綜合

全球變化和人類可持續(xù)發(fā)展：挑戰(zhàn)與對策

徐冠華，葛全勝，宮鵬，等

摘要：過去20多年來，國際科學(xué)界對全球變化研究不斷深化，逐步形成了人類活動產(chǎn)生的碳排放是全球變暖的重要驅(qū)動力、全球變化影響人類經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展等共識。為應(yīng)對全球變化挑戰(zhàn)，“共同但有區(qū)別的責(zé)任”等原則要求發(fā)達(dá)國家實(shí)行強(qiáng)制減排和發(fā)展中國家采取自主減緩行動，目標(biāo)是在本世紀(jì)末將由人類活動引起的地表增溫控制到不超過工業(yè)化前2℃。但是，處理全球變化與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系必須堅(jiān)持哪些原則，重點(diǎn)開展何種研究，采取什么政策保障還沒有明晰的思路。本文認(rèn)為20世紀(jì)中葉后的全球變化源于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于人類對全球變化問題的科學(xué)認(rèn)識不足，難以支撐人類對地球系統(tǒng)的管理。因而人類應(yīng)對全球變化問題，必須立足于發(fā)展，特別是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步；同時(shí)全球變化問題的任何解決方案必須充分考慮全球化的國際環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展理念。本文提出立足國際和區(qū)域平衡發(fā)展，依靠科技進(jìn)步制定全球變化應(yīng)對對策；必須在人與自然和諧，同時(shí)人類社會自身和諧前提下妥善處理應(yīng)對全球變化與可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系；堅(jiān)持減排與增匯并舉，減緩與適應(yīng)并重等原則。當(dāng)前減排溫室氣體是國際社會減緩全球增暖行動的主要關(guān)注點(diǎn)和著力點(diǎn)，如何合理分配排放指標(biāo)，保證發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都能得到發(fā)展，成為最富有挑戰(zhàn)性的問題。增加陸地和海洋的碳匯在應(yīng)對氣候變化中的作用同樣重要。制定全球變化適應(yīng)方案需要加強(qiáng)兩個(gè)方面的研究：一是研究如何解決人類對食物、能源、水資源和其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的需求；二是研究如何轉(zhuǎn)變生活方式、探索全球氣候變化背景下人類的發(fā)展道路。未來國際社會應(yīng)更好地開展多因子、多學(xué)科、全球性聯(lián)合研究，減少全球變化認(rèn)識的不確定性。對此，本文提出6個(gè)重點(diǎn)研究方向：一是過去2000年氣候變化的事實(shí)，它影響到關(guān)于自然強(qiáng)迫和人類活動對20世紀(jì)變暖的貢獻(xiàn)以及對未來氣候變化趨勢的判斷。二是關(guān)于氣候系統(tǒng)對二氧化碳濃度的敏感性問題，它是將全球變暖歸因于人類活動的理論基礎(chǔ)。三是氣候模式的模擬能力。作為氣候變化研究的主要工具，它直接影響到未來預(yù)估情景的可靠性，雖然經(jīng)過改進(jìn)，模擬結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間的差異顯著減少，但有些差異仍然過大。四是“2℃閾值”的自然和社會影響程度的科學(xué)認(rèn)識。五是氣候系統(tǒng)的年代際自然變率。六是綜合觀測和數(shù)據(jù)集成研究。長時(shí)間、高質(zhì)量的觀測資料及其與地球系統(tǒng)模式的同化有助于減少對全球變化認(rèn)識的不確定性。因此，有必要建立高質(zhì)量、連續(xù)、均一、綜合的對地觀測系統(tǒng)，加強(qiáng)全球變化關(guān)鍵參數(shù)和過程的多變量聯(lián)合觀測研究，海量數(shù)據(jù)的同化、融合技術(shù)與集成應(yīng)用及數(shù)據(jù)共享機(jī)制研究。應(yīng)對全球變化挑戰(zhàn)實(shí)質(zhì)上為人類發(fā)展創(chuàng)造了新機(jī)遇，為促進(jìn)人類能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、改善和恢復(fù)地球生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)人類生產(chǎn)和生活方式改變、國際與區(qū)域間人類社會和諧發(fā)展提供了條件。

