这届WE科学家有何最新突破与发现？

半座山 · 发表于其他海洋设备 2022-11-22 14:00:50

图片来源：视觉中国

2022腾讯科学WE大会十周年如期举行。今年的WE大会，由韦布空间望远镜高级科学家约翰马瑟（John Mather）、DNA修复之父托马斯林达尔（Tomas Lindahl）两位诺奖得主领衔，铸就“大国重器”的四位技术带头人——“人造太阳”项目负责人、中国工程院院士李建刚，航天科技集团五院空间站系统总设计师、中国工程院院士杨宏，中国天眼（FAST）总工程师姜鹏，“奋斗者”号总设计师叶聪，以及重新定义“从鱼到人”演化史的古鱼类学家、中国科学院院士朱敏同台，分享在未来能源、空海探索、生命科学等领域的最新突破和发现。

以下是大会演讲中发现的干货内容，经钛媒体App编辑：

韦布空间望远镜高级科学家约翰马瑟

宇宙大爆炸后发生了什么？

作为迄今性能最强、造价最高的红外波段太空望远镜，“韦布”在距地球150万公里的“拉格朗日2点”帮助科学家探索早期宇宙的奥秘。

2006年诺贝尔物理学奖得主、韦布空间望远镜高级科学家约翰马瑟介绍了韦布的系列观测成果。

詹姆斯韦伯空间望远镜（James Web Space Telescope）是由美国航空航天局（NASA）主导并与欧洲和加拿大太空研究机构联合开展的国际合作项目。韦伯望远镜项目历时20多年，共有2万多人参与。

韦伯望远镜的主镜，是一个具有黄金涂层的巨大六边形，直径6.5米，作用是收集遥远宇宙发出的光，同时它配有一个网球场面积大小的遮阳板，它的体积比运载火箭大得多，因此我们必须将它折叠起来以便于发射。

我们通过哈勃望远镜和其它天文设备拍摄了很多照片，但还是不足以完全满足我们的期望，我们希望看到来自于宇宙大爆炸物质的最早期的星系。

那么，韦伯望远镜是如何运转的？韦伯望远镜于2021年12月25日在法属圭亚那群岛由阿丽亚娜5型火箭发射升空，发射圆满成功并进入预定位置，预期工作寿命为20年。

韦伯望远镜的预定位置，也就是“拉格朗日2点”（L2点），距离地球150万公里。夜晚时拉格朗日2点就在我们的上方，它处在日地连线上，这是望远镜的绝佳工作位置，我们可以方便地与它联系。另外，巨大的遮阳板可以阻挡太阳、地球和月球的热能。

2022年7月韦伯望远镜开始正式工作，我们希望通过韦伯望远镜研究四大课题：

第一，宇宙大爆炸后发生了什么？大爆炸物质中没有发光物体，但现在宇宙中有无数的恒星和星系，那么它们是何时形成的，天文学家将这一时期称为“宇宙黑暗时期”。

第二，星系是如何产生的？我们所在的银河系有大约1000亿颗围绕中心运行的恒星，它们通过引力组成了整个银河系，这是如何发生的？我们认为银河系是无数小的物质通过引力融合形成的，事实确实如此吗？我们可以通过观察更古老的星系刚刚诞生时的样子来得出结论。

第三，恒星是如何产生的？现在仍然有恒星正在形成，那么恒星是如何产生的，我们无法看得非常清楚，因为恒星是在气体尘埃云的内部产生的，望远镜是看不到的，但红外线可以穿透尘埃云，我们可以收集红外线来确定是否有新的恒星正在产生。

第四，对行星进行研究。我们知道大多数恒星都有行星，且大多数恒星都有多颗行星，但至今我们尚未发现任何和太阳系类似的恒星系统，因为太阳系有四颗岩态行星和四颗气态行星，这是一个巨大的谜团，宇宙中还有像地球一样具有大气层并适合生命存在的行星吗？

DNA修复之父托马斯林达尔

托马斯林达尔在2015年因“DNA修复机制研究”被授予诺贝尔化学奖。他发现的“碱基切除修复”为理解癌症等疾病的发生机制、癌症预防和治疗打开了新窗口。这次，林达尔带来了癌症治疗的最新研究。

林达尔带领观众回顾生命起源与进化的重要节点，呼吁科学家探寻地球最早期生命的痕迹，生命和自然还有太多未解之谜，要思考、探寻地球上是否存在另一种生命形式，这将对生命科学的研究价值巨大。

林达尔认为，如果RNA没有预想得那么稳定，那么可能也意味着DNA也没有预想得那么稳定，这可能是一个非同寻常的结论，因为DNA是遗传信息的载体。

他并没有空口而谈，而是开展实验研究DNA的稳定性，对于这项工作，研究整个DNA结构过于复杂不太现实，因此采用了放射性标记法来研究DNA的某个碱基，也就是观察DNA分子的某个特定部位，而最简单的方法就是在细菌中培养DNA，在合适的细菌突变体上来对DNA的特定部位进行放射性标记，比如只标记鸟嘌呤和腺嘌呤记，而不是DNA或RNA的其它部位。

