圖片來源：視覺中國
2022騰訊科學WE大會十周年如期舉行。今年的WE大會，由韋布空間望遠鏡高級科學家約翰·馬瑟（John Mather）、DNA修復之父托馬斯·林達爾（Tomas Lindahl）兩位諾獎得主領(lǐng)銜，鑄就“大國重器”的四位技術(shù)帶頭人——“人造太陽”項目負責人、中國工程院院士李建剛，航天科技集團五院空間站系統(tǒng)總設(shè)計師、中國工程院院士楊宏，中國天眼（FAST）總工程師姜鵬，“奮斗者”號總設(shè)計師葉聰，以及重新定義“從魚到人”演化史的古魚類學家、中國科學院院士朱敏同臺，分享在未來能源、空海探索、生命科學等領(lǐng)域的最新突破和發(fā)現(xiàn)。
以下是大會演講中發(fā)現(xiàn)的干貨內(nèi)容，經(jīng)鈦媒體App編輯：
宇宙大爆炸后發(fā)生了什么？
作為迄今性能最強、造價最高的紅外波段太空望遠鏡，“韋布”在距地球150萬公里的“拉格朗日2點”幫助科學家探索早期宇宙的奧秘。
2006年諾貝爾物理學獎得主、韋布空間望遠鏡高級科學家約翰·馬瑟介紹了韋布的系列觀測成果。
詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Web Space Telescope）是由美國航空航天局（NASA）主導并與歐洲和加拿大太空研究機構(gòu)聯(lián)合開展的國際合作項目。韋伯望遠鏡項目歷時20多年，共有2萬多人參與。
韋伯望遠鏡的主鏡，是一個具有黃金涂層的巨大六邊形，直徑6.5米，作用是收集遙遠宇宙發(fā)出的光，同時它配有一個網(wǎng)球場面積大小的遮陽板，它的體積比運載火箭大得多，因此我們必須將它折疊起來以便于發(fā)射。
我們通過哈勃望遠鏡和其它天文設(shè)備拍攝了很多照片，但還是不足以完全滿足我們的期望，我們希望看到來自于宇宙大爆炸物質(zhì)的最早期的星系。
那么，韋伯望遠鏡是如何運轉(zhuǎn)的？韋伯望遠鏡于2021年12月25日在法屬圭亞那群島由阿麗亞娜5型火箭發(fā)射升空，發(fā)射圓滿成功并進入預(yù)定位置，預(yù)期工作壽命為20年。
韋伯望遠鏡的預(yù)定位置，也就是“拉格朗日2點”（L2點），距離地球150萬公里。夜晚時拉格朗日2點就在我們的上方，它處在日地連線上，這是望遠鏡的絕佳工作位置，我們可以方便地與它聯(lián)系。另外，巨大的遮陽板可以阻擋太陽、地球和月球的熱能。
2022年7月韋伯望遠鏡開始正式工作，我們希望通過韋伯望遠鏡研究四大課題：
第一，宇宙大爆炸后發(fā)生了什么？大爆炸物質(zhì)中沒有發(fā)光物體，但現(xiàn)在宇宙中有無數(shù)的恒星和星系，那么它們是何時形成的，天文學家將這一時期稱為“宇宙黑暗時期”。
第二，星系是如何產(chǎn)生的？我們所在的銀河系有大約1000億顆圍繞中心運行的恒星，它們通過引力組成了整個銀河系，這是如何發(fā)生的？我們認為銀河系是無數(shù)小的物質(zhì)通過引力融合形成的，事實確實如此嗎？我們可以通過觀察更古老的星系剛剛誕生時的樣子來得出結(jié)論。
第三，恒星是如何產(chǎn)生的？現(xiàn)在仍然有恒星正在形成，那么恒星是如何產(chǎn)生的，我們無法看得非常清楚，因為恒星是在氣體塵埃云的內(nèi)部產(chǎn)生的，望遠鏡是看不到的，但紅外線可以穿透塵埃云，我們可以收集紅外線來確定是否有新的恒星正在產(chǎn)生。
第四，對行星進行研究。我們知道大多數(shù)恒星都有行星，且大多數(shù)恒星都有多顆行星，但至今我們尚未發(fā)現(xiàn)任何和太陽系類似的恒星系統(tǒng)，因為太陽系有四顆巖態(tài)行星和四顆氣態(tài)行星，這是一個巨大的謎團，宇宙中還有像地球一樣具有大氣層并適合生命存在的行星嗎？
