《科學》：人類登月50年，中國探月人做了啥？| 一週科技速覽_風聞

編輯 | 陳航

編譯 | 徐穎**************、董曉怡、**************陳航

基因工程

Gene Engineering

防曬霜可以修復DNA損傷：噱頭or科學？

DNA-Repairing Sunscreen: Legit or Not?

圖片來源：Hotlittlepotato

紫外線無孔不入，專注於“毀”人不倦、“授”人以黑，不曾有絲毫懈怠。炎炎夏日，效果尤甚，即便是走在濃密的樹蔭下，帶着寬邊的遮陽帽，撐着黑膠遮陽傘，塗抹超持久的防曬霜，也無法阻擋小哥哥、小姐姐們的“黑化”進程。防曬霜能夠阻擋紫外線（SPF30的防曬霜能阻擋97%的紫外線，與之相比，SPF15的效果差4%，而SPF50的防曬效果則多2%），進而降低人們罹患皮膚癌的風險，這是社會人必備的常識。近來，有些企業宣稱他們新上市的一些防曬霜，不僅可以阻擋紫外線（UVB），還能夠修復UVB造成的DNA損傷。這種言論是否有些誇大其詞？保護遺傳密碼不受損傷從而預防皮膚癌是一回事，但修復已經造成的DNA損傷，完全是另一回事了。這是資本家為了吸金營造的噱頭，還是有其科學依據呢**[1]**？

生物學家Errol Friedberg（德克薩斯大學西南醫學中心的名譽教授，研究 DNA 損傷和基因修復酶的專家）也對此表示質疑，他説自己從未聽聞有哪種酶能夠添加到乳液或防曬霜裏並進行DNA損傷修復。“即使可以這樣做，酶本身也很脆弱。更何況皮膚是一種多層的組織，僅通過按摩並不一定確保能夠讓酶進入細胞。我需要看到確切的數據才能相信這種説法。”

然而在經過深入搜尋後，自然界中還真的有這種酶：DNA修復酶不僅可以局部應用，還能增強機體的基因修復機制。市面上的DNA修復防曬霜，價格在百毫升數十至數百美元不等。為何這些防曬霜如此昂貴？因為這不是一瓶單純的防曬霜，它還含有紫外核酸內切酶（UV endonuclease）或光解酶（photolyase）等小分子。聽到它們的名字，你的內心是不是在咆哮，我只是買個防曬霜，為何要跟我説星際飛船及其燃料來源？但實際上它們都是DNA修復酶，它們能夠發現紫外輻射造成的基因損傷並迅速對其進行修復，降低皮膚癌形成的幾率。這些酶以及類似的分子可謂是神奇莫測，比如説光解酶，它們是由光激活的，這個過程叫做光致復活（photoreactivation），它們只有暴露在陽光下才能修復由陽光造成的 DNA 損傷……這一切都是進化做的好事。

進化是一個神奇的過程，既可以賦予你一些新功能，也可以讓你喪失某些能力，比如，人類自身無法產生光解酶（來源於浮游生物和藻類）。最初，地球上幾乎所有的生物體都能產生光解酶，從動植物到細菌、真菌，然而在歷史上某個時刻，像我們這樣的胎盤哺乳動物喪失了這一能力，我們開始採用一種叫做核苷酸切除修復（nucleotide excision repair）的基因修復方法，這種方法效率低不説，聽起來也很low。人類自身也無法產生紫外核酸內切酶（科學家在一種叫做藤黃微球菌（Micrococcus luteus）的細菌中發現這種酶）和DNA修復酶T4 核酸內切酶 V（T4 Endonuclease V，T4N5）。科學家首先從其寄生的大腸桿菌中將T4N5分離出來，DNA 修復專家弗裏德伯格在70 年代早期發明了一種簡便的分離技術，T4N5是一種名副其實的紫外內切酶。當這些酶被成功分離出來之後，科學家們就開始進一步思考能否使它們在局部處理中保持活性並導入人體細胞。這個想法十分誘人，且“錢”景廣闊。露華濃（Revlon）的創始人將化妝品稱為“盛在罐子裏的希望”。但如果DNA都可以修復，誰還能滿足於這種希望呢？

第一批嗅到商機的人包括分子生物學家Daniel B. Yarosh，他在20世紀80年代發明了一種更簡單快捷、廉價的T4N5提取方法，併成功將其和其它 DNA 修復酶一起包裹在脂質體中，批量生產修復酶。1988年，他為自己的方法申請了專利**[2]**。此後的30年中，研究者多次證明脂質體能夠將DNA修復酶運輸至皮膚細胞中。Yarosh先後在培養皿中用紫外照射過的人體細胞和活體小鼠中進行了嘗試，實驗結果喜人：經載酶脂質體處理過的細胞可以去除更多輻照損傷的 DNA，且修復速度更快，存活時間更長。

