国际能源署气候报告为巴黎会谈,科学家质疑五角大楼生物学研究高风险手段

国际能源署气候报告为巴黎会谈“降温”

“好基因”能救命 科学家破解列宁格勒战役幸存者之谜

英将建首个水力压裂井

大脑植入物 仿生肢体 战斗外骨骼…… 科学家质疑五角大楼生物学研究高风险手段

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本报讯
水力压裂是否最终来到了英国?当地时间6月15日,英格兰西北部兰开夏郡政府官员建议为黑潭附近的4个探井放行。

目前,美国国防部高级研究计划局正在大力推动生物学研究,但一些科学家质疑其高风险手段能否奏效。

图片来源:KARL FRANKOWSKI/FLICKR

1941~1942年的冬天,当列宁格勒被德国军队围攻时,工人们因饥寒交迫而日渐衰弱,但仍不辞劳苦地清理积雪。图片来源:AP-PHOTO/RW/MW/STR

这些探井是由水力压裂公司Cuadrilla在一个村庄外面的农田上规划的。它们将被用于测试水力压裂法能否从页岩中提取天然气。

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近日,国际能源署在一份新报告中表示,个别国家削减温室气体排放的承诺,将为世界争取更多一点时间——大约8个月,然后,目前的全球变暖进程将继续下去。

1941年9月,德国军队和芬兰同盟军包围了苏联列宁格勒,使生活在这个以运河著称、如今已被叫作圣彼得堡的波罗的海城市里的300万居民深陷其中。食物短缺愈发严重,一些居民不得不靠吃人活下来。等到872天围攻结束时,110多万人被活活饿死。

尽管兰开夏郡政府的规划人员支持这些提议,但还是拒绝了Cuadrilla在附近另一处再次开发油井的申请。

DARPA资助、约翰斯:霍普金斯大学开发的仿生假肢

即便有了这些新承诺,全世界仍在所谓的“碳收支”道路上步履蹒跚。IEA的计算显示,如果到2030年仍没有采取强有力的措施,到2100年,全球气温将增加2.6摄氏度。

不过,还是有成千上万人幸存了下来。研究人员认为,他们找到了是什么让一些人占据活下来的优势。6年前,圣彼得堡Ott妇产科研究所遗传学家Oleg
Glotov和同事开始调查幸存者的遗传特征。在追踪了206名幸存者后,他们发现,被纳入研究的幸存者相较于对照组更可能拥有3个基因突变或者说是等位基因。它们同急需卡路里的人体内更加经济的能量代谢有关。

如果当选的郡议员在下周的会议上决定支持这一建议,那么它们将面临来自绿色组织的强烈反对。去年,抗议者成功迫使Cuadrilla公司放弃在英国南部西萨塞克斯郡开展的类似计划。从那以后,兰开夏郡的计划变成水力压裂是否将在英国放行的试验案例。

图片来源:Zackary Canepari

美国加州大学圣迭戈分校国际关系学家David
Victor表示,IEA的报告将为巴黎会谈“引入某些冷却剂”。他认为,长期保持2摄氏度的目标是政治上和科学上的“执迷不悟”。

位于圣彼得堡的Theodosius
Dobzhansky基因组生物信息学中心首席科学官、遗传学家Stephen
O’Brien表示,这项发表于俄罗斯《老年医学进展》杂志的研究“非常吸引人”并且“令人振奋”。美国哥伦比亚大学医学流行病学专家L.
H.
Lumey同样认为,这项工作“极其有趣”。他调查过一次类似饥荒中的幸存者,即1944~1945年德国占领荷兰期间发生的“饥饿的冬天”事件。不过,Lumey提醒说,Glotov得出的结论可能不是很成熟。幸存者样本量太小,使研究结果“很难被诠释”。

云顶线路检测,水力压裂获得英国政府的支持,因为后者将陆上天然气看作北海海底日趋减少的油气储备的替代。诸如绿色和平等环保组织则想要一个水力压裂在英国的全面禁令。它们认为,这会引发一系列威胁,比如污染水源、引发地震,并且与终结英国对化石燃料依靠的努力背道而驰。

当Geoffrey
Ling提及技术的未来时,他的观念可谓天马行空。Ling热切地描绘了这样一个世界:人们的寿命远远超过自然长度,意识能被下载到外部的“硬盘驱动器”里。“未来20年,我们的大脑将能高速旋转。我们已经进入了这一领域。”

