转基因技术，是指利用分子生物学技术，将人工分离和修饰过的基因导入到特定生物体的基因组中，使特定生物在性状、营养或消费品质等方面满足人类需求的一门生物技术。转基因技术的出现，最初是为了达到将外源基因导入到特定生物体，观察生物体表现出的性状，进而揭示基因功能的目的。在科学家们的努力下，外源基因的导入技术由初试至成熟，经历了显微注射法、脂质体介导法、基因枪法、电击法、农杆菌介导法、体细胞核移植法等多代技术的发展。1983年，含有抗生素抗性基因的转基因烟草的出现，标志着世界上首个真正的转基因生物的诞生。而首例转基因食品，则是1993年投放在美国市场的转基因晚熟西红柿，它的出现也标志着转基因食品时代的到来。

    农业上，人口增长与粮食匮乏的矛盾日益尖锐。据推测，2025年全球人口将达80亿，这意味着粮食产量要比1990年提高80％才能满足需求，而单纯寄希望于耕地面积的扩大和灌溉能力的提高是难以实现的，唯有改良和选育高产作物品种才能实现。而转基因作物在产量、抗逆性和品质等方面具有显著优势。医学上，通过转基因技术实现治疗遗传性疾病已成为一项重要的手段。1990 年，美国国立卫生院的科学家以反转录病毒为载体，把腺苷脱氨酶基因导入到一名患ADA缺陷症的女孩体内的淋巴细胞中，使这个患者先天缺损的免疫系统趋于正常。

    以转基因生物为直接食品或者以之为原料加工生产的食品是转基因食品，而转基因成分通常是指食品中含有的外源基因以及由它编码的蛋白质。换言之，转基因食品未必都带有转基因成分，而不带转基因成分的转基因食品与非转基因食品没有差异。目前转基因大豆的核心在于大豆作物中含有具有抗虫效果的BT蛋白，为了避免可能出现的负面作用，国家规定进口大豆只能用来榨油和作为饲料，而在榨油的过程中BT蛋白已经作为废渣等被去掉，食用转基因大豆油的实际成分，仅为从大豆中提炼出来的脂质，并不含BT蛋白。换言之，转基因大豆油与非转基因大豆油的化学成分完全一样。

    另一方面，BT蛋白的毒性也是相对的。含BT蛋白的转基因大豆被昆虫吃下之后，BT蛋白与昆虫体内的特异性受体结合，产生毒性蛋白复合体，进而杀死昆虫。而人类并不存在这种特异性受体，所以即使人食用BT蛋白，体内也不会产生毒性物质。而且实际上，用细菌培养生产出BT蛋白，并作为生物农药喷洒到农作物上的做法，已施行了几十年，转基因只不过是让这种“绿色农药”的加工生产在植物体内自行完成而已。相比之下，非转基因大豆在种植的过程中，虽然没有转基因成分，但是受到害虫肆虐的影响，需要喷洒大量的农药，残留的农药化学成分对人体的危害性反而更大。

(摘自《中国科学报》，有删改)

下一代触屏手机什么样？

    不管触屏手机多么方便，有一点你不能不承认：你手指下的东西，一支笔也罢，一片树叶也罢，摸起全像玻璃。因为目前的触屏技术，还无法赋予虚拟物体以真实的质地感。人有5种感觉，但在手机和平板电脑上，目前充分实现的只有视觉和听觉，对触觉的模拟还处于初步阶段，味觉和嗅觉则还完全没有。

    下一步我们将有望进入超级触屏的时代。未，虚拟事物将更加逼真地呈现在你的面前，对它们的操作几乎可以跟操作真实物体相媲美。在指尖这么小的方寸之地，如何才能实现这一点呢？唯有借助触幻觉。

