第一单元 什么是罗素悖论？
约翰·T·鲍德温，奥利弗·莱斯曼 撰 胡志国 译
罗素悖论是建立在这样的实例基础之上的：想象有一群理发师，他们（给所有，而且）只给不给自己刮胡子的人刮胡子。假设这个集体中有一个理发师，他不给自己刮胡子，那么，按照这个集体的定义，他就必须给自己刮胡子。但这个集体中的任何理发师都不能给自己刮胡子。（否则，他就是在给自己刮胡子的人刮胡子了。）
伯特兰·罗素1901年发现的这个悖论是对他的一位数学同行的打击。十九世纪晚期，戈特洛布·弗雷格试图通过符号逻辑为所有的数学建立一个基础。他在形式表达式（如x=2）和数学特征（如偶数）之间建立了一种对应关系。在他的推导中，人们可以随意使用任何特征为后来的特征定义。
罗素在他1903年出版的《数学原理》中公布了自己的悖论，证明了弗雷格系统存在根本缺陷。在今天看来，这类系统最好通过所谓的集的结构式用集合的概念来描述。例如，对于由数字4、5、6组成的集体，我们可以描述为：x是一个整数的集体，若用字母n表示这些整数，则n大于3小于7。对这一集合的描述，在形式上我们写作x={n: n为整数，3 罗素发现这一悖论之后，弗雷格马上认识到他的系统被全盘推翻了。即便如此，他无 法解决这个悖论，而为了绕开这个悖论，人们在二十世纪做了许多尝试。 罗素本人对这一悖论的回答是他的“类型论”。他分析道，之所以会产生悖论，是因为我们混淆了对数的集合的描述与对数的集合的集合的描述。于是罗素引入了对象的分级系统：数，数的集合，数的集合的集合，等等。这个系统曾被作为手段用于对数学基础的第一次形式化，并且在今天的某些哲学研究和计算机分支学科中仍有运用。 策梅洛解决罗素悖论的方法是用公理 “对于每个公式A(x)和集合b，都有集合y={x: x属于b和A(x)}”代替公理“对于每个公式A(x)都有集合y={x: A(x)}”。 为所有数学建立逻辑基础的努力后来如何呢？现在数学家认识到，这个领域可以用一个称作策梅洛-弗兰克尔集合论的理论进行形式化。这种形式语言包括诸如用“e”表示“一个元素”、“=”指“等于”、“□”意为没有元素的集合之类的符号。于是人们就可以写这样的公式：B(x):如果y e x， 那么y就是空集。用集的结构式可以将其写作y={x: x=□}或更简洁地写作y={□}。罗素悖论就成了：设y={x：x不属于x}，y是否属于y? 罗素与弗雷格关于发现罗素悖论的通信，收入了《从弗雷格到哥德尔: 数理逻辑原典读本（1879-1931）》一书，此书由吉恩·万·海耶诺特编辑，哈佛大学出版社1967年出版。 第二单元 暗能量 暗能量是对一种未知排斥力的称谓。该排斥力不同于引力，它使得星系间加速的远离彼此。 暗能量大致可被看作“反引力”。在微观尺度上引力将物体聚集起来，而在更大的宏观 尺度上暗能量将它们分开。 虽然暗能量的存在还没有被证实，但它是许多科学家解释宇宙不断加速膨胀这一令人困惑的观察的最好猜测。科学家们仍然不知道这种力是怎么产生的，但对于暗能量更多的探索和了解是宇宙物理学家的头等任务之一。 令人困惑的预期 发现暗能量的故事是科学中令人困惑的预期的典型案例。 在20世纪90年代中期，天文学家开始着手测量宇宙的膨胀速度。因为引力使大量物质吸引在一起的缘故，多数天文学家预期可能发现引力已经使宇宙膨胀速度减缓或者保持不变。 然而测量结果却是相反的：宇宙在加速膨胀。 澳大利亚国立大学（位于堪培拉）的Brian Schmidt说“实验数据并非我们所预期的那样，有许多令人紧张的笑话在里面”。1998年他带领一个研究团队与约翰霍普金斯大学的天体物理学家Adam Riess 一起发现了暗能量。 证据来源于对超新星 — —种明亮的恒星爆炸现象的测量。天文学家还把超新星用作路灯柱来跟踪测量距离。通过对于遥远距离的观察，科学家们能够回溯过去，因为遥远物质发出的光经过数十亿年才到达地球。 