不过,相比较IEA的“残酷”预估,法国巴黎气候大会相关机构则表达了一些希望:进一步关注能源效率将让世界走上在2020年达到二氧化碳排放峰值的道路。该报告也援引了2014年的3个好消息。至少40年来首次,与能源相关的二氧化碳排放持平,甚至没有出现经济危机。每单位GDP的能源消耗下降到2.3%,是过去10年平均率的两倍多。最后,2014年,可再生能源占到所有新能源的一半。

Glotov表示,这项研究尚处于起步阶段。他的团队正在招募更多的幸存者,并且开发探究其基因特征的新方法。在最后一名幸存者去世后,研究仍将继续很久:他们的血液和唾液将成为储存在一个由Glotov的孪生兄弟Andrey和其他人在本月晚些时候即将启动建设的全国性生物样本库的首批样本。

不过,兰开夏郡的规划人员关注的是这些环保组织针对当地问题的报告,比如因水力压裂活动导致的交通流量的增加。

接受过神经学培训的Ling还是一位陆军上校和美国国防部高级研究计划局首个生物基金办公室主任。DARPA于2014年4月启动的生物技术办公室致力于支持各种天马行空的技术设想,从为士兵设计的动力外骨骼到能控制精神疾病的大脑植入物。DARPA在其他领域的计划同样“疯狂”。

“IEA强调了可持续能源的途径是可行的,我们行动太过缓慢。”加州大学伯克利分校可再生和适当能源实验室主任Daniel
Kammen说。

70多年后,那次围攻在圣彼得堡依旧是个敏感话题。询问列宁格勒是否应当投降以拯救生命是被禁止的话题。Glotov说,官方的说法是那次围攻应当因为苦难和英勇而被铭记。由于这段记忆“过于神圣”,因此那次围攻“并不真的适合作进一步分析或者其他诠释”。Glotov的同事试图劝阻他不要触碰这个禁忌话题。不过,他没有被吓住,部分原因来自他的家族故事。Glotov的祖母是在围攻期间从列宁格勒逃出来的约84万人中的一员。这些人大多数藏在卡车车队中逃了出来,并在冬天穿过城市东部结冰的拉多加湖。

《中国科学报》 (2015-06-17 第2版 国际)

1957年,苏联先于美国发射了世界第一颗人造卫星Sputnik。1年后,美国成立DARPA,该机构的任务是预防此类突然事件再次发生。因此,BTO的项目管理者能够不经过同行评议等复杂过程自由地将数百万美元投入到大胆的项目中。而且,通过在技术研发阶段就与申请者密切合作,该机构旨在帮助相关技术渡过死亡难关——从基础研究到商业化应用。

IEA官方还在一份预先安排的声明中表示,气候变化行动必须首先来自于能源领域。该报告还敦促各国减少低效的煤炭发电厂,并禁止它们开工建造;到2030年将可再生能源全球投入从2014年的2700亿美元提高到4000亿美元;逐步终止政府对化石燃料的补贴等。IEA预计,能源议题将是在巴黎召开的第21届联合国气候变化大会的核心议题,能源生产与消费导致了全球约2/3的温室气体排放。

第一个冬季最为难熬。在1941年年底约一个月的时间里,沦陷的居民平均每天只能消耗125克淀粉,相当于不到200卡路里,食物则包括亚麻籽饼、松树皮、桦树芽等粗粮。列宁格勒健康档案显示,在第一个冬天,90%的户籍人口体重减轻,在某些情况下体重甚至减少了一半。在这样的创伤中幸存下来,根本无法保证以后拥有健康的身体。事实上,圣彼得堡西北国立梅奇尼科夫医科大学生物医学专家Lydia
Khoroshinina介绍说,在战争结束后,约29%的幸存者患上糖尿病,而正常人群的患病率为3%~4%。这项2002年的研究成果与在“饥饿的冬天”和其他长期饥荒中的幸存者群体里所见到的糖尿病和其他慢性疾病发病率升高的现象相符。

而这个咄咄逼人且高风险的策略已经取得了惊人成功,其中最著名的是该机构在上世纪70年代研发的互联网技术。这些成功极大地鼓舞了能源部能源高级研究计划局等一系列模仿者。ARPA-E主要致力于资助高风险的可替代能源研究。

日前,2015年第二轮联合国气候谈判在德国波恩落幕。来自近200个国家和地区的谈判代表主要就精简今年2月在瑞士日内瓦达成的90页新协议谈判案文展开磋商。至谈判结束,案文还剩85页。不过,谈判代表和现场观察人士表示,本轮围绕气候变化新协议的谈判取得积极进展,为推动年底在巴黎气候大会达成新协议奠定了良好基础。

