北京時(shí)間12月3日消息，據(jù)美國《探索》雜志報(bào)道，《探索》雜志日前評出了引領(lǐng)當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的最重要的六大實(shí)驗(yàn)，它們均與現(xiàn)階段熱門科研話題密切相關(guān)，如暗物質(zhì)、環(huán)境保護(hù)、基因研究等。以下是這六大科學(xué)實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)情況

　　“藍(lán)腦”神經(jīng)元束：這是新皮層微電路的視覺圖，顯示的是金字塔形的神經(jīng)元的下突，住處信息經(jīng)過新皮層，通過金字塔形神經(jīng)元發(fā)出，新皮層神經(jīng)元的80%由金字塔形神經(jīng)元構(gòu)成。

“藍(lán)腦”神經(jīng)皮層束里的神經(jīng)細(xì)胞電子傳感器

　　“藍(lán)色大腦”計(jì)劃

　　科學(xué)家試圖憑借電腦模型來攻克科學(xué)中最難理解的幾個(gè)概念：宇宙起源，原子行為及地球未來氣候。如今，科學(xué)家又在設(shè)計(jì)一個(gè)用于顯示人腦活動(dòng)的電腦模型。瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院大腦認(rèn)知學(xué)研究所的神經(jīng)科學(xué)家亨利·馬克拉姆辛勤耕耘15年，成功繪制出老鼠大腦細(xì)胞圖，這樣，他就能制造出模擬人腦神經(jīng)元的系統(tǒng)。馬克拉姆希望，在IBM公司的幫助下，在2015年開發(fā)出一個(gè)虛擬人腦，它擁有人腦所有的1000億個(gè)神經(jīng)元。IBM公司的綽號是“藍(lán)色巨人”(Big Blue)，顯然，“藍(lán)色大腦”(Blue Brain)計(jì)劃中的“藍(lán)色”兩字就來自于這個(gè)綽號。

　　科學(xué)家目前依舊對人腦許多最基本的功能不了解，如記憶、大腦疾病基本原理及治療等等。馬克拉姆的模擬系統(tǒng)以電子形式反映真實(shí)大腦的生物行為，利用數(shù)學(xué)原理模擬神經(jīng)元之間的相互作用及神經(jīng)傳遞素對這些細(xì)胞的影響。另外，這個(gè)模型經(jīng)過調(diào)整，還能探究不同尋常的生理學(xué)變化(如大腦左半球亢奮或海馬狀突起功能遭削弱)和環(huán)境變化(如服藥的影響)。隨著，研究人員可通過電腦圖像對數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。

　　馬克拉姆說：“我們正在打造一個(gè)萬能模板，它能讓我們依據(jù)任何規(guī)格再造一個(gè)大腦。”IBM公司收集了海量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)完成一臺(tái)功能強(qiáng)大的超級電腦，一個(gè)在超級計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方面從根本上革新的系統(tǒng)。這臺(tái)電腦的運(yùn)算能力達(dá)到每秒22萬億次計(jì)算，如此強(qiáng)大的運(yùn)算速度使其位居世界頂級超級計(jì)算機(jī)之列。

　　然而，馬克拉姆的很多同事認(rèn)為，他的這種努力簡直是癡心妄想，因?yàn)榇祟惸M系統(tǒng)無論多么先進(jìn)，都不能揭開真正大腦所有功能的謎底。馬克拉姆承認(rèn)：“人們認(rèn)為這是不可能的，他們認(rèn)為我們對大腦的了解不夠，不足以設(shè)計(jì)出這種模擬系統(tǒng)。”不過，他表示，隨著“藍(lán)色大腦”計(jì)劃在今后幾年的不斷完善，大腦“電路”之謎終將揭開。如果“藍(lán)色大腦”計(jì)劃小組獲得成功，科學(xué)家將首次掌握頗具意義的人腦物理模型。
　“地球時(shí)間”計(jì)劃