托馬斯·林達爾在2015年因“DNA修復機制研究”被授予諾貝爾化學獎。他發(fā)現(xiàn)的“堿基切除修復”為理解癌癥等疾病的發(fā)生機制、癌癥預(yù)防和治療打開了新窗口。這次，林達爾帶來了癌癥治療的最新研究。
林達爾帶領(lǐng)觀眾回顧生命起源與進化的重要節(jié)點，呼吁科學家探尋地球最早期生命的痕跡，生命和自然還有太多未解之謎，要思考、探尋地球上是否存在另一種生命形式，這將對生命科學的研究價值巨大。
林達爾認為，如果RNA沒有預(yù)想得那么穩(wěn)定，那么可能也意味著DNA也沒有預(yù)想得那么穩(wěn)定，這可能是一個非同尋常的結(jié)論，因為DNA是遺傳信息的載體。
他并沒有空口而談，而是開展實驗研究DNA的穩(wěn)定性，對于這項工作，研究整個DNA結(jié)構(gòu)過于復雜 不太現(xiàn)實，因此采用了放射性標記法來研究DNA的某個堿基，也就是觀察DNA分子的某個特定部位，而最簡單的方法就是在細菌中培養(yǎng)DNA，在合適的細菌突變體上來對DNA的特定部位進行放射性標記，比如只標記鳥嘌呤和腺嘌呤記，而不是DNA或RNA的其它部位。
最終，林達爾發(fā)現(xiàn)，DNA沒有我們或者任何其他人預(yù)想得那么穩(wěn)定，在生命體條件下，DNA的相同變化之一就是，鳥嘌呤和腺嘌呤堿基在水解作用下緩慢地從DNA上掉落，這也就意味著遺傳信息的丟失。基于生物化學的測量，他們判斷在哺乳動物的單個細胞內(nèi)，每天會有幾千個DNA堿基被釋放或丟失。在DNA作為遺傳信息載體的系統(tǒng)中，如此大量的遺傳信息丟失是不可承受的。因此，一定是哪里出了問題。
答案也顯而易見。那就是一定存在某種修復機制，如果由于水解或高溫導致DNA發(fā)生自發(fā)的，不可避免的破壞，修復機制會立即啟動，這與“DNA極度穩(wěn)定”這一說法可不是一回事，從某種意義上說 DNA是不穩(wěn)定的，它的穩(wěn)定性不如蛋白質(zhì)。但由于修復機制的存在，我們也許能夠找到DNA修復的主要形式。
為什么要抑制DNA修復？因為對于健康的細胞，沒有理由對DNA修復進行抑制，但如果體內(nèi)有正在擴散的癌細胞，抑制癌細胞最好的方式之一就是通過服用抗癌藥或化療來消滅它。因為癌細胞成長得很快，對輻射也很敏感，這樣就可以讓癌細胞失去活性。
但這種方法并不總是有效的，因為邊際效應(yīng)很小。因此，就不得不使用更激進的方法，比如，對腫瘤進行高強度放療。這時，我們可能就會希望暫停DNA修復，比如，暫停幾個小時，在這個窗口期，人體相比平時可能對DNA損壞更敏感，可以將DNA暴露于平時不怎么起作用的破壞介質(zhì)，DNA修復在持續(xù)進行。但這時是抑制DNA修復的好機會，這也是該領(lǐng)域正在努力實現(xiàn)的，也就是暫停DNA修復，從而實現(xiàn)更好的癌癥治療效果。
DNA破壞的方式有很多種，這也意味著還有很多我們未知的修復機制，了解這些發(fā)生方式和修復機制可能是很有用的，我們想了解細胞是如何工作的，這些研究也就引出了癌癥突變誘因這個問題，目前的DNA測序技術(shù)認為癌癥很大程度上是突變導致的，相關(guān)研究也在過去幾年取得了巨大的進展，但對這些突變誘因還知之甚少。
能否在地球上建造一個“太陽”，持續(xù)供應(yīng)清潔能源，應(yīng)對化石能源枯竭帶來的危機？
中國工程院院士、等離子體物理學家李建剛分享了中國“可控核聚變”能源研究的前沿突破。
我們的資源就會在未來一兩百年甚至更短的時間都要消耗殆盡，把化石能源很快就用完了，同時還要產(chǎn)生大量的二氧化碳，那么我們怎么辦？
在李建剛看來，可控核聚變將會是我們?nèi)祟惸茉吹囊粋€主力，它可以非常穩(wěn)定地提供大規(guī)模的能源，沒有二氧化碳的產(chǎn)生，也沒有污染。