Glotov的研究显示,战争结束后的健康损害可能是帮助人们在战争中幸存下来的相同因素所产生的负面影响。他的团队利用PCR研究了幸存者和居住在那里但没有经历过那次围攻的139名年龄相仿居民的白血球中的5个能帮助调控脂肪和葡萄糖代谢的目标基因。他们发现,相较于对照组,幸存者在其中3个基因中拥有同更经济的新陈代谢相关变异的可能性高出30%。3个基因中,一个编码影响细胞能量工厂效率的解偶联蛋白,另外两个编码过氧化酶体激活物增殖受体。

但有人怀疑DARPA的全速前进模式也能适用于生物学领域。他们认为,生命系统更加复杂,存在大量未知或难以控制及设计的变数。而且,由于该机构的生物学研究直接适用于人类,因此相关研究充满了伦理关注。例如,旨在生产更绿色生物燃料的合成有机物也可能制造爆炸物,而治疗伤员的脑刺激技术也可能用于提高战斗力。

《中国科学报》 (2015-06-18 第3版 国际)

等位基因频率的差异“并非真的是压倒性原因”。O’Brien认为,它们只是比其他任何因素具有更多的提示性。同时,这项研究充斥着其他的不确定性。首先,Glotov承认不可能确定幸存者在围攻期间吃了多少食物,或者他们是否从能增加其口粮的社会关系中受益。

得克萨斯州生物政策顾问Edward
Hammond想知道,DARPA在与研究人员接触时是否心怀不轨。“你不知道DARPA的真实想法是什么。”他说,“它们非常善于寻找那些能解决其感兴趣问题的人。”

另一个不确定性是战后的生活习惯或环境因素可能通过有倾向性地“消灭”拥有特定基因的人,使幸存者的基因特征发生歪曲。Lumey说,随着幸存者不断逝去,日渐缩小的受访者样本量提出了另一个问题:这种类型的研究能否被重复?

虽然如此,许多生物学家依然乐意从国防部获得经费以进行创新计划,例如研发更好的修复技术和改善精神健康疗法等。而Ling强调,DARPA理解这些担忧:BTO的每个项目都设有生物伦理咨询委员会。此外,他表示,如果幻想的生物技术不可避免,那么DARPA的职责是投资它们,加快研发进程。

通过建立幸存者基因库,Glotov希望确保研究能被重复。同时,他打算通过扩大基因库增加研究的统计效力。Glotov妻子90岁的祖母是那次围攻的幸存者。她准备登记成为一名受访者。

“有人认为这是可怕的。”他说,“但我认为这令人兴奋。”

《中国科学报》 (2015-06-17 第3版 国际)

自2001年以来,DARPA开始信奉生物科学。当时,炭疽病毒被寄给媒体办公室和国会议员,引发了公众对生物恐怖主义的恐慌。随后的阿富汗和伊拉克战争,促使该机构资助神经学、心理学和大脑—计算机界面,以帮助受伤的退伍军人。到2013年,与生物有关的项目数量增加,DARPA决定统一加强这些计划。自然,时任DARPA
科学部副主任的Ling接手了这个新办公室和2.88亿美元的年度经费。

华盛顿州科学史学家George
Dyson表示,该办公室当然会加速研究,原因之一是迅速完成任务的军队文化,纵观计算机等DARPA正在进行的项目,“军方总是迅速资助他们感兴趣的东西”。

一个好的案例是DARPA对总统奥巴马2013年提议的人脑创新计划的反应。该计划是一个备受瞩目的多机构合作计划,致力于理解大脑线路。在资金分配方案出台前,国立卫生研究院花费数月时间设计了一个10年战略计划,科学基金会则开展了一个相关研究项目竞赛。而DARPA却迅速汇集5000万美元经费,投入到几个5年项目中。

目前,这些项目已移交给BTO。例如,一个名为“恢复快速存储”的项目,致力于研发一种刺激设备,帮助脑损伤士兵恢复记忆能力。另一个名为SUBNETS的项目,正在研发一种能治疗7种精神病和神经失调的大脑植入物。作为第一步,这两个项目将监控接受了临时电极植入的癫痫患者的大脑活动。这些电极植入到患者的癫痫发作初始位置。研究者要求患者进行记忆训练或执行涉及神经通路的记忆任务——这些过程可能受到成瘾或抑郁等的损害,并记录下电路模式。

