蓝瓶子实验原理:施之不当 后患无穷

可能打开潘多拉魔盒的7项研究
     施之不当 后患无穷
——值得谨慎对待的7项技术研究或决策

http://www.stdaily.com 2011年02月20日 来源： 科技日报 作者： 陈丹
              一些备受关注、争议广泛的决策，如果稍有不慎操作失当，或许就会引发不可遏制的严重后果。
    本报记者 陈丹 综合外电 　　科学发展史上从来不乏令人瞠目结舌的奇思异想，这些人类智慧的结晶推动了社会的进步，但有时也难免会给民众制造恐慌。《大众科学》网站近日介绍了几项正在积极开展和实施的研究项目或技术，以及一些备受关注、争议广泛的决策，如果稍有不慎操作失当，或许就会引发不可遏制的严重后果。 　　 虽然可以为合成微生物设置一个自我毁灭程序，但没人能保证它们不会逃逸、变异并交配。    合成永生不死的微生物　　以各种匪夷所思的科研项目著称的美国国防部高级研究计划局（DARPA）或许会带领合成生物学迈上一个令人毛骨悚然的新台阶。2011年，DARPA投入600万元开展一项被称为“生物设计”的新工程，意在消除“自然进化进程的随机性”，创造出具有特定功能的生物，比如可清理泄漏油污的微生物或用于修复损伤的皮肤细胞。不过，DARPA想要打造的是一种“最终可通过编程而永生不死”的生物，但为了以防万一，研究人员还将为这些合成生物开发一套“自毁”程序。　　在预定时间或者当细胞偏离预期环境时，“自毁”程序就会启动并将细胞毁灭，不过这项自我毁灭功能却很少在实验室外经过测试。而且，并没有办法可以限制细胞与其他细胞或自身生存环境之间的相互作用，同时也不能保证这些细胞不会发生变异或复制错误，比如，合成的皮肤细胞有可能会出现失控性地增殖，形成癌症状肿瘤。　　此外，也没有什么办法可以确保这些合成生物不会与环境中的其他生物共享遗传物质，从而产生令人无法预料的新型微生物。“工程师希望他们能够设计出行为表现同预期一样的生物。”纽约大学生物学助理教授大卫·格雷沙姆说，“但只要将其放入某种精心选择的环境中，进化将会发挥主导作用。”　　这种永生不死的细菌的出现或许还有待时日，但DARPA合成DNA（脱氧核糖核酸）混合进其他生物的可能性却是真实存在的。“基因从一个微生物向另一个微生物的转移从未间断过。”亚利桑那州立大学传染病与疫苗学中心主管罗伊·柯蒂斯说。　　而在独立研究小组“合成生物学项目”的研究人员托德·库依肯看来，“最坏的情况”将是，“自毁开关失灵，然后这些合成生物开始启动正常的交配、变异和分裂进程” 。亦或者，“自毁”程序的工作状态过于良好：试想一下，如果一个安装了“自毁”开关的合成生物成功与一些对于海洋食物链来说至关重要的微生物杂交并繁育出后代，进而引发大范围的死亡，其后果绝不亚于石油泄漏给海洋造成的影响。　　如何能做得更好：合成生物学领域的研究不会停止，但科学界需要制约与平衡。正如斯坦福大学生命伦理学家米尔德丽德·赵和大卫·雷尔曼所言，建立“有效的监督机制”将极具挑战性，但却至关重要。        　　 关闭互联网的同时也会导致金融网络断线，而想要重启这些网络却非易事。    关闭互联网　　如果想要关闭互联网，最好的一次机会可能出现在1969年，当时它仅仅只由两台计算机组成。不过最近几年，出于对“网络攻击”的担忧，美国国会一直在商讨选择这一举措作为应对之策的可行性。　　2009年，参议员杰伊·洛克菲勒曾提出一项议案，建议授予总统“下令断开重要基础设施信息系统或网络”的权利。虽然该议案并未获得通过，不过，参议院第3480号提案——《像保护国有资产一样保护互联网空间法案》又紧接着出台了。作为提案人，参议员乔·利伯曼表示，一旦得以通过，该法案将允许总统命令互联网服务提供商“将美国的网络与来自另一个国家的所有流量切断”。　　构建这样一个互联网开关将是极为困难的。源自他国的数据包可以经由很多渠道进入美国，比如通过卫星、海底电缆、分组无线技术或路由第三国等；而且，数据包可以被“改头换面”，或者指定一个伪造的IP地址，这就意味着并没有万无一失的方法可以确保哪些数据包是源从国内而哪些又是来自国外。　　