但要讓聚變可控，我們現(xiàn)在用的最多的方法就是磁約束。即，用磁場把這上億度的火球懸浮起來，一旦懸浮起來以后，那么，材料不碰著，就可以把磁懸浮下面的上億度的火球進行不斷地加熱，不斷地讓它去維持很長的時間。因此，聚變有兩個最大的困難，一是點火，二是如何長時間維持。
現(xiàn)在，我們的磁約束聚變的研究已經(jīng)走到了世界的前列。我國自主研發(fā)的東方超環(huán)（EAST）是國際首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置，有“人造太陽”之稱。去年，EAST兩次刷新世界記錄，實現(xiàn)了可重復的1.2億攝氏度101秒、7000萬攝氏度1056秒的離子體運行。
下一步，我們計劃實現(xiàn)億度上千秒，甚至不限時地運行，為未來發(fā)電奠定扎實基礎(chǔ)。我們也在推進中國聚變工程實驗堆（CFETR）的建設(shè)，攜手國際共同實現(xiàn)“終極能源”的夢想。
浩瀚太空是資源豐富的寶庫，載人航天事業(yè)是通向這座寶庫的橋梁。
中國工程院院士、航天科技集團五院空間站系統(tǒng)總設(shè)計師楊宏講述了中國空間站“天宮”近十年密集攻堅系列關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展之路。
載人航天是人類駕駛和乘坐載人航天器，在太空中從事各種探索、研究、試驗等的往返飛行活動。其目的在于突破地球大氣的屏障和克服地球引力，把人類的活動范圍從陸地、海洋和大氣層擴展到太空，更廣泛和更深入地認識整個宇宙，并充分利用太空和載人航天器的特殊環(huán)境，進行各種研究和試驗活動，開發(fā)太空極其豐富的資源。
在突破了載人飛行技術(shù)后，我們面臨的是出艙活動和交會對接任務(wù)。這就有了天宮一號。它不僅作為交會對接的目標飛行器，同時它要承擔交會對接以后，兩個航天器合為一體以后的組合體的控制和管理功能，也就是“1+1=1”，那么這也是空間實驗室乃至空間站所要解決的關(guān)鍵技術(shù)。
建造空間站，建成國家太空實驗室，是實現(xiàn)我國載人航天工程三步走戰(zhàn)略的重要目標，是建設(shè)科技強國，航天強國的重要引領(lǐng)性工程。目前，我們正在執(zhí)行我國載人航天工程三步走戰(zhàn)略中的第三步，空間站的組裝建造任務(wù)。夢天實驗艙入軌后順利轉(zhuǎn)位，與天和核心艙、問天實驗艙、神舟十四號載人飛船、天舟四號貨運飛船合體，“天宮”由此完成‘T字構(gòu)型’組建。而獨創(chuàng)的三艙構(gòu)型可以整合重構(gòu)多艙段、多航天器的系統(tǒng)，大幅提升整體運行的可靠性，也為后續(xù)擴展打下基礎(chǔ)。
“中國天眼”（FAST）是目前全球最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，主要以接收宇宙電磁信號、檢測星際分子和星際通信訊號等方式，探索宇宙起源和演化。
FAST總工程師姜鵬揭秘關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破。巨大工程體量與毫米級動態(tài)控制精度的矛盾，是貫穿FAST整個建設(shè)階段的核心難點。
FAST采用了一個全新的設(shè)計理念，用近萬根鋼索，編制成了一個500米口徑的索網(wǎng)，掛在一個環(huán)梁上，然后，索網(wǎng)有2000多根下拉鎖，還包括觸動器，可以控制反射面變形，在它局部區(qū)域形成300米的拋物面，上面有多套索驅(qū)動，可以控制一個30多噸的饋源艙，可以在140米高空 206米尺度范圍的運動，把接收機控制到焦點的位置上進行信號收集。所以，這是一架極其復雜的望遠鏡系統(tǒng)，而且工作的理念跟傳統(tǒng)望遠鏡是完全不同的。
