DNA硬盘

    ①DNA是生物的基因信息，可以长久有效地记载生物的各种信息数据和图谱，这已经不再是神秘的东西了。可是，把人类文明的数据存入“DNA硬盘”，并且保存长达千年之久，不啻为石破天惊的奇闻。

    ②最近瑞士联邦理工学院的一群研究人员经过研究发现，所有的人类文明成果数据，都完全可以写入DNA生物基因信息中，并将其储存千年之久。

    ③这项研究的动因，源自一个并非杞人忧天的“黑色幽默”。2011年的某天，瑞士联邦理工学院的教授格瑞斯跟同事们聊天，有人开玩笑说，一旦某一天，人类从地球上消失了，那全人类几千年来所有自然科学和人文科学研究成果的资料数据，会不会随着人类的灭亡而灰飞烟灭？有的人则不以为然，因为服务器、硬盘、闪存、磁盘等很多数据保存工具，它们不会像人类一样消亡，它们记载这些数据，完全可以留待新新人类去发掘。

    ④格瑞斯教授听完大家的笑谈：并没有感觉这只是一个黑色幽默，而是认为这是一个非常严肃的科学命题。服务器、硬盘、闪存、磁盘等数据保存工具，是可以将数据保存一段时间，但这些数据保存工具，最终还会像传统的纸质书籍一样降解，无法长久保存人类数千年的文明。

    ⑤那么，有没有一种方法可以长久保存这些数据呢？于是，他组织了一个研究团队，开始研究这个课题。受到生物DNA基因信息图谱的启发，他们把将数据写入生物基因信息作为主攻方向。

    ⑥经过研究，他们发现1克DNA理论上携带有455艾字节（Exabyte，EB）的数据。1EB等于10亿GB，而1000EB等于1ZB。云计算公司EMC估计.2011年全球数据总额也只有1.8ZB，这意味着只需要4克（—勺子左右）DNA．就能记录从柏拉图到莎士比亚的名作，还可以延展到碧昂丝的最新专辑等所有作品。一人类几千年的文明成果数据，有了DNA硬盘保存，是完全不成问题的。

    ⑦可是随着研究的深入，格瑞斯和同伴们发现，DNA也会对周围的环境产生反应，在室温下也会逐渐降解。针对这个问题，他们又天马行空，异想天开的集思广益，认为如果把DNA数据硬盘做成化石来保存，这个问题就迎刃而解。而现今最类似于化石的矿物就是石英。于是他们将石英做成壳子，这种壳子的结构组成类似于玻璃，与骨骼化石几乎相同，把DNA样本放在石英做成的壳子中，达到了比较完美的效果。

    ⑧把人类文明的数据存入DNA硬盘，由头源自幽默，结局石破天惊。瑞士联邦理工学院格瑞斯教授等科学家，创造了人类文明数据保存与传承的神话。

（选自《知识窗》2015第5期）

鲨鱼是海洋系统的“整容师”

柳静

    ①鲨鱼是海洋中的庞然大物，也是食肉类的凶猛鱼类，号称“海中狼”。可是，最近它被贴上了“整容师”的标签，因为它可以改变海洋中很多鱼的眼睛和尾鳍的尺寸。听到这些，你是否感到十分惊讶呢?

②原来，在海洋系统中，许多小鱼都有着较大的眼睛和有力的尾鳍，帮助它们及时发现并快速躲避鲨鱼的攻击与吞食。尤其在鲨鱼出没捕食的低光环境下更是如此：一定尺寸的尾鳍可以保证鱼类突然加速游动，以此来远离鲨鱼的追捕。但是，在2018年1月，西澳大利亚大学等机构研究人员的最新研究发现，近年来由于人类对鲨鱼的大量猎杀，导致多种鲨鱼濒临灭绝。鲨鱼数量的减少，使得其他鱼类的生存得到了暂时的和平安稳，导致它们的形态也正在发生明显的改变，如眼睛变小，尾鳍变小。因此，鲨鱼就成了海洋系统里的“整容师”。

    ③研究人员对澳大利亚西北海域罗利沙洲和斯科特礁两个珊瑚礁系统中7种不同的鱼类专门进行了对比分析。这两个珊瑚礁有着相似的自然环境，但不同的是，罗利沙洲禁止捕鱼，鲨鱼数量比较稳定，而斯科特礁允许对鲨鱼进行商业捕捞，且已经持续了一百多年。研究人员分别在两个珊瑚礁海域进行了采样捕捞，并测量出了所捕捞鱼的体长、体宽、眼部和尾鳍大小。结果发现，与罗利沙洲的鱼类相比，斯科特礁同种鱼类的眼睛尺寸小46%，尾鳍尺寸小40%。

    ④研究人员解释说，人类捕捞鲨鱼使其数量减少，会造成一系列生态后果，小鱼的眼睛及尾鳍尺寸等发生变化仅仅是一个方面，其实，鲨鱼数量的减少还在悄悄地影响着其他海洋生态系统。