即使有可能将整个美国的电信系统与世界其他地区完全切断（无论采用何种方式，不考虑时间和金钱成本，不计较网速显著减慢），也并不能阻碍“魔高一尺”的黑客。有先例为证：去年11月，荷兰警方关闭了网络，但在140多个位于荷兰境内的Bredolab僵尸网络控制服务器的命令下，3000万台遭病毒感染的僵尸电脑“大军”仍能够不停发送垃圾邮件。在这个云计算时代，不论身处何方，任何人都可以按小时租用服务器，仅仅依靠一个开关来终止网络攻击行为可以说是无济于事的。　　事实上，局面可能因此变得更糟糕：开关的出现反倒会成为摆在黑客面前的一个诱人的目标。在以前，破坏整个网络几乎是不可能的；而现在，黑客可以简单地入侵这个终止开关系统本身。网络恐怖主义分子甚至可以采用一种更狡猾的方式，只需假装进行一次网络攻击，就可以诱使美国自己启动开关。没有人真的知道接下来会发生什么，不仅电子邮件无法发送，而且银行的自动柜员机、证券交易以及各类资金往来活动可能都将受到影响。而随之出现的另一个挑战将是：如何让一切重新步入正轨？　　如何能做得更好：不要关闭互联网。要帮助互联网用户防范间谍和黑客，终端到终端加密（所有互联网流量的完全加密）所起的作用更大，无论这些攻击举动是来自美国国内还是国外。 
  转基因蚊子可能将基因传递给其它昆虫。批评者也担心，将转基因蚊子释放到野外以控制疟疾和其他疾病的传播，可能会导致这些疾病变得更加致命。　　转基因蚊子　　作为疟疾、登革热和黄热病等疾病的载体，蚊子可谓是地球上最致命的生物，每年导致数百万人死亡。随着地球变暖，蚊子也在不断扩大自己的地盘，这些疾病也随之扩散，过去5年中，美国已经出现了上千例热带疾病登革热病例。长期以来，人们都使用滴滴涕（DDT）来控制蚊子的繁殖数量，但现在DDT已被普遍禁用。许多科学家相信，蚊子能够迅速对杀虫剂产生抗药性，这也是基因技术用于除蚊战斗的部分原因。　　一般来说，基于基因技术控制蚊虫项目的目标是要么杀死它们，要么让它们变得无害。比如，约翰·霍普金斯大学的研究人员正在通过激活一种基因来培育可抗疟疾的蚊虫，该基因编码的蛋白质能够阻止疟疾感染。而英国Oxitec公司已经改造出了一种必须依靠一定剂量的四环素才能存活的蚊子，在野外，这些蚊子的存活时间只够完成交配，并将其体内的四环素成瘾基因传递给后代。在去年于开曼群岛进行的实验中，Oxitec公司的转基因蚊子在短短6个月内就能使种群数量减少80%。　　但问题是，我们并不完全了解蚊子以及它们所携带的疾病会如何适应这样的实验，新型的疟疾和其他疾病可能会因此出现。伦敦卫生与热带医药学院的疟疾专家乔·莱恩斯将这一过程形容为“一系列军备竞赛，而（疟疾）寄生虫一贯都是赢家”。Oxitec公司的四环素成瘾蚊子所产生的后代中有3%得以存活，如果这些蚊子与野生的蚊子繁育出下一代，会导致怎样的后果？　　转基因技术诱发蚊子出现的变化甚至可能转移到其它动物身上。横向基因转移（跨越交配障碍的基因交换）可能导致蠓、蚋和墨蚊出现相同的突变，包括孵化后不久即死亡等特征，而作为鸟类、蝙蝠、青蛙和鱼食物来源的昆虫集体暴毙，对整个食物链来说都将是一场灾难。　　如何能做得更好：美国蚊虫控制协会的技术顾问乔·康伦赞成同时使用多种手段，包括喷洒杀幼虫剂，相较于针对成年蚊虫的杀虫剂而言，其对环境的破坏程度更轻；设置可吸引产卵雌蚊的诱蚊器；避免水蓄积，以防止蚊虫滋生。 一辆飞行的“悍马”可能具有内在不稳定性，甚至连轻武器的射击都无力抵挡。　　会飞行的军用“悍马”　　去年4月，DARPA为驻阿富汗美军士兵提出了一种躲避道路上的简易爆炸装置或者解决道路无法通行问题的新奇办法：乘坐“飞行悍马”飞过去。　　DARPA出资5000多万美元启动的这项名为“变形金刚”的探索性方案力求打造一台“结实的地面车辆”，并能够很快变形成为一架垂直起降的飞机，其有效载荷能力可达1000磅（约453.6公斤），飞行距离约300英里（约483公里）。任何想接下这份合同的承包商都将面对DARPA拿出的近乎苛刻的规格单：它必须能够抵挡轻武器的射击，同时满足联邦规定的安全性和碰撞保护标准；还得有四轮驱动，并能飞上10000英尺（3048米）的高度；在驾驶员无行为能力时，它还可以自动飞行。　　