不可思议的人造物—— 每周科那个幻 62

作者:吕默默来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-01-04

在精子尾巴中,纳米粒子通过激活酶的活性来获得生物功能。这些酶将糖转化为乳酸和能量,使精子能够以每秒5个身长的速度前行。

图1

  曾经有人类学家提出过一个观点,原始人与动物不同的地方在于前者会发明、制造并使用工具。在这个科技昌明的时代,人造工具从简单的石器到各种材质的精巧工具,从简单的水车到今日巨大的水坝,数不胜数,这些“工具”提高了人类的生活水平,帮人类探索更遥远的星空,甚至还改造人类自己的身体。这些工具的诞生大多受益于科技进步,本期我们就来聊聊那些不可思议的人造工具以及相关的科幻作品。

图2

1、 分子机器

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  诺贝尔化学奖2016年授予让 - 皮埃尔·索维奇(Jean-Pierre Sauvage),J·弗雷泽·斯托达特爵士(Sir J. Fraser Stoddart),以及伯纳德·L·费林加(Bernard L. Feringa)。他们做出了只有头发丝千分之一粗细的分子机器。他们成功地将分子连在一起,共同设计了包括微型电梯、微型电机还有微缩肌肉结构在内的所有分子机器。在纳米尺度下打造机器是可能的。这在自然界是存在的。以细菌鞭毛为例,这些葡萄酒开瓶器形状的大分子不断旋转,推动着细菌前进。

  观点:

  足够小的分子机器怎么做出来呢?科学家有两种方法,其中之一就是先做个制造分子机器的机器,是不是有点绕口?可这并没有错,例如生产汽车的机器流水线,就是个例子。第二种方法则是自下而上,例如硅原子,经过一层又一层的喷洒涂层,然后溶解掉若干,这就形成使用电流控制的移动小元件。科学家还制造出来了分子马达,以及电梯(可以将自己提升0.7纳米),这之后还将有各种分子芯片,虽然只能存储20KB的文件,但这相比现在的芯片来说要小很多了。

  看到以上成果,笔者认为距离纳米级别的机器不远了,科学家估计在20~30年内就会出现。分子级别的机器人出现,对于人类癌症以及基因工程有着深渊的影响,对微型机器制造业也有着至关重要的作用。例如霍金先生的摄星计划(在后边的文章里我们会提到)。笔者推荐的是刘慈欣老师的《微纪元》,足够小的人类时代是什么样子的?来读一读大刘的这篇小说吧。

图3

2、 人造血液

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  由Allan Doctor博士领导的华盛顿大学团队目前已经研制出人造血ErythroMer,已证明在动物身上有效,并且有望于未来十年内用于救治伤员。人造血中红细胞的大小只有人类红细胞的百分之二,可以在室温下干燥储存,呈粉末状。Allan Doctor博士表示,“基本上人造血液看起来就像辣椒粉一样”。人造血可以存放于IV塑料袋中,保质期长达一年或更久。人造血ErythroMe仿造人体红细胞的结构功能,携带运输氧气,并在血液循环的过程中缓慢释放氧气。

  观点:

  人造血液令人印象深刻。倘若人造血液可以像真实血液一样为人类提供氧气和营养,这对医学和机器人制造绝对是个好消息。人造血液如果可以携带氧气并运到合适的地方释放,肯定也有与血红细胞相似的作用机理,但至于有多高效,还是只能用于急救,新闻中未提到,但笔者相信,这则新闻如若属实,人造血液造福人类就不远了。

  人造血液的出现可能会解决仿生人的难题。仿生人其实也是机器人的一种,可以设想在未来,人体的所有器官都可以用仿生器官代替,只留大脑,加上人造血液为大脑输送营养和氧气,会大大延长人类的寿命。

  笔者推荐的是科幻电影《超能查派》,虽然和仿生人不同,但换成纯机器身体也一种人类的未来。

图4

3、 近光速飞船

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  美国国家航空航天局(NASA)已与英国著名物理学家斯蒂芬·霍金携手,将共同打造能以五分之一光速飞行的纳米飞行器。霍金今年4月12日在纽约宣布启动“突破摄星”计划,将同俄罗斯商人尤里·米尔纳、美国社交网站脸书创始人马克·扎克伯格合作建造能以五分之一光速飞往比邻星的微型星际飞船。据介绍,计划建造的纳米飞行器以电脑芯片“星片”为船体。报道说,NASA本周在美国加利福尼亚州旧金山一次国际会议上对此建议打造能自我修复的“星片”芯片。

