把科学当做捍卫地球的武器

关毅 (本刊特约记者)

把科学当做捍卫地球的武器

关毅 (本刊特约记者)

今天的地球可谓危机四伏。联合国与世界卫生组织不久前出具的两份报告让每个人的心情分外沉重。联合国于2014年3月31日在日本横滨发布的一份最新气候科学报告，首次提出了气候变化对人类安全的影响，并强调将平均气温控制在比工业革命前上升2 ℃以下的重要性。无独有偶，根据世界卫生组织2014年4月30日发布的一份报告，“后抗生素”时代正在逼近。该组织指出，抗生素和其他抗菌药物的疗效下降正在成为一个全球性问题，应当建立一个观测系统来监控这种情况。同时科学家的观测结果显示，巨大的西南极冰原注定要消失殆尽，而冰雪的融水足以使海平面升高超过3 m。受其影响，200～ 1 000年后，多个低洼沿海城市或将消失……面对这一个个触目惊心的事实，只有以科学为武器，才能捍卫我们的地球家园。

科学家首次获得7颗星际尘埃微粒对于研究太阳系起源具有重要意义

经过长达数年的大量工作，研究人员终于从返回地球的星尘号探测器中采集到7颗星际尘埃微粒。科学家在日前于美国得克萨斯州林地市召开的月球与行星科学大会上报告说，尽管整个样本的质量只有几百万兆分之一克，这却是科学家第一次将自己的手放在自太阳系形成后便从未改变的原始物质上。研究人员表示，这一发现对于研究太阳系的起源具有重要意义。

于1999年发射升空的星尘号探测器已经完成其主要的使命：采集“维尔特二号”彗星彗尾的尘埃微粒，并在星尘号于2006年经过地球时，通过发射一枚返回舱，将这些样本送回地球。

美国宇航局(NASA)最初认为，彗星可能是形成太阳系的原始冰体与岩石(它们都是恒星诞生和死亡后的产物)的“储藏室”。然而，科学家后来发现，星尘号探测器想要采集的彗星尘埃中的矿物质并不原始——它们曾被加热、融化，并在早期太阳的附近完全转化，进而向外运行成为彗星的一部分，进入太阳系最遥远行星之外的极寒空间。

这让搜寻原始恒星物质的星尘号探测器不得不作出新的选择——在星际空间中采集尘埃流。在2000年和2002年的200天中，星尘号利用其网球拍一样的集尘器面板捕捉了太阳系中的星际尘埃。随着样品面板被送回地球，研究人员面临的问题迅速变成了寻找嵌入面板气溶胶中的任何采集到的微粒。然而星尘号项目组成员、加利福尼亚大学伯克利分校的Andrew Westphal表示，“我们真的不知道要怎样发现”这些嵌入的微粒。由于“绝望”，星尘号研究团队先后邀请了30 714名公众参与这项工作。他们检查对气溶胶拍摄的显微图像，并使用世界上最好的模式识别系统——人眼及大脑——选择高速粒子在气溶胶中留下的痕迹。

科学家首次获得7颗星际尘埃微粒（图片来源：NASA）

在1亿次的搜索后，星尘号团队成员在集尘器上发现了7个“可能的”尘埃碰撞痕迹。其中有2个尘埃的质量分别为300万兆分之一克，也就是说1 000亿颗这样的微粒相当于一粒糖的质量。这些微粒以不到18 000 km/h的速度撞击样品面板的气溶胶，并附着在那里。第3颗微粒的速度是如此之快，以至于并没有发现任何化学残渣，而仅仅留下了痕迹。还有4颗微粒无心插柳般轰击了气溶胶边缘的铝箔，并在它们的“陨石坑”中留下了可供测量的物质。

并未参与该项研究的得克萨斯州休斯敦市NASA航天中心的宇宙化学家Scott Messenger表示：“星尘号团队走到这一步，是一项巨大的成就。”他同意Westphal的观点，认为这些是“迄今为止最具有挑战性的地外样本”。为了确保这些微粒确实为星际尘埃，研究人员下一步必须对这些气溶胶中极小的尘埃斑点进行深入的分析，特别是它们的同位素构成。这项技术“很无聊却是必要的”。Westphal说，“你很容易就会失去它们”。

星尘号探测器于1999年2月发射升空。2004年1月，该飞船近距离飞过“维尔特二号”彗星时，飞船上的尘埃采集器成功捕获到彗星物质粒子。2006年1月15日，装有彗星尘埃样本的返回舱首先与星尘号探测器的母船分离，随后进入地球大气层，并在降落伞的帮助下在美国犹他州的沙漠中降落。这是人类发射的探测器首次将彗星样本带回地球。科学家当时称，星尘号带回了大量彗星尘埃样本。这些样本十分微小，直径比一根头发丝还细，因此只能在显微镜下进行研究。NASA的专家们随后把集尘器的数码显微照片提供给网络志愿者，让他们来共同寻找这些星际尘埃。