最终，林达尔发现，DNA没有我们或者任何其他人预想得那么稳定，在生命体条件下，DNA的相同变化之一就是，鸟嘌呤和腺嘌呤碱基在水解作用下缓慢地从DNA上掉落，这也就意味着遗传信息的丢失。基于生物化学的测量，他们判断在哺乳动物的单个细胞内，每天会有几千个DNA碱基被释放或丢失。在DNA作为遗传信息载体的系统中，如此大量的遗传信息丢失是不可承受的。因此，一定是哪里出了问题。

答案也显而易见。那就是一定存在某种修复机制，如果由于水解或高温导致DNA发生自发的，不可避免的破坏，修复机制会立即启动，这与“DNA极度稳定”这一说法可不是一回事，从某种意义上说 DNA是不稳定的，它的稳定性不如蛋白质。但由于修复机制的存在，我们也许能够找到DNA修复的主要形式。

为什么要抑制DNA修复？因为对于健康的细胞，没有理由对DNA修复进行抑制，但如果体内有正在扩散的癌细胞，抑制癌细胞最好的方式之一就是通过服用抗癌药或化疗来消灭它。因为癌细胞成长得很快，对辐射也很敏感，这样就可以让癌细胞失去活性。

但这种方法并不总是有效的，因为边际效应很小。因此，就不得不使用更激进的方法，比如，对肿瘤进行高强度放疗。这时，我们可能就会希望暂停DNA修复，比如，暂停几个小时，在这个窗口期，人体相比平时可能对DNA损坏更敏感，可以将DNA暴露于平时不怎么起作用的破坏介质，DNA修复在持续进行。但这时是抑制DNA修复的好机会，这也是该领域正在努力实现的，也就是暂停DNA修复，从而实现更好的癌症治疗效果。

DNA破坏的方式有很多种，这也意味着还有很多我们未知的修复机制，了解这些发生方式和修复机制可能是很有用的，我们想了解细胞是如何工作的，这些研究也就引出了癌症突变诱因这个问题，目前的DNA测序技术认为癌症很大程度上是突变导致的，相关研究也在过去几年取得了巨大的进展，但对这些突变诱因还知之甚少。

“人造太阳”项目负责人、中国工程院院士李建刚

能否在地球上建造一个“太阳”，持续供应清洁能源，应对化石能源枯竭带来的危机？

中国工程院院士、等离子体物理学家李建刚分享了中国“可控核聚变”能源研究的前沿突破。

我们的资源就会在未来一两百年甚至更短的时间都要消耗殆尽，把化石能源很快就用完了，同时还要产生大量的二氧化碳，那么我们怎么办？

在李建刚看来，可控核聚变将会是我们人类能源的一个主力，它可以非常稳定地提供大规模的能源，没有二氧化碳的产生，也没有污染。

但要让聚变可控，我们现在用的最多的方法就是磁约束。即，用磁场把这上亿度的火球悬浮起来，一旦悬浮起来以后，那么，材料不碰着，就可以把磁悬浮下面的上亿度的火球进行不断地加热，不断地让它去维持很长的时间。因此，聚变有两个最大的困难，一是点火，二是如何长时间维持。

现在，我们的磁约束聚变的研究已经走到了世界的前列。我国自主研发的东方超环（EAST）是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。去年，EAST两次刷新世界记录，实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒、7000万摄氏度1056秒的离子体运行。

下一步，我们计划实现亿度上千秒，甚至不限时地运行，为未来发电奠定扎实基础。我们也在推进中国聚变工程实验堆（CFETR）的建设，携手国际共同实现“终极能源”的梦想。

航天科技集团五院空间站系统总设计师、中国工程院院士杨宏

浩瀚太空是资源丰富的宝库，载人航天事业是通向这座宝库的桥梁。

中国工程院院士、航天科技集团五院空间站系统总设计师杨宏讲述了中国空间站“天宫”近十年密集攻坚系列关键技术的发展之路。

载人航天是人类驾驶和乘坐载人航天器，在太空中从事各种探索、研究、试验等的往返飞行活动。其目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力，把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空，更广泛和更深入地认识整个宇宙，并充分利用太空和载人航天器的特殊环境，进行各种研究和试验活动，开发太空极其丰富的资源。

在突破了载人飞行技术后，我们面临的是出舱活动和交会对接任务。这就有了天宫一号。它不仅作为交会对接的目标飞行器，同时它要承担交会对接以后，两个航天器合为一体以后的组合体的控制和管理功能，也就是“1+1=1”，那么这也是空间实验室乃至空间站所要解决的关键技术。