在專項技術(shù)創(chuàng)新的支持下，F(xiàn)AST終于實現(xiàn)了世界上最靈敏的射電望遠鏡，它的靈敏度相當于阿雷西博的2.5倍到3倍，結(jié)束了這臺望遠鏡長達50多年半個世紀的統(tǒng)治歷史，同時對比于其他百米級望遠鏡，我們提升了一個數(shù)量級。
每年新發(fā)現(xiàn)的生物物種，80%以上來自海洋。
“奮斗者”號總設(shè)計師葉聰展示了中國載人深潛從“蛟龍”號開始，自主攻堅構(gòu)建起全海深潛水器譜系的歷程，以及重要的科學發(fā)現(xiàn)。
人類要探索深海，必須要克服陽光無法穿透、電磁波很難傳輸、液體的粘性和阻力、以及隨著深度不斷增大的海水壓力的挑戰(zhàn)。
2002年，中國的第一臺大深度載人潛水器“蛟龍”號正式立項，“蛟龍”號的目標指向水面以下7000米這是一個巨大的跨越。2012年“蛟龍”號完成了它的海上試驗，最大的下潛深度達到了7062米。中國的第二臺大深度載人潛水器名叫“深海勇士”號，它的最大作業(yè)深度是4500米。
2016年，葉聰承擔了我們國家的第一臺萬米載人潛水器，也就是“奮斗者”號的研制工作。5年時間，葉聰和他的團隊，針對地球海洋最深處萬米的極端環(huán)境，開展了多個學科復雜的綜合的極致設(shè)計，利用國內(nèi)的極限的制造檢測能力，實現(xiàn)了萬米的極端的作業(yè)功能。
去年，“奮斗者”號在海底采集到一批珍貴的深淵水體、沉積物、巖石和生物樣品，參航科學家團隊基于此發(fā)起《馬里亞納共識》倡議，并啟動“馬里亞納海溝生態(tài)環(huán)境科研計劃”，邀請全球研究學者圍繞馬里亞納萬米深淵科考，協(xié)力攻堅深海地球科學系統(tǒng)的形成與演化、生命起源與環(huán)境適應(yīng)、生物多樣性與氣候變化等重大科學問題。目前，我們?yōu)榭茖W家提供了1000多條海洋環(huán)境、生物的數(shù)據(jù)量，這應(yīng)該是目前全球最大的深淵數(shù)據(jù)庫。
生命探源是人類探源的前奏，作為解讀一切生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)命題，生命演化格局與機制是全球科學界的探索前沿。
中國科學院院士、古魚類學家朱敏展示“從魚到人”探源研究的最新成果時，表達了這樣的觀點。
通過億萬年前的化石實證、多學科交叉，模擬重建過去的生命世界，可以加深對有頜類重要器官和身體構(gòu)型演化的認識，也有可能揭示環(huán)境因素之外，生物間相互作用對各主要類群興起與滅絕的影響。這是人類認識當今地球生物和環(huán)境協(xié)同演變規(guī)律的重要途徑。
9月底，《自然》雜志以封面形式同期發(fā)表朱敏團隊的四篇論文，詳細報道了有頜類起源與最早期演化的研究成果，它改寫了有頜脊椎動物崛起的傳統(tǒng)認知，將若干人類身體結(jié)構(gòu)的起源追溯到4.36億年前的化石魚類。
朱敏認為，我們的祖先既是魚，也是猴子。人類的祖先當然不止一種動物。“從魚到人”的研究則是開啟認識生命演化與人類起源之門的鑰匙，人類的很多身體結(jié)構(gòu)，譬如面孔的許多器官都可以追溯到遙遠的魚類祖先。
地球上現(xiàn)存99.8%的脊椎動物物種都具有頜骨（也就是上頜與下巴）。頜的起源可能是脊椎動物演化史上最為重要和意義深遠的一次演化事件，人類的很多重要器官都可追溯到有頜類演化之初，也正因為如此，有頜類的起源與崛起是“從魚到人”演化過程中最關(guān)鍵的躍升之一。
（本文首發(fā)鈦媒體APP，編輯整理｜李程程）
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