很快，研究者利用脂質體將 DNA 修復酶運送到被試者的皮膚細胞中。在2000年的一項研究中，科學家用 UVB 射線輻照被試者臀部，然後用光解酶處理 DNA 損傷，修復效果顯著。與此同時，Yarosh主持了一項III期臨牀試驗：易患皮膚癌的受試者使用T4N5脂質體潤膚乳一年，其患癌及癌前病變的幾率明顯低於對照組，這一結果於2001年發表在Lancet雜誌上**[3]**。

這些結果表明，防曬霜真能將 DNA 修復酶運送到細胞中！但是上述中III 期臨牀試驗中的潤體乳有實際應用嗎？為什麼 DNA 修復的防曬霜這麼貴，還不好買？原因在於政策及經費：

Yarosh的公司做出了一個重大的商業決定——同意被雅詩蘭黛收購。這家化妝品巨頭壟斷了相關市場，而其也擁有足夠多的客户團體願意購買高價DNA 修復酶，目前市面上所有的DNA修復酶都來自於雅詩蘭黛。DNA Renewal 的創始人羅納德·莫伊（Ronald Moy）很相信 DNA 修復酶的功效**[4]**，並用其生產了一系列皮膚護理產品，但是他也表示道：“把酶加到防曬霜裏還是太貴了”。除此之外，雅羅什也並不認為把DNA修復酶加到防曬霜裏是最佳選擇。他認為：“防曬霜是停留在皮膚表面的，但DNA修復酶要滲進皮膚裏面去。很難找到一種配方讓化妝品的一種成分保留在皮膚表面，另一種成分滲透到皮膚內部。我覺得最好的辦法是先用含 DNA 修復酶的精華，然後再塗上防曬霜。”他接着説，“但也許化妝品公司真能找到兩全其美的辦法，或許他們已經發現了也不一定。我們不能妄自斷言説不可能有更好的配方，但是相關研究的缺乏讓我們很難找出最佳配方，更別説去衡量哪種更實惠了。”

[1]https://www.wired.com

[2]https://patents.google.com/patent/US5077211A/en

[3]https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(00)04214-8/fulltext

[4] https://www.dnaegfrenewal.com/

航天技術

Space Technology

《科學》：人類登月50年，中國探月人做了啥？

China’s present and future lunar exploration program

1969年7月20日，美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗成為登月第一人。這是他個人的一小步，卻是全人類的一大步。今年是阿波羅登月50週年，Science雜誌在線發表文章**[1]**，列舉了中國探月工程（CLEP）自2007年啓動以來所取得的成就，以及中國在未來30年繼續追尋月球秘密的計劃與展望。

中國與幾個國家密切合作，在科學儀器設計、科學項目制定、數據分析等方面進行廣泛合作，正處於月球探索的前沿。7月18日 Science 雜誌在線發表文章，列舉了中國探月工程 (CLEP) 自2007年啓動以來所取得的成就，以及中國在未來30年繼續追尋月球秘密的計劃與展望 | 圖片來源：NAOC/CNSA

2019年1月3日，月球車玉兔二號與嫦娥四號着陸器成功分離，降落在了月球南極艾特肯盆地的馮卡門撞擊坑中。這是機器人第一次探訪月球的背面，正如50年前一樣，中國在這一次的“着陸”中掀起了月球探索的新篇章。

其實，月球的神秘起源與演化是自然科學範疇內最基本的問題之一，科學家和工程技術人員對月球的探索歷久而彌新，迄今為止已發起一百多項探月計劃。21世紀以來，各國間針對月球探索的競賽愈演愈烈，其中，歐洲太空局 (ESA)的SMART-1，日本的SELENE Kaguya，印度的Chandrayaan-1，美國的LCROSS，LRO，GRAIL，LADEE，以及中國的嫦娥一至四號探月器等正逐漸成為當今世界月球探索的領路先驅。