首个合成酵母染色体问世合成生物学领域实现重大飞跃

美国遗传学家Craig Venter曾耗资4 000万美元、历时15年合成了一个细菌寄生虫基因组。在2014年3月27日，一个主要由大学生组成的研究团队报告了合成生物学领域的一次重大飞跃：源自酿酒酵母的一种重新设计并合成的全功能染色体。这一成果被誉为攀上了合成生物学的新高峰，也是向合成人造微生物等生命体迈出的一大步。

作为一种真核细胞，酿酒酵母基因组比Venter的寄生虫更为复杂。这个新合成的酵母染色体——被剥离了一些DNA序列以及其他成分——具有272 871个碱基对，表达了酿酒酵母基因组1 200万碱基对中的约2.5%。研究人员在5年的时间里通过国际合作创造了这一合成版本的全酿酒酵母基因组。

研究人员在2014年3月28日出版的《科学》杂志上报告了这一成就。他们介绍说，利用计算机辅助设计技术，研究人员成功构造了酿酒酵母染色体Ⅲ，尽管合成的仅仅是酿酒酵母16条染色体中最小的一条，但这是通往构建一个完整的真核细胞生物基因组的关键一步。

“这是一项令人印象非常深刻的研究成果，不仅是DNA的合成，还有整个真核基因组的重新设计。”并未参与该项研究的美国康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学生物工程师Farren Isaacs表示，“你们可以看到，他们为基于基因组重新设计的生物学新纪元系统性地铺平了道路。”

最让研究人员自豪的是这条染色体被成功整合进活体酵母细胞之中。研究负责人、纽约大学酵母遗传学家Jef Boeke说：“携带这条合成染色体的酵母细胞相当正常，它们与野生酵母细胞几乎一模一样，只是它们还拥有一些新的能力，能够完成野生酵母无法完成的事件。”Boeke认为，这是一项具有里程碑意义的研究成果，“就像第一个人类基因组被测序完成一样”。

该项研究始于几年前，当时Boeke采取比Venter及其团队于2010年展示得更彻底的变化方式合成酿酒酵母基因组。

2010年，Venter曾宣布培育出第一个由人工合成基因组控制的细胞，当时引起了广泛争论。有科学家表示，Venter的工作是在细菌中完成的，对象只是原核生物。相比之下，Boeke及其同事认为，通过剥离基因组的某些特征进而测试其重要性，他们能够证明这样做的巨大价值并努力合成出全部的酵母染色体。

“我并不怀疑这项研究的可行性。”Boeke说。他进一步解释说，问题是“我们怎样才能使它与一个正常的染色体不同，并且放入一些真正有意义的东西。”

在这项研究中，酿酒酵母染色体Ⅲ在酵母中的原始版本拥有近32万个碱基对，Boeke等人进行了500多处修改，删除了近4.8万个被认为对染色体复制和生长没有用处的重复碱基对，还删除了一些被称为垃圾DNA的序列，例如不能编码任何蛋白质的序列及能够任意移动并可能导致变异的“跳跃基因”片段，最终构建的染色体拥有27万多个碱基对。

“改变基因组就像赌博。一个错误的变化，就可能杀死细胞”，Boeke说，“而我们的酵母仍然活着，这非常重要，说明我们的合成染色体生命力顽强，赋予酵母新的属性。”

研究人员说，这项成果将有助于更快地培育新的酵母合成菌株，用于制造稀有药物，包括治疗疟疾的青蒿素或治疗乙肝的疫苗等。此外，合成酵母还能用于生产更有效的生物燃料，如乙醇、丁醇和生物柴油等。Boeke说：“我们的研究实现了合成生物学从理论到现实的转变。”

联合国气候变化报告凸显全球变暖危害历时7年、243名主要撰稿人、66名编辑和436名专家合作完成

根据联合国2014年3月31日在日本横滨发布的一份最新气候科学报告，从冰川收缩到海洋酸化，气候变化已经给地球的自然系统留下了显著印记。该报告首次提出气候变化对人类安全的影响，并强调将平均气温控制在比工业革命前上升2 ℃以下的重要性。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)表示，如果大气中温室气体的含量持续上升，预计全球变暖将在21世纪给未来的粮食安全以及人类的健康和财富带来风险。