科学家们观察了许多不同距离的超新星来确定它们加速远离我们的速度（测量物体的红移，或者由于多普勒效应它们发出的光的改变。多普勒效应是指当物体靠近或远离你时 它们发出的光波的压缩或膨胀。与此类似的是救护车上警报器音频的改变，当它靠近你，经过你然后驶向另一方向时——它的波开始是压缩然后再是膨胀的）。通过观测数十亿光年以外爆炸的超新星，天文学家非常精确地描绘了宇宙的膨胀历史。 惊人的结果 研究人员同时还发现如今宇宙的膨胀速度比以往任何一个时候都还要快。 来自加州大学伯克利分校劳伦斯•伯克利实验室的天体物理学家Saul Perlmuter说“起初我们不愿去相信这个结果”，可他带领的研究小组发现的结果却与Schmidt 跟Riess发现的一样。“我们越是研究，就越是发现结果是那样的。” 为了解释这些疑惑，一些科学家重新运用爱因斯坦曾经被认为是错误而抛弃了的观点：真空并不空而是具有能量的，这些能量表现出排斥作用，并加速宇宙膨胀。爱因斯坦把这种观点称作为宇宙常数，而且他认为他犯的最严重的错误就是宇宙常数的引出。 而现在宇宙常数是研究宇宙为何像气球一样膨胀的主要理论之一。 暗物质 暗能量有时会和跟它相似的神秘的暗物质相混淆，尽管他们是两个单独的实体。 据猜测，暗物质是一种不与光发生相互作用的物质，所以它是不可见的。天文学家通过它对星系中星体产生的引力而推测出它的存在。 暗物质和暗能量加在一起占据了宇宙的大部分质量（根据爱因斯坦著名的公式E=Mc2， 暗物质和暗能量被认为是同一事物的两种不同形式）。据说暗能量占宇宙质量的74%，而暗物质约占22%，其它普通的、可见的物质仅占4%。 仿佛暗能量的发现还不够惊奇，它还引发了大量问题。比如说，暗能量增加了多重宇宙论支持者们的热情，该理论认为我们存在的宇宙只是常量和条件不同的数不尽宇宙中的一个。宇宙学家们说，也许还有其它的宇宙，那里没有暗能量，宇宙的膨胀速度的确在减慢！或许这就是我们的世界如此特别的原因吧？！ 当每个人都是朋友时，还有隐私存在吗？ 兰德尔. 斯特罗斯 1 脸谱（或面书，）网站设有首席隐私官一职，但我怀疑从现在起这个职位是否还能存在十年。倒不是因为脸谱网站不顾一切地除去对隐私的保护，而是因为脸谱网站和其他社交网站的流行性已经促使了个人所有信息的分享，这消除了区分私人与公众的界限。 2 当分享个人信息的范围从一些朋友扩展至许多分组在脸谱“朋友”标签下的各种各样的人群时，信息的公开化成为一种常态，而隐私则变得古怪而过时。 3 当脸谱网站在校园内开始使用时，其年轻会员——包括高中生或大学生，以及刚成年的毕业生——似乎很乐意在上面分享所有东西。恰恰是年长的会员——2006年脸谱网站对工作场所网络，继而对于任何人开放之后才加入的会员——这些人正在适应这个新的价值体系，即自我表达比沉默更有价值。 4 脸谱网站声称它是世界上最大的社交网站,拥有1.75亿会员。但是在美国，大多数的会员相对还是比较年轻的。脸谱网站给广告商们提供了一个包含各个年龄段的5440万人的广告对象。但是如果广告商想要把目标群体范围缩小至25岁及以上人群，这个数字就下降至2880万。如果缩小至30岁及以上，脸谱网站只有2030万目标群体可以提供。 5 许多30岁以上的胡须半百的人还在注册，因此脸谱网站有机会迅猛的增长。每个星期，在美国范围内，都有100万新会员加入这个网站，在全球范围是500万；30岁及以上人群是增长的主力军。 6 会员们也变得更具有交际性。十二月，全球范围内平均每个会员的脸谱“朋友”有100个。据公司发言人称，现在朋友人数已升至120人。在会员中，友好包含原则似乎在自我揭示：从时间上来讲，许多会员认定最容易的途径就是按惯例来接受“好友申请”，完成一个一方开始接受另一方成为脸谱好友的申请序列。 7 换句话说，他们将“朋友”简单定义为任何一位提出好友申请的脸谱会员。 