细胞研究团队已经在长达12年的基础研究和临床前研究的基础之上,启动并完成了数例帕金森病患者的干细胞治疗临床研究。

“这样的阶段性进展,对再生医学的稳步向前发展是个极大地鼓舞。”李伟说,尽管干细胞的研究和发展还需要一个过程,预期5到10年内,将会有经过国家食品药品监督管理总局批准的干细胞药物上市销售。(科技日报)

【洪田点评】

前途光明,道路曲折。国内不少医疗、美容机构早已经打着干细胞的旗号大张旗鼓地赚钱,但大多数干着捕风捉影的骗子勾当。

 

全球首例iPS细胞培养角膜移植成功

眼疾患者的又一大福音!日本大阪大学近日宣布,通过手术,他们成功将用他人诱导多能干细胞(iPS细胞)培养出的角膜组织,移植到了一名40多岁患有重度“角膜上皮干细胞衰竭症”而几乎失明的女性的左眼上。术后该患者视力得到改善,日常生活已经不受影响。

据日本放送协会(NHK)8月30日消息称,这例手术在7月25日进行,患者于8月23日出院,这是全球首例对利用iPS细胞培养出的角膜组织进行移植的手术。

在实验中,西田幸二教授领导的团队把京都大学储备的iPS细胞培养成角膜细胞组织,再将其制成不易发生排斥反应的圆形透明角膜片状组织(直径3.5厘米、厚度0.03—0.05毫米)。在大阪大学医院,团队专家把女患者左眼已发白变干的角膜表面组织切除,然后移植角膜片状组织。此前这名患者两眼近乎失明,手术后,患者左眼视力已经恢复到可以阅读书籍和报纸的程度,而且,也未观察到排斥反应。

以往的治疗方式是用死者捐赠的角膜来进行移植,但术后会发生强烈的排斥反应,患者往往会出现移植角膜脱落、一年以内再度失明的情况。

西田幸二团队称,利用iPS细胞培养出的角膜组织有望带来长期治愈效果。为了进行临床研究并观察此次治疗的安全性和有效性,此次移植只针对左眼实施,接下来还要进行一年的术后观察。西田幸二称,希望可以用5年时间把这项技术正式普及应用。

据悉,本次手术是应用iPS细胞移植在日本国内治疗的第三种疾病。今年2月18日,厚生劳动省专家委员会批准了庆应义塾大学使用iPS细胞治疗脊髓损伤的临床研究,希望通过移植使损伤神经再生,恢复失去的运动机能和感觉;去年11月9日,京都大学开展了利用iPS细胞治疗帕金森病的临床试验。(科技日报)

【洪田短评】

这是真正的干细胞技术应用。

 

中英联手攻关悬浮石墨烯传感芯片

由于具有高导电性、高导热性、高强度和独特的二维结构,石墨烯成为新材料研发的热点。8月21日,东旭光电副总裁、石墨烯事业部总裁冯蔚东博士接受科技日报记者专访时表示,作为石墨烯发源地、全球石墨烯科研中心的英国曼彻斯特大学,将与东旭光电等合作,致力于悬浮石墨烯传感芯片产品的研发和商业化应用推广。

中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长刘忠范说,悬浮石墨烯传感器技术应用无论在学术界还在产业界均属首例。双方合作有望带来开启全球石墨烯产业化应用面向全新时代的标志性产品。

石墨烯高端应用在全球呈快速发展趋势。美国、欧盟、日本等80多个国家皆将石墨烯材料发展提高到战略高度,欧洲石墨烯旗舰计划、韩国国家石墨烯计划、新加坡国家石墨烯研究院等相继实施和落地。我国作为全球石墨烯产业化发展最活跃的地区,已在涂料、采暖器和电热膜等工业领域实现了石墨烯应用零的突破。

CVD(化学气相沉积)法生产石墨烯是将碳原子沉积在特定基体上的一种生产单层石墨烯方法,但其具有转移步骤成本高,导电率低的缺点。硅晶圆悬浮石墨烯技术是通过传统半导体工艺,形成上表面为单层石墨烯薄膜的悬浮腔体阵列,最终形成硅晶圆表面的悬浮石墨烯阵列。