來源出版物：科學(xué)通報(bào), 2013, 58(21)： 2100-2106

入選年份：2017

腸道菌群影響宿主行為的研究進(jìn)展

羅佳，金鋒

摘要：腸道內(nèi)定植了數(shù)量眾多、種類豐富的腸道菌群，它們和宿主間形成了互利共生的關(guān)系，對宿主的健康產(chǎn)生著重大影響。近年來，隨著對腸道菌群調(diào)控作用研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)腸道菌群不僅調(diào)控腸道活動，還影響宿主的腦功能和行為。 腸道菌群通過腸-腦軸調(diào)控宿主行為，而腸-腦軸是由免疫、神經(jīng)內(nèi)分泌和迷走神經(jīng)途徑構(gòu)成的腸道和腦之間的交流系統(tǒng)。相關(guān)的動物研究提供了腸道菌群調(diào)控宿主行為的直接證據(jù)。目前調(diào)控腸道菌群的實(shí)驗(yàn)方法主要有無菌飼養(yǎng)、腸道病原菌感染、抗生素處理和服用益生菌。研究發(fā)現(xiàn)，與正常動物相比，腸道菌群發(fā)生改變的動物（無菌動物、腸道病原菌感染以及被抗生素和益生菌處理過的動物）在行為（焦慮、抑郁和認(rèn)知行為等）和神經(jīng)生化上發(fā)生了明顯的改變。例如，無菌動物具有過度的應(yīng)激反應(yīng)、以及相關(guān)腦區(qū)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、5-HT和谷氨酸受體（NR）的表達(dá)異常。抗生素處理則增加了小鼠在明暗箱測試中的探索行為、減少了穿梭的潛伏期以及提高了海馬和杏仁核中BDNF的水平。腸道檸檬酸桿菌感染會導(dǎo)致小鼠的焦慮行為和迷走神經(jīng)節(jié)c-FOS蛋白表達(dá)的增加。益生菌鼠李糖乳桿菌可以改善應(yīng)激小鼠的焦慮和抑郁行為，并恢復(fù)伽馬氨基丁酸（GABA）A和GABAB受體在海馬、下丘腦、杏仁核和前額葉的正常表達(dá)水平。平衡的腸道菌群可以促進(jìn)宿主的身心健康，而腸道菌群失調(diào)則可能引發(fā)腸-腦疾病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。人類常見的腸-腦疾病包括腸易激綜合征（IBS）、炎性腸道疾病（IBD）和肝性腦病（HE）。這類疾病不僅具有明顯的腸道癥狀（如排便異常、消化不良、腹痛、腹脹和腸道炎癥等），同時(shí)還伴有焦慮、抑郁和認(rèn)知功能減退等神經(jīng)精神癥狀。已有大量的研究發(fā)現(xiàn)，腸-腦疾病患者的腸道菌群發(fā)生了顯著改變，且腸道菌群失調(diào)會導(dǎo)致動物出現(xiàn)類似于人類的腸-腦疾病。此外，腸道菌群失調(diào)還可能導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）疾病。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)很可能是導(dǎo)致多發(fā)性硬化癥、精神分裂、慢性疲勞綜合征、阿爾茲海默癥和帕金森癥等的重要原因。因此，對于腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的心理和精神異常，調(diào)節(jié)和恢復(fù)正常腸道菌群的療法可能更直接和安全有效。服用益生菌被認(rèn)為是促進(jìn)心理健康的潛在有效措施，因?yàn)樗悄c道內(nèi)的有益微生物，有利于改善胃腸道環(huán)境和維護(hù)腸道菌群平衡，常見的有乳酸菌和雙歧桿菌。動物和臨床研究的結(jié)果表明，益生菌能夠降低焦慮和抑郁、提高認(rèn)知能力，改善自閉癥、多發(fā)性硬化癥、阿爾茲海默癥和帕金森癥等，有益于人類的心理健康深入了解腸道菌群對宿主行為的影響，有助于更好地理解腸易激綜合征和多發(fā)性硬化癥等的發(fā)病機(jī)理，并認(rèn)識到調(diào)節(jié)和恢復(fù)正常腸道菌群的安全有效措施（補(bǔ)充益生菌）是治療精神心理疾病的重要組成部分。