    ⑤首先，鲨鱼数量的大幅度减少，那些体弱多病，基因突变导致畸形的鱼，就不会及时被消灭，进化过程中的优胜劣汰也不能更好地延续下去。那些没有被吃掉的弱鱼，病鱼就会一直繁殖下去，直到基因退化，这不利于种群的健康发展，对整个海洋生物多样性、优化性，将是一个致命打击。

    ⑥其次，鲨鱼数量的大幅度减少，将使海洋生态环境无法正常维持，水质环境会进一步恶化。因为，鲨鱼是海洋系统名副其实的“清道夫”。它可以通过清理腐烂的大型海洋动物尸体，来净化海洋生态环境。

    ⑦由此看来，鲨鱼在保持海洋生态系统平衡中扮演了至关重要的角色，称它为海洋系统的“整容师”一点儿也不为过。

(选自《知识窗》，2018年第4期，有删改)

微藻一一可循环的“绿色油田”

    由于石油资源的逐渐减少乃至最终枯竭，全世界将面临严重的能豫危机，因此，世界各国都在积极寻找能够替代石油产品的可再生能源，其中，生物柴油就是一种重要的生物能源．提起生物柴油的原料，我们可能会想到油菜和大豆，用它们“体内”的油脂加工而成的生物柴油，能有效降低碳排放。然而，这两种作物的培育周期较长，占用农田较多，会产生“与人争粮，与粮争地”问题，从而导致“解决了能源危机，却出现粮食危机”的尴尬结果，此时，微藻进入了科学家们的视线．

    微藻是一种古老的低等植物，广泛地分布在海洋．淡水湖泊等水域，种类繁多。微藻可直接利用阳光、二氧化碳和含氮、磷等元素的简单营养物质快速生长，并在细胞内合成大量油脂，因此，微藻为生物柴油生产提供了新的油脂资源．

    与大豆、油菜和麻风树等油料植物相比，微藻的生长周期短，从初生到可以制油仅需一个星期左右，而大豆等油料植物一般需要几个月．此外，微藻的含油量高，油脂产率高，单位面积产油量是大豆的数百倍，每公顷可年产几万升生物柴油，微藻还不会占用耕地，剩用滩涂、盐碱地、荒漠等，以及海水、荒漠地区的地下水等，就可以大规模地开发“微藻油田”，不会与农作物争地、争水。

    微藻在培养过程中还可固定大量二氧化碳，因此，利用微藻制造生物柴油能大量减少二氧化碳排放，据计算，每培养1吨微藻，需要消耗约2吨二氧化碳。此外，微藻在光自养培养过程中可利用废水中的氮、磷等营养成分，从而降低水体的富营养化，因此，徽藻还能用于串化工厂排放的废水和城市生活污水．

    现在，我国已启动了微藻能源方面的首个973项目“微藻能源规模化制备的科学基础”。该项目有望在5年时间内开发出一个“微藻资源库”，提供适合在我国不同地方，不同气候条件下生长的藻株。今后，各地在建设“徵藻油田”时，就可在资源库中挑选合适的微藻品种．该项目还将深入研究微藻产品的机理，力争提高微藻产油的效率，降低它的成本，此外，该项目还将通过对光生物反应器、培养工艺、采收、油脂加工及藻细胞综合利用的研究，建立一套中试系统，全面评估徼藻产油的技术指标、经济指标和环境指标，大力推动我国徽藻能源的产业化进程。

①“雪龙2号”是一条以极地水域科学考察为首要任务，兼具极地考察站后勤物资运输能力的“绿色”极地科学考察破冰船，隶属于自然资源部中国极地研究中心，于2019年7月11 日在上海正式交付，当年年底被编入中国第 36 次南极考察队首航南极，与“雪龙号”一起执行南极考察任务。自此，我国极地科考进入“双龙探极”新时代。

②“雪龙2号”总长122.5米，排水量约1.4万吨，满足包括极区在内的无限航区航行和作业需求。作为一艘现代化的破冰船，它的破冰能力最为令人关注。“雪龙2号”是全球首般采用船艏、船艉双向破冰技术的极地科考破冰船，艏向破冰时能以 2~3节船速连续破 1.5米厚的冰加 0.2 米的雪；艉向破冰可在 20 米当年冰冰脊(含4米堆积层)中不被卡住，可实现冰区快速掉头。这意味着“雪龙2号”具有更强的破冰性能和灵活性，将极大地拓展我国的极地考察区域，并延长在南极和北极的考察时间。

③“雪龙2号”拥有集智能航行、智能能效、智能机舱、智能船体于一体的综合平台，全舟共安装设置了 7 000 多个智能感应“神经系统”。这套智能化平台可以对内、对外收集信息，优化船体功能，也可以使其在复杂的环境中实现自动驾驶，实现全船信息的全方位智能感气取、交换和展示。机舱智能化平台可以对主柴油机、发电机等设备进行实时监测和分析记为船舶操作提供决策建议，提前发现船体潜在的安全隐患，及时预警，并实现船舶和科考认能化运行和辅助决策。

