这届WE科学家有何最新突破与发现？（起源之门）

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2022腾讯科学WE大会十周年如期举行。今年的WE大会，由韦布空间望远镜高级科学家约翰·马瑟（John Mather）、DNA修复之父托马斯·林达尔（Tomas Lindahl）两位诺奖得主领衔，铸就“大国重器”的四位技术带头人——“人造太阳”项目负责人、中国工程院院士李建刚，航天科技集团五院空间站系统总设计师、中国工程院院士杨宏，中国天眼（FAST）总工程师姜鹏，“奋斗者”号总设计师叶聪，以及重新定义“从鱼到人”演化史的古鱼类学家、中国科学院院士朱敏同台，分享在未来能源、空海探索、生命科学等领域的最新突破和发现。

以下是大会演讲中发现的干货内容，经钛媒体App编辑：

韦布空间望远镜高级科学家约翰·马瑟

宇宙大爆炸后发生了什么？

作为迄今性能最强、造价最高的红外波段太空望远镜，“韦布”在距地球150万公里的“拉格朗日2点”帮助科学家探索早期宇宙的奥秘。

2006年诺贝尔物理学奖得主、韦布空间望远镜高级科学家约翰·马瑟介绍了韦布的系列观测成果。

詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Web Space Telescope）是由美国航空航天局（NASA）主导并与欧洲和加拿大太空研究机构联合开展的国际合作项目。韦伯望远镜项目历时20多年，共有2万多人参与。

韦伯望远镜的主镜，是一个具有黄金涂层的巨大六边形，直径6.5米，作用是收集遥远宇宙发出的光，同时它配有一个网球场面积大小的遮阳板，它的体积比运载火箭大得多，因此我们必须将它折叠起来以便于发射。

我们通过哈勃望远镜和其它天文设备拍摄了很多照片，但还是不足以完全满足我们的期望，我们希望看到来自于宇宙大爆炸物质的最早期的星系。

那么，韦伯望远镜是如何运转的？韦伯望远镜于2021年12月25日在法属圭亚那群岛由阿丽亚娜5型火箭发射升空，发射圆满成功并进入预定位置，预期工作寿命为20年。

韦伯望远镜的预定位置，也就是“拉格朗日2点”（L2点），距离地球150万公里。夜晚时拉格朗日2点就在我们的上方，它处在日地连线上，这是望远镜的绝佳工作位置，我们可以方便地与它联系。另外，巨大的遮阳板可以阻挡太阳、地球和月球的热能。

2022年7月韦伯望远镜开始正式工作，我们希望通过韦伯望远镜研究四大课题：

第一，宇宙大爆炸后发生了什么？大爆炸物质中没有发光物体，但现在宇宙中有无数的恒星和星系，那么它们是何时形成的，天文学家将这一时期称为“宇宙黑暗时期”。

第二，星系是如何产生的？我们所在的银河系有大约1000亿颗围绕中心运行的恒星，它们通过引力组成了整个银河系，这是如何发生的？我们认为银河系是无数小的物质通过引力融合形成的，事实确实如此吗？我们可以通过观察更古老的星系刚刚诞生时的样子来得出结论。

第三，恒星是如何产生的？现在仍然有恒星正在形成，那么恒星是如何产生的，我们无法看得非常清楚，因为恒星是在气体尘埃云的内部产生的，望远镜是看不到的，但红外线可以穿透尘埃云，我们可以收集红外线来确定是否有新的恒星正在产生。

第四，对行星进行研究。我们知道大多数恒星都有行星，且大多数恒星都有多颗行星，但至今我们尚未发现任何和太阳系类似的恒星系统，因为太阳系有四颗岩态行星和四颗气态行星，这是一个巨大的谜团，宇宙中还有像地球一样具有大气层并适合生命存在的行星吗？

DNA修复之父托马斯·林达尔

托马斯·林达尔在2015年因“DNA修复机制研究”被授予诺贝尔化学奖。他发现的“碱基切除修复”为理解癌症等疾病的发生机制、癌症预防和治疗打开了新窗口。这次，林达尔带来了癌症治疗的最新研究。

林达尔带领观众回顾生命起源与进化的重要节点，呼吁科学家探寻地球最早期生命的痕迹，生命和自然还有太多未解之谜，要思考、探寻地球上是否存在另一种生命形式，这将对生命科学的研究价值巨大。

