1、人类拯救地球十大举措保护地球是一项繁杂而艰辛的工作，但每个人都有义务承担起这项责任。随着二十一世纪的第一个十年即将过去，我们又做了一些什么事情来保护“地球家园”呢？拯救地球虽然我们在许多方面仍面临巨大的挑战，如降低二氧化碳排放，实现之前提出的生物多样性目标，减少对海洋、大气和陆地的污染。不过，我们现在确实对人类疏忽所付出的代价有了深刻了解，对地球生物多样性有了最新认识，采取了改变我们自身生活及周围环境的更为现实的举措。1.建立保护区限制破坏性活动建立保护区限制破坏性活动虽然北极熊今年未被列入“濒危物种”名单，但它们获得了喘息之机，美国将阿拉斯加州北部一片面积为 18.7 万平方英里(48.4万
2、平方公里)的沿海水域划为“关键栖息地”，这片水域主要被冰层所覆盖。随着冰雪消融，北极熊被迫向加拿大北部地区和格陵兰岛周围迁徙，而美国政府的举措则有助于保护阿拉斯加州北部沿海水域免遭航运和石油钻探活动的侵扰。科学家估计，虽然北极气候变暖，加拿大北部地区和格陵兰岛周围的海冰不会消融。今年，对北极熊来说另外一个好消息是，研究人员确定，如果二氧化碳排放得到抑制，海冰将不会到达一去不归的“临界点”。海冰构成了北极熊的主要栖息地。这会给明年的任务提出更高的要求，随着 2010 年走向结束，对于北极熊的未来，画上了一个还算圆满的句号。2.替代能源得到推广替代能源得到推广巨型涡轮机如森林一般矗立于北海，太阳能
3、屋顶照亮了美国纽约市，海浪驱动生成的能量源源不断输入电网，替代能源在 2010 年不断展现其巨大的潜力。虽然全球经济陷入低迷，但人们对可再生能源市场的信心毫不动摇，不过这一市场仍需要快速增长，才有实力改变气候变化的整体状况。根据今年夏天进行的一项民意调查，超过 60%的美国人认为降低对外国能源的依赖程度、在能源部门创造新的就业机会、保护环境免遭能源开发负面影响“非常重要”。而公众对特定能源提议感兴趣，促使政府加强对风能、太阳能等可再生能源的开发力度，同时对二氧化碳和其他温室气体排放实施了严格限制。3.电动车和绿色驱动技术电动车和绿色驱动技术使用矿物燃料的机动车尚未过时，但随着越来越高效的燃料技
4、术的问世，美国人今年的汽油使用量比 2006 年最高峰时少了 8%左右，尽管公路上行驶的汽车更多。捷豹汽车公司与微型涡轮制造商 Bladon Jets 进行合作，开发出捷豹 C-X75 概念车，这款车不仅能够在短短 3.4 秒内从零加速至每小时 62 英里(约合每小时 100 公里)，而且理论上该车在市区行驶时能以零排放实现这一加速。今天，如果司机可以摆脱交通堵塞的困扰，他们无疑会选择更多环保的车辆。尼桑 Leaf 是世界上第一款价格低廉的完全适于大众市场的电动车，但你眼下可能没有了这种选择，因为它们已销售一空。4.开发节能创新产品开发节能创新产品节能方法在 2010 年变得具有了实际意义。今
5、年，一些美国人将屋顶涂成白色，空中花园也揭开了神秘面纱，个性化大风车崭露头角，发光二极管灯被用于装饰节日气氛。在世界范围内，人们都对节能技术持欢迎态度，不仅将它们当作保护地球的聪明之举和划算的方式，也当作自己的救赎之路。从逐步淘汰白炽灯到实行满足“能源之星”标准、减少待机模式下能耗的技术，消费者、厂商和政府都在步调一致地帮助建立一个节能型社会。5.拯救珊瑚礁拯救珊瑚礁2010 年，联合国教科文组织(UNESCO)宣布将美国夏威夷州的帕帕哈瑙莫夸基亚国家海洋保护区列为世界遗产。除了吸引游客以外，珊瑚礁“供养”的海产品还可满足五亿多人的食物需要；风暴潮和海啸来袭时为海岸提供保护；向科学家提供促进医