    有一种触幻觉叫电振动，这一现象是在1953年偶然发现的。一天，美国化学家爱德华一马琳克洛德接触了一个黄铜制的插座，他注意到，当灯亮时，其表面给人的感觉好像要粗糙些。通过进一步的实验，他发现正是微羁的交流电导致了这种幻觉。我们知道，交流电以某种精确的频率振荡。当你把手指放在通交流电的屏幕上，由于静电吸引，在你手指皮肤下面就有电荷堆积起。电荷的数量将随着交流电一起振荡，所以在你手指和屏幕之间的静电吸引力也随着时间变化。当手指在屏幕上移动时，这个静电力将吸住你手指的皮肤，阻碍它移动：由于静电力是周期性变化的，这将诱导你手指上的皮肤也发生周期性振动。这种轻微的振动将会被手指上的触觉感受器探测到。由于这类皮肤的振动本质上跟手指滑在像木头、砂纸等毛糙物体表面时的感觉是一样的。所以大脑就把它解释成了你在触摸质地粗糙的物体。

    2010年，美国一位工程师利用电振动制造触幻觉的原理开发了一款具有虚拟质地感的触屏，可以安装在自动取款机、手机上。测试表明，一般说，高频电流比起低频电流会让屏幕摸起更光滑些。比如，当电流频率在400赫兹时，屏幕摸起像一张纸，而在80赫兹时，则像凹凸不平的皮革。原则上，设计者还可以用这个效应设计具有不同质地感的网页或者应用程序。例如，我们可以把电子书的页面做成像真实的纸张一样粗糙。当然了，这种虚拟的质地感目前让人感觉还不太自然，但有一点可以肯定，未的手机或者ipad上，任何囹标再不会摸起千篇一律都像玻璃了。

    在现实世界中，一个装满东西的筐总比没装东西时提起更加费劲些。可是在触屏手机或平板电脑上，一个文件夹不论空的还是满的，用指尖拖动起并没有区别。这说明，目前的触屏比起真实世界还缺少一样元素：力感。

    美国科学家伊德。科格特正致力于改进虚拟键盘，使它用起感觉更像真实的键盘：当你按下一个键的时候，你的手指会感到有一股轻微的抵挡力。科格特的设计也用到了电振动的原理。他设计的振动发生在两个方向：垂直于屏幕的方向和沿屏幕的水乎方向。所以，最后的效果是两个方向上的振动之合力。我们只要事先把两个振动调整到合适的“步调”（在物理学上称为相位），这股合力就可以把手指一瞬间推向左边，一瞬间推向右边。由于振动频率非常高，我们最后所能感觉到的平均效果是，手指在垂直方向遇到了一股阻力。经测量，这个力大约70毫牛顿，大致相当于按下一个真实的键时所受的抵抗力。通过这种技术，我们就可以在虚拟键盘上获得真实的按键体验。

    总而言之，未触屏技术将极大地改变我们跟数字世界打交道的方式。对于信息，我们将不仅局限于看和听，还可以触摸。在真实世界日益虚拟化的同时，虚拟世界却日益真实化了。

（选自《大科技科学之谜》2013年第1期，有删改）

    相信未来，并且开始研究未来，这股热潮正愈演愈烈。人类科技的发展一直处于加速之中，技术精英们愿意相信人类正处在技术爆发的节点上，各种如梦幻般的想象正徐徐成为现实。而站在更大的时间尺度上来看，人类文明的出现和繁荣可能只是地球周期性物种大灭绝之间的一朵浪花。对于一个物种来说，美好的未来或许在于更适应环境的进化，而对于地球生物的总体而言，最美好的未来可能在于躲过几百万年一次的生物大灭绝。人类文明的不断进步，与其说是奔向理想中的人间天堂 ， 不如说是在重重危险之中的弦歌不辍 ， 为自身寻找一丝生机。

    人类面向未来、探索宇宙，就需要适应前所未有的生存环境，通过游戏进行练习也是一种重要的方法。“游戏精神”已经开始成为一种时代精神：把生活中的困难或是遇到的不同阻碍，看作是游戏中的“打怪”，把克服困难看作是“过关”。现代人的这种“游戏精神”之中带有一种乐观和顽强，同时也含有最终必将“通关”的信心。坚信未来必定会更好，一个美好的结尾正在游戏终点等待着我们。虽然游戏是虚拟的，但是虚拟世界对于现实世界的作用比想象中更加强烈，比如社交网络上的交流方式已经开始改变人们现实中的相处方式，网络上的“点赞之交”已经成为一种新的社交规范。网络化、电子化的社交，是否可能在亿万年之后，当人类文明遍布星际之时，成为人类最基本的社交方式？