这份报告由243名主要撰稿人、66名编辑和436名其他专家合作完成。该报告是7年来IPCC关于气候变化对全球造成影响的第一份报告。

更频繁的炎热与干旱以及更不稳定的降水，这些都对有人类居住的大陆的淡水供给和粮食生产构成了威胁，对于那些处于干旱地区和热带的国家而言尤为如此。该报告断言，在陆地和海洋中，随着植物和珊瑚礁的死亡，生物多样性将呈下降趋势，物种将无法适应迁徙，甚至走向灭绝。

在为完成这一报告而举行的长达一周的会议结束后，IPCC主席Rajendra Pachauri在新闻发布会上表示：“气候变化的影响已经在世界各地显现出来，在这颗星球上没有一个人会不受影响。”

起草这份报告的工作组联合主席、美国加利福尼亚州斯坦福大学卡耐基科学研究所草地生态学家Chris Field指出，这份报告的关键在于“有多少影响得到了量化。这些不再是预测——它们都是实实在在的影响”。

报告说，在过去数十年间，气候变化对所有大陆和海洋的生态系统以及人类社会产生了影响。气温上升的主要风险包括海面上升、沿海地区遭受高潮危害、城市因洪水受灾、极端天气危害基础设施、城市酷暑导致死亡和疾病、干旱和降水量的变化导致食物不足等。

法国滨海自由城国家科学研究中心海洋学家Jean-Pierre Gattuso指出：“荟萃分析和专家调查已经表明，我们已经知道足够的关于未来海洋酸化和气候变暖所产生的影响，现在就采取行动减少这些影响才是至关重要的。”

报告指出，气温升高将很容易在大范围内产生不可逆的影响。如果平均气温与20世纪末相比上升2 ℃，热带和温带地区的小麦、稻谷和玉米将会减产；如果平均气温比20世纪末上升3 ℃以上，则南极和格陵兰岛冰盖融化导致海面上升的风险将会提高。如果格陵兰岛的冰盖融化，海面将在1 000年内上升7 m。

负责该报告粮食安全章节的首席作者、澳大利亚堪培拉市联邦科学与工业研究组织农业专家Mark Howden说：“它把对于未来的争论转变为针对当下的争论。”他说：“真正的大干旱将导致颗粒无收。”

报告还详细分析了酷暑和洪水等对全球各地的影响。报告说，水资源质量及生物分布发生的变化，对谷物收成的负面影响将比正面影响更大；虽然通过开发耐高温和耐干旱作物有助于减轻损失，但效果有限。如果温室气体排放进一步增加，几乎所有干燥亚热带地区的可再生水都将显著减少。

此外，酷暑还将对人类健康产生不良影响，特别是在发展中国家，将有更多的人因此患病。在亚洲地区，死于洪水和酷暑的人将会增加。

报告警告说，气候变暖会助长贫困和经济危机等冲突因素，导致发生内战和暴力活动的风险上升。如果能够在经济、社会、技术和政治等各领域采取行动，减少温室气体排放，将平均气温控制在比工业革命前上升2 ℃以下，并加强防范措施，将有望减轻这些风险。

Pachauri表示：“今后，气候变化会产生什么影响，取决于国际社会如何为此作准备以及是否能够削减温室气体排放。”

IPCC大会2014年3月25日在横滨开幕。该组织去年发表的一份报告指出，如果温室气体排放按现有水平增加，与工业革命前相比，平均气温到21世纪末将最大上升5.4 ℃(与20世纪末相比则上升4.8 ℃)。

恒星宜居带首现地球“堂兄弟”围绕红矮星运行 可能含有水

天文学家首次在一颗恒星的宜居带中发现了一颗与地球大小类似的系外行星。这颗系外行星是迄今为止最接近科学家一直寻找的梦寐以求的宜居带天体的行星，即体积与地球接近，且环绕恒星的距离恰好适合液态水的存在。

天文学家首次于宜居带发现地球“堂兄弟”(图片来源：NASA)

该研究的共同作者、美国加利福尼亚州山景城SETI研究所天文学家Elisa Quintana表示：“我们明确地认为这是朝着找到一个真正的日-地类似结构迈出的又一步。”但是由于这颗系外行星所环绕的恒星是一颗寒冷而昏暗的红矮星，而非像太阳这样的恒星，因此Quintana和她的同事认为，这颗系外行星更类似于地球的一个“堂兄弟”，而不是“双胞胎”。

研究人员在2014年4月18日出版的《科学》杂志上报告了这一研究成果。

这颗行星被命名为开普勒-186F，围绕一颗距地球约500光年的红矮星运行。在这个星系中，共有5颗行星，其中开普勒-186F是最外层的一颗行星，从其距离看，正好位于可保有液态水的宜居带外层。