8 在公司短短五年的历史中，会员和个人网络的增长似乎并不受公司丑闻的影响。其中一个例子发生在二月，当公司不断摆弄其服务项目时。新语言似乎断言脸谱网站对于会员个人信息拥有不可更变的保留和使用权，甚至在会员已经注销了他（她）的脸谱账户之后，仍然理所应当的可以进行一些编辑。 9 之声是很大的——只需要一少部分会员提高他们反对的声音——之后脸谱网站就恢复了旧语言。几天之后，脸谱网站给公司提供了一份原则草案，以及另一份关于权利和责任的草案，写入会员授权当中。 10 脸谱网站给会员们提供了很多隐私选择权。我记录了43个可以修改设置的项目，不包括那些可以被一个会员的脸谱朋友们安装的应用软件看到的性信息群。 11 脸谱网站对新账户的默认设置在某些方面给使用者提供了保护。例如，会员的文件信息仅限于其学校、工作场所或地域网络的朋友和其他人可接触到；至于朋友的朋友是没有访问权限的。但脸谱网站对于朋友网的第三方软件可看设置上几乎没有。会员不太可能意识到除非他们改变默认隐私设置，否则的话，其朋友安装的应用软件能够清空和储存该会员个人信息的很多项目。 12 弗尼吉亚大学计算机学院副教授戴维·埃文斯谈到，他希望脸谱网站在外部软件开发人员可接触到的信息上面开始进行更多的。在19项信息项目中，有15项都被脸谱网站默认设置为“分享”，这意味着这些信息可以被提取出脸谱网站并储存在其可控范围之外的服务器上。这15个项目包含活动、兴趣、照片和关系状态。 13 他说：“脸谱网站应该偏重于在隐私方面进行设置，而不是在个人信息传播上下功夫。” 14 脸谱网站的首席隐私官克里斯·凯瑞，为维护其当前的设置，宣称“脸谱网站为使用者在他们选择互动的应用软件上提供了广泛的控制权。”他还说脸谱网站已经移除了“数以千计”的被会员们认为不安全的应用软件。 15 然而，在埃文斯教授看来，对于恶意软件的去除来得太晚了：“一旦这个应用软件获得了数据，它就已经得到了，储存在其他人的机器当中。” 16 默认设置就变得至关重要，因为几乎没有使用者会费力地去调整设置。当被问到 有多少会员曾经更改过一项隐私设置，凯利先生回答为20%。 17 脸谱网站确实允许会员自定义创建朋友分组。成员可以有选择地访问某些项目，如照片和视频。但为这个或那个项目自定义许可条件，需要多次点击鼠标，这对于会员来讲是件很讨厌的事情。 18 对于许多成员来说，“朋友”现在意味着一个大杂烩，有真正的朋友、以前的朋友、朋友的朋友，和那些不是朋友的人；年轻的和年长的亲戚；同事，甚至还有该死的，令人讨厌的老板。而每个被接受为“朋友”的人都具有相同的访问权。 19 当一个人的少数亲密朋友和大多数不是朋友的人之间的区分变得模糊的时候，再分辨私人和公众就似乎没什么意义了。 远程遥控机器人可以代替你参加下一次会议 拉里·格林迈耶 它看起来就像是装在真空吸尘器上的落地灯，但Anybots Inc公司的新产品QB是目前代理机器人领域的最新研究成果。QB设计的目标是：当你不能亲自到场时QB可以充当你的眼睛、耳朵和声音。更妙的是，它可以像摩登家庭中的罗西一样靠两个轮子移动、翻滚，而且可以通过网络和Wi-Fi连接实现远程遥控。 远程办公者和经常出差的高管一类人都可以使用QB（如此命名是由于它是紧随QA系列的产品）作为他们自己虚拟的延伸：通过键盘控制机器人参加会议、参观设备或进行房地产视察。 Anybots公司在星期二正式将远程控制机器人公布于众，并计划今年年底开始销售QB远程控制机器人。500万像素的摄像头作为一只眼睛，而另一只则是一个激光指示器。安装在QB头顶上的一个扬声器是它的喉舌，前额上的触摸显示器使它能够维护软件并进行其它输入。环绕它头部的保护橡胶环使它看起来像1981年左右的奥利维亚纽顿-约翰。 一个自我平衡的系统，一台全速为每小时5公里的电机和轮子一起使机器人移动。