    爱因斯坦说过：“我从不担心未来，它到来得足够快。”关心未来、意识到未来的存在，是高等智能生命所独有的能力。我们逐渐认识到，未来是由无数的现在拼接而成的。我们应该从不同的角度来理解人类目前的处境，学会在奔向未来的过程中面对种种机会和危险。

（取材于《科学》杂志和美国航空航天局相关报道）

    永远膨胀下去的宇宙的未来相当乏味。但是一点也不能肯定宇宙是否会永远膨胀。我们只有大约为使宇宙坍缩的需要密度十分之一的确定证据。然而，可能还有其他种类的暗物质，还未被我们探测到，它会使宇宙的平均密度达到或超过临界值。这种附加的暗物质必须位于星系或星系团之外。否则的话，我们就应觉察到了它对星系旋转或星系团中星系运动的效应。

    为什么我们应该认为，也许存在足够的暗物质，使宇宙最终坍缩呢？为什么我们不能只相信我们已有确定证据的物质呢？其理由在于，哪怕宇宙现在只具有十分之一的临界密度，都需要不可思议地仔细选取初始的密度和膨胀率。如果在大爆炸后一秒钟宇宙的密度大了一万亿分之一，宇宙就会在十年后坍缩。另一方面，如果那时宇宙的密度小于同一个量，宇宙在大约十年后就变成基本上空无一物。

    宇宙的初始密度为什么被这么仔细地选取呢？也许存在某种原因，使得宇宙必须刚好具有临界密度。看来可能存在两种解释。一种是所谓的人择原理，它可被重述如下：宇宙之所以是这种样子，是因为否则的话，我们就不会在这里观测它。其思想是，可能存在许多具有不同密度的不同宇宙。只有那些非常接近临界密度的能存活得足够久并包含足够形成恒星和行星的物质。只有在那些宇宙中才有智慧生物去诘问这样的问题：密度为什么这么接近于临界密度？如果这就是宇宙现在密度的解释，则没有理由去相信宇宙包含有比我们已探测到的更多物质。十分之一的临界密度对于星系和恒星的形成已经足够。

    然而，许多人不喜欢人择原理，因为它似乎太倚重于我们自身的存在。这样就有人对为何密度应这么接近于临界值寻求另外可能的解释。这种探索导致极早期宇宙的暴涨理论。其思想是宇宙的尺度曾经不断地加倍过，正如在遭受极端通货膨胀的国家每隔几个月价格就加倍一样。然而，宇宙的暴涨更迅猛更极端得多：在一个微小的暴涨中尺度的至少一千亿亿亿倍的增加，会使宇宙这么接近于准确的临界密度，以至于现在仍然非常接近于临界密度。这样，如果暴涨理论是正确的，宇宙就应包含足够的暗物质，使得密度达到临界值。这意味着，宇宙最终可能会坍缩，但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多。

材料一：

“人类基因组计划”不仅找到了各种人类基因，积累了大量基因组数据，还积累了由基因组转录出来的各种RNA(核糖核酸) 数据，以及由mRNA翻译产生的各种蛋白质数据。RNA的集合称为转录组，蛋白质的集合称为蛋白质组，机体所有代谢产物组成代谢组，此外还有表观遗传组等。通过大数据研究这些“组”及其相互关系的工作即称“组学大数据”研究，组学大数据的介入成为当代生物医学发展的典型特征。

精准医学是组学大数据与医学的结合。有了这些大数据，我们就能够从分子水平上了解人体生长、发育、正常生理活动的本质和基础，还能够通过对健康人和病人组学大数据的比较找到各种疾病在分子水平的病因。我们已经知道，有6 000种以上的人类疾患是由各种基因突变引起的，有人估计与癌症相关的原癌基因约有上千个。