　　大約2.5億年前，一場大災(zāi)難使地球上90%的生命滅亡，這一災(zāi)難被稱為“二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交生物滅絕事件”。與此同時(shí)，體積相當(dāng)于圣海倫斯火山100萬倍的一系列火山噴發(fā)，空中彌漫著塵埃和氣體，火山熔巖覆蓋了方圓200萬平方英里的地方?；鹕絿姲l(fā)是否是造成生物滅絕的罪魁禍?zhǔn)?？答案取決于此類地質(zhì)事件發(fā)生的最早時(shí)間及持續(xù)時(shí)間，目前科學(xué)家對此一無所知。

　　伯克利地球年代學(xué)研究中心主任保羅·雷涅說，這是有關(guān)地球歷史的最大疑問之一，“我們對因果關(guān)系的辯論往往取決于時(shí)間選擇。”這就是他和全球數(shù)百位科學(xué)家加入“地球時(shí)間”(Earthtime)計(jì)劃的原因，這一十年之久的努力通過重新定義科學(xué)家所用測算時(shí)間的方法，確定地球歷史上一系列重大事件的時(shí)間順序。這一計(jì)劃由美國麻省理工學(xué)院地質(zhì)專家薩姆·鮑爾林和美國國家自然歷史博物館古生物學(xué)家道格拉斯·歐文聯(lián)合發(fā)起。鮑爾林說：“如果我們確實(shí)想要了解地球歷史，那么必須改善測定年代的工具。”

　　過去十年間，這種工具變得異常精確。上世紀(jì)70年代，科學(xué)家使用放射性同位素定年法，將一塊距今1億年的巖石年代精確到百萬年。今天，鮑爾林及其同事們已將一些古物的地質(zhì)年代的準(zhǔn)確率保持在10萬年之內(nèi)。然而，由于一些小誤差，科學(xué)家的努力始終不能更進(jìn)一步。盡管采用相同的定年法，但由于各實(shí)驗(yàn)室使用不同的材料和方法，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不同。如今，科學(xué)手段越來越精確，因試驗(yàn)失誤造成的小小偏差均會(huì)引發(fā)巨大分歧。雷涅說：“工欲善其事，必先利其器，所以，我們一定要提高工具的精確度，力爭將失誤降低到最低程度。”

　　“地球時(shí)間”計(jì)劃的目標(biāo)是使研究時(shí)間的科學(xué)家所用的眾多“時(shí)鐘”保持同步，隨后利用它們?yōu)榈厍驓v史造出一部超精確的“年表”。為實(shí)現(xiàn)這一目的，鮑爾林及其同事們將一批被稱為“標(biāo)準(zhǔn)”(已知年代的石塊樣本)的參考資料和“追蹤器”(少量成分已知的同位素)分發(fā)下去，幫助不同實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果保持一致。直到目前，各實(shí)驗(yàn)室還在使用不同的“標(biāo)準(zhǔn)”和“追蹤器”，導(dǎo)致所得結(jié)果存在差異。鮑爾林希望，通過賦予每個(gè)科學(xué)家相同的“起跑點(diǎn)”，徹底消除這種問題。

　　以“伐”求“保”計(jì)劃

　　在東南亞島嶼婆羅洲，樵夫、環(huán)保學(xué)生物學(xué)家和土著團(tuán)體攜手對土地使用的新模式展開了一場實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的終極目標(biāo)是讓每一個(gè)人都衣食無憂，不會(huì)餓肚子。如果他們的計(jì)劃最終獲得成功，這一模式可應(yīng)用于全世界的熱帶雨林地區(qū)，生物多樣性將由此得到妥善保護(hù)，而當(dāng)?shù)厝诉€能享受到多產(chǎn)的土地帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

　　馬來西亞沙撈越邦當(dāng)?shù)卣跈?quán)啟動(dòng)“以伐求保計(jì)劃”，目的是實(shí)現(xiàn)“三贏”：既發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)，又保護(hù)野生動(dòng)植物，同時(shí)還使當(dāng)?shù)鼐用裼械乜煞N。政府為此特意撥出近1900平方英里的土地，歸為以伐求保項(xiàng)目試驗(yàn)專用地。其中近一半用于采伐阿拉伯橡膠樹(一種生長迅速的樹種，可用于造紙)，30%以上的土地將用作生態(tài)保護(hù)。剩下的20%留給當(dāng)?shù)赝林死^續(xù)繁衍生息。