计算表明，这颗行星的直径只比地球大10%，围绕母星的公转周期为130天。尽管其质量和组成成分无法探测，但Quintana及其同事认为，类似大小的行星非常可能是岩石行星。可惜这一点至今尚无法肯定，因为科学家目前只了解其物理大小而非质量。此外，该行星从母星获得的能量是地球从太阳获得能量的1/3。站在这颗行星表面上，正午的“阳光”亮度差不多是地球上日落前1 h的阳光亮度。

多名天文学家认为，新发现具历史性意义，它首次证实了恒星宜居带中确实存在接近地球大小的行星。“对我而言，这项研究证明了这样的行星真的存在。”马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心天文学家David Charbonneau表示。

Quintana说，发现开普勒-186F只是第一步，“我们不希望保持这个记录停止不前，我们希望发现更多类似的行星”。

此前，天文学家已找到近1 700颗太阳系外行星，其中大约20颗位于宜居带内，但这些行星都比地球大得多，且人们无法弄清它们是岩石行星还是气态行星。

科学家说，开普勒-186F是迄今发现的“最像”地球的行星，然而，由于它围绕一颗M红矮星运行，还不太适合被称为“第二地球”。

在银河系中，70%的恒星都是M红矮星，它们比太阳小得多，温度也更低，因此新发现意味着也许可以在这些恒星的周围寻找外星生命迹象。Quintana说：“我们的银河系中很可能到处都有开普勒-186F的堂兄弟。”

传统天文学理论认为，红矮星的行星并非寻找外星生命理想之地，因为其宜居带中的行星通常会被母星潮汐力锁住，一面永远面对恒星，另一面永远背对恒星，从而不适合生命生存。

然而，研究人员认为，开普勒-186F距其母星足够远，因此可能不会出现被潮汐力锁住的问题，这也同时帮助它远离恒星耀斑带来的威胁。即便开普勒-186F被潮汐力“定身”，根据一些最新研究，大气气流和海洋洋流也可以改变行星的气候环境，从而形成适合生命的环境。

对此Quintana相信：“我们如果能够在未来几十年里发现任何生命迹象，那么最有可能来自于位于一颗M红矮星宜居带中的行星。”

开普勒空间望远镜是世界首个用于探测太阳系外类地行星的飞行器，于2009年3月6日从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，它是美国宇航局发射的首颗探测类地行星的探测器。在为期3年半的任务期内，开普勒空间望远镜已对天鹅座和天琴座中大约10万个恒星系统展开观测，以寻找类地行星和生命存在的迹象。美国宇航局公布的资料显示，开普勒空间望远镜携带的光度计装备有直径为95 cm的透镜，能够通过观测行星的“凌日”现象搜寻太阳系外类地行星。然而在经过数个月的努力后，美国宇航局于2013年8月15日宣布放弃修复开普勒空间望远镜。“开普勒”由此结束搜寻太阳系外类地行星的主要任务，但它仍可能被用于其他科研工作。

在“开普勒”之后，寻找M红矮星宜居带系外行星的最大希望，将来自于美国宇航局计划于2017年发射升空的凌日系外行星调查卫星。

测序采采蝇有助消灭昏睡症提供昆虫食物、视觉和繁殖线索

通过对一种使人虚弱甚至可能致命的疾病传播元凶采采蝇(Glossina morsitans morsitans)进行基因组测序，公共卫生工作者向着消灭昏睡症(又称非洲锥虫病)迈出了关键一步。研究人员表示，采采蝇的3.66亿个碱基序列提供了有关这种昆虫的食物、视觉和繁殖策略方面的线索。

主持这项研究的美国康涅狄格州纽黑文市耶鲁公共卫生学院的Geoffrey Attardo表示：“这一成果真的促进了我们对于这种昆虫进行基础研究的能力。”

研究人员在2014年4月25日出版的《科学》杂志上报告了这一研究成果。

采采蝇也称舌蝇，以吸食脊椎动物血液为生。在撒哈拉以南非洲，采采蝇携带了一种能够在人类以及牲畜中导致昏睡症或类似疾病的寄生虫。其中，人类锥虫病感染者主要表现为过度睡眠，又称昏睡症。受昏睡症威胁的非洲人高达7 000万，每年数万人因昏睡症死亡。动物锥虫病又叫那加那病，非洲每年有300万牲畜被那加那病感染，经济损失达数十亿美元。一些控制措施——例如捕捉和杀死采采蝇——有助于降低发病数量，但对于这种疾病至今缺乏有效的疫苗。

Attardo表示，破译采采蝇基因组将帮助研究人员确定这种昆虫的具体特征，同时有望带来控制采采蝇种群数量的新的或更有效的方法。

采采蝇已经成为科学家研究昏睡症的首选，部分原因在于对这种昆虫开展实验室研究十分安全。迄今为止，研究人员对于采采蝇的生物学和行为特征已经有了很多了解。

联合国粮农组织与国际原子能机构共同设立的食品与农业核技术部门在一份声明中说：“破译采采蝇的DNA是一个重大科学突破，为更有效地控制锥虫病铺平道路，这对撒哈拉以南非洲的数千万农牧民来说是一个好消息。”