冯蔚东说,悬浮石墨烯传感芯片技术为CVD石墨烯薄膜“分布”创造了独特的解决办法,使石墨烯能更好发挥其电学和力学性能。悬浮石墨烯传感芯片技术在力学、温度、湿度检测以及传感等领域将有广阔的应用前景。

近年来,石墨烯产业产品布局已悄然变化。在2019年WMC世界移动通信大会上,石墨烯5G调制器、石墨烯宽带成像设备等系列高端石墨烯应用悉数亮相,这些应用也意味着石墨烯从“工业味精”到“工业主角”、从辅材到主材的转变,逐步成为不可替代的“超级材料”。

诺贝尔物理学奖得主、英国曼彻斯特大学教授康斯坦丁·诺沃肖洛夫说:“石墨烯在光电领域的应用是最令人兴奋的事情之一,曼大与东旭光电的合作模式令人振奋,这将催生大量潜在应用场景。”(科技日报)

【洪田短评】

研究是一个积累的过程,需要不断地摸索和沉淀。没有自己研发队伍的企业往往是很被动的,也难以走远。企业和研究部门的跨国合作尤其需要关注这一点。

华为之所以这样成功,有自己的专业研究队伍是原因之一。

 

印度“月船2号”着陆器在登月时失联

印度空间研究组织7日表示,印度“月船2号”探测器所携带的着陆器当天在月球南极软着陆时失去联系。当天的直播显示,“月船2号”着陆器7日凌晨1时40分(北京时间4时10分)左右开始尝试着陆月球并表现正常,但在距离月球表面2.1公里时,着陆器突然失去了与地面控制中心的联系。

按照原定计划,着陆器本该于印度时间7日凌晨1时55分在月球南极目标区域着陆。目前印度空间研究组织正在分析数据,试图确定着陆器处于何种状态。

印度总理莫迪当天也受邀前往位于班加罗尔的地面控制中心观看着陆。在着陆器失去联系后,莫迪对在场人员表示,感谢他们为印度航天事业作出了巨大贡献,向所有辛勤工作的科学家致敬。

在经历多次推迟后,“月船2号”今年7月22日发射升空,8月20日进入月球轨道开始绕月飞行。9月2日,“月船2号”着陆器与轨道器成功分离,开始朝月球表面飞行。按计划,“月船2号”应于7日在月球表面实施软着陆,而轨道器将继续在目前轨道上绕月飞行。

“月船2号”项目总耗资约1.4亿美元,探测器重达3850千克,包括轨道器、着陆器和月球车3个模块,携带了10多个各类研究装置。

印度2008年成功发射首个月球探测器“月船1号”,获得了大量图像和探测数据,但原计划运行两年的“月船1号”在2009年8月失联。(新华网)

 

用航天器撞偏小行星轨道计划可行吗?

据美国太空网近日报道,来自美国、欧洲等世界各地的小行星研究人员和宇宙飞船工程师将于9月11日至13日相聚罗马,讨论“小行星撞击偏转评估”(AIDA)项目的进展情况。这一项目计划借助两艘航天器让小行星发生偏转,以验证这一技术作为行星防御方法的可行性。

AIDA的主要思路是:利用一艘航天器撞击位于地球和火星之间的双小行星系统“双子星”中较小的一颗,使其轨道发生偏转;第二艘接着对撞击位置进行调查,收集有关撞击的数据。“双子星”是一个近地小行星系统,主体直径约780米,卫星直径约160米,与埃及大金字塔大小相仿。

为此,NASA将提供“双小行星撞击测试(DART)”航天器,这一航天器目前正在建设中,计划于2021年夏天发射,并于2022年9月以6.6公里/秒的速度与目标相撞。还有一颗由意大利制造的小型立方体卫星——轻型意大利立方体卫星与DART一同飞行,其使命是记录撞击的瞬间。