6、学发展的新工具，以帮助形成骨移植物，抗击癌症，预防传染病。海洋每年吸收的二氧化碳相当于全球总量的三分之一，还能对大气层中二氧化碳浓度上升带来的危害起到缓冲的作用，代价则是海洋环境的酸性增加。同时，全球气候变化导致大气温度更高，这同样令海水升温。随着美国第一个海底公园本月在佛罗里达州迎来 50 周年，如今是展示人类今年保护珊瑚礁成果的良机。6.发现和保护地球生物多样性发现和保护地球生物多样性2010 年，我们增进了对地球生物的了解，比如这只尚未命名的果蝠，它与大量其他新物种一起在巴布亚新几内亚被发现。另外，科学家在亚马逊和婆罗洲也取得了重大发现。找到新的生物体有助于我们深入了解生物灭绝给人类带来
7、的各种危险。2010 年是联合国确定的国际生物多样性年，同时，也是历时十载的海洋生物普查计划的最后一年。生物学家还在今年发现了生物多样性丧失给人类健康带来的风险，呼吁社会抛开个人利益制定物种保护计划。7.发现生物灭绝危害发现生物灭绝危害确认物种是 2010 年国际生物多样性年提出的一个目标。另一个目标则是积极采取行动，避免那些生物及其他尚未被确认的生物灭绝。虽然在日本名古屋召开的联合国生物多样性公约第十次缔约方大会并没有实现之前提出的显著避免生物多样性丧失的目标，但各方仍达成了一项新的 10 年政策规划，包括国家间分享遗传学信息。191 个国家和地区的代表在本次会议上达成一致，同意至少要在 1
8、7%的陆地和 10%的海域建立生物多样性保护区。为实现这些目标，代表们还明确提出，必须考虑保护公海和跨越国境的森林。2010 年，研究人员发现，在过去 200 年，英国有接近 500 个物种灭绝，这一发现史无前例地证实大规模生物灭绝事件就发生在我们的有生之年。一部分物种灭绝缘于侵占生物栖息地和商业开发。好消息则是，一旦某个物种被确认受到威胁或濒危，随着保护措施逐步增强，这个物种就会在数量趋于稳定或恢复以前数量上占据有利位置。8.向塑料制品宣战向塑料制品宣战二战以来，塑料制品的声誉一落千丈，从繁荣走向没落，从创新发明沦落为环境噩梦。可降解塑料制品会分解成更小碎末，从而使双酚 A(BPA)这样的化
9、学物渗入水中。海洋和沙漠动物往往将塑料制品碎末当作食物，带来致命性后果。全社会减少对无处不在的塑料制品的使用虽然在实际操作中不可行，但是，帮助改善生物降解能力，发现新的替代材料，研究卷有大量塑料制品的海洋环流，以创新方式循环利用塑料制品，禁止使用塑料袋等举措表明，2010年人类在解决塑料制品带来的问题上迈出了重要一步。在泰姬陵所在地、印度城市阿格拉，每逢雨季，塑料袋和塑料瓶就阻塞排水道。从 2011 年 1 月 1 日开始，阿格拉将禁止商店销售聚乙烯塑料袋，转而使用塑料袋而非建筑材料铺路。9.采取措施保护鲨鱼采取措施保护鲨鱼2010 年是“鲨鱼年”？不完全是。因为许多鲨鱼种类都身陷困境，近三分
10、之一的鲨鱼种类走向灭绝的边缘。不过，随着美国国会通过禁止捕猎鲨鱼割取鱼翅的法案及世界其他国家支持保护地中海鲨鱼，对这种海洋掠食性动物的保护在 2010 年取得了重要进展。3 月，马尔代夫在印度洋专门辟出 3.5 万平方英里(约合 9 万平方公里)建立鲨鱼保护区，为该地区全面禁止鱼翅贸易树立了典型。10.“保护地球，从我做起”“保护地球，从我做起”“保护地球，从我做起”，这个口号在 2010 年叫得尤其响亮，从家庭到社区，每个人都在积极发挥主动性，为保护环境做出自己的贡献。这些努力在全球范围内产生积极影响，因为变革的力量往往来自于全社会。2010 年，在拯救地球上，你又做了些什么呢？华人科学家邓