控制采采蝇的传统方法包括投放不育雄蝇、诱捕器和使用杀虫剂，但成本高昂且效率不高。此外，由于采采蝇携带的寄生虫可以躲避宿主免疫系统，目前尚无有效疫苗预防采采蝇引起的锥虫病。在这一背景下，来自美、英等10多个国家的78家研究机构约140名科学家于2004年启动“国际舌蝇基因组计划”，旨在从基因学角度了解采采蝇及其引起的疾病。

采采蝇与实验室常用动物模型果蝇有亲缘关系，但新研究表明，采采蝇的基因组包含3.66亿个碱基对，是果蝇的2倍之多、约为人类基因组的1/10。

据估计有7 000万人仍然面临由采采蝇导致的昏睡症的威胁(图片来源：Geoffrey M. Attardo)

研究人员在采采蝇基因组中找到约1.2万个基因，其中包括一个叫作RH5的感光基因，它可以解释为什么采采蝇会被蓝光／黑光诱捕器吸引。研究人员还发现了一些视觉与气味基因，这些基因会驱使采采蝇寻找宿主与配偶等行为反应。此外，采采蝇唾液腺中还有一组TSAL基因，可以帮助它们更顺利地吸宿主的血。

这项研究的共同作者之一、耶鲁公共卫生学院的Serap Aksoy表示：“在野外控制这种疾病的一种有效途径就是抑制采采蝇的数量。”

研究人员表示，“国际舌蝇基因组计划”所有研究数据已上传到一个基因组数据库，全世界科学家都可免费使用。

与此同时，还有5项关于采采蝇基因组的研究正在进行当中，其中包括一种导致最多人类昏睡症感染病例的河畔采采蝇的基因组分析。“这项研究的序幕正在拉开。”Attardo说道。

世卫组织警告称后抗生素时代来临建议设立全球观测系统监控耐药细菌传播

根据世界卫生组织(WHO) 2014年4月30日发布的一份报告称，“后抗生素”时代正在逼近。该组织指出，抗生素和其他抗菌药物的疗效下降正在成为一个全球性问题，应当建立一个观测系统来监控这种情况。

WHO的这份报告并没有让人们看到什么希望——该报告将来自129个成员国的数据汇集在一起，展现了抗菌药物在全球各个角落所面临的巨大耐药性。在农业生产(为了促进牲畜生长)和医院中过度使用抗生素导致了耐药细菌的迅速增殖，并通过人际旅行和糟糕的卫生环境而传播。

WHO卫生安全副总干事Keiji Fukuda在报告的前言中写道：“后抗生素时代——即常见的传染病和轻伤可以导致死亡——并非是一个世界末日的幻想，而是在21世纪发生的一种非常现实的可能性。”

作为这份报告的顾问之一，英国卡迪夫大学医学微生物学家Timothy Walsh表示，也许最令人担忧的趋势是对碳青霉烯类抗生素耐药性的蔓延，碳青霉烯类抗生素通常被视为“抗生素的最终手段”。

这份报告发现，在全球的某些地区，超过一半的由一大类主要细菌——包括大肠杆菌和肺炎克雷伯菌在内的革兰阴性菌——导致的传染病涉及对碳青霉烯类药物的耐药性。

这份报告指出，在日本、法国和南非等地，在淋病治疗中发现了头孢菌素类抗生素无效的病例。

报告忠告医疗工作者应将抗生素处方控制在必要的最小限度，同时呼吁普通患者仅在医师开具处方时才使用抗生素。

报告还估计，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染患者与非耐药性感染患者相比，死亡率可能要高出64%。

美国华盛顿哥伦比亚特区皮尤慈善信托药品安全与创新主管Elizabeth Jungman表示，在研发中的用于替代碳青霉烯类抗生素的药物很少。她说，制药公司缺乏开发新抗生素的经济动机，并且研究人员已经发现很难找到新的方法获得对抗革兰阴性菌的抗生素。

最终，这份报告最令人惊讶的发现可能是对于抗生素耐药性全球数据的匮乏。

在WHO的129个成员国中，只有22个国家对这份涉及了人们最关注的9对抗生素-细菌数据的报告作出了贡献。

然而尽管这份报告呼吁建立一个全球观测网络，但由于没有任何额外的资金投入，因此实现这一目标似乎是不可能的。华盛顿州西雅图市比尔与梅琳达·盖茨基金会流行病学家Keith Klugman表示：“这是一个巨大的问题，我不确定有任何可用的资源。”