另一艘航天器由欧洲航天局提供,名为“赫拉”,将对撞击后的小行星进行近距离调查,获取小行星的质量和详细的陨石坑形状等数据。“赫拉”还将部署一对立方体卫星,以对小行星进行近距离探测,并将首次在小行星上部署雷达探测器。

据悉,“赫拉”将于2024年10月发射,整个任务计划耗时两年。“‘赫拉’将收集必要的数据,将这个一次性的实验转化为适用于其他小行星的小行星偏转技术。”“赫拉”项目负责人伊恩·内利说,“我们的任务将测试各种重要的新技术,包括深空立方体卫星、卫星间链接和自动导航技术,同时也为我们提供低重力操作的宝贵经验。”(科技日报)

【洪田短评】

未雨绸缪,造福人类。但要警惕军用害人。

 

中英科学家还原5亿多年前“地球大氧化”事件

记者从中科院南京地质古生物研究所获悉,该所朱茂炎研究员与英国地质、古生物学者合作,还原出5亿多年前地球含氧量的骤增过程。这次地球氧化事件,使得寒武纪大爆发前普遍缺氧的海洋和大气含氧量快速增加,为高等生命的快速演化提供了基本条件。相关研究成果已于2日发表在《自然-地球科学》上。

在地球历史上,曾发生过两次大氧化事件。第一次大氧化发生在约24亿年前,当时大气中的氧气从几乎为零上升到现代大气含氧量的1%,随后,地球上首次出现真核生物。到大约5.8亿至5.2亿年前,地球又发生了第二次大氧化事件。这一时期,地球上的海洋全面氧化,大气含氧量也增加到现代的60%以上,这为高等动物的出现和快速演化奠定了基础,随后便出现了著名的寒武纪大爆发。

关于第一次大氧化发生的机制,古生物学界已基本形成共识。给地球带来无数高等生命的第二次大氧化是如何发生的?此次,科研团队就这一问题展开了研究。

研究人员发现,大约5.7亿年前,地球上的主要大陆拼合成一个冈瓦纳超级大陆和位于超级大陆内部的中央造山带。剧烈的地质活动将地表的大量硫酸盐剥蚀带入海洋。这些硫酸盐与海水中的微生物和有机质反应,使海洋含氧量增高。海水中的氧气又通过气体交换进入大气,致使当时海洋和大气含氧量都迅速增高。

“早期地球环境是极端缺氧的,正是重大的环境变化,形成了生命演化中的关键节点。5亿多年前的第二次大氧化,为高等生命演化提供了环境基础。在此之后,动物的始祖才开始在地球上繁衍生息。”朱茂炎说。(新华网)

【洪田短评】

有助于了解高等生命的起源和繁衍,也可以为在其它星球创造有氧环境提供借鉴。

 

量子干涉实验扩展到天文尺度

中国科学技术大学的潘建伟、陆朝阳与国内外合作者合作,在国际上首次实验观察到量子点单光子和太阳光之间的双光子干涉、量子纠缠以及非定域性。该研究工作把独立光子之间的量子干涉实验扩展到相距1.5亿公里的两个独立光源,首次在天文学尺度上检验了量子统计原理的普适性,并给出了热光场量子化的直接实验证据。该研究成果近日发表于国际学术期刊《物理评论快报》。

独立光子之间的量子干涉是很多量子信息技术的基础。这个现象无法用经典的电磁波理论解释,而必须把光场量子化处理。目前,国际上报道的研究工作已实现了多种光源间的量子干涉。

中国科大研究团队首次提出用太阳这一天然远距离热光源进行量子光学实验。为了清晰地观察到高对比度的量子干涉,实验的主要挑战在于发展高性能单光子源和多自由度量子擦除技术。潘建伟、陆朝阳等通过脉冲共振激发微腔耦合的单量子点,制备了国际上单偏振、高效率、高纯度和高全同的综合性能最优的单光子源。