　　馬來西亞政府木材承包商Grand Perfect公司環(huán)保部門主任、生物學(xué)家羅伯特·斯特賓表示，這一計(jì)劃的靈感來自于政府規(guī)劃種植阿拉伯橡膠樹區(qū)域圖。其中一些地區(qū)用于采伐森林，剩余部分的森林則維持現(xiàn)狀。斯特賓意識到，這種分塊模式可用作本地動(dòng)植物的“避難所”。他解釋：“即便整個(gè)棲息地得不到保護(hù)，只要你要足夠的林木和空地，而且這些都連成一片，生物多樣性也能夠得到合理利用。”

　　斯特賓與樵夫、沙撈越邦政府林業(yè)部門合作，將連接林業(yè)保護(hù)區(qū)的土地劃成多條走廊，以便野生動(dòng)植物在其間活動(dòng)。其他一些保護(hù)和開發(fā)項(xiàng)目也在利用受保護(hù)的走廊通道，作為拯救本地物種之策。

　　斯特賓的當(dāng)務(wù)之急是給生長在保護(hù)林區(qū)的動(dòng)物建立一個(gè)完整的清單。研究人員現(xiàn)已統(tǒng)計(jì)出野豬、鹿、小型哺乳動(dòng)物、鳥類、青蛙、魚類和蜻蜓等動(dòng)物的數(shù)量，目前正在調(diào)查菌類。他們還詳細(xì)記錄下經(jīng)確認(rèn)的所有物種的情況，如發(fā)現(xiàn)的地點(diǎn)，是否屬本地物種，在當(dāng)?shù)鼗驀H上的受保護(hù)地位。盡管之前林區(qū)遭到采伐，但研究人員還是發(fā)現(xiàn)了400多種脊椎動(dòng)物的身影，如熊、麝貓、短尾猴、美洲豹、貓鼬、穿山甲等，甚至發(fā)現(xiàn)了地球上前所未見的18只蝸牛。斯特賓說：“這個(gè)項(xiàng)目的妙處在于，揭示了動(dòng)物群落的這種彈性和生存能力。”
暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)

　　宇宙中有無數(shù)等待人類去探索的秘密，暗物質(zhì)就是其中一個(gè)。過去75年，科學(xué)家一直在奮力尋找暗物質(zhì)的粒子，但迄今一無所獲。明年，他們也許能從深埋于意大利中部山洞的冰冷液體中找到答案。一個(gè)國際物理學(xué)家小組正在準(zhǔn)備進(jìn)行XENON100實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)雖簡單卻擁有遠(yuǎn)大目標(biāo)：記錄下弱相互作用大質(zhì)量粒子(WIMP)撞向液態(tài)氙原子核、引發(fā)光閃和電荷的一刻。領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施這項(xiàng)研究的哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家埃琳娜·阿普莉萊顯得信心十足：“我們絕對能看到這些物理事件。”

　　根據(jù)最新的理論和發(fā)現(xiàn)，宇宙中暗物質(zhì)的數(shù)量是構(gòu)成我們普通世界的原子物質(zhì)數(shù)量的6倍。盡管每秒鐘都有無數(shù)暗物質(zhì)從我們身邊經(jīng)過，但它們無影無蹤，我們根本看不到它們的蹤影；它們不帶電荷，與原子物質(zhì)間的相互作用并不頻繁，科學(xué)家能發(fā)現(xiàn)它們的唯一途徑就是布下一個(gè)“天羅地網(wǎng)”。目前，全球約有十個(gè)科學(xué)小組正在從事類似研究，但XENON100實(shí)驗(yàn)是迄今保密措施做得最好的。所有試驗(yàn)人員均在地表以下從事研究，避免探測器遭到背景輻射。