两个车轮，而不是三轮或四轮的设计使得它能在狭小的空间更加灵活，同时使其重量保持在大约16公斤。QB的头部和底座之间的区域由一段伸缩塑料组成，它的伸缩性可以使QB站起来时高达175cm, 或矮至81cm。 虽然目前还不清楚QB的远程操作能力是否能证明15,000美元标价的合理性，Anybots公司认为它的技术对于那些期望在任何时候、任何地点都能跟外界保持联系的新 一代工作者有着巨大的吸引力。总部设在加州山景城的Anybots公司的总裁和首席运营官鲍勃•克里斯托弗说，QB的设计使这些连接在无需“亲临现场”的条件下实现。他补充到，虽然宽带速度和视频质量在不断改善，但是QB不能替代真正的亲临现场。 一个预测Wi-Fi使用可行性的测试 为了了解QB是怎样运行的，《科学美国人》测试了（在纽约的编辑办公室）一台位于加利福尼亚州的属于Anybots工厂的QB。我们的任务是驱动它通过大厦的一楼大厅，并寻问第二台QB（由Anybots员工远程控制），在哪里能够找到公司从事产品开发的艾琳•拉帕茨基，并向艾琳的位置前行。这个测试首先需要登录Anybots的网站并选择我们要操控的QB的IP地址。 一旦我们的QB“醒来”并与Anybots的本地Wi-Fi网络连上，我们就能使用键盘方向键操作QB移动到大厅。QB的控制不太容易，尤其是因为地板上的地毯和其它东西会阻碍QB的直线运动。我们轻易的找到了另一台QB，但摄像头很难调整，以至于我们只能一直注视另一台QB的摄像头。然而这是没有必要的，因为我们能够通过我们机器人身上的麦克风大声而清晰听到控制另一台QB的人的声音。使用方向键，我们能够使我们的QB向左转并按照既定的大致方向行进。 通过更多的实际操作，就能够更加得心应手的控制QB。QB的一个特点是内置激光雷达（光探测及定位）系统能在机器人接近一个目标时给出提示并降低速度以免（或降低影响）发生碰撞。QB在其“下巴”底部也安装了一个摄像头（指向它的轮子），这样你能够看到你是否会通过一个更低的障碍物（比如某人的脚）。 当ＱＢ向我们遇到的人包括Anybots的创始人和首席执行官特雷弗•布莱克韦尔打招呼时，激光眼的有效性得到了证实。特雷弗•布莱克韦尔接受了QB传入他手掌心的一束激 光，以此来代替握手（一种慰藉，因为ＱＢ没有手）。 我们准备离开的时候，驱动QB 回到Anybots的大厅并驶出前门。就在要越过大门的时候，我们学到了操作代理机器人的一些很有价值的东西：千万不要把它移动到Wi-Fi网络覆盖的范围之外，因为连接断开就意味着没有摄像头和控制信号来操作机器人接下来的行动。我们所处的情况尤其不幸，因为我们失去信号时，QB正逐步靠近通向停车场的斜坡顶部。 注意，危险！ 第一只小猪用稻草修房子遭了殃。可如果巴斯大学的研究结果得到建筑行业的认可，现代的稻草建筑却完全可以成为未来的伟大设计。 如果想到稻草屋，我们可能会把它想象成摇摇欲坠、风雨飘摇，并且散发着农家院落的气味儿的简陋小屋。但当我们步入坐落在巴斯大学校园里的一座外观相当现代，名为“稻草屋”（Balehaus）的原型房屋时，我们会发现根本就看不到一根稻草。房屋的一楼有两间卧室和一个浴室，而二楼则是通风的开放式起居间。我们置身在这所设计特别的屋子的的大厅，感觉仿佛在萨默赛特郡看到了斯堪的纳维亚半岛。 事实上，稻草束紧紧地排放在一系列预制的长方形木框中。这些被称之为摩细胞（Modcell）的墙板得以粉刷、晾干，最后再像积木一样摆到一起。 稻草屋的问题似乎不是他们不可以用，而是人们认为他们有点嬉皮士的风格，而且也认为他们不太耐用。 彼得·沃克教授是巴斯大学建筑研究院新建筑材料研究中心的主任。他指出：“稻草屋的优点是便宜、好找和绝缘性能好。数百年来，人们都在使用它建造房屋。” 稻草是谷物收获后剩下的茎秆。作为全世界都存在的行业的副产品，它也能帮助吸收并且锁住大气中的碳，直到它腐烂。就碳消耗而言，制造和运输水泥以及砖的价格昂贵。