在此基础上,团队发展了包括超窄带滤波、超快时间甄别等在内的一整套量子擦除技术,实验观测到了超过50%的经典极限的高达80%的干涉对比度,清晰地证实了热光的量子化性质,在天文单位的尺度上检验了量子玻色统计原理的普适性。研究团队进一步制备了太阳光光子和量子点单光子之间的保真度达0.826的纠缠态,并利用这一无共同历史来源的纠缠光子对进行了贝尔不等式检验,实验得到了大于3倍标准偏差的违背,再一次验证了量子力学的非定域性。(科技日报)

【洪田短评】

人类对于世界的认识,正向更广更深的层次发展。宇宙还是那个宇宙,地球逐渐不是那个地球,因为今天的人类不再是昨天的人类。“苟日新,日日新。”

 

美政府提出五大科研方向、五大重点举措

美国政府近日发布了一份《2021财年政府研发预算重点》备忘录,列出五大研发方向和五大重点举措,以确保美国在国家安全、新兴产业、能源环保、生物健康和太空探索等领域保持领先。

这一最新备忘录首次强调美国科技领导地位正面临“不同寻常的新挑战”,因此“必须认真和有效地加以应对”,这符合特朗普政府在科技领域“重竞争、轻合作”的特色。

在备忘录列出的五大研发预算重点方向中,美国安全位列首位,明确提出“对手利用新兴和破坏性技术威胁美国”,因此要在和国家安全相关的四个领域加大投资,包括:

一、先进军事能力:如进攻和防御性的高超音速武器;弹性的国家安全太空体系;现代化且灵活的战略性和非战略性核威慑能力;

二、关键基础设施恢复力:如对极端地球事件、网络攻击、电磁脉冲攻击、供应链攻击等威胁的应对能力;

三、半导体:为未来计算和存储模式提供可信和有保障的微电子技术;

四、关键矿产:开发循环和再处理技术、寻找替代材料、研发新的提取制造技术,以确保稀土等关键矿产的供应链安全。

第二个科研方向是美国要在未来产业中取得领导地位。备忘录列出了3个重点。第一是人工智能、量子信息科学和计算。第二是先进通信网络和自动化。第三是先进制造业,即智能和数字化制造及先进工业机器人技术等。这些产业涵盖了人工智能、量子计算、5G、自动驾驶、机器人等多个新兴产业。

第三个科研方向是能源和环境。值得注意的是,备忘录把海洋和地球系统预测列入其中,这反映出今年1月起担任白宫科技政策办公室主任的气象学家凯尔文·德勒格迈尔的风格。但鉴于特朗普政府反对气候变化和不断放松排放管制的立场,德勒格迈尔的“个人喜好”能否最终体现在2021财年预算案中尚有待观察。

第四个科研方向是健康和生物经济创新,包括生物医药、退伍军人保健、生物经济学3个方面。

第五个科研方向是太空探索和太空商业化,主要体现在美国计划2024年前再次将宇航员送上月球以及将国际空间站商业化的努力。

备忘录还提出五大重点措施:打造多元、高技能的美国科研人员;创建并支持反映美国价值的科研环境;支持高风险、高回报的变革性研究;利用数据的力量;构建、增强和扩展战略性多部门合作。

这些重点措施中,科研活动中的“美国价值”是德勒格迈尔主推的新内容,主要体现在降低国家资助研发过程中的行政负担、提升研发诚信、打造安全和有包容性的研发环境以及保护美国的科研财产。

备忘录认为,美国保持科技领导力依赖于“在开放的研发生态系统与保护思想和研发成果之间取得平衡”。但是,美国政府以国家安全为借口、无端打压和排挤外国科研人员的做法正日益遭到科学界人士的强烈抗议。科学界普遍认为,打压某个特定国家或族裔的科研人员破坏了国际合作,不利于美国科技发展。这份备忘录没有就国际科技合作提出建议。

美国白宫科技政策办公室与行政管理和预算局每年都会发布一份政府研发备忘录,指导政府机构每年9月制定下一财年预算请求,美国总统将在来年2月将预算案提交美国国会。

(选编:洪田 博士)

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