來源出版物：科學(xué)通報(bào), 2014, 59(22)： 2169-2190

入選年份：2017

可穿戴式柔性電子應(yīng)變傳感器

蔡依晨，黃維，董曉臣

摘要：研究背景：近年來，柔性電子應(yīng)變傳感器件發(fā)展迅速，可以用于檢測各種人體生理活動，包括較大幅度的手、胳膊和腿的彎曲移動以及較小幅度的呼吸、吞咽、發(fā)聲時(shí)肌肉震動、血壓和眼壓等。可穿戴電子傳感器以信號傳導(dǎo)的形式將生理活動信號轉(zhuǎn)換為可視的電信號，在人體臨床診斷、健康評估、健康監(jiān)控、虛擬電子、柔性觸摸屏、柔性電子皮膚,甚至工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。研究現(xiàn)狀：傳統(tǒng)的應(yīng)變電子傳感器件大多基于金屬和半導(dǎo)體材料，受限于其拉伸性和敏感性而不適用于檢測人體活動。與傳統(tǒng)的電子應(yīng)變傳感檢測器相比，柔性電子應(yīng)變傳感器不僅克服了材料易脆的缺點(diǎn)，并且具較好的生物相容性、可拉伸性、透明性及可穿戴性和連續(xù)檢測等優(yōu)勢。目前報(bào)道的柔性電子應(yīng)變傳感器常用的材料包括：納米粒子、納米線、碳納米管、石墨烯和有機(jī)材料等。其中，基于有機(jī)材料的柔性電子應(yīng)變傳感器的發(fā)展最為迅速，在敏感性方面甚至可以和人體的皮膚相媲美。因此，通過將柔性電子器件集成并形成活性感知矩陣可以用于制備電子皮膚，應(yīng)用于人工智能機(jī)器人、仿生假體、人機(jī)互動系統(tǒng)等人造智能系統(tǒng)。結(jié)論：在柔性電子傳感的眾多應(yīng)用中，電子皮膚的研究最為廣泛。然而人類的皮膚是一個(gè)非常敏感的器官，具有集成化、可伸縮的網(wǎng)絡(luò)傳感功能，能夠?qū)⑼饨绲臏囟取穸群陀|覺等刺激信號傳遞到大腦并接收大腦發(fā)送的指令做出反饋，使我們能夠感受環(huán)境變化或避開危險(xiǎn)。研究工作者將柔性電子傳感技術(shù)用于可穿戴式電子皮膚并期望其模擬人類皮膚感受外界的溫度、壓力、形變或紋理等復(fù)雜信號，通過電子皮膚將外界刺激轉(zhuǎn)化為可傳輸?shù)碾娦盘杹磔敵錾踔羵鬟_(dá)大腦的命令。為了模擬人類皮膚的功能，常用的方法是通過柔性電子傳感器的多功能化來提高自身性能，例如：結(jié)合化學(xué)和物理傳感特性、提高生物降解性、增加自供電能力等，通過不斷的完善和發(fā)展提高其實(shí)際應(yīng)用潛力，進(jìn)而制備可穿戴的電子皮膚。近年來，柔性電子傳感器的應(yīng)用越來越廣泛，例如自主人工機(jī)器人技術(shù)，賦予機(jī)器人特殊的接收和發(fā)射信號的能力，達(dá)到照顧年老體弱人群的目標(biāo)；通過物理和化學(xué)修飾制備的多功能電子傳感器可以應(yīng)用于電子鼻、電子眼等，實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度、壓力等外界刺激的監(jiān)控；將電子傳感集成化和模塊化制備成電子芯片，并將其用于電子觸摸屏和智能手環(huán)等。展望：盡管柔性電子應(yīng)變傳感器的發(fā)展非常迅速，但仍需要深入研究和探索其更多的功能和實(shí)際應(yīng)用。下面分別從柔性電子應(yīng)變材料、傳感機(jī)理、器件集成及可穿戴式電子傳感的應(yīng)用等方面對柔性應(yīng)變電子傳感器的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和比較。

來源出版物：科學(xué)通報(bào), 2017, 62(7)： 635-649

入選年份：2017