抗生素耐药性又称抗药性，是指细菌对于抗菌药物作用的耐受性，耐药性一旦产生，药物的化疗作用就明显下降。耐药性根据其发生原因可分为获得耐药性和天然耐药性。自然界中的病原体，如细菌的某一株也可存在天然耐药性。当长期应用抗生素时，占多数的敏感菌株不断被杀灭，耐药菌株就大量繁殖，代替敏感菌株，而使细菌对该种药物的耐药率不断升高。目前认为后一种方式是产生耐药菌的主要原因。

西南极冰原崩塌已不可逆其融水足以使海平面升高超过3 m

一场灾难正像慢动作一样缓缓展开。就在日前，两个科学家小组报告说，作为将巨大的西南极冰原聚拢在一起的“基石”，斯维茨冰川已经开始崩塌。研究人员表示，从长远来看，整个冰原注定要消失殆尽，而冰雪的融水足以使海平面升高超过3 m。受其影响，200～1 000年后，多个低洼沿海城市或将消失。

其中的一个研究小组将最近后撤的18.2万km2的斯维茨冰川的数据，与一个冰川动力学模型相结合，从而预测了该冰川的未来。

研究人员在2014年5月13日发表于美国《科学》杂志网络版的一篇论文中报告说，只需要200年的时间，斯维茨冰川的最外侧边缘将后撤并越过一道水下的山脊，而该山脊如今正在延缓其后退。

研究人员的模型显示，这一冰川随后将陷入快速的崩塌过程之中。

另一个研究小组则在《地球物理学研究快报》上描述了最近对西南极冰川的雷达绘图结果，并证实，这道600 m深的山脊是冰川下的基岩浸入下方盆地的最后一道障碍。

由于内陆盆地将斯维茨冰川与该地区的其他大冰川连接在一起，因此这两个研究团队均表示，该冰川的崩塌将使海水淹没西南极洲，并导致该区域几乎失去全部的冰川。

《科学》杂志论文的作者、西雅图市华盛顿大学冰川学家Ian Joughin表示：“西南极冰原的下一个稳定状态或许是根本没有冰原。”

为了预测斯维茨冰川的命运，研究人员将卫星和飞机雷达绘制的冰川冰体及下伏基岩的图像输入一个计算机模型当中。通过对各种不同的融化趋势进行模拟，该模型准确地重现了最近的海冰流失测量值，并且得出了一个令人不安的结果：即便是按照最保守的估算，斯维茨冰川的崩塌也已经开始了，并且一旦冰川的“接地线”——冰体开始漂浮的临界点——后退并越过山脊，该冰川将加速融化。

Joughin预计，斯维茨冰川融化需要200～1 000年，其结果将导致全球海平面上升0.6 m。由于斯维茨冰川是南极西侧冰盖的“基石”，它的消失将可能带动整个南极西侧冰盖的坍塌，进而导致全球海平面上升3～4 m。

科学家警告南极西侧冰盖坍塌已“不可阻止”(图片来源：NASA)

在另一项研究中，美国宇航局与加利福尼亚大学欧文分校的研究人员，通过分析1992—2011年测得的卫星雷达数据发现，南极西侧位于阿蒙森海处的6个冰川正在快速融化，融化速度甚至超过了多数科学家的预计。一旦这些冰川全部融化，全球海平面将上升1.2 m。

加利福尼亚大学欧文分校教授Eric Rignot说：“南极西侧冰盖中的大部分冰川正以一种不可逆转的状态消退，这个冰盖已经跨过了临界点，走上了坍塌的不归路。”

元素周期表家族又添“大块头”117号元素引导科学家接近“稳定岛”

物理学家已经制造出了超重元素的新成员——一种原子核中有117个质子的原子。这个“庞然大物”位于元素周期表的外层，在这里，肿胀的原子核变得越来越不稳定。但是，117号元素的存在给了科学家希望，他们正在接近发现传闻中的“稳定岛”，这里的原子核拥有所谓的神秘数目的质子和中子，使得其寿命长久。

比铀(拥有92个质子)沉重的元素在自然界中不常被发现，但它们被迫在实验室里“现身”。问题是：一个原子核越大，带正电荷的质子彼此间的斥力就越大，通常这使得它更不稳定或更具放射性。例如，元素117的半衰期大约是0.05 s，这意味着在这段时间内，一半的该元素将衰减成一个更轻的元素。

2010年，一个美国-俄罗斯联合研究小组在俄罗斯联合核能研究所第一次制造出元素117。但该元素仍被认为是非官方的，尚未被正式接受，且未被国际理论与应用化学联合会(IUPAC)录入元素周期表。不过，德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心利用新实验成功证实了117号元素的存在，他们得出的其新外观信息将有助于该超重元素向正式加入元素周期表更进一步。