11、青云教授获 2011 年沃尔夫化学奖据沃尔夫奖(Wolf Prize)官方网站消息，美国罗切斯特大学化学工程系华人科学家邓青云(Ching W. Tang)教授荣获刚刚颁发的2011 年沃尔夫化学奖。与他一同分享这一荣誉及 10 万美元奖金的是美国芝加哥大学的 Stuart A. Rice 和美国卡耐基梅隆大学的Krzysztof Matyjaszewski。三人的获奖理由是“在化学合成及属性领域所作的深入、创造性的贡献，以及对于有机材料的理解”。据悉，邓青云教授是第一位荣获沃尔夫化学奖的华人。邓青云教授始创于 1976 年的沃尔夫奖是国际最高学术大奖之一，由以色列的沃尔夫基金会颁发，在农业、
12、化学、数学、医学、物理、艺术 6个领域授奖。除化学奖外，2011 年沃尔夫奖还颁发了农业奖、医学奖、物理学奖和艺术奖。农业奖：美国伊利诺伊大学香槟分校的 Harris A. Lewin 和美国华盛顿州立大学的 James R. Cook。医学奖：日本京都大学的山中伸弥和美国怀特黑德研究所的Rudolf Jaenisch。物理学奖：德国卡尔斯鲁厄理工学院的 Maximilian Haider、德国达姆施塔特理工大学的 Harald Rose 和德国尤利西研究中心的Knut Urban。大气二氧化碳水平增加或改变植物进化路线据美国物理学家组织网 2 月 16 日报道，密歇根大学最近一项研究指出，大
13、气中二氧化碳水平增加导致全球变暖，可能影响植物与昆虫之间的相互作用，改变植物的进化路线。自然界很多植物都能产生一些苦味毒素以保护自己不被昆虫吃掉，乳草也是其中之一。这种化学防御导致了植物和昆虫之间的长期斗争史，如马利筋乳草和吃它们的黑脉金斑蝶毛虫。蕾切尔万尼特和马克亨特对密歇根州北部的一种普通乳草叙利亚马利筋进行了调查，研究了不同基因的乳草种系对大气中二氧化碳浓度增加的不同反应，以及这种反应如何影响它们被昆虫吃掉的可能性。 研究人员在实验中不断增加二氧化碳浓度，观察乳草在生长、无性繁殖、产生化学和物理防御等方面受到的影响。尽管随二氧化碳浓度增加，所有乳草都长得更大，所有的种系生长繁殖都有所提高
14、，但它们在抵抗食植昆虫的化学和物理防御方面却大不相同。尤其是它们产生的心脏毒素如强心甾烯类，某些乳草种系随着二氧化碳增加所产生的强心苷增加，而大部分种系却会降低，有些甚至降低了 50%。另一种与化学防护相反的途径，是物理防护。如植物叶子更坚硬，生长更快，耐受毛虫啃食的能力就越强。万尼特指出，虽然植物的防御策略帮助还是妨碍了黑脉金斑蝶毛虫尚不明确，但研究结果提供了植物对二氧化碳增加的反应方面的证据，显示了植物保护机制的遗传基础差异，植物昆虫互动的变化，以及互动作用如何影响了植物对气候变化的适应性。主要研究人员、密歇根大学亨利格里森学院生态与进化生物学研究生万尼特说，植物自我保护和昆虫食用植物的方
15、式，都和环境因素如二氧化碳浓度有关，这些因素会改变食植昆虫带来的“选择压力”，从而影响植物进化。选择压力是进化的动力，会导致一个群体的基因构成改变。如果昆虫给植物带来过多危险，植物就无法成功繁殖，而那些遗传了抗虫基因特征的植物就会占据优势。这种优势会使具有抗虫基因特征的植物在种群上更加广布，由“压力”而驱使植物的抗虫性增强。 新固体氧化物燃料电池研制成功日本产业技术综合研究所 1 月 17 日宣布，该所研究人员和美国同行研制出一种微型固体氧化物燃料电池，这种燃料电池添加了特殊的催化剂层，可大大降低电池的工作温度。产业技术综合研究所的新闻公报说，固体氧化物燃料电池的能源转换效率在燃料电池中是最高
