综合

全球变化和人类可持续发展：挑战与对策

徐冠华，葛全胜，宫鹏，等

摘要：过去20多年来，国际科学界对全球变化研究不断深化，逐步形成了人类活动产生的碳排放是全球变暖的重要驱动力、全球变化影响人类经济社会可持续发展等共识。为应对全球变化挑战，“共同但有区别的责任”等原则要求发达国家实行强制减排和发展中国家采取自主减缓行动，目标是在本世纪末将由人类活动引起的地表增温控制到不超过工业化前2℃。但是，处理全球变化与可持续发展的关系必须坚持哪些原则，重点开展何种研究，采取什么政策保障还没有明晰的思路。本文认为20世纪中叶后的全球变化源于科学技术的进步和经济的发展，由于人类对全球变化问题的科学认识不足，难以支撑人类对地球系统的管理。因而人类应对全球变化问题，必须立足于发展，特别是科学技术的进步；同时全球变化问题的任何解决方案必须充分考虑全球化的国际环境和可持续发展理念。本文提出立足国际和区域平衡发展，依靠科技进步制定全球变化应对对策；必须在人与自然和谐，同时人类社会自身和谐前提下妥善处理应对全球变化与可持续发展之间的关系；坚持减排与增汇并举，减缓与适应并重等原则。当前减排温室气体是国际社会减缓全球增暖行动的主要关注点和着力点，如何合理分配排放指标，保证发达国家和发展中国家都能得到发展，成为最富有挑战性的问题。增加陆地和海洋的碳汇在应对气候变化中的作用同样重要。制定全球变化适应方案需要加强两个方面的研究：一是研究如何解决人类对食物、能源、水资源和其他生态系统服务功能的需求；二是研究如何转变生活方式、探索全球气候变化背景下人类的发展道路。未来国际社会应更好地开展多因子、多学科、全球性联合研究，减少全球变化认识的不确定性。对此，本文提出6个重点研究方向：一是过去2000年气候变化的事实，它影响到关于自然强迫和人类活动对20世纪变暖的贡献以及对未来气候变化趋势的判断。二是关于气候系统对二氧化碳浓度的敏感性问题，它是将全球变暖归因于人类活动的理论基础。三是气候模式的模拟能力。作为气候变化研究的主要工具，它直接影响到未来预估情景的可靠性，虽然经过改进，模拟结果和实际结果之间的差异显著减少，但有些差异仍然过大。四是“2℃阈值”的自然和社会影响程度的科学认识。五是气候系统的年代际自然变率。六是综合观测和数据集成研究。长时间、高质量的观测资料及其与地球系统模式的同化有助于减少对全球变化认识的不确定性。因此，有必要建立高质量、连续、均一、综合的对地观测系统，加强全球变化关键参数和过程的多变量联合观测研究，海量数据的同化、融合技术与集成应用及数据共享机制研究。应对全球变化挑战实质上为人类发展创造了新机遇，为促进人类能源结构转变、改善和恢复地球生态环境、促进人类生产和生活方式改变、国际与区域间人类社会和谐发展提供了条件。