因此，对于目前依赖这些内含能量消耗高的材料的建筑行业来说，稻草能够对房屋温室气体排放问题的解决提供好的解决办法。 然而，无论稻草屋看起来多么现代并且环保，人们仍然希望它在雷雨天不漏雨，也不会因为有人碰倒一只蜡烛就被烧个精光。沃克与他的研究伙伴凯瑟琳·比德尔用了18个月 的时间 就列出来的一长串可能腐蚀，烧毁或者吹跨房屋的风险因素对“稻草屋”进行了测试。他们发布的研究结果目前看来是令人放心的。 当他们的团队把一块摩细胞带进实验室，系在温度加到1000多摄氏度的熊熊燃烧的火炉上，并试图把它烧为灰烬时，比德尔打趣地说：“人们总希望发生些什么，但我们进展得很顺利。” 她解释道：“这是模拟房屋起火的标准化测试。” “我们需要至少30分钟的耐受时间。这意味着我们知道房子至少在半个小时以内不会倒塌，人们还有逃生的可能。“ 比德尔说，在直接与火焰接触1个半小时以后，墙面才开始剥离，然后稻草开始回烧。但由于稻草压得很紧，他们与其说烧毁了，还不如说碳化了。 又等了45分钟后，墙板仍然屹立不倒。团队确信这种材料的性能超出了建筑规则的要求，于是放弃继续试验。 在测试房子的抗风性能时，他们把液态千斤顶顶在墙上以模拟稻草束所受的风力。而摩细胞虽然移动了几毫米，却仍然在建造它之前计算机模拟所允许的偏差范围以内。 沃克认为，这对于最终的摩细胞建筑系统的造价可能是个好消息。“这就意味着房子比要求的更坚固。所以现在我们就可以选择通过减少里层的木板等降低一点牢固性，这样就能降低造价。” 目前，这样设计的模拟建筑系统的大概造价是13万两千元。对于一个仅有两间卧室和一个大的开放式厨房的小房子，在稻草本来不贵的情况下，这似乎并不便宜。何况人们还必须买地基和挖基脚。 “花费是引入这项技术的一个难题。但我认为，作为原型房屋，这总的说来不错。”沃克这样说道。 “我们希望，通过降低供暖费用节约成本，它在价格方面会有优势。” 在模拟人与设备排放的热量时，他们把每间屋里装上许多白炽灯，并在预设的时间段打开。比德尔说：“这样做的目的是观察有多少热量会漏掉以及每年不同时间所需要的供暖水平。” “这种环境模拟会为我们提供房子预计使用的能源的各种数据。如果我们正在预测它随着气候变化会怎样地改变，我们就可以参考那些变数。” 内置在每块墙板的感应器会一直监测墙板通过透气的墙面吸收并释放的空气的湿度。在进行的空气密闭性测试中，“稻草屋”符合建筑法规的最低要求，并比还要低得多的“最佳质量”标准好得多。 接下来是进行洪水测试。令人失望的是，研究人员并不是简单地把水龙头放开：相反，他们把墙板立在一米深的水中，测试木板多久能干，以及工业干燥剂是否会损害稻草。 沃克说：“以后，我们想让一些人住在里面来看在现实环境里房屋的使用情况，比如说三口或者四口之家。” 做学生公寓？我思忖着。沃克突然看上去有点担心他的宝贝稻草屋。因此，或许只有成熟、规矩又负责任的学生才能申请。他们还得保证不在房子里狂欢。但谁知道什么时候那些渴望舒适、环保、供暖充足的房间的学生才能住进用稻草修建的第一批学生公寓呢？ 机械工程前景展望 ——机械工程发展全球峰会上的报告 胡志国 译 未来的工程师将在最大和最小两个极端系统中工作，需要在跨越更远距离和更大时间量度的多学科、多层级工程学方面拥有更丰富的知识，进行更紧密的协作。系统工程的新领域会涵盖大部分机械工程的知识和实践。 美国国家工程院院长查尔斯·维斯特预言，来自微小的“百万级”系统的技术流动“将成为二十一世纪的大事件”。两个新的前沿领域会对工程学产生巨大影响。第一个前沿领域是越来越小的空间刻度和越来越小的时间刻度。这个前沿处在生物技术、纳米技术和信息技术的交汇点上，要求机械工程师在工作时超越传统的学科界限。第二个前沿领域是“不断扩大的非常复杂、而且往往具有非常重要的社会意义的系统”。