“跟首次发现相比，这次的发现是由一个不同的研究小组在不同的地方，利用不同的机器完成的。”领衔GSI 实验的Christoph Dullmann说，“我认为科学界将要改变对元素117的看法，它已经从宣布被观察到发展为如今的已经被证实。”

要制作元素117——其在周期表中的临时占位符为ununseptium，研究人员需要粉碎钙原子核(每个有20个质子)，并用其轰击锫(每个原子有97个质子)。该实验非常困难的部分原因是锫本身就很难得到。“我们必须与世界上唯一能大量生产和分离锫的机构合作。”Dullmann说。

这个机构就是美国田纳西州橡树岭国家实验室，其核反应堆能够创造半衰期为330天的稀有元素。该设施花费了大约2年时间建立了足够大的锫储存量以用于实验。当积累到13 mg后，橡树岭国家实验室的科学家便将锫装船运到德国，以供该项目下一阶段使用。

在GSI，研究人员将钙离子加速到光速的10%，之后让它们撞向锫。如果钙和锫的原子核迎头撞上，这两个原子核偶尔会结合在一起，融合成一种质子总数为117的新元素。“我们每周大约获得1个原子。”Dullmann说。

科学家没有直接观察元素117。相反，他们寻找了其发射阿尔法粒子出现放射性衰退后的衰变产物——拥有2个质子和2个中子的氦核。“重核能出现阿尔法衰变产生115号元素，并且这种元素也会出现阿尔法衰变。”2014年5月1日发表于《物理评论快报》上的相关论文第一作者、GSI的Jadambaa Khuyagbaatar说。

在这种衰变链进行更多几步之后，原子核产物之一是同位素铹266，其原子核拥有103个质子和163个中子。之前已知的铹同位素的中子数量较少，并且稳定性也较差。但是，这种新奇元素的半衰期竟长达11 h，这使其成为到目前为止已知的最长寿超重同位素。“也许我们已经到达‘稳定岛’的岸边。” Dullmann说。

但没有人能确定这个岛在哪里，甚至它是否存在。相关理论建议，除了已知的，下个神秘数字可能是108、110或114个质子和184个中子。据计算，这些组合将能促成特殊的性质，这允许其原子能比类似物质存活更久。“对于元素116、117和118的所有现存数据确实证明，生命周期增加接近中子数184。”未参与研究的橡树岭国家实验室理论物理学家Witold Nazarewicz说，“这是鼓舞人心的。”

德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心直线加速器能将钙离子加速至光速的10%，以制造元素117(图片来源：G. Otto/GSI亥姆霍兹重离子研究中心)

超重幻数核可能会有能确保稳定性的有趣形状，例如所谓的中部有孔洞的气泡结构。“但这些从未被发现，不过目前对该领域的开发正在到达泡沫范围的边缘。”Nazarewicz说。

如果“稳定岛”确实存在，那么其原子核持续多久将不再有限制。它们将被证明足够稳定并能在自然界中被发现。很多寻找是基于这些超重元素已经存在，或许它们形成于许多强有力的宇宙事件，例如两个中子星的融合。尽管目前尚未发现，科学家仍对“稳定岛”已近在眼前抱有希望。

近年来科学家合成了一系列超重元素，第114号和第116号元素已正式成为元素周期表的新成员。元素周期表含有92种天然形成的元素，从原子数为1的氢到原子数为92的铀。每一个元素根据原子核中的质子数量定义。然而，序号在92以后的重元素在自然界中难以稳定存在，104号及以后的元素被称为超重元素，寿命更加短暂，迄今为止所有的超重元素均为人工合成。

美宇航局首次计划带火星岩土回地球下一代探测器将于2020年发射

NASA的好奇号探测器正处在年富力强的阶段，探测火星的岩石、土壤和大气，忙得不亦乐乎。然而，NASA如今已经开始规划它的继任者——这一次，人们下在科学上的赌注更高。

2014年5月14日，行星地质学家齐聚弗吉尼亚州阿灵顿市附近的一家旅馆，开始推敲2020年NASA将向哪里发射它的下一代火星探测器。该计划包括打造一架与好奇号探测器几乎一模一样的机器，并装载更新式的设备用于探测火星表面。

尽管诸多细节有待完成，但NASA的下一代火星探测器几乎肯定要完成一项非常重要、史无前例的任务——为一架未来的太空船采集、储存火星的岩石和土壤，并送回地球。这也将是人类有史以来第一次从火星带回的样本。

“未来20年的火星探测将取决于这架探测器飞向何方。”坦佩市亚利桑那州立大学行星科学家Philip Christensen说，“它将告诉我们有关火星广阔历史的一些最基础的东西。”