这些要求可不低。制造一辆飞行汽车面临的基本挑战就是要将地面装甲车和直升机这两种截然不同的最佳设计融合在一起，同时又不能牺牲太多各自的性能。早在上世纪50年代，美国军方就曾考虑将Piasecki PA-59K直升机改装成飞行吉普，但由于军事研究经费削减而放弃了这一项目。虽然现在材料科学和推进技术方面取得的进步可以让工程师们不再那么取舍两难，但许多挑战依然存在。　　首先就是重量问题。美国国家航空航天局的工程师马克·摩尔说，通常情况下，常规飞机的有效载荷每额外增加1磅，其自身重量就会增加约3磅，而垂直起降飞机的有效载荷每额外增加1磅，其自身重量就会增加约5磅至6磅。想象一下，一架配备有装甲车的垂直起降飞机同时搭乘4名士兵和他们的装备，其所需要的紧凑的无转子推进系统意味着在起飞时掀起的碎石可形成一个“相当于飓风速度的流场”，这种情况下想要进行秘密军事行动是不可能的。　　而在安全性方面，“飞行悍马”或许能够跨越设置在道路上的简易爆炸装置，但叛乱分子只需简单地瞄准挂装了油箱的机翼，就能造成机毁人亡。在伊拉克战场上，美军就曾有过飞行速度更快、机动性更好的黑鹰直升机被击落的先例。　　至于自动驾驶功能，在DARPA于2007年举办的无人驾驶汽车城市挑战赛上，最后入围的参赛车辆中有近一半无法执行基本的驾驶任务，有什么理由相信，面对战场上敌方的攻击，一辆内在不稳定的“飞行悍马”在自动驾驶时能够有更优异的表现？　　如何能做得更好：专注于制造更耐用、更具灵活性的真正悍马。“我们还没有一辆能够应付恶劣地形的军用车。”军事分析师、退役少将罗伯特·斯凯尔斯说。        批评者担心，通过钻孔的方式深入一座超级火山内部以研究其组成，在最坏的情况下，可能引发地震或火山爆发。  　　深入钻探超级火山　　公元79年，位于意大利南部那不勒斯附近的活火山维苏威火山剧烈喷发，摧毁了著名的庞贝古城，当时周围的民众没有收到任何警告，超过1万人因此死亡。但这还不是最坏的，与其相邻、能量更大的弗莱格雷营火山近年来出现喷发迹象，一旦这座超级火山爆发，造成的后果可能会更糟。　　那不勒斯的大部分城市规划区都位于弗莱格雷营火山之上，这座火山与印尼的坦博拉火山规模相当，而坦博拉火山在1815年喷发时导致92000人死亡，并给当地带来了一个“无夏之年”。因此，如果弗莱格雷营火山全面爆发，将是人类历史上最大一次火山喷发事件，其产生的威力可以让整个世界进入一段短暂的冰河期。这一次，科学家们决心给那不勒斯的300万居民充分的警告。　　而这正是弗莱格雷营火山深入钻探计划背后的部分动机。在欧盟的资助下，来自18个国家的科学家组成的联合团队计划在火山上钻洞，将传感器送入火山内部，以测量温度的变化、岩浆活动和地震活动。在项目的第一阶段，研究人员将凿出一个深1640英尺（约500米）的钻孔，来研究岩石的组成；第二阶段，将钻一个深2.4英里（约3862米）的狭窄主洞。利用放置在洞底的传感器所采集到的数据，科学家将可能以前所未有的精度绘制出火山的地下构造，同时也可以在火山爆发前向当地政府部门提前预警。　　不过，不论是火山爆发，还是钻探活动本身，都可能导致一场灾难。　　研究弗莱格雷营火山长达10年之久的弗吉尼亚理工大学地球化学系教授罗伯特博德纳尔表示，该处将会出现地震活动，但目前不清楚的是地震活动的程度如何。博德纳尔说，由钻探引发的活动会非常轻微，只有地震仪才能测量得到，但他也承认，并不能排除更严重的后果。如果在钻探过程中意外触到岩浆，可能会引起爆炸。此外，硫化氢等有害气体也可能因此逸出，导致爆炸或引发地震活动，同时也会污染表层土壤。　　而最坏的情况将是，钻探活动对弗莱格雷营火山系统的冲击会引发连锁反应，最终导致地震甚至一场全面的火山喷发。类似的灾害此前就曾发生过：2006年，在印尼露西火山进行的一个科学钻探项目引起火山喷发，导致13人死亡，3万人流离失所。虽然该项目的科学家称，他们的钻洞很小，不存在危险，但项目至今仍被搁置。那不勒斯市市长罗莎·拉索·埃尔沃利诺表示，如果不能保障该项目是安全的，“火山口将不会有任何钻探活动”。　　如何能做得更好：从地表监测火山的地震活动，并制定一项可迅速执行的计划将那不勒斯市民转移到安全地带。
