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施之不当 后患无穷——值得谨慎对待的7项技术研究或决策

2011-2-21 08:48:07
科技日报




科学发展史上从来不乏令人瞠目结舌的奇思异想,这些人类智慧的结晶推动了社会的进步,但有时也难免会给民众制造恐慌。《大众科学》网站近日介绍了几项正在积极开展和实施的研究项目或技术,以及一些备受关注、争议广泛的决策,如果稍有不慎操作失当,或许就会引发不可遏制的严重后果。

合成永生不死的微生物

  以各种匪夷所思的科研项目著称的美国国防部高级研究计划局(DARPA)或许会带领合成生物学迈上一个令人毛骨悚然的新台阶。2011年,DARPA投入600万元开展一项被称为“生物设计”的新工程,意在消除“自然进化进程的随机性”,创造出具有特定功能的生物,比如可清理泄漏油污的微生物或用于修复损伤的皮肤细胞。不过,DARPA想要打造的是一种“最终可通过编程而永生不死”的生物,但为了以防万一,研究人员还将为这些合成生物开发一套“自毁”程序。

  在预定时间或者当细胞偏离预期环境时,“自毁”程序就会启动并将细胞毁灭,不过这项自我毁灭功能却很少在实验室外经过测试。而且,并没有办法可以限制细胞与其他细胞或自身生存环境之间的相互作用,同时也不能保证这些细胞不会发生变异或复制错误,比如,合成的皮肤细胞有可能会出现失控性地增殖,形成癌症状肿瘤。

  此外,也没有什么办法可以确保这些合成生物不会与环境中的其他生物共享遗传物质,从而产生令人无法预料的新型微生物。“工程师希望他们能够设计出行为表现同预期一样的生物。”纽约大学生物学助理教授大卫·格雷沙姆说,“但只要将其放入某种精心选择的环境中,进化将会发挥主导作用。”

  这种永生不死的细菌的出现或许还有待时日,但DARPA合成DNA(脱氧核糖核酸)混合进其他生物的可能性却是真实存在的。“基因从一个微生物向另一个微生物的转移从未间断过。”亚利桑那州立大学传染病与疫苗学中心主管罗伊·柯蒂斯说。

  而在独立研究小组“合成生物学项目”的研究人员托德·库依肯看来,“最坏的情况”将是,“自毁开关失灵,然后这些合成生物开始启动正常的交配、变异和分裂进程” 。亦或者,“自毁”程序的工作状态过于良好:试想一下,如果一个安装了“自毁”开关的合成生物成功与一些对于海洋食物链来说至关重要的微生物杂交并繁育出后代,进而引发大范围的死亡,其后果绝不亚于石油泄漏给海洋造成的影响。

  如何能做得更好:合成生物学领域的研究不会停止,但科学界需要制约与平衡。正如斯坦福大学生命伦理学家米尔德丽德·赵和大卫·雷尔曼所言,建立“有效的监督机制”将极具挑战性,但却至关重要。

关闭互联网

  如果想要关闭互联网,最好的一次机会可能出现在1969年,当时它仅仅只由两台计算机组成。不过最近几年,出于对“网络攻击”的担忧,美国国会一直在商讨选择这一举措作为应对之策的可行性。

  2009年,参议员杰伊·洛克菲勒曾提出一项议案,建议授予总统“下令断开重要基础设施信息系统或网络”的权利。虽然该议案并未获得通过,不过,参议院第3480号提案——《像保护国有资产一样保护互联网空间法案》又紧接着出台了。作为提案人,参议员乔·利伯曼表示,一旦得以通过,该法案将允许总统命令互联网服务提供商“将美国的网络与来自另一个国家的所有流量切断”。

  构建这样一个互联网开关将是极为困难的。源自他国的数据包可以经由很多渠道进入美国,比如通过卫星、海底电缆、分组无线技术或路由第三国等;而且,数据包可以被“改头换面”,或者指定一个伪造的IP地址,这就意味着并没有万无一失的方法可以确保哪些数据包是源从国内而哪些又是来自国外。

  即使有可能将整个美国的电信系统与世界其他地区完全切断(无论采用何种方式,不考虑时间和金钱成本,不计较网速显著减慢),也并不能阻碍“魔高一尺”的黑客。有先例为证:去年11月,荷兰警方关闭了网络,但在140多个位于荷兰境内的Bredolab僵尸网络控制服务器的命令下,3000万台遭病毒感染的僵尸电脑“大军”仍能够不停发送垃圾邮件。在这个云计算时代,不论身处何方,任何人都可以按小时租用服务器,仅仅依靠一个开关来终止网络攻击行为可以说是无济于事的。

  事实上,局面可能因此变得更糟糕:开关的出现反倒会成为摆在黑客面前的一个诱人的目标。在以前,破坏整个网络几乎是不可能的;而现在,黑客可以简单地入侵这个终止开关系统本身。网络恐怖主义分子甚至可以采用一种更狡猾的方式,只需假装进行一次网络攻击,就可以诱使美国自己启动开关。没有人真的知道接下来会发生什么,不仅电子邮件无法发送,而且银行的自动柜员机、证券交易以及各类资金往来活动可能都将受到影响。而随之出现的另一个挑战将是:如何让一切重新步入正轨?