林达尔认为，如果RNA没有预想得那么稳定，那么可能也意味着DNA也没有预想得那么稳定，这可能是一个非同寻常的结论，因为DNA是遗传信息的载体。

他并没有空口而谈，而是开展实验研究DNA的稳定性，对于这项工作，研究整个DNA结构过于复杂不太现实，因此采用了放射性标记法来研究DNA的某个碱基，也就是观察DNA分子的某个特定部位，而最简单的方法就是在细菌中培养DNA，在合适的细菌突变体上来对DNA的特定部位进行放射性标记，比如只标记鸟嘌呤和腺嘌呤记，而不是DNA或RNA的其它部位。

最终，林达尔发现，DNA没有我们或者任何其他人预想得那么稳定，在生命体条件下，DNA的相同变化之一就是，鸟嘌呤和腺嘌呤碱基在水解作用下缓慢地从DNA上掉落，这也就意味着遗传信息的丢失。基于生物化学的测量，他们判断在哺乳动物的单个细胞内，每天会有几千个DNA碱基被释放或丢失。在DNA作为遗传信息载体的系统中，如此大量的遗传信息丢失是不可承受的。因此，一定是哪里出了问题。

答案也显而易见。那就是一定存在某种修复机制，如果由于水解或高温导致DNA发生自发的，不可避免的破坏，修复机制会立即启动，这与“DNA极度稳定”这一说法可不是一回事，从某种意义上说 DNA是不稳定的，它的稳定性不如蛋白质。但由于修复机制的存在，我们也许能够找到DNA修复的主要形式。

为什么要抑制DNA修复？因为对于健康的细胞，没有理由对DNA修复进行抑制，但如果体内有正在扩散的癌细胞，抑制癌细胞最好的方式之一就是通过服用抗癌药或化疗来消灭它。因为癌细胞成长得很快，对辐射也很敏感，这样就可以让癌细胞失去活性。

但这种方法并不总是有效的，因为边际效应很小。因此，就不得不使用更激进的方法，比如，对肿瘤进行高强度放疗。这时，我们可能就会希望暂停DNA修复，比如，暂停几个小时，在这个窗口期，人体相比平时可能对DNA损坏更敏感，可以将DNA暴露于平时不怎么起作用的破坏介质，DNA修复在持续进行。但这时是抑制DNA修复的好机会，这也是该领域正在努力实现的，也就是暂停DNA修复，从而实现更好的癌症治疗效果。

DNA破坏的方式有很多种，这也意味着还有很多我们未知的修复机制，了解这些发生方式和修复机制可能是很有用的，我们想了解细胞是如何工作的，这些研究也就引出了癌症突变诱因这个问题，目前的DNA测序技术认为癌症很大程度上是突变导致的，相关研究也在过去几年取得了巨大的进展，但对这些突变诱因还知之甚少。

“人造太阳”项目负责人、中国工程院院士李建刚

能否在地球上建造一个“太阳”，持续供应清洁能源，应对化石能源枯竭带来的危机？

中国工程院院士、等离子体物理学家李建刚分享了中国“可控核聚变”能源研究的前沿突破。

我们的资源就会在未来一两百年甚至更短的时间都要消耗殆尽，把化石能源很快就用完了，同时还要产生大量的二氧化碳，那么我们怎么办？

在李建刚看来，可控核聚变将会是我们人类能源的一个主力，它可以非常稳定地提供大规模的能源，没有二氧化碳的产生，也没有污染。

但要让聚变可控，我们现在用的最多的方法就是磁约束。即，用磁场把这上亿度的火球悬浮起来，一旦悬浮起来以后，那么，材料不碰着，就可以把磁悬浮下面的上亿度的火球进行不断地加热，不断地让它去维持很长的时间。因此，聚变有两个最大的困难，一是点火，二是如何长时间维持。

现在，我们的磁约束聚变的研究已经走到了世界的前列。我国自主研发的东方超环（EAST）是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。去年，EAST两次刷新世界记录，实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒、7000万摄氏度1056秒的离子体运行。

下一步，我们计划实现亿度上千秒，甚至不限时地运行，为未来发电奠定扎实基础。我们也在推进中国聚变工程实验堆（CFETR）的建设，携手国际共同实现“终极能源”的梦想。