此前沿指向世界在能源、环境、制造、生产发展、后勤、通讯等领域面临的最严峻问题。两个前沿都增加了问题的复杂性，需要工程师在处理时具备新的知识和技能。 无论现在还是将来，工程师都必须为在这两个前沿中工作做好准备。雇主会要求工程师熟练综合不同学科，处理顾客和股东日趋复杂的要求，对付多个互相作用的系统。他们在设计、管理复杂系统的过程中，会大力借助模拟和计算机辅助设计（CAD）。在复杂系统模型的制作方面，计算机模拟的功能将会更加强大，优化预期结果，不良结果，成为工程师的有效工具。 例如，波音公司幻影工作室的首席工程师马克·伯吉斯说，在他刚参加工作的时候，制 作计算流体动力学网格花了他两年时间。但在未来二十年里，他预测道，“高度集成的无缝系统甚至能为非专业用户制作可靠的结果”。他认为，这样的系统可能具有非常直观的用户界面，或许让人想起已经在成就了亚马逊网人性化的电子商务经历的程序中得到体现的那种舒适。 纳米-生物技术的未来 纳米技术和生物技术将主导未来二十年的技术发展，并将融入影响我们日常生活的技术的方方面面。查尔斯·维斯特论证了技术创新的核心已经从物理学和高速无线电通信转向了生物学和环境科学。而快速发展的生物技术和纳米技术领域，便居于这些创新的核心。 纳米技术的早期运用，从平淡无奇地运用到短裤中以防止污渍，到令人兴奋地发明新媒介以帮助医学成像，范围非常广泛。生物技术已经促进了救生药物和粮食作物的发展。纳米技术和生物技术都成功地实现了从基础研究到产品和服务开发的转变。 纳米技术和生物技术为下一个二十年更大的成功做好了准备。纳米技术可以用来制造更有效的、发电成本比煤更低的太阳能电池，用来向特定的身体细胞输送药物，用来建造只有邮票大小的百万兆数据芯片。生物技术即将发生，对基因构成进行标准化并互相交换。基因构成标准化了之后，培育生物有机体就容易了。这些有机体可以用来完成许多任务，其范围包括为汽车生产氢、为疟疾生产新药，再到清除有毒废物之类。 在家中设计 在将来，电脑辅助设计、材料、机器人技术、纳米技术和生物技术的进步会让新装置的设计和创造过程变得民主。工程师将能设计方案解决局部问题。工程师个体将拥有更多 自由，利用本地材料和劳动来设计、建造自己的装置，这就构成了工程创业者的复兴。当更多工程师作为更大的无中心工程公司的一份子或作为创业者在家中工作，工程师劳动群体就会发生变化。 计算机辅助设计、材料、机器人技术、纳米技术和生物技术中的新兴技术可能形成合力，改变工程师的工作方式。更快的处理速度和网速很快就会让未来的工程师设计整个产品系统，而非设计零散片段。 未来学家罗伊特·塔尔瓦强调，诸如第二人生的虚拟世界是改变我们的感受世界方式的新技术之一。和计算机辅助设计系统的发展相结合，机械工程师就可能在互动式虚拟环境中协作。在这个环境中，他们可以共同设计、检验假说、运行模型和模拟机，可以从三个维度观察他们的创造品，就像工程师在车间和同事观察正在建造的汽车一样。 高速模拟、仿真装配实验室正在得到改进，其价格很快就会降到那些开办家庭公司、授课，以及那些有发明或建造爱好的人也能承受的程度。工程师以后就能用先进的计算机辅助设计系统在家里设计，或在虚拟世界里与来自世界各地的同事们协作设计了。他们将能运用基于家庭的仿真技术测试自己的很多设计。 作为个人发明家，或作为创业者，或作为吸引了世界各地优秀工程人才的分布式商务中的雇员，未来的工程师会拥有更好的工具展开事业。 基因工程简介 德斯·尼科尔 什么是基因工程 尽管基因操作涉及的技术多样而复杂，其基本原理却相当地简单。这项技术的前提是遗传信息。而遗传信息赋码于DNA（脱氧核糖核酸）中并按照基因形式排列，是能够用多种方式操控以实现纯科学与应用科学以及医学研究的某些目的的一种资源。基因操作主要依赖分离DNA序列与染色体组的能力。这是基因克隆的核心，可以看做四个一系列的步骤（图１所示）。