  如何能做得更好:不要关闭互联网。要帮助互联网用户防范间谍和黑客,终端到终端加密(所有互联网流量的完全加密)所起的作用更大,无论这些攻击举动是来自美国国内还是国外。

转基因蚊子

  作为疟疾、登革热和黄热病等疾病的载体,蚊子可谓是地球上最致命的生物,每年导致数百万人死亡。随着地球变暖,蚊子也在不断扩大自己的地盘,这些疾病也随之扩散,过去5年中,美国已经出现了上千例热带疾病登革热病例。长期以来,人们都使用滴滴涕(DDT)来控制蚊子的繁殖数量,但现在DDT已被普遍禁用。许多科学家相信,蚊子能够迅速对杀虫剂产生抗药性,这也是基因技术用于除蚊战斗的部分原因。

  一般来说,基于基因技术控制蚊虫项目的目标是要么杀死它们,要么让它们变得无害。比如,约翰·霍普金斯大学的研究人员正在通过激活一种基因来培育可抗疟疾的蚊虫,该基因编码的蛋白质能够阻止疟疾感染。而英国Oxitec公司已经改造出了一种必须依靠一定剂量的四环素才能存活的蚊子,在野外,这些蚊子的存活时间只够完成交配,并将其体内的四环素成瘾基因传递给后代。在去年于开曼群岛进行的实验中,Oxitec公司的转基因蚊子在短短6个月内就能使种群数量减少80%。

  但问题是,我们并不完全了解蚊子以及它们所携带的疾病会如何适应这样的实验,新型的疟疾和其他疾病可能会因此出现。伦敦卫生与热带医药学院的疟疾专家乔·莱恩斯将这一过程形容为“一系列军备竞赛,而(疟疾)寄生虫一贯都是赢家”。Oxitec公司的四环素成瘾蚊子所产生的后代中有3%得以存活,如果这些蚊子与野生的蚊子繁育出下一代,会导致怎样的后果?

  转基因技术诱发蚊子出现的变化甚至可能转移到其它动物身上。横向基因转移(跨越交配障碍的基因交换)可能导致蠓、蚋和墨蚊出现相同的突变,包括孵化后不久即死亡等特征,而作为鸟类、蝙蝠、青蛙和鱼食物来源的昆虫集体暴毙,对整个食物链来说都将是一场灾难。

  如何能做得更好:美国蚊虫控制协会的技术顾问乔·康伦赞成同时使用多种手段,包括喷洒杀幼虫剂,相较于针对成年蚊虫的杀虫剂而言,其对环境的破坏程度更轻;设置可吸引产卵雌蚊的诱蚊器;避免水蓄积,以防止蚊虫滋生。

会飞行的军用“悍马”

  去年4月,DARPA为驻阿富汗美军士兵提出了一种躲避道路上的简易爆炸装置或者解决道路无法通行问题的新奇办法:乘坐“飞行悍马”飞过去。

  DARPA出资5000多万美元启动的这项名为“变形金刚”的探索性方案力求打造一台“结实的地面车辆”,并能够很快变形成为一架垂直起降的飞机,其有效载荷能力可达1000磅(约453.6公斤),飞行距离约300英里(约483公里)。任何想接下这份合同的承包商都将面对DARPA拿出的近乎苛刻的规格单:它必须能够抵挡轻武器的射击,同时满足联邦规定的安全性和碰撞保护标准;还得有四轮驱动,并能飞上10000英尺(3048米)的高度;在驾驶员无行为能力时,它还可以自动飞行。

  这些要求可不低。制造一辆飞行汽车面临的基本挑战就是要将地面装甲车和直升机这两种截然不同的最佳设计融合在一起,同时又不能牺牲太多各自的性能。早在上世纪50年代,美国军方就曾考虑将Piasecki PA-59K直升机改装成飞行吉普,但由于军事研究经费削减而放弃了这一项目。虽然现在材料科学和推进技术方面取得的进步可以让工程师们不再那么取舍两难,但许多挑战依然存在。

  首先就是重量问题。美国国家航空航天局的工程师马克·摩尔说,通常情况下,常规飞机的有效载荷每额外增加1磅,其自身重量就会增加约3磅,而垂直起降飞机的有效载荷每额外增加1磅,其自身重量就会增加约5磅至6磅。想象一下,一架配备有装甲车的垂直起降飞机同时搭乘4名士兵和他们的装备,其所需要的紧凑的无转子推进系统意味着在起飞时掀起的碎石可形成一个“相当于飓风速度的流场”,这种情况下想要进行秘密军事行动是不可能的。

  而在安全性方面,“飞行悍马”或许能够跨越设置在道路上的简易爆炸装置,但叛乱分子只需简单地瞄准挂装了油箱的机翼,就能造成机毁人亡。在伊拉克战场上,美军就曾有过飞行速度更快、机动性更好的黑鹰直升机被击落的先例。

  至于自动驾驶功能,在DARPA于2007年举办的无人驾驶汽车城市挑战赛上,最后入围的参赛车辆中有近一半无法执行基本的驾驶任务,有什么理由相信,面对战场上敌方的攻击,一辆内在不稳定的“飞行悍马”在自动驾驶时能够有更优异的表现?

  如何能做得更好:专注于制造更耐用、更具灵活性的真正悍马。“我们还没有一辆能够应付恶劣地形的军用车。”军事分析师、退役少将罗伯特·斯凯尔斯说。

深入钻探超级火山

  公元79年,位于意大利南部那不勒斯附近的活火山维苏威火山剧烈喷发,摧毁了著名的庞贝古城,当时周围的民众没有收到任何警告,超过1万人因此死亡。但这还不是最坏的,与其相邻、能量更大的弗莱格雷营火山近年来出现喷发迹象,一旦这座超级火山爆发,造成的后果可能会更糟。

  那不勒斯的大部分城市规划区都位于弗莱格雷营火山之上,这座火山与印尼的坦博拉火山规模相当,