精准医学使疾病诊断更加准确，也使治疗更加有效。例如“基因治疗”，就是将正常外源基因通过基因转移技术插入病人的适当受体细胞中，使外源基因制造的产物得以纠正或补偿因基因变异或基因表达异常引起的疾病。目前，基因治疗的对象已经由单基因遗传病逐步拓展到恶性肿瘤、感染性疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病、代谢性疾病等重大疾病。再如，“靶向药物”。当我们知道哪些基因序列变化会导致疾病，就可以通过测量局部基因序列来鉴定导致疾病的基因。比如，特定基因的突变可引起癌症，这些突变了的基因就是肿瘤治疗的目标，也就是“靶向”，针对这些靶向设计的药物就是靶向药物，靶向药物的治疗目标是具体的、精确的。比如，赫赛汀就是以特定基因为靶向设计的乳腺癌治疗药物。

精准医学更深远的意义还在于把医疗的关口前移和重心下移。关口前移指的是重视对疾病的早诊早治和预警预测，重心下移指的是将工作重心下移到社区和基层，加强健康管理，这样就比医生一个一个诊治病人高效得多。在医疗健康领域，应通过大数据进行人群队列研究，针对不同人群特点采取不同疾病诊治和健康管理措施，提高整个人群健康水平和医疗效能。实现精准是目标，但我们现在离这一目标还有很大距离，存在多方面巨大挑战。比如人类基因组解译的挑战。人类基因组上编码蛋白质的区域只占一小部分，不超过整个基因组的3%，其余97%左右的DNA序列统称为非编码DNA。近年来大量研究表明，占人类基因组97%的非编码序列具有重要的生物学功能，且与人类疾病直接相关。迄今为止，我们对这些非编码序列以及相关的非编码基因和非编码RNA的功能只有很少的了解。

(摘编自陈润生《从基因组大数据到精准医学》)

材料二：

中医药是在长期医学实践经验的基础上发展而来的一种医学形式，从整体上来看，中医药学比较强调整体的证候，在客观的医学证据以及精细化设备上还是有所欠缺，在很大程度上制约了我国中医药学的发展水平。而精准医学不仅结合了中药学、生命科学的医学内容，同时具有现代化的医疗手段，可以弥补中医药的不足。因此，中医药要以精准医学为创新发展的目标，弘扬精准医学的优势特色，在治疗方面要以“精准诊断”“精准治疗”为切入发展的治疗点，进一步凸显中医药整体性、动态性的诊疗特色。

中医习惯将辨证治疗视为治疗的出发基点，以证候的变化和相应的改善作为治疗成功的有效依据。然而，中医多以非特异性的主观证候群为其开展治疗工作的基础，相应的治疗评价也是根据主观证候群体的变化和改善做出的相关判断。从很大程度上来说，非特异性的主观证候群由于其生物基础不明确，相应的反应灵敏度也欠缺，很难获得公认。针对于此类问题，医学人员可以将精准医学和中医学进行相应的结合，进一步强化中医精准诊断的力度，可以依据人体尿液、血液等内源性物质的变化，反应患者整体的健康水平。

中医在长期的实践过程中形成了同病异证以及同病异治的诊疗理论和相应的治疗模式。而现代化的精准医学往往会根据不同的证候类型，采用不同的治疗方式。举个例子来说，西医诊断为慢性心衰的病人，中医可以进一步地划为肾阳虚和非肾阳虚两种证型。通过将不同证型的患者和正常人进行尿液代谢组学的研究，可以得出尿液代谢组成分的差异，进一步得出疾病与证型高度的代谢组指标。通过对病患进行尿液代谢组学的研究，很有可能会找到一组指标作为中医辨证的客观指标。进一步发展中医同病异证的代谢组学，可以有效弥补中医在基因组学与蛋白质学方面的先天不足。

(摘编自黄进京《精准医学和中医药创新发展》)