建造空间站，建成国家太空实验室，是实现我国载人航天工程三步走战略的重要目标，是建设科技强国，航天强国的重要引领性工程。目前，我们正在执行我国载人航天工程三步走战略中的第三步，空间站的组装建造任务。梦天实验舱入轨后顺利转位，与天和核心舱、问天实验舱、神舟十四号载人飞船、天舟四号货运飞船合体，“天宫”由此完成‘T字构型’组建。而独创的三舱构型可以整合重构多舱段、多航天器的系统，大幅提升整体运行的可靠性，也为后续扩展打下基础。

中国天眼（FAST）总工程师姜鹏

“中国天眼”（FAST）是目前全球最大单口径、最灵敏的射电望远镜，主要以接收宇宙电磁信号、检测星际分子和星际通信讯号等方式，探索宇宙起源和演化。

FAST总工程师姜鹏揭秘关键技术的创新突破。巨大工程体量与毫米级动态控制精度的矛盾，是贯穿FAST整个建设阶段的核心难点。

FAST采用了一个全新的设计理念，用近万根钢索，编制成了一个500米口径的索网，挂在一个环梁上，然后，索网有2000多根下拉锁，还包括触动器，可以控制反射面变形，在它局部区域形成300米的抛物面，上面有多套索驱动，可以控制一个30多吨的馈源舱，可以在140米高空206米尺度范围的运动，把接收机控制到焦点的位置上进行信号收集。所以，这是一架极其复杂的望远镜系统，而且工作的理念跟传统望远镜是完全不同的。

在专项技术创新的支持下，FAST终于实现了世界上最灵敏的射电望远镜，它的灵敏度相当于阿雷西博的2.5倍到3倍，结束了这台望远镜长达50多年半个世纪的统治历史，同时对比于其他百米级望远镜，我们提升了一个数量级。

“奋斗者”号总设计师叶聪

每年新发现的生物物种，80%以上来自海洋。

“奋斗者”号总设计师叶聪展示了中国载人深潜从“蛟龙”号开始，自主攻坚构建起全海深潜水器谱系的历程，以及重要的科学发现。

人类要探索深海，必须要克服阳光无法穿透、电磁波很难传输、液体的粘性和阻力、以及随着深度不断增大的海水压力的挑战。

2002年，中国的第一台大深度载人潜水器“蛟龙”号正式立项，“蛟龙”号的目标指向水面以下7000米这是一个巨大的跨越。2012年“蛟龙”号完成了它的海上试验，最大的下潜深度达到了7062米。中国的第二台大深度载人潜水器名叫“深海勇士”号，它的最大作业深度是4500米。

2016年，叶聪承担了我们国家的第一台万米载人潜水器，也就是“奋斗者”号的研制工作。5年时间，叶聪和他的团队，针对地球海洋最深处万米的极端环境，开展了多个学科复杂的综合的极致设计，利用国内的极限的制造检测能力，实现了万米的极端的作业功能。

去年，“奋斗者”号在海底采集到一批珍贵的深渊水体、沉积物、岩石和生物样品，参航科学家团队基于此发起《马里亚纳共识》倡议，并启动“马里亚纳海沟生态环境科研计划”，邀请全球研究学者围绕马里亚纳万米深渊科考，协力攻坚深海地球科学系统的形成与演化、生命起源与环境适应、生物多样性与气候变化等重大科学问题。目前，我们为科学家提供了1000多条海洋环境、生物的数据量，这应该是目前全球最大的深渊数据库。

中国科学院院士、古鱼类学家朱敏

生命探源是人类探源的前奏，作为解读一切生命现象的基础命题，生命演化格局与机制是全球科学界的探索前沿。

中国科学院院士、古鱼类学家朱敏展示“从鱼到人”探源研究的最新成果时，表达了这样的观点。

通过亿万年前的化石实证、多学科交叉，模拟重建过去的生命世界，可以加深对有颌类重要器官和身体构型演化的认识，也有可能揭示环境因素之外，生物间相互作用对各主要类群兴起与灭绝的影响。这是人类认识当今地球生物和环境协同演变规律的重要途径。

9月底，《自然》杂志以封面形式同期发表朱敏团队的四篇论文，详细报道了有颌类起源与最早期演化的研究成果，它改写了有颌脊椎动物崛起的传统认知，将若干人类身体结构的起源追溯到4.36亿年前的化石鱼类。

朱敏认为，我们的祖先既是鱼，也是猴子。人类的祖先当然不止一种动物。“从鱼到人”的研究则是开启认识生命演化与人类起源之门的钥匙，人类的很多身体结构，譬如面孔的许多器官都可以追溯到遥远的鱼类祖先。

地球上现存99.8%的脊椎动物物种都具有颌骨（也就是上颌与下巴）。颌的起源可能是脊椎动物演化史上最为重要和意义深远的一次演化事件，人类的很多重要器官都可追溯到有颌类演化之初，也正因为如此，有颌类的起源与崛起是“从鱼到人”演化过程中最关键的跃升之一。

（本文首发钛媒体APP，编辑整理｜李程程）

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