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未来20年新技术展望

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复活猛犸象

在某科幻电影中,有这样一个情节:在夏天的短暂时间里,科学家发现了沉睡在西伯利亚冻土中的冰冻猛犸象。经挖掘,猛犸象终于重见天日,并被冷冻保存起来。生物学家从猛犸象的组织中找到了DNA未受损的体细胞,将其中的细胞核取了出来,再从亚洲母象身上取出未受精的卵细胞,将这个卵细胞的细胞核去掉,换由猛犸象的体细胞核,然后在电火花的作用下,这个已“调包”的卵细胞被激活,像正常受精卵那样发育成胚胎;最后,把这个胚胎移植到另一头亚洲象的子宫内,直到660天以后,克隆猛犸象降临这个世界。

目前从事猛犸象复活计划的日本的入谷教授指出,如今种类不同的亚洲象和非洲象已能联姻生下孩子;与非洲象相比,猛犸象与亚洲象的血缘更为接近,因而用克隆技术复活猛犸象是完全可能的。实际上,像这样的克隆已有成功的先例。比如,用已故野牛的皮肤细胞与家牛的卵细胞克隆出野牛。2003年,生物学家借助死后半天到一天的野羊卵子的周围细胞和家羊的卵细胞,成功地克隆了野羊。

入谷教授的研究小组正在西伯利亚四处挖掘猛犸象的四肢、皮肤、肌肉、骨骼和骨髓等。令人遗憾的是,即使是保存良好的骨髓细胞,其中的DNA也已受到损伤。然而入谷教授并不气馁,坚信只要找到死亡时立即被冰冻的猛犸象,就有可能采集DNA未受损的体细胞。今年7月10日,科学家终于在西伯利亚挖掘出保存得十分完整的猛犸象尸体。可以想像,复活猛犸象对世界的冲击,决不亚于1996年克隆多莉羊。

让失明者重见光明

现在,世界各国正在研究一种“人工视觉系统”:在失明者的视网膜或脑植入电极,这样,一种CCD照相机摄入的图像信息,就可以作为电脉冲给患者视网膜刺激,使一部分失明者视觉得以恢复。在美国,这项研究已进入临床试验阶段。南加州大学的研究小组在失明者的视网膜上植入电极,使患者能分辨明暗与光的变化,识别简单的图像。

在植入电极的方法上,日本大阪大学的方法更为优越:电极不直接接触视网膜,而是植入视网深处的脉胳膜,使视网膜“毫发无损”。日本科学家已在做动物试验,以确认植入电极的长期的安全性和耐久性。一位负责这项研究的科学家认为:“人工视觉系统的第一期目标,是在30厘米处能识别手指的个数。如果研究开发或临床试验比较顺利的话,到2010年左右这项成果就可以进入市场了。”

新一代假肢

假肢研究方面的新进展是令人鼓舞的。日本东京大学从事新一代假肢研究的人员将残肢胳膊的神经与机械臂通联起来,成功地传递抓物时的感觉,使机械臂按自己的意愿行动。

美国匹兹堡大学的安德尔・施沃茨教授的研究小组另辟蹊径,在动物实验中把电极埋入猴子的脑内,通过神经将信号传递给机械臂,使机械臂可以完成各种动作,比如把食物送入嘴里等。

但是,在新一代假肢的研究过程中,还有一些难题有待攻克,例如如何解读神经系统的信号,如何把信号输入神经系统。另外,神经与电极连接也是个大问题,要达到长期进行稳定的输出入信号、没有错位,且对人体的负荷小,制造那样的电极不容易。但是随着微细加工技术的长足发展,正在利用该技术开发柔韧的神经电极,届时新一想的假肢定会展现在人们面前。

智能民航飞机

目前,各国正在研究将生命赋予材料。这些材料与众不同,具有感觉、自我修复、变形以及控制噪声等能力。一旦这类材料用于制造飞机、大厦、桥梁、新干线和隧道等,必将使这些设施和工具的安全性、耐久性和舒适性大为提高。人们将这类引人关注的材料,称之为“智能材料”。

科学家预测不久的将来一种表面具有皮肤感觉、一旦发生损伤马上会感知的民航飞机将问世。这种飞机将用轻而高强度的碳纤维复合材料取代铝材,其内层布满纵横交错的极细光纤,使飞机具有皮肤感觉。一旦飞机发生损伤或畸变,通过光纤中光反射波的变化能够快速把握损伤部位。科学家预测这种智能飞机将在2020年出现在广阔的蓝天。紧接着,人们将在碳纤维复合材料中,埋入形状记忆合金箔的“肌肉”,使损伤部位发生收缩,阻止损伤进一步发展。

实现氯能源社会

现今,人类社会的大部分能源来自于化石燃料。但是,化石燃料燃烧后会释放二氧化碳,引起温室效应,与此同时硫氧化合物和氮氧化合物会造成酸雨。石油、煤、天然气等化石燃料是远古的植物经过几亿年时间储备下来的太阳能源,最多再用上几百年也就告罄了。为此,近年来人们便把目光投向了利用氢能源的燃料电池。

燃料电池是利用氢和氧反应产生电流。在反应过程中排出的仅是水,因而不会污染环境。与普通电池不同的是,燃料电池必须经常供给燃料氢甲醇。正在研究开发的燃料电池是用于汽车的动力源或家用电源,以及手机、笔记本电脑等便携用品的电源。

那么,燃料电池的燃料氢从何而来呢?目前氢主要是从天然气(主要成分甲烷)等化石燃料经过化学制造而来。化石燃料的主要成分是碳化氢,如果从那里提取出氢,则在其反应过程中产生二氧化碳。一些专家认为,最终应该寻找使用再生能源即由水制造氢的方法。

所谓再生能源是指水力、风力、太阳光和潮汐力等可以反复利用的能源,这是从大自然获得的绿色能源。目前在加拿大已尝试使用水力发电,由水制造氢。另外,美国、日本、南非等尝试利用正在开发的新一代反应堆“高温气体炉”大量制造氢的方法。使用从高温气体炉出来的950℃高温的氦气热分解水。用此法制造氢不会产生二氧化碳。专家认为,理论上用高温气体炉制造氢是有希望的。