但取得成功仍需时间。“毫无疑问,这是非常野心勃勃的计划。”SUBNETS项目联合领导者、加州大学旧金山分校神经外科医生Edward
Chang说,“我不认为会有人天真地认为能在未来5年轻松地解决这些问题。”

另外,DARPA的资助过程也让那些习惯了普通机构的细致同行评议过程的研究人员感到不安。在DARPA,大多数权力属于项目管理者,他们周旋于学术机构、产业界和海陆空三军之间。他们还能独自设计创新计划,邀请研究者申请执行该项目,并从中选择他们认为可能完成目标的团队。然后,他们会在执行过程中与研究者合作,指导项目进程。

DARPA会严格要求其经费接受者的工作,一旦未能完成时间表,经费会被迅速削减。例如,2007年,DARPA开始了一个名为RealNose的项目:开发具有嗅觉感受器的人工狗鼻子,以侦测化学武器等有气味物品。但3年后,在了解到受体蛋白在室温下过于不稳定后,该机构扼杀了这个项目。

BTO副主任Alicia
Jackson表示,跟随DARPA安排的研究人员通常能够自由地发表其结果,极少的项目会被归于秘密等级。但DARPA经费接受者也要放弃部分自由:例如,如果他们在研发过程中意外发现有趣的问题,也不能用DARPA的经费继续研究。

“最初,它是在文化方面的改变。”SUBNETS项目负责人之一、麻省综合医院神经外科医生Emad
Eskandar说。不过,他与同伴、神经医生Darin
Dougherty认为,DARPA的监督能促使项目更好地运行下去。“这帮助我们专注于项目,并不断向前发展。”Dougherty说。

当然,Ling决心证明DARPA的模式也同样能作用于生物科学领域。其中一个让他津津乐道的成功是仿生假肢。该假肢由DARPA与生物技术公司DEKA共同研发,能获取大脑运动皮层发射来的电脉冲信号,然后将这些信号翻译成恰当的行为。它能帮助穿戴者完成一些复杂任务,例如处理软水果和攀岩等。

去年,美国食品药品监督管理局批准了这一设备,DEKA公司表示,目前正在进行商业化生产。DARPA与约翰斯:霍普金斯大学等机构也合作研发了类似假肢。所有这些假肢正在癫痫患者身上进行试验,以期大脑植入物能将他们的意图转化为支配假肢的电脉冲信号。

BTO还接管了DARPA的健康项目,其中包括试图将能捕食其他细菌的细菌植入抗菌药物。而其他项目则有更明显的军事用途,例如,能提高士兵力量和速度的外骨骼。一个名为“叙事网络”的项目则在研究大脑如何对不同的故事和命令作出反应,这将有助于说服受侵袭的村民接受美国军队的援助,或促使恐怖分子脱离组织。

Ling和同事怀揣着这样的理念:越脱离现实越好。“我们在寻找说‘是’而非‘不是’的方式。”他说。

但对于所有这些突破性进展,没有证据显示DARPA的快速跟进方式比同行评议筛选更有优势。而且,与NSF和NIH等机构不同,DARPA不会公开其经费,也不会进行内部分析,以决定项目管理者是否选择了最好的团队和资助了最好的科学。

但如果DARPA不放慢节奏以评估其成功与否,那它会评估其项目对社会的影响吗?Ling说是的,并指出伦理学家会对BTO的项目进行指导。尽管如此,仍有研究人员表示怀疑。俄勒冈健康与科学大学退休神经学家Curtis
Bell担心脑刺激等技术会被用来控制人类,这类似20世纪中叶用来处理麻烦囚犯的脑前额叶切除术。

但Ling认为,DARPA需要毫不犹豫地跳出争议:如果美国不这么做,其他人也会这么做。“我们唯一能做的就是做这件事。在某种程度上,我们也要思考如何减轻它们的不良后果。”

Ling表示,他计划在明年能进一步扩展其办公室,以获得其他领域的惊人发现。目前,BTO有11位项目管理者,专门负责从传染病到自然生态系统等诸多领域的创新,并试图扩展到更遥远的领域,例如古生物学和天文学等。Ling表示,一位小行星专家将能帮助开发应对外太空威胁的项目以及寻找其他星球上的生命迹象。“毫无疑问,这将是人类历史上最令人激动的科学新闻。我也希望那是由DARPA资助的。”他说。

《中国科学报》 (2015-06-18 第3版 国际)

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