16、的，但这种电池工作温度高，体积较大，只适合用于大型、固定电源。针对目前小型、便携电源的需求日趋旺盛，需要研发微型固体氧化物燃料电池，这就要使用烃类化合物作为燃料。而在原有技术条件下，烃类化合物在低于 600 摄氏度的环境下难以直接用于发电。因此，降低燃料电池的工作温度是亟待解决的问题。产业技术综合研究所和美国科罗拉多矿业学院研究人员使用一种管状微型固体氧化物燃料电池内壁形成纳米尺寸的二氧化铈层，作为燃料电池的重整催化剂层，并证实，这种管状结构和催化剂层能使烃类化合物燃料电池在 450 摄氏度的相对低温下发电。公报说，这一研究成果有助于早日研制出能在相对低温环境下工作的紧凑型烃类化合物燃料电池系
17、统。该成果已发表在英国能源与环境科学（ Energy & Environmental Science）杂志上。科学家发现新式氮氧化合物分子据美国物理学家组织网日前报道，瑞典皇家工学院（KTH）科学家发现了一种新式的氮氧化合物分子，这种名为“Trinitramid”的氮氧化合物有望成为未来火箭燃料家族的新成员，与目前最好的火箭燃料相比，新燃料的效率将提高 20%到 30%。该研究成果发表在德国应用化学杂志上。 瑞典皇家工学院物理化学教授托尔布林克和同事在氮的氧化物团队中发现了这种可替代目前火箭燃料的新分子。当时，科学家们正在研究另一种化合物分解的过程，使用量子化学计算，他们认为，新分子可能比较稳
18、定。布林克指出，对于火箭燃料来说，效率每提高 10%，火箭的有效载荷就可能翻倍。另外，这种分子仅由氮和氧组成，这就使新式火箭燃料更环保。该研究团队目前已掌握如何制造和分析这种分子，并能在试管中制造出足够多该化合物。他们接下来还将研究这种分子在固态形式的稳定性。研究用砷化铟纳米线获得新量子比特据 2011 年（北京时间）出版的自然杂志报道，荷兰科学家利用砷化铟纳米线，研发出一种基于电子自旋和电子围绕原子核旋转的量子比特，新系统能更容易同其他电子设备结合在一起，非常适合用于未来的量子计算或密码系统中（Nature,468,1084-1087）。量子计算依靠量子机制内在的不确定性来处理信息，其处理信
19、息的速度远远快过传统机器。普通的信息比特只能代表 0 或者 1，而量子比特以 0 和 1 的叠加状态存在，这种模糊性使几个量子比特可以被并行处理，因此可以一次执行多个运算。电子自旋具有磁性。磁场可以控制所有电子的自旋，但由于磁场振动很难在纳米层级实现，通过磁场控制单个电子的自旋非常困难。荷兰代尔夫特理工大学利奥柯文采领导的研究团队通过使用电场而不是磁场控制电子自旋规避了这个问题。尽管电场并不会直接影响电子自旋，但电场能通过影响电子围绕其原子核的旋转来间接地影响自旋。当电子围绕原子核旋转时，原子核的电荷就会移动，通过改变电子围绕原子核的旋转，就可以改变这个磁场，反过来改变电子自旋这种现象被称为电
20、子自旋旋转交互作用。在实验中，柯文采团队使用了一根砷化铟纳米线，产生了一个强烈的电子自旋旋转交互作用。研究团队朝环绕在纳米线周围的5 个窄门施加电压，隔离出两个电子，这两个电子就像两个量子比特，沿着纳米线施加电场脉冲，研究人员能将量子比特的自旋从并行改变到非并行。澳大利亚悉尼大学半导体自旋传输专家丹纳麦卡密表示，展示出自旋旋转量子比特是一个“重要的结果”，但他也提醒说，在实验中，研究人员测量出的自旋旋转连接的存在时间短于之前在半导体砷化镓中的电子上测量的结果。然而，砷化镓内的自旋旋转交互作用比新的砷化铟内的交互作用更加微弱。麦卡密也认为，砷化铟自旋旋转交互作用的存在时间可以改进。与砷化镓内的电
21、子相比，砷化铟纳米线也有另外一个优势。今年早些时候，美国研究人员首次以纳米线或纳米颗粒的形式合成了四元半导体，这种半导体可以用来制作发光二极管，这让电子态被转变到光子态成为可能，而电子态被转变到光子态是量子密码学的基础。新燃料有助改进太阳能电池效率据美国物理学家组织网报道，美国布法罗分校教授迈克尔戴缇和罗彻斯特大学教授理查德杰西艾森柏格领导的研究团队合成了一种新的光敏染料，能大大增强太阳能电池和氢燃料电池的效率。研究发表在最近的美国化学会志（ J.Am.Chem.Soc.,2010,132(44),pp 15480-15483）上。新染料产生电力的方式是，当太阳光照射到染料时，太阳光蕴含的能量