  观点:

  以现有的科学理论,人类不可能制造出来超光速飞行的飞船。霍金先生的摄星计划由巨大的太阳帆和非常微小的飞行器组成,由于不需要携带燃料,自身重量很小,有阳光的地方就可以飞行,时速是现有飞船的1000倍,时速1亿英里。现在问题来了,制造如此小的飞行器技术上比较困难,再有一个宇宙射线会破坏缺少防护的芯片。

  首先要解决的是这两个问题,新闻中提到了芯片内修复,这只是其中的一个解决方法。另一个方法则是分子级别的机器,如果制作的机器足够小,就会省出来足够多的地方来加防护,相关技术出现在上文中的分子机器的段落。所以近光速飞船并非不可能,在未来20~30年会有突破,加上最近科学家发现比邻星的一颗行星有可能位于宜居带,有可能有地外生命,这就更令人兴奋了。

  笔者推荐的是著名科幻作家阿瑟克拉克的《太空帆船》,摄星计划的灵感就来自于此。

图5

4、 15天的胚胎

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  目前,英国和其他许多国家规定,实验室培养的人类胚胎存活不能超过14天,由于技术原因,之前研究中的胚胎从来没有超过7天。但今年初,两个研究团队宣布,成功让实验室胚胎存活长达13天,科学界因此再次引发是否应该修改14天禁令的争论。

  带领团队让人类胚胎在实验室存活13天的剑桥大学发育生物学家玛格达丽娜·泽尼卡-戈茨认为,延长培养天数对科学研究意义重大。两周后胚胎已经成为胚囊,基本器官组织开始形成。“这对科学和社会来说将是一次巨大飞跃。”

  观点:

  研究人类胚胎形成器官的时刻,就意味着科学家可以在人类胚胎上“种植”器官了。在克隆器官和克隆人没有大范围的研究数据之前,这样的实验会有相当的风险,当然伦理上也必然遇到巨大的阻力。

  抛开克隆不说,研究14天以上的胚胎还会受到宗教方面的压力。科学家认为人类拥有自我意识,可是这种自我意识什么时候产生的呢?是在人类胚胎诞生之初,各种器官都成形之后就有的吗?还是从出生之后才产生的?大天数的体外人类胚胎研究因此也会面临宗教方面的阻力,毕竟某些宗教对人类意识或者灵魂有自己的见解。

  笔者推荐的是美国科幻作家特德·科斯玛特卡的小说《观察者》,人类胚胎在妈妈肚子里的时候有观察意识吗?能否造成量子坍塌状态?来读读这篇小说吧。

图6

5、 人造精子

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  最近,康奈尔大学贝克动物健康研究所的科学家们利用纳米粒子将酶固定在特定位置上,首次合成了包含10道工序的“酶生产线”。他们的研究灵感来源于精子。在精子尾巴中,纳米粒子通过激活酶的活性来获得生物功能。这些酶将糖转化为乳酸和能量,使精子能够以每秒5个身长的速度前行。他们的想法是模仿精子的尾部,试图在小型人造装置上实现相同的能量转换效率。

  观点:

  最不可思议的人造物是什么?当然是人类自己,笔者指的是不经过人类的正常繁殖手段,而是利用生物以及医学手段,制造出来人造精子以及人造卵子,把编辑好的染色体注入受精卵,从而完整地制造出来一个人类。

  人类可以制造精子之后,制造出来的“人造人”有各种优点。例如,可以使“人造人”的皮肤进行光合作用,或者制造出来更强悍的身体,让人类不用任何保护措施进行太空漫步。这些都是人造材料或者人造生命未来发展方向。

  笔者推荐的是王晋康老师的科幻小说《类人》,在日新月异的近未来背景之下,对人类定义的解读悄然发生着变化——类人在道德与质疑中寻求生存空间。人造物面对的还有正常人的各种态度啊。

  本期就到这里,我们下期再见。

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