中國的探月工程（嫦娥工程）制定於2004年，它被分為環月探測，登月探測和回收探月器三個階段實施，即分別的主要任務為 : 繞月探測、實現月面軟着陸和自動巡視勘察、實現無人採樣返回。2005年，探月工程的首位首席科學家歐陽自遠提出了月球探測的14個核心問題**[1]**。2007到2019年間，中國成功完成了嫦娥一號到嫦娥四號的月球探測任務。這些任務的完成不但為今後的探月計劃提供了堅實的技術基礎（比如，軌道設計、飛行器控制、高精度遙感通信技術、月球軟着陸等），還在月球探測領域獲得了重要的科學成果。具體來説，嫦娥一號和嫦娥二號獲得了分辨率為7米的全月圖像和月貌地形圖，首次分析了月球全球微波輻射，並且在月球的日夜交替處發現了質子加速現象。嫦娥三號的月球車發現了一種新的月球玄武岩。利用月球表面作為觀測平台，嫦娥三號還研究了恆星光變和地球電離層在紫外波段的變化。嫦娥四號實現了月球背面的首次實地勘測，在臨近的芬森撞擊環攝取了噴發物殘渣，繼而通過對其可見光和近紅外光譜的研究，展示了月球內部的岩石結構。為了評估在月球放置低頻率射電望遠鏡的可行性，嫦娥四號還分析了月球背面的磁場情況，同時探測了由太陽和其他射電源發出的低頻射電波 （0.1~40 MHz）。嫦娥五號計劃於2020年初執行，它的科學目標是判定月球火山活躍期結束的準確時間，理解早期火山與晚期火山在礦物質和岩石學上的差異，對月球熱演化和內部演化提供一個全面的瞭解。為了實現這一科學目標，嫦娥五號將從月面風暴洋（Oceanus Procellarum）北部的Mons Rumker攜帶樣本回地球。

在實現了上述“繞、落、回”三個目標後，探月工程繼續制定了2030年的全新目標，探月計劃的重心也從空間技術轉向空間科學和空間應用。這次的計劃主要包括勘測月球環境和資源，建立一個長期的基礎研究站，驗證月球資源開發和利用的可行性等。基於上述目標，該計劃仍分三次執行：嫦娥六號從南極攜帶標本，嫦娥七號勘察南極地區環境和資源，嫦娥八號驗證3D打印月球結構等核心技術。在計劃執行期間還將同時在月球上建造一個以機器人為基礎的科學研究站。與之相應發展的技術包括：高精度定點着陸和高載荷着陸，對撞擊環永久避光地區的勘探，適應極地惡劣環境的高智商機器人，全面控制月球科學研究站的智能操作系統，分離萃取稀有氣體等。建成的月球研究站將負責月球資源的開發和利用，併為今後的月球研究基地和人類實地勘探月球做準備。

2030年後，機器人探月和人類登月實地考察將同步發展。隨着對月球科學本質認知的深入和月球資源開發利用技術的發展，以及生物再生技術的支持，月球研究站將發展為可供宇航員短時停留甚至長期工作的月球研究基地。

50年前的阿波羅計劃為人類社會發展做出了積極的貢獻。中國願意和各國攜手共建一個和諧的科學圈，共同探索太空，共享科學和技術成果，開創人類美好的未來。

[1] https://science.sciencemag.org/content/365/6450/238

食品科學

Food Science

昆蟲或是一種“超級食物”？頂級“抗氧化”功用昆蟲名單出爐

Antioxidant Activities in vitro of Water and Liposoluble Extracts Obtained by Different Species of Edible Insects and Invertebrates

市面上出售的可食用昆蟲和各種節肢動物的抗氧化能力(TEAC)比較表: 蚱蜢和蠶的抗氧化能力與鮮橙汁相似 | 圖片來源：Professor Mauro Serafini

橙汁不僅可口，更富含多種具有抗氧化作用與保健功效的活性成份，並且可以抑制心血管和癌症等疾病的發生，是人們攝取類黃酮等抗氧化物的重要來源之一**[1]**。

7月15日的一項研究表明，部分昆蟲或節肢動物的抗氧化物成份含量與橙汁相當**[2, 3]**。食用昆蟲，如蚱蜢、蠶、部分蜘蛛和螞蟻等，富含蛋白質、多不飽和脂肪酸、礦物質、維生素和纖維。但到目前為止，還沒有人將它們與傳統的功能性食品，如橄欖油或橙汁等進行抗氧化活性比較。基於此，該研究首次測量了市面上可食用昆蟲的抗氧化水平。

研究結果表明，面對日益增長的人口和資源問題，也許我們不得不承認，昆蟲或在未來成為肉類或其他動物產品的可持續替代品。正如該研究的領導者，Mauro Serafini教授所説：“世界上至少有20億人經常吃昆蟲，而其他未曾食用過昆蟲的人，則需要我們進行更大的鼓勵。”

[1] 碩士論文：西南大學朱玉昌

[2] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/f-mts071219.php

[3] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnut.2019.00106/full

生命科學

Bioscience

宮頸癌疫苗對男性同樣受用！

HPV vaccine for boys ‘will prevent thousands of cancers’

