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邵逸夫奖基金会公布了本年度的获奖者名单。邵逸夫奖是根据已故香港影视大亨邵逸夫的遗愿设立的科学类奖项,分为天文学、生命科学与医学、数学科学三个类别,每项奖金 120 万美元。天文学奖授予了瑞典的 Lennart Lindegren 和爱尔兰的 Michael Perryman,以表彰他们一生对天体测量学的贡献,尤其是在欧洲太空总署依巴谷号及盖亚号的构想和设计中扮演的角色;生命科学与医学奖授予了美国的 Paul A Negulescu 和 Michael J Welsh,以表彰他们发现囊肿性纤维化是分子、生物化学和功能上出现缺陷所引致,以及鉴别和研发新药物去修复这些缺陷,因而能够治疗大多数患者;数学科学奖授予了普林斯顿的 Noga Alon 和牛津大学的 Ehud Hrushovski,以表彰他们对离散数学和模型论的非凡贡献,尤其是与代数几何、拓扑和计算机科学的相互影响。
人类下次登陆月球时,他们打算在那里停留一段时间。对于阿尔忒弥斯计划(Artemis program),NASA 及其合作者希望在月球上建立一个驻留设施,其中包括建立一个可以让宇航员生活和工作的基地。月球基地正常运行的关键要素之一是电力供应。专门从事军事基地微电网建造研发的桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)正与 NASA 合作设计可以在月球上工作的微电网。这个月球基地被寄望成为人类探索更遥远太空(例如前往火星)的技术试验场。因此电网将不仅要保持照明和气泵运行,还要支持采矿和燃料加工设施,这些设施将共同工作,以减少地球的供应需求。当然为月球基地设计微电网与设计在地球上使用的类似装置之间存在着一些差异。值得注意的是,它需要维持宇航员的生命,而不仅仅是支持传统的日常负载。为此,能量存储和电力管理将是至关重要的。这个月球驻地将包含一个生活单元和一个采矿和加工中心,后者将生产水、氧气和火箭燃料等。因此桑迪亚的工程师正研究两个直流微电网,通过一条联络线将它们连接起来。
如果有一百万名计算机科学家共进晚餐,他们会拿到一张巨额账单。如果其中一人特别节俭并且想检查一下账单是否正确,核查过程很简单但会很乏味:他们必须检查账单,一行又一行将所有的单项价格加起来,确保总数等于账单总额。但在 1992 年,六位计算机科学家在两篇 论文中证明可以采用一条激进的捷径。总有一种方法可重新格式化任意长度的账单,只用几个查询可以对其进行检查。更重要的是,他们发现任何计算,甚至是任何数学证明都是如此,因为两者都有自己的收据:计算机或者数学家都必须采取的步骤记录。
这种非常简洁的格式被称为概率可检查证明(PCP)。PCP 已成为理论计算机科学中最重要的工具之一。它们最近甚至进入了实际应用,例如在加密货币中被用于将大批量交易汇总成更容易验证的较小形式。在创建 PCP 之前,计算机科学家已通过类似于晚餐账单检查的解确定了一整类问题——只要你有一个解,就很容易验证。但是对于其中许多问题,先找到一个解要花费的时间似乎长得不切实际。
计算机科学家将这类难以解决但能高效验证的问题命名为 NP。它为许多我们关心的实际问题以及更抽象的问题(例如寻找数学定理的证明)提供了一个概念性的家园。求解是一步一步地求证,建立起绝对确定的数学结论——就像逐项汇总账单证明总额一样。求解可能会很难,但是一旦你有了一个解,就可以直接进行检查。这类证明就完全属于 NP 的范畴。
这种非常简洁的格式被称为概率可检查证明(PCP)。PCP 已成为理论计算机科学中最重要的工具之一。它们最近甚至进入了实际应用,例如在加密货币中被用于将大批量交易汇总成更容易验证的较小形式。在创建 PCP 之前,计算机科学家已通过类似于晚餐账单检查的解确定了一整类问题——只要你有一个解,就很容易验证。但是对于其中许多问题,先找到一个解要花费的时间似乎长得不切实际。
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下一代基因改造技术将不只是简单的向生物体引入实验室微调的基因,而是用实验室微调的基因靶向和移除特定的天然基因,此类技术被称为基因驱动。
如果包含基因驱动的动物(亲本A)与不包含该基因驱动的动物(亲本B)交配,那么在结合了它们遗传物质形成的胚胎中,亲本A的基因驱动会立刻开始发挥作用。它会在亲本B的染色体中识别出自身的天然基因版本并加以破坏——将其从 DNA 链中切割出来。然后亲本B的染色体会修复自身——但会复制亲本A的基因驱动。因此胚胎和由此产生的后代几乎可以保证具有基因驱动,而不是只有标准转基因的 50%的几率——因为胚胎从每个亲本那里获取一半的基因。可通过基因编辑技术 Crispr 添加到基因之中创建基因驱动。这告诉它在新胚胎的另一个亲本DNA中靶向自身的自然版本。基因驱动还包含一种进行实际切割的酶。
我们希望基因驱动可用来大大减少疟蚊和其他害虫或者入侵物种的数量。Target Malaria是这方面最前沿的一个组织,它开发出了阻止蚊子产生雌性后代的基因驱动。这很重要,原因有两个——只有雌蚊子会咬人,而且没有雌性,蚊子的数量会直线下降。其核心目标是大幅减少死于疟疾的人数,据世界卫生组织称,2020 年死于疟疾的人数是 62.7 万人——一个悲伤的数字。它还可以减轻这种疾病对经济的影响。2020 年有 2.41 亿例病例,主要在非洲,据估计疟疾每年使非洲大陆经济产出损失 120 亿美元。
美国生物学家、MIT 助理教授 Kevin Esvelt 是世界基因驱动开发的先驱之一。他在 2013 年首次提出这项技术。Esvelt 教授表示,这项技术是通过一种名为“菊链(daisy chain)”的方式提供的。在这种方式下,基因驱动被设计成在几代之后就不再起作用。或者每一代的传播几率都减半,直至最终停止。他表示使用这种技术可以控制并隔离基因驱动的传播。他表示:“可以在一个城镇释放带有限制的转基因生物,以改变(特定生物)的种群数量,同时将对临近城镇的影响降至最低。”
如果包含基因驱动的动物(亲本A)与不包含该基因驱动的动物(亲本B)交配,那么在结合了它们遗传物质形成的胚胎中,亲本A的基因驱动会立刻开始发挥作用。它会在亲本B的染色体中识别出自身的天然基因版本并加以破坏——将其从 DNA 链中切割出来。然后亲本B的染色体会修复自身——但会复制亲本A的基因驱动。因此胚胎和由此产生的后代几乎可以保证具有基因驱动,而不是只有标准转基因的 50%的几率——因为胚胎从每个亲本那里获取一半的基因。可通过基因编辑技术 Crispr 添加到基因之中创建基因驱动。这告诉它在新胚胎的另一个亲本DNA中靶向自身的自然版本。基因驱动还包含一种进行实际切割的酶。
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