这些步骤的成功完成为基因工程师提供了特定的ＤＮＡ序列，可以用于各种目的。一个很贴切的比喻将基因克隆看做是一种形式的分子农业。这种分子农业能够使特定的DNA序列得以大量生产（在基因工程中，这里的量指的是微克或毫克）。 遗传工程的基础 我们应该记住，这些技术的发展依耐于微生物遗传学家们所提供专业知识和技能。我们可以将遗传学的发展历程分为三个主要的时期（如图表二所示）。遗传学起源于世纪之交时对孟德尔定律的重新发现，而接下来的四十年左右的时间则见证了遗传原理和基因定位 的阐释。微生物遗传学在19世纪40年代中期得以确立，并且DNA作为遗传物质的角色得以确认。在此期间，对于细菌间基因转换机制的认识取得巨大的进步，丰富的知识库得以建成，从而为后来的发展奠定了基础。 孟德尔定律或古典遗传学： 基因定位 基因转换的论证 微生物遗传学：分子遗传学 基因操作：技术的发展与应用 图表二：自1900年以来遗传学的历史。深色部分代表该学科各个分支学科的主要发展时期。 1953年，詹姆斯·沃特 与弗朗西斯·克里克发现了DNA的双螺旋结构,为遗传学在分子水平上的发展起到了积极作用。随着基因主要特征以及表达方式的确定，此后几年成为高度活跃和兴奋的一个研究时期。这项研究在1966年完整的遗传密码确立之时达到了顶峰。这个阶段为新遗传学的出现做好了准备。 最初的过程 19世纪60年代后期，分子生物学领域的科学家们有一种挫折感。当那些曾帮助破解基因密码的优雅实验不能用于进一步详细地研究基因时，技术条件的阻碍了研究的进 步。但是，许多研究成果为遗传操作成为现实起到了必要的促进作用。1967年，DNA连接酶被提取出来。这种酶可以把DNA的双链连接在一起，这是建构重组分子的先决条件，可以被看作是一种分子胶水。随后，1970年，第一种DNA性内切酶被分离出来，这是基因工程发展史上的重要里程碑。性内切酶本质上是种分子剪刀，能准确地把DNA按照定义好的序列切分。这种酶能够用于生成适合与其他碎片连接的DNA片段。因此，在1970年，建构重组DNA所需的基本工具就找到了。 第一例DNA重组分子1972年在斯坦福大学产生。他们运用了性内切酶的卵裂性能（即剪刀功能）与DNA连接酶能将DNA双链连接在一起的功能（即胶水功能）。这次尝试性实验的重要性不可低估。科学家们现在已经能够将不同DNA分子连接在一起，也能将不同有机体的DNA连接起来。1973年，这种研究方法被进一步运用到将DNA碎片连接在pSC101质粒上。而pSC101是从大肠杆菌上分离出来的一种染色体外遗传因子。这些重组分子有复制子的功能。例如：如果将其放入大肠埃希菌细胞中，它们就能复制。因此，在生物体外建构重组分子，并将其植入细菌细胞，使其能在活的有机体内复制。这样当DNA碎片在琼脂平碟上生长之后，就能够从细菌载体中分离出来，形成克隆（载体由单个细胞产生，其中的所有细胞都是相同的）。这项研究标志着我们所知道的基因克隆技术的产生。1972年与1973年的发现引发的科学可能是历史上最大的一次，即新遗传学。新技术的使用播速度非常快，紧迫感与兴奋的情绪随处可见。对于这种新技术可能会增加产生具有不好的特性的有害有机物的认识一定程度上制约了这一发展。比如：转基因生物（GMOs）—特别是农作物的发展再一次引发了了关于这些有机物的安全问题以及转基因生物对于环境影响的争议。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容
Copyright © 2019- baoaiwan.cn 版权所有 赣ICP备2024042794号-3
违法及侵权请联系：TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com
本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务