圖片來源：CDC

在美國，每年有超過13000名男性因感染人類乳頭瘤病毒(HPV)而患上癌症。對於男性，HPV疫苗同樣可以預防這類癌症的發展。

HPV是一種常見病毒，可同時感染男性和女性。HPV是如此的常見，以至於10人中有8人會在其一生中的某個時間點感染HPV。在大多數情況下，HPV病毒會自行消失。但是，有時，HPV病毒感染不會消失，並可能導致某些癌症和其他疾病的發生。

因此，對於11或12歲的正處於青春期的男孩，同樣建議接種HPV疫苗**[1]**。男孩和女孩一樣，應該在11或12歲時接種兩劑HPV疫苗，以便在病毒暴露之前就能預防HPV感染。

[1] https://www.bbc.co.uk/news/health-48881008

信息技術

Information Technology

超越5G：UCI電氣工程團隊開發超快無線收發器

A 115-135-GHz 8PSK Receiver Using Multi-Phase RF-Correlation-Based Direct-Demodulation Method

UCI電氣工程團隊開發的“端到端收發”芯片具有獨特的架構，將數字和模擬組件結合在一個單一的平台上，從而實現超高速數據處理和低能耗操作 | 圖片來源：Steve Zylius

近期，作為芯片設計及集成電路領域國際最頂級期刊之一，IEEE Journal of Solid-State Circuits在線發表了加州大學歐文分校（UCI）電氣工程團隊的最新工作**[1]**：一種新的無線收發器，可以將無線電頻率提高到100千兆赫，是即將推出的5G無線通信標準（即第五代無線通信標準）速度的四倍。

在UCI的納米級通信集成電路實驗室，這塊4.4毫米見方的硅芯片被其發明者稱為“端到端收發器”，由於其獨特的數字模擬結構，使得其能夠以更快的速度和更高的能源效率處理數字信號。

“我們把我們的芯片稱為‘beyond 5G（超越5G）’，因為我們可以達到的速度和數據速率比新無線標準（5G）的能力高出兩個數量級，”UCI電氣工程團隊的Payam Heydari教授表示：“該芯片以更高的頻率運行，意味着你、我和其他所有人都可以獲得比運營商所提供的更大帶寬。”

科研人員和信息工程師一直想知道無線系統是否能夠達到光纖網絡級的高性能和高速度。如果這種芯片能夠得到普適性的實現，那麼它將改變現有的電信行業。

[1] https://ieeexplore.ieee.org/document/8758316/authors#authors

環境科學

Environmental Science

減少中國的臭氧污染，或可挽救33萬人的生命

By cutting ozone pollution now, China could save 330,000 lives by 2050

預測2015-2050年中國臭氧污染導致的死亡人數變化情況。臭氧污染會持續導致死亡人數增加（左圖紅色區域），而積極的環境治理策略，將可以挽救更多人的生命（右圖藍色部分）| 圖片來源：Westervelt et al., 2019

夏季是臭氧污染的高發期。在大氣層的高處，臭氧層保護我們的星球免受強烈的紫外線輻射。一旦臭氧進入我們的呼吸系統，便會導致心血管疾病、中風和呼吸問題等，甚至致人死亡。地面臭氧的形成主要有兩大要素，一是由發電廠、燃煤鍋爐、塗料油漆和機動車尾氣排放出的“氮氧化物”和“揮發性有機物”；二是高温和光照。每當夏季來臨，氣温升高，光照增強，加之污染物排放，臭氧極易發生超標現象。

哥倫比亞大學（Columbia University）拉蒙特-多爾蒂地球觀測站（Lamont-Doherty Earth Observatory）的一項最新研究顯示**[]**，如果中國現在採取強有力的措施減少臭氧污染，從長遠來看，這可能會挽救數十萬人的生命。

臭氧污染在中國已經非常普遍，2015年約有6.7萬人因臭氧污染死亡。哥倫比亞大學的研究人員分析，未來的情況可能會變得更糟。通過多種情況的數值模擬分析，研究人員表示，中國正處於一個重要的十字路口，未來的空氣質量將嚴重依賴於通過減少臭氧和導致氣候變化的減排政策。“氣候變化和空氣質量問題是密切相關的，所以同時解決這兩個問題是有意義的。”

然而，可以肯定的是，減少臭氧排放（如60％）並不容易。這將需要許多新政策的制定，比如提高燃油效率標準、改用電動汽車、在發電廠煙囱安裝空氣污染控制裝置，以及改用天然氣和可再生能源等更清潔的能源等。儘管困難重重，但是根據現有的政策措施和科學技術，實現60%的臭氧減排仍然是可行的。

[1] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/eiac-bco071619.php

作者簡介

徐穎，中國科學技術大學，生物化學與分子生物學博士

董曉怡，曼靈公司，天體物理學博士

陳航，哈爾濱工業大學，儀器學科博士

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