来源出版物：科学通报, 2013, 58(21)： 2100-2106

入选年份：2017

肠道菌群影响宿主行为的研究进展

罗佳，金锋

摘要：肠道内定植了数量众多、种类丰富的肠道菌群，它们和宿主间形成了互利共生的关系，对宿主的健康产生着重大影响。近年来，随着对肠道菌群调控作用研究的不断深入，发现肠道菌群不仅调控肠道活动，还影响宿主的脑功能和行为。 肠道菌群通过肠-脑轴调控宿主行为，而肠-脑轴是由免疫、神经内分泌和迷走神经途径构成的肠道和脑之间的交流系统。相关的动物研究提供了肠道菌群调控宿主行为的直接证据。目前调控肠道菌群的实验方法主要有无菌饲养、肠道病原菌感染、抗生素处理和服用益生菌。研究发现，与正常动物相比，肠道菌群发生改变的动物（无菌动物、肠道病原菌感染以及被抗生素和益生菌处理过的动物）在行为（焦虑、抑郁和认知行为等）和神经生化上发生了明显的改变。例如，无菌动物具有过度的应激反应、以及相关脑区脑源性神经营养因子（BDNF）、5-HT和谷氨酸受体（NR）的表达异常。抗生素处理则增加了小鼠在明暗箱测试中的探索行为、减少了穿梭的潜伏期以及提高了海马和杏仁核中BDNF的水平。肠道柠檬酸杆菌感染会导致小鼠的焦虑行为和迷走神经节c-FOS蛋白表达的增加。益生菌鼠李糖乳杆菌可以改善应激小鼠的焦虑和抑郁行为，并恢复伽马氨基丁酸（GABA）A和GABAB受体在海马、下丘脑、杏仁核和前额叶的正常表达水平。平衡的肠道菌群可以促进宿主的身心健康，而肠道菌群失调则可能引发肠-脑疾病和中枢神经系统疾病。人类常见的肠-脑疾病包括肠易激综合征（IBS）、炎性肠道疾病（IBD）和肝性脑病（HE）。这类疾病不仅具有明显的肠道症状（如排便异常、消化不良、腹痛、腹胀和肠道炎症等），同时还伴有焦虑、抑郁和认知功能减退等神经精神症状。已有大量的研究发现，肠-脑疾病患者的肠道菌群发生了显著改变，且肠道菌群失调会导致动物出现类似于人类的肠-脑疾病。此外，肠道菌群失调还可能导致中枢神经系统（CNS）疾病。相关研究发现，肠道菌群失调很可能是导致多发性硬化症、精神分裂、慢性疲劳综合征、阿尔兹海默症和帕金森症等的重要原因。因此，对于肠道菌群失调导致的心理和精神异常，调节和恢复正常肠道菌群的疗法可能更直接和安全有效。服用益生菌被认为是促进心理健康的潜在有效措施，因为它是肠道内的有益微生物，有利于改善胃肠道环境和维护肠道菌群平衡，常见的有乳酸菌和双歧杆菌。动物和临床研究的结果表明，益生菌能够降低焦虑和抑郁、提高认知能力，改善自闭症、多发性硬化症、阿尔兹海默症和帕金森症等，有益于人类的心理健康深入了解肠道菌群对宿主行为的影响，有助于更好地理解肠易激综合征和多发性硬化症等的发病机理，并认识到调节和恢复正常肠道菌群的安全有效措施（补充益生菌）是治疗精神心理疾病的重要组成部分。

来源出版物：科学通报, 2014, 59(22)： 2169-2190

入选年份：2017

可穿戴式柔性电子应变传感器

蔡依晨，黄维，董晓臣

摘要：研究背景：近年来，柔性电子应变传感器件发展迅速，可以用于检测各种人体生理活动，包括较大幅度的手、胳膊和腿的弯曲移动以及较小幅度的呼吸、吞咽、发声时肌肉震动、血压和眼压等。可穿戴电子传感器以信号传导的形式将生理活动信号转换为可视的电信号，在人体临床诊断、健康评估、健康监控、虚拟电子、柔性触摸屏、柔性电子皮肤,甚至工业机器人等领域具有很大的应用前景。研究现状：传统的应变电子传感器件大多基于金属和半导体材料，受限于其拉伸性和敏感性而不适用于检测人体活动。与传统的电子应变传感检测器相比，柔性电子应变传感器不仅克服了材料易脆的缺点，并且具较好的生物相容性、可拉伸性、透明性及可穿戴性和连续检测等优势。目前报道的柔性电子应变传感器常用的材料包括：纳米粒子、纳米线、碳纳米管、石墨烯和有机材料等。其中，基于有机材料的柔性电子应变传感器的发展最为迅速，在敏感性方面甚至可以和人体的皮肤相媲美。因此，通过将柔性电子器件集成并形成活性感知矩阵可以用于制备电子皮肤，应用于人工智能机器人、仿生假体、人机互动系统等人造智能系统。结论：在柔性电子传感的众多应用中，电子皮肤的研究最为广泛。然而人类的皮肤是一个非常敏感的器官，具有集成化、可伸缩的网络传感功能，能够将外界的温度、湿度和触觉等刺激信号传递到大脑并接收大脑发送的指令做出反馈，使我们能够感受环境变化或避开危险。研究工作者将柔性电子传感技术用于可穿戴式电子皮肤并期望其模拟人类皮肤感受外界的温度、压力、形变或纹理等复杂信号，通过电子皮肤将外界刺激转化为可传输的电信号来输出甚至传达大脑的命令。为了模拟人类皮肤的功能，常用的方法是通过柔性电子传感器的多功能化来提高自身性能，例如：结合化学和物理传感特性、提高生物降解性、增加自供电能力等，通过不断的完善和发展提高其实际应用潜力，进而制备可穿戴的电子皮肤。近年来，柔性电子传感器的应用越来越广泛，例如自主人工机器人技术，赋予机器人特殊的接收和发射信号的能力，达到照顾年老体弱人群的目标；通过物理和化学修饰制备的多功能电子传感器可以应用于电子鼻、电子眼等，实现对温度、湿度、压力等外界刺激的监控；将电子传感集成化和模块化制备成电子芯片，并将其用于电子触摸屏和智能手环等。展望：尽管柔性电子应变传感器的发展非常迅速，但仍需要深入研究和探索其更多的功能和实际应用。下面分别从柔性电子应变材料、传感机理、器件集成及可穿戴式电子传感的应用等方面对柔性应变电子传感器的发展进行了总结和比较。

来源出版物：科学通报, 2017, 62(7)： 635-649

入选年份：2017