向大气平流层喷射含有硫磺的气溶胶虽然可以为地球降温，但也会造成大范围的干旱和破坏。　　喷撒硫磺微粒“遮天蔽日”　　利用地球工程技术改变大气层以防止全球变暖出现最坏结果，这种做法一度被认为过于目中无人而未被认真考虑。但延续一个遏制气候变化的国际条约面临的前景严峻，使得这一切已经在发生改变。去年，美国国家科学院和英国皇家学会不约而同地召开了会议探讨地球工程的可行性。这些计划一般分为两大类：捕获二氧化碳（将二氧化碳从大气中清除出去）或者管理太阳辐射（反射太阳光）。而后一类计划中的一种，即利用飞机或长软管将硫酸盐气溶胶倒进较低的平流层，才是最冒险的。　　从理论上来说，气溶胶一旦进入平流层，会反射一些太阳辐射，防止全球平均气温出现破坏性的上升。这一理论并不荒唐。1991年，菲律宾皮纳图博火山爆发，20万吨二氧化硫随之喷涌到大气平流层，导致全球平均气温在1991年至1993年间下降了约1华氏度（约0.56摄氏度）。但要管理好这样一个方案，需要空前的国际协调和资金支持，而且计算错误的可能性很高。　　在最坏的情况下，这种地球工程技术潜在的负面影响是极其严重的。　　科学家利用模型研究证明，如果向大气中喷射含硫气溶胶，在10年内或许会起到为地球降温的效果，但遮蔽阳光带来的副作用比预期的更为严重。热量减少意味着蒸发作用减少，进入水文循环的水会相应减少。亚洲和非洲季风带来的雨水也将越来越少，从而导致干旱，破坏亿万人民的粮食供应。与此同时，阻挡阳光对于缓解海洋酸化无济于事，全球一些主要渔场不得不被迫关闭。　　研究显示，再过两年，大气中的硫含量就会降至实施地球工程项目之前的水平，而被人为压制了10年全球平均温度又将重新开始升高。全世界农民为适应10年前的变化所做的努力会因降水模式和气温的又一次突变而前功尽弃。温度上升导致北极永久冻土带消融，释放出数十亿吨甲烷（其温室效应是二氧化碳的30倍），这反过来又会加速气候变暖。可以说，这是一个自我强化并且不可阻止的过程。　　如何能做得更好：试图利用地球工程技术将大气中二氧化碳水平控制在350ppm（百万分之350）的理想低值，想都不要想。     恶意程序可以炸毁工厂，对电网造成破坏。  　　针对工业系统的网络破坏　　计算机已经帮人类承担了大部分工作，那么让它搞点破坏似乎也是很自然的事情，Stuxnet病毒或许就是在这种思维指导下出现的也说不定。　　作为全球首个专门针对工业控制系统的已知恶意蠕虫病毒，Stuxnet病毒于2009年年初开始蔓延。目前还不清楚到底是谁编写了这一病毒，以及其背后的动机何在，但业界渐渐达成的共识认为，可能是某个政府创建了Stuxnet病毒，旨在破坏伊朗的核计划。　　Stuxnet病毒能够识别并悄悄劫持由西门子公司开发的工厂控制软件。一旦运行该软件的计算机被感染，它就可以令用于铀浓缩的离心机失控，从而破坏它们。由于这些计算机通常都不与互联网相连，因此Stuxnet病毒可能是通过U盘植入的，然后在局域网中寻找合适的电脑进行攻击。　　但不知是何原因，Stuxnet病毒最终传播到了互联网上。到去年秋天，该蠕虫已经感染了至少155个国家的数十万台电脑。西门子公司表示，迄今为止，全世界只有15个工业设施受到感染。截至目前，虽然并没有报道指称Stuxnet病毒造成了更多实质性的破坏，但其潜在的危害仍然不可低估。　　Stuxnet病毒被设计来劫持的操作系统控制着管道、传送带、锅炉、报警系统和访问控制等诸多设施，专家警告说，它和类似的蠕虫病毒在理论上可导致工厂锅炉爆炸、毁坏天然气管道、破坏电厂和电网。更重要的是，Stuxnet病毒的出现，或许为黑客们绘制了一幅编写恶意程序实施网络攻击的“蓝图”。　　如何能做得更好：网络安全顾问斯蒂芬·斯普纳莫尔说，我们应立即重新设计所有重要的基础设施，使之“出故障时应急开放”，这意味着，当发生网络攻击事件时，系统会默认为基本运行模式并保持正常运行。(科技日报)
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