　　意大利格朗薩索(Gran Sasso)國家實(shí)驗(yàn)室位于一座山頂下4600英尺深處。XENON100是阿普莉萊之前關(guān)于暗物質(zhì)試驗(yàn)XENON100的增強(qiáng)版，這次試驗(yàn)使用液態(tài)氙(室溫下存在的惰性氣體)捕捉弱相互作用大質(zhì)量粒子。XENON100探測器是一種不銹鋼圓柱體，外面是由兩種鉛和一層聚乙烯打造的保護(hù)性“城堡”。330磅的液態(tài)氙在里面將被冷凍至零下140華氏度。氙擁有一個(gè)獨(dú)具魅力的特性：一旦WIMP粒子撞向其原子核，它會(huì)釋放出瞬間的閃光。圓柱體頂部的一套傳感器會(huì)記錄下這一信號，同時(shí)頂部的傳感器會(huì)探測WIMP粒子釋放的電子。通過分析上述兩個(gè)信號及測量它們的時(shí)間間隔，研究人員便能以三維形式鎖定圓柱體內(nèi)撞擊點(diǎn)位置。

　　暗物質(zhì)并不見得就是由WIMP粒子構(gòu)成，但它們當(dāng)仁不讓是重要候選之一，因?yàn)閃IMP粒子的存在會(huì)填補(bǔ)粒子物理學(xué)理論固有的漏洞。為解決這一矛盾，科學(xué)家提出，所有粒子都有質(zhì)量超大的對應(yīng)物或“超級伙伴”。Neutralino即便質(zhì)量是質(zhì)子的50倍，但在“超級伙伴”之中也是最輕的。它是WIMP粒子的重要候選。如果XENON100實(shí)驗(yàn)最終揭開了Neutralino之謎，這將是人類科學(xué)史上的重要一步。耶魯大學(xué)物理學(xué)家、XENON100小組成員丹尼爾·麥克金賽說：“如果我們找到了暗物質(zhì)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，地球原來并不是由構(gòu)成大部分宇宙的物質(zhì)所形成的。”
　海洋生物大普查

　　浩瀚的大海中都生活著哪些生物？2000年，這個(gè)看似簡單的問題卻引來了一項(xiàng)耗資6.5億美元的研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目將對所有海洋生物進(jìn)行分類記錄，如植物、動(dòng)物、細(xì)菌和真菌。美國羅格斯大學(xué)生物學(xué)家、海洋生物調(diào)查計(jì)劃科學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主席弗雷德·格拉斯勒說：“我們對海洋生物多樣性根本一無所知。無論是珊瑚礁、深海海底，抑或是生活在沿海偏僻地區(qū)的生物，我們知之甚少。”通過幫助研究人員確認(rèn)遭受威脅的物種和棲息地，海洋生物大調(diào)查可以讓人類更好地保護(hù)海洋資源。新發(fā)現(xiàn)的生物堪比一座天然 “化合物金山”，可用于制藥或工業(yè)應(yīng)用。

　　詳細(xì)調(diào)查全世界的海洋生物肯定需要大量時(shí)間，于是，來自80多個(gè)國家的2000余名調(diào)查人員分成17個(gè)小組，對珊瑚礁、大陸架、海洋中心山脊等進(jìn)行分門別類地調(diào)查。另外，他們還實(shí)施了其他一系列的研究，如用拖網(wǎng)取出浮游生物；給大型海洋食肉動(dòng)物掛上標(biāo)牌以跟蹤它們的洄游；排列海水中微生物的DNA；用拖網(wǎng)搜尋海底生物。此次海洋生物大普查的規(guī)模超過了以往任何的生物調(diào)查，如今，這一調(diào)查已進(jìn)入了第七個(gè)年頭，格拉斯勒稱調(diào)查工作正按計(jì)劃有條不紊地進(jìn)行。

　　目前，科學(xué)家已經(jīng)確定了大約5300種之前未知的生物體，每一種將詳細(xì)記錄在“海洋生物大普查”海洋生物地理信息系統(tǒng)中，我們可以免費(fèi)登錄查找相關(guān)信息。加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)海洋生態(tài)學(xué)家保羅·斯尼爾戈羅夫說，科學(xué)家面臨的長期挑戰(zhàn)將是，在這一計(jì)劃的主要調(diào)查工作于2010年結(jié)束之后，如何繼續(xù)調(diào)查新發(fā)現(xiàn)生物體的生態(tài)重要性。他說：“調(diào)查工作的頭10年一直集中于發(fā)現(xiàn)海洋生物。下一步將是探究這些生物的活動(dòng)以及它們對地球運(yùn)轉(zhuǎn)的重要性。”