④“雪龙2号”续航力2万海里，载员90人，自持力160天。由于安装了全回转电力推进系统，并配备两套动力定位系统，可在6级风、1.5节流速时满足漂泊调查作业要求，通过船上电力推进器、艏艉侧推协调配合，船艏根据海上风向和海水流向选择合适角度，可以动态克服风、浪和海流，使船“稳如泰山”，实时地把船稳定在需要的位置和方位，满足大型科考设备的位收放要求，为定点的科学考察提供精准的位置。当遇到坚硬高大的海冰冰坝时“雪龙2号可以利用艉向破冰能力，船艉的螺旋桨就像“粉碎机”那样，将冰脊下方的冰块“掏空”，帅气地原地掉头，在冰区航行和作业时可以做到“闪转腾挪”，机动性表现更强。“雪龙2号”随船还配有一架莱奥纳多 AW169 型直升机，用于承担寻找冰区航道、应急救援、人员运送、远距离看和物资吊运等任务。

⑤ 作为国际极地主流的中型破冰船型，“雪龙2号”科技含量更足，装备有国际先进的海洋调查和观测设备，实现了诸多科考系统的高度集成。利用配备的各型绞车、吊架、海底取样器、温盐深仪(CTD，一种用于探测海水温度、盐度、深度等信息的探测仪器)、声学设备、水下机器人等，科研人员可在船上开展极地海洋、海冰、大气、生物等环境基础综合调查和观测，进行有关气候变化的海洋环境综合观测取样，在极地冰区海洋开展海底地形、生物资源调查。船上配备物理、化学、生物、气象等多个专业实验室，可以对现场采集的数据和样品进行分析、处理。值得一提的是，在以往极地科考中，科考队员进行取样调查和布放海水探测器的时候都是站在船边，安全隐患很大，如果船边浮冰太多，取样器甚至无法下水。为了克服这一问题，“雪龙2号”建有一个160 平方米的月池车间，设置一个约 10平方米、直通海水的“井口”这个“井2”被称为“月池”，科考仪器设备可以从这里直接入水，即便是 100%海冰覆盖的海区也能进行采样作业，极大地提升了在极地冰区的作业能力。“雪龙2号”还在甲板上配备了移动集装箱式实验室，可提高海洋科学考察的机动性。同时，随着破冰能力的增强，甲板设备抗低温性能和保温设计也更好，可以把原有的仅限于夏季的考察延展到春季和秋季，有利于更加系统掌握极地海洋的季节性变化规律。

(选自《百科知识》，有删改)

【材料一】

“曾经，博物馆是有围墙的，展览以实物形式进行。”四川广汉三星堆博物馆副馆长朱亚蓉说，“得益于先进的技术，‘云端’观展成为常态，展览借助科技走到不同城市，数字化让博物馆的边界变得模糊了，博物馆真正实现了无处不在。”

【材料二】

走进改造升级后的三星堆博物馆综合馆，生动、丰富的多媒体技术更全面、更深入地表达了三星堆文化内涵。厅里，多媒体“三星堆之眼”展现三星堆发现发掘关键节点；L型视频墙用逼真的三维动画呈现了三星堆古城形成过程，吸引不少观众驻足观看。

三五好友相聚，赏花品茗，抚琴对弈……打开湖南省博物馆网上展厅，进入《闲来弄风雅——宋朝人慢生活镜像》专题，伴着古琴乐曲，宋朝文人雅士的生活场景徐徐展开。该展览运用AR、VR、三维影像制作等技术，制作了360度全景线上虚拟展厅，全方位立体式呈现了80余件文物。

去年9月，在首都博物馆举办的“互联网+中华文明”数字体验展，处处给人惊喜：拨动加入交互密码的“古琴”，一曲《广陵散》在指间流淌；和着观众的动作，一袭长沙马王堆汉墓出土的“纱衣”翩翩起舞。一名带着孩子来观展的退休教师说：“科技与文化结合使展览寓教于乐，增强了孩子对传统文化的理解和热爱。”

【材料三】

近年来，许多博物馆都展开了三维数字化采集工作。数据采集过程乍看并不复杂：采用三维激光扫描仪、高清相机等设备收集文物数据，再利用这些数据建起文物的三维模型。然而要还原文物的历史容貌，还需要高精度的数据。以三星堆博物馆的青铜神树为例，因体型庞大，技术人员将几十块残件分段扫描再拼接，单扫描就用时一个多月，数据处理就用了半年。在虚拟复原时，高精度的数据往往能做到高度复原文物的每一块残件乃至细节，是文物修复的重要参考。

再以湖南省博物馆的古琴“飞泉”为例，古琴的形制和漆色断纹具有很高的美学价值，其修复需要最小干预和有效保护。修复师运用扫描的三维数据，对缺失部分的结构进行三维重建，然后进行虚拟修复，再修复实物，以此提高修复的精准度。