据美国《探索》杂志报道,《探索》杂志日前评出了引领当今科学发展的最重要的六大实验,它们均与现阶段热门科研话题密切相关,如暗物质、环境保护、基因研究等。以下是这六大科学实验的详细情况。

“蓝脑”神经元束:这是新皮层微电路的视觉图,显示的是金字塔形的神经元的下突,住处信息经过新皮层,通过金字塔形神经元发出,新皮层神经元的80%由金字塔形神经元构成。

“蓝脑”神经皮层束里的神经细胞电子传感器
“蓝色大脑”计划
科学家试图凭借电脑模型来攻克科学中最难理解的几个概念:宇宙起源,原子行为及地球未来气候。如今,科学家又在设计一个用于显示人脑活动的电脑模型。瑞士洛桑联邦工学院大脑认知学研究所的神经科学家亨利·马克拉姆辛勤耕耘15年,成功绘制出老鼠大脑细胞图,这样,他就能制造出模拟人脑神经元的系统。马克拉姆希望,在IBM公司的帮助下,在2015年开发出一个虚拟人脑,它拥有人脑所有的1000亿个神经元。IBM公司的绰号是“蓝色巨人”(Big Blue),显然,“蓝色大脑”(Blue Brain)计划中的“蓝色”两字就来自于这个绰号。
科学家目前依旧对人脑许多最基本的功能不了解,如记忆、大脑疾病基本原理及治疗等等。马克拉姆的模拟系统以电子形式反映真实大脑的生物行为,利用数学原理模拟神经元之间的相互作用及神经传递素对这些细胞的影响。另外,这个模型经过调整,还能探究不同寻常的生理学变化(如大脑左半球亢奋或海马状突起功能遭削弱)和环境变化(如服药的影响)。随着,研究人员可通过电脑图像对数据进行解读。
马克拉姆说:“我们正在打造一个万能模板,它能让我们依据任何规格再造一个大脑。”IBM公司收集了海量数据,设计完成一台功能强大的超级电脑,一个在超级计算机设计方面从根本上革新的系统。这台电脑的运算能力达到每秒22万亿次计算,如此强大的运算速度使其位居世界顶级超级计算机之列。
然而,马克拉姆的很多同事认为,他的这种努力简直是痴心妄想,因为此类模拟系统无论多么先进,都不能揭开真正大脑所有功能的谜底。马克拉姆承认:“人们认为这是不可能的,他们认为我们对大脑的了解不够,不足以设计出这种模拟系统。”不过,他表示,随着“蓝色大脑”计划在今后几年的不断完善,大脑“电路”之谜终将揭开。如果“蓝色大脑”计划小组获得成功,科学家将首次掌握颇具意义的人脑物理模型。

“地球时间”计划
“地球时间”计划
大约2.5亿年前,一场大灾难使地球上90%的生命灭亡,这一灾难被称为“二叠纪-三叠纪之交生物灭绝事件”。与此同时,体积相当于圣海伦斯火山100万倍的一系列火山喷发,空中弥漫着尘埃和气体,火山熔岩覆盖了方圆200万平方英里的地方。火山喷发是否是造成生物灭绝的罪魁祸首?答案取决于此类地质事件发生的最早时间及持续时间,目前科学家对此一无所知。
伯克利地球年代学研究中心主任保罗·雷涅说,这是有关地球历史的最大疑问之一,“我们对因果关系的辩论往往取决于时间选择。”这就是他和全球数百位科学家加入“地球时间”(Earthtime)计划的原因,这一十年之久的努力通过重新定义科学家所用测算时间的方法,确定地球历史上一系列重大事件的时间顺序。这一计划由美国麻省理工学院地质专家萨姆·鲍尔林和美国国家自然历史博物馆古生物学家道格拉斯·欧文联合发起。鲍尔林说:“如果我们确实想要了解地球历史,那么必须改善测定年代的工具。”
过去十年间,这种工具变得异常精确。上世纪70年代,科学家使用放射性同位素定年法,将一块距今1亿年的岩石年代精确到百万年。今天,鲍尔林及其同事们已将一些古物的地质年代的准确率保持在10万年之内。然而,由于一些小误差,科学家的努力始终不能更进一步。尽管采用相同的定年法,但由于各实验室使用不同的材料和方法,导致试验结果不同。如今,科学手段越来越精确,因试验失误造成的小小偏差均会引发巨大分歧。雷涅说:“工欲善其事,必先利其器,所以,我们一定要提高工具的精确度,力争将失误降低到最低程度。”
“地球时间”计划的目标是使研究时间的科学家所用的众多“时钟”保持同步,随后利用它们为地球历史造出一部超精确的“年表”。为实现这一目的,鲍尔林及其同事们将一批被称为“标准”(已知年代的石块样本)的参考资料和“追踪器”(少量成分已知的同位素)分发下去,帮助不同实验室的结果保持一致。直到目前,各实验室还在使用不同的“标准”和“追踪器”,导致所得结果存在差异。鲍尔林希望,通过赋予每个科学家相同的“起跑点”,彻底消除这种问题。

以伐求保计划
以“伐”求“保”计划
在东南亚岛屿婆罗洲,樵夫、环保学生物学家和土著团体携手对土地使用的新模式展开了一场实验,实验的终极目标是让每一个人都衣食无忧,不会饿肚子。如果他们的计划最终获得成功,这一模式可应用于全世界的热带雨林地区,生物多样性将由此得到妥善保护,而当地人还能享受到多产的土地带来的经济效益。
马来西亚沙捞越邦当地政府授权启动“以伐求保计划”,目的是实现“三赢”:既发展当地经济,又保护野生动植物,同时还使当地居民有地可种。政府为此特意拨出近1900平方英里的土地,归为以伐求保项目试验专用地。其中近一半用于采伐阿拉伯橡胶树(一种生长迅速的树种,可用于造纸),30%以上的土地将用作生态保护。剩下的20%留给当地土著人继续繁衍生息。
马来西亚政府木材承包商Grand Perfect公司环保部门主任、生物学家罗伯特·斯特宾表示,这一计划的灵感来自于政府规划种植阿拉伯橡胶树区域图。其中一些地区用于采伐森林,剩余部分的森林则维持现状。斯特宾意识到,这种分块模式可用作本地动植物的“避难所”。他解释:“即便整个栖息地得不到保护,只要你要足够的林木和空地,而且这些都连成一片,生物多样性也能够得到合理利用。”
斯特宾与樵夫、沙捞越邦政府林业部门合作,将连接林业保护区的土地划成多条走廊,以便野生动植物在其间活动。其他一些保护和开发项目也在利用受保护的走廊通道,作为拯救本地物种之策。
斯特宾的当务之急是给生长在保护林区的动物建立一个完整的清单。研究人员现已统计出野猪、鹿、小型哺乳动物、鸟类、青蛙、鱼类和蜻蜓等动物的数量,目前正在调查菌类。他们还详细记录下经确认的所有物种的情况,如发现的地点,是否属本地物种,在当地或国际上的受保护地位。尽管之前林区遭到采伐,但研究人员还是发现了400多种脊椎动物的身影,如熊、麝猫、短尾猴、美洲豹、猫鼬、穿山甲等,甚至发现了地球上前所未见的18只蜗牛。斯特宾说:“这个项目的妙处在于,揭示了动物群落的这种弹性和生存能力。”