日前召开的NASA研讨会讨论了火星探测器可能的着陆地点。这些地点很多看起来都很熟悉——它们都曾出现在好奇号探测器着陆地点的入围候选名单中。它们包括马沃斯峡谷，这个古老的山谷中布满了在水中形成的矿物质，这将有助于探测器实现其寻找和探索火星的主要目标——发现曾经适合生命存在的环境。欧洲空间局也正在考虑将这里作为计划于2018年发射的ExoMars探测器的着陆地点。其他2020年火星探测的可能着陆地点包括几个现已干涸的古老湖泊及三角洲，曾经的流水如今就沉积在那里。这些地区——包括艾博尔斯瓦德陨坑——都曾是好奇号任务的顶级候选着陆地点。

2020年的火星探测任务还有一项至关重要的额外任务——采集样本。几十年来，科学家们一直在谈论亲手研究火星岩石从而寻找过去生命的痕迹。他们曾研究过来自火星的陨石，但至今还没有一个空间机构能够直接将火星样本带回地球，这部分缘于成本，部分缘于技术故障。

NASA的火星样本返回计划将包括一系列连续多年的任务。其第一步将由一架探测器采集并储存约30个长圆筒的火星岩石和土壤，并放在机器中或火星地面上。在第二步中，一架无人火箭将飞往火星，并释放另一架探测器取回样本，进而将它们送至火星轨道上。最后一步将是捕获这个轨道包裹并将其带回地球。

一个十几岁少女的骨架在墨西哥深水洞中被发现(图片来源：Daniel Riordan-Araujo)

罗德岛州普罗维登斯市布朗大学的行星地质学家John Mustard指出，能够获得来自一个特定位置的岩石并了解其背景将是至关重要的进步。“如果这些样本能够回到地球，其在科学上的意义将等同于阿波罗号探测器从月球采集的样本。”他说，“它将改变一切。”

相关研究还将取决于探测器所携带的设备。58个研究团队已经提交了申请。在2014年7月或晚些时候，NASA将选择其中的少量设计成果。

日前召开的研讨会初步确定2020年探测器的火星着陆地点，最终的决定将于2019年揭晓。

史前女孩遗骸揭秘美洲人起源

大约1.2万年前，一名十五六岁的女孩可能在找水过程中不慎跌入一个深洞死亡。现在，她保存几乎完好的遗骸以及DNA帮助科学家解答了“谁是第一批美洲人”的难题。新研究表明，最早的美洲人起源于亚洲东北部，他们穿越当时的白令陆桥最终到达美洲。

一个国际研究小组2014年5月15日在美国《科学》杂志上报告说，他们2007年在墨西哥东尤卡坦半岛一个被水淹没的洞穴腔室内找到一具近乎完整的人类骨骼，这具骨骼属于一名15岁或16岁的女孩。研究人员给女孩起名“纳亚”，在希腊语中为“女精灵”的意思。

研究负责人、美国应用古科学机构的詹姆斯·查特斯说，从女孩断裂的骨盆骨骼看，她应该是从地面摔下去死亡的。当时她所掉落的洞穴腔室应该比较干燥，但大约1万年前，全球冰川开始融化，海平面上升，最终她所在的洞穴被水淹没，现在这一洞穴位于水下42 m深处，只有潜水员才能进入。在同一腔室中，还发现了剑齿象、美洲狮和巨型树懒等至少26具大型动物的遗骸。

根据对牙釉质的放射性碳年代测定及对骨矿物质沉积的分析，研究人员推断，这名女孩生活在1.2～1.3万年前，这使她成为迄今发现的最古老的6名美洲人之一，而且“是这些早期美洲人中保存得最为完整的”。

查特斯说，女孩拥有最早美洲人的独特颅面形态，包括脸型窄小、眼距宽大、前额凸出等，这些特征与现代美洲原住民完全不同。但对从小女孩肋骨与牙齿提取的、保存较好的DNA分析表明，她和现代美洲原住民具有同样的遗传基因，说明两者具有共同的祖先。2.6～1.8万年前，史前人类从亚洲东北部迁徙至连接西伯利亚与美洲的白令陆桥(现已沉入水下)，大约1.5万年前向南部扩散，最终成为女孩和现代美洲原住民的祖先。

此前，一些考古学家因现代美洲原住民与最早的美洲人面部特征差异较大，而提出现代美洲原住民的祖先可能来自欧洲、东南亚或澳大利亚等。查特斯说，面部特征的差异可能是白令陆桥人与其西伯利亚祖先发生分化之后的进化所致，不能说明早期美洲人来自欧亚不同地区。

(2014年5月19日收稿)■

(编辑：段艳芳)

Science as a weapon for safeguarding the Earth

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2014.03.011