22、会“敲击”染料中松散的电子，这些电子通过太阳能电池并形成电流。产生氢气也以同样的方式开始：太阳光敲打染料，释放出电子。但这些电子并不会形成电流，而是流进一个催化剂内，并在此处驱动一个化学反应，将水分解成为氢气和氧气。科学家已在实验室测试中证明，这种染料系统比传统染料产生氢气的速度更快，部分原因是该染料能够更好地吸收太阳光，同时更有效地运送电子。科学家还发现，新染料在同质的制氢系统中更有效，这些系统使用钴或者沉积在二氧化钛的铂作为催化剂。这种染料一旦商业化生产，将成为一项物美价廉的基础性技术，为家用电器和氢燃料电动汽车等提供电力。戴缇希望其研究将能够有助于研发出更好的商业技术来制备太阳能电池和氢
23、电池。迄今最大稳定树状分子合成成功据新科学家网站近日报道，一个由瑞士、德国等国家研究人员组成的国际合作研究小组最近制造出了迄今最大的稳定的合成分子 PG5。该技术为制造精密分子结构以容纳药物、连接多种物质铺平了道路。巨型分子 PG5 直径约 10 纳米，质量相当于 2 亿个氢原子，结构好像树枝，大小和烟草花叶病毒相仿。为了制造这种大分子，瑞士联邦理工学院迪尔特斯格鲁特和同事从标准的聚合反应开始，先把小分子连接起来形成长链，做好了碳氢骨架后，再为其加上由苯环、氮以及碳和氢构成的分枝。经过几次类似的过程，再给每一个分枝加上次级分枝，构成像树一样的结构，就成了 PG5。整个过程需要合成 17 万个分
24、子键。自然界有很多复杂的大分子，但要在实验室造出这么大的分子却是很困难的，在制造过程中很容易破碎掉。“合成化学技术迄今还很简单，尚不能达到作为功能单元的尺寸范围。”斯格鲁特说，以前最大的稳定合成分子是聚苯乙烯，质量约为 4000 万个氢原子。德国马克思普朗克聚合物研究院的克劳斯马伦称这项工作为“惊人的”技艺。斯格鲁特表示，制造骨架和拼接分枝所采用的都是标准技术，他的成功对其他研究人员进一步制造合成大分子是一种激励，以前他们“不够勇敢”去尝试。在应用方面，像 PG5 这样的分子很适合药物递送，不仅能让药物在各个分枝表面停泊，也能通过分子自身折叠形成空间巢穴。“在装载能力上，目前还没有哪个单体分子
25、能比得上 PG5”。十二位华人科学家入选全球顶尖一百化学家榜单2 月 10 日，全球领先的专业信息供应商汤森路透集团（Thomson Reuters）发布了 2000-2010 年全球顶尖一百化学家名人堂榜单（TOP100CHEMISTS,2000-2010），这份依据过去 10 年中所发表研究论文的平均引用次数而确定的最优秀的 100 名化学家榜单中，共有 12 位华人科学家入选，分别是： 1.戴宏杰（ Hongjie DAI），排名第 7，美国斯坦福大学教授；2.彭笑刚（ Xiaogang PENG），排名第 8，美国阿肯色大学教授，浙江大学教授；3.杨培东（ Peidong YANG），
26、排名第 10，美国加州大学伯克利分校教授； 4.陈邦林（ Banglin CHEN），排名 15，美国德州大学圣安东尼奥分校教授； 5.孙守衡（ Shouheng SUN），排名 31，美国布朗大学教授；6.夏幼南（ Younan XIA），排名 35，美国华盛顿大学圣路易斯分校教授；7.段镶锋（ Xiangfeng DUAN），排名 41，美国加州大学洛杉矶分校助理教授；8.Gregory C. Fu，排名 43，美国麻省理工学院教授；9.曾华淳（ HuaChun ZENG），排名 49，新加坡国立大学教授；10.林文斌（ Wenbin LIN），排名 54，美国北卡罗莱纳大学教授；11.殷
