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这三大教科书级基础科学突破如何推动人类进步

文字 《中国科学报》记者 张文静

当英国物理学家查德威克通过实验发现了一种新粒子——中子时,他一定没有想到90年后的人们会从他的发现中受益,利用核能发电。

2022年是联合国指定的“基础科学促进可持续发展国际年”。 教科文组织将于2022年7月至2023年6月底举办相关活动。

“基础科学是实现可持续发展的必要条件,”该项目的官方网站写道。 “基础科学为我们应对食品、能源、健康、通信技术等领域的关键挑战提供了必要的手段。”

今年不仅是发现中子90周年,也是首次提取青蒿素50周年和首次全球海洋考察150周年。

这些教科书级的基础科学重大突破,是科学研究促进可持续发展的生动例证。

它们不断提醒人们基础科学对人类发展的重要性。

50年前青蒿素的发现减轻了人类疟疾的痛苦

屠呦呦因发现青蒿素以及对治疗疟疾的杰出贡献而获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。

青蒿素的发现造福了全人类。 今年是首次提取青蒿素 50 周年。

疟疾是一种严重危害人类健康的传染病。 20世纪60年代,氯喹对疟疾无效,人类遭受疟疾之苦。

在此背景下,1967年5月23日,中国政府正式启动“523”国家工程,加强抗疟药物研究。 1969年,屠呦呦被选为该项目研究组组长。

开始抗疟研究后,屠呦呦和他的同事们广泛收集历代医学书籍,查阅群众提供的药方,并向老中医专家请教。

短短三个月时间,他们收集了2000多种草药,精选了640种可能有效的草药,形成了“疟疾单秘方宝典”。

在最初的药物筛选和实验中,屠呦呦团队测试了380多种提取物。 然而,大多数结果并不令人满意。

他们没有放弃。 最后,在1971年,一个转折点发生了——青蒿提取物产生了理想但不稳定的抑制率。

那么,如何解决青蒿提取物实验功效不稳定的问题呢? “你再低下头,看看医书吧!” 屠呦呦的坚持激励了整个团队。

这时,东晋葛洪《急方》中治疗寒热疟疾的方剂进入了屠呦呦的视线。 “青蒿一把,浸二升水,绞出汁,全饮之。” 她陷入了沉思。 古人为何采用“绞汁”而不是中医常用的煎煮方法? 经过深思熟虑,屠呦呦重新设计了低温条件下提取青蒿有效成分的方案。

1971年10月4日,在中国中医研究院中医研究所的实验室里,研究人员屏息等待青蒿醚中性提取物样品抗疟试验的最终结果。

结果表明,提取物对疟原虫的抑制率达到100%。 实验室沸腾了。 1972年,屠呦呦等人提取出抗疟活性成分青蒿素。

自此,青蒿素及其衍生物成为世界上治疗疟疾最有效的药物,挽救了数百万人的生命。

2015年,联合国提出17个可持续发展目标,其中之一是“确保健康的生活方式,促进各年龄段人民的福祉”,并提出到2030年“消除艾滋病、结核病、疟疾和流行病等”。防治被忽视的热带疾病,并防治肝炎、水传播疾病和其他传染病”。

毫无疑问,在抗击疟疾这一威胁人类生命健康的重大公共卫生挑战中,青蒿素基础科学研究发挥着至关重要的作用。

90年前中子的发现打开了核能时代的大门

充足的能源是人类可持续发展的必要条件,但当前以化石燃料为主的能源体系越来越不能满足环境保护的需要。

开发利用新型清洁能源已成为必然趋势。 其中,核能已成为人类应对能源挑战的选择之一。

人类之所以进入核能时代,得益于90年前的基础科学研究项目中子的发现。

1932年,查德威克设计了一个实验,用α粒子轰击铍,然后用铍产生的射线轰击氢和氮,产生氢和氮原子核。

他测量了被冲出的氢和氮原子核的速度,并由此计算出新粒子的质量。

查德威克认为,只能通过假设铍发出的射线是质量与质子相似的中性粒子来解释。 该粒子不带电,因此被称为“中子”。

查德威克因发现中子而获得 1935 年诺贝尔物理学奖。

中子发现后,原子核由质子和中子组成的理论假说被科学界普遍接受。

中子不带电,很容易接近原子核并被吸收。 这让科学家们产生了中子可以作为“炮弹”轰击各种元素原子核的想法,从而带来了一系列重要发现。

例如,物理学家费米和他的同事用中子轰击元素周期表中的所有元素,并识别出由此产生的放射性元素。

费米发现的“慢中子”引起的反应为后来重核裂变链式反应和核反应堆理论设计的研究奠定了基础。

这些发现为人类利用核能奠定了基础。

可以说,“中子”敲开了人类进入核能时代的大门。

核电站利用原子核内的能量大规模发电。

一座100万千瓦的核电站每年只需补充30吨左右的核燃料,而同等规模的火电厂每年要燃烧300万吨煤炭。

如今,核能在建设现代能源体系、保护生态环境、应对气候变化、实现碳中和目标等方面发挥了重要作用。 但核能发展的成本、安全等问题的进一步解决仍取决于相关基础科学。 发展。

150年前首次全球海洋科考奠定海洋保护基础

在17个可持续发展目标中,“保护和可持续利用海洋和海洋资源以促进可持续发展”位列其中。

联合国官方网站写道:“海洋生物多样性对人类和地球的健康至关重要。”

要保护和可持续利用海洋和海洋资源,我们首先必须了解海洋。

人类全面认识海洋的第一步,始于150年前的全球海洋科考。

1872年12月7日,“挑战者”号科考船从英国朴茨茅斯起锚起航。

船上除了243名船员外,还有以英国爱丁堡大学博物学家维维尔·查尔斯·汤姆森为首的六名科学家。

该船是从英国皇家海军租用的。 为了方便科学家保存和分析样本,船上还特意增设了科学实验室和仓库。

这是人类历史上第一次综合性海洋科学考察。

1876年5月26日,“挑战者”号返回香港。 历时3年零5个月,这艘科考船远航大西洋、太平洋、印度洋,勇敢地进入了前人未曾去过的地方。

这次海洋科考在科学史上具有重要意义。 科学家首次使用逆温计测量深海水温及其季节变化。 他们采集了大量海洋动植物标本、海水和海底沉积物样本,发现了715个新属。 海洋生物新物种4,717个; 验证了海水主要成分比例恒定的原理; 编制了第一张世界海洋沉积物分布图。

此外,他们还测量了勘测区域的地磁和水深情况。

1877年起,汤姆森和科考队另一位科学家约翰·默里带领70多名科学家编写了《挑战者号远航科学成果报告》。

这项庞大的编纂工程直到 1895 年才完成。

报告共50卷,其中动物学40卷、植物学2卷、物理化学2卷、概述5卷。 还有一本专门介绍深海沉积的附加卷,总计 29,500 页。

“挑战者”号的远航壮举和随后产生的50卷科研报告正式宣告了现代海洋学的诞生。

默里在报告中称赞这次探险是“自十五世纪和十六世纪伟大航海以来对我们星球最伟大的智力探索”。

数百年来,正是这些致力于“智力探索”的基础科学研究努力,才使得人类对世界规律有了更深刻的认识。 在此基础上,推动了人类生产生活方式的重大变革,使之最终进入可持续发展的新阶段。

今天,基础科学研究及其带来的科技创新浪潮,在保障人类健康、应对气候变化、发展清洁能源、保护陆地和海洋生态系统等、构建可持续发展美好蓝图方面仍然发挥着重要作用。发展。 。

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