航天科技集团五院空间站系统总设计师、中国工程院院士杨宏

浩瀚太空是资源丰富的宝库，载人航天事业是通向这座宝库的桥梁。

中国工程院院士、航天科技集团五院空间站系统总设计师杨宏讲述了中国空间站“天宫”近十年密集攻坚系列关键技术的发展之路。

载人航天是人类驾驶和乘坐载人航天器，在太空中从事各种探索、研究、试验等的往返飞行活动。其目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力，把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空，更广泛和更深入地认识整个宇宙，并充分利用太空和载人航天器的特殊环境，进行各种研究和试验活动，开发太空极其丰富的资源。

在突破了载人飞行技术后，我们面临的是出舱活动和交会对接任务。这就有了天宫一号。它不仅作为交会对接的目标飞行器，同时它要承担交会对接以后，两个航天器合为一体以后的组合体的控制和管理功能，也就是“1 1=1”，那么这也是空间实验室乃至空间站所要解决的关键技术。

建造空间站，建成国家太空实验室，是实现我国载人航天工程三步走战略的重要目标，是建设科技强国，航天强国的重要引领性工程。目前，我们正在执行我国载人航天工程三步走战略中的第三步，空间站的组装建造任务。梦天实验舱入轨后顺利转位，与天和核心舱、问天实验舱、神舟十四号载人飞船、天舟四号货运飞船合体，“天宫”由此完成‘T字构型’组建。而独创的三舱构型可以整合重构多舱段、多航天器的系统，大幅提升整体运行的可靠性，也为后续扩展打下基础。

中国天眼（FAST）总工程师姜鹏

“中国天眼”（FAST）是目前全球最大单口径、最灵敏的射电望远镜，主要以接收宇宙电磁信号、检测星际分子和星际通信讯号等方式，探索宇宙起源和演化。

FAST总工程师姜鹏揭秘关键技术的创新突破。巨大工程体量与毫米级动态控制精度的矛盾，是贯穿FAST整个建设阶段的核心难点。

FAST采用了一个全新的设计理念，用近万根钢索，编制成了一个500米口径的索网，挂在一个环梁上，然后，索网有2000多根下拉锁，还包括触动器，可以控制反射面变形，在它局部区域形成300米的抛物面，上面有多套索驱动，可以控制一个30多吨的馈源舱，可以在140米高空 206米尺度范围的运动，把接收机控制到焦点的位置上进行信号收集。所以，这是一架极其复杂的望远镜系统，而且工作的理念跟传统望远镜是完全不同的。

在专项技术创新的支持下，FAST终于实现了世界上最灵敏的射电望远镜，它的灵敏度相当于阿雷西博的2.5倍到3倍，结束了这台望远镜长达50多年半个世纪的统治历史，同时对比于其他百米级望远镜，我们提升了一个数量级。

“奋斗者”号总设计师叶聪

每年新发现的生物物种，80%以上来自海洋。

“奋斗者”号总设计师叶聪展示了中国载人深潜从“蛟龙”号开始，自主攻坚构建起全海深潜水器谱系的历程，以及重要的科学发现。

人类要探索深海，必须要克服阳光无法穿透、电磁波很难传输、液体的粘性和阻力、以及随着深度不断增大的海水压力的挑战。

2002年，中国的第一台大深度载人潜水器“蛟龙”号正式立项，“蛟龙”号的目标指向水面以下7000米这是一个巨大的跨越。2012年“蛟龙”号完成了它的海上试验，最大的下潜深度达到了7062米。中国的第二台大深度载人潜水器名叫“深海勇士”号，它的最大作业深度是4500米。

2016年，叶聪承担了我们国家的第一台万米载人潜水器，也就是“奋斗者”号的研制工作。5年时间，叶聪和他的团队，针对地球海洋最深处万米的极端环境，开展了多个学科复杂的综合的极致设计，利用国内的极限的制造检测能力，实现了万米的极端的作业功能。

去年，“奋斗者”号在海底采集到一批珍贵的深渊水体、沉积物、岩石和生物样品，参航科学家团队基于此发起《马里亚纳共识》倡议，并启动“马里亚纳海沟生态环境科研计划”，邀请全球研究学者围绕马里亚纳万米深渊科考，协力攻坚深海地球科学系统的形成与演化、生命起源与环境适应、生物多样性与气候变化等重大科学问题。目前，我们为科学家提供了1000多条海洋环境、生物的数据量，这应该是目前全球最大的深渊数据库。