27、亚东（ Yadong YIN），排名 55，美国加州大学河滨分校助理教授；12.孙玉刚（ Yugang SUN），排名 61，美国阿尔贡国家实验室科学家。据悉，联合国教科文组织与国际纯粹与应用化学联合会（IPAC）宣布 2011 年是国际化学年。全球顶尖一百化学家榜单是配合国际化学年的庆祝活动之一，并庆贺这些化学家自 2000 年 1 月以来所取得的杰出学术成就。小分子配体与核酸识别研究获进展通俗地说，分子靶向治疗是在细胞分子水平上，针对明确的致癌位点（肿瘤细胞内部的一个蛋白分子，或一个基因片段）来设计药物，药物进入体内会选择致癌位点来释放，从而达到杀死肿瘤细胞又不波及正常组织细胞的目的。所以
28、，分子靶向治疗又被称为“生物导弹”。在国家自然科学基金重点项目、重大研究计划、国家杰出青年科学基金及中科院知识创新重大计划的资助下，中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室任劲松课题组在小分子配体与核酸的识别、调控及功能应用研究方面取得新突破，其研究成果受英国皇家化学会化学通讯邀请，撰写特写（feature article ）并以封面形式报道。纳米世界的 DNA 弹簧现代医学科学技术的快速发展，使人们对肿瘤的认识已跨过器官形态，深入到细胞、分子和基因水平。人们对肿瘤诊断和治疗技术逐渐向细胞学、分子生物学乃至基因组学分类诊断和治疗的方向纵深发展。与此同时，随着材料科学、计算机技术、
29、数字成像技术的飞速发展，生物医学工程技术学与临床肿瘤学诊疗技术的结合越来越紧密，从而诞生了许多肿瘤靶向治疗技术。“我们的研究目标主要是以核酸为靶子，对药物进行筛选和疾病治疗。”任劲松说，“我们设计的 DNA 弹簧也是基于核酸的构形变化，用它做药物的载体，进行药物运输、释放，让药物到达我们希望它到达的地方。”任劲松从事的研究领域是我国急需加强的新型学科，主要研究方向包括小分子对大分子的识别、蛋白质筛选及核酸、蛋白质化学等，也包括抗癌、抗艾滋病、抗病毒药物的筛选及作用机制。她在小分子与核酸相互作用方面的研究已开展了几十年，其目的是探索小分子的设计策略，能够识别特异核酸序列从而控制基因表达。许多可与
30、核酸相结合的小分子已通过临床成为治疗药物。受弹簧伸缩特性的启发，任劲松等人设计构建了一个可自由伸缩的 DNA 弹簧。“这种 DNA 弹簧就是进入纳米世界中，用 DNA 做一个弹簧。我们常见的弹簧是靠外力（如改变拉力的大小）来改变弹簧的伸缩。DNA 弹簧可以利用调节酸碱度来控制弹簧的伸缩。平常的弹簧如果受力过大，就有可能超过它的伸缩极限，它就变形缩不回去了，而DNA 弹簧没有这方面的问题。用它可以有效地搬运蛋白，纳米物质等，在药物运载及功能器件方面有着广泛的应用前景。”任劲松说。让小分子“认清”特殊 DNA尽管目前研究报道的靶向给药载体较多，但真正用于临床且取得确定疗效的并不多。因为体外实验的肿瘤细胞与体内的肿瘤细胞在生物学行为、对药物的敏感性、受体内外环境的影响程度上有所不同，且许多人体肿瘤有异质性，同一肿瘤内部的不同细胞对治疗反应也不一样，癌细胞株获得药物方式的不同都会影响疗效的评价。另外，靶向治疗还受肿瘤血管、载体专一性、肿瘤大小与给药剂量、机体是否产生针对载体的抗体等多种因素影响。因此，设计、合成小分子来选择性地结合 DNA、RNA 的指定位点是当今世界一个极为活跃的研究领域。该课题组利用一种新型的以生物热力学为基础，快速有效的竞争平衡透析法（competition dialysis），设计、合
