【科普报告】当粒子遇上干细胞——王贻芳、周琪院士在科技创新大赛上为青少年做报告

  • 文/孙月茹 邹春林 刘如楠 图/杨天鹏 (国科大记者团)
  • 创建于 2017-03-26
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  3月24日晚7点,第37届北京青少年科技创新大赛科普报告在中国科学院大学(以下简称“国科大”)雁栖湖校区国际会议中心报告厅开讲。中国科学院大学岗位教授、中科院高能物理研究所所长王贻芳院士和中国科学院大学副校长、中科院动物研究所副所长周琪院士为参赛青少年带来了两场别开生面的科普报告。北京市科协党组成员、科协副主席刘晓堪,怀柔区科委主任、常务副主席郭小卫,北京青少年科技中心副主任吴媛以及全体参赛选手听取报告。

王贻芳院士报告现场
                     粒子到底有什么奥秘?
  王贻芳院士为本晚科普报告打头阵。他在一开场说道:“大家晚上好,非常高兴能够和年轻的朋友们谈一谈科学研究,也希望你们能在选择大学之前,对科学研究能有一些概念和感性的认识,这或许对未来的人生道路会有作用。”
  接着他介绍到,从两千多年以前的古希腊,人类就开始思考什么是宇宙、什么是物质,到现在的“加速器”的投入使用,科学在不断的进步的同时,我们离真相也越来越近。但这种真相往往掌握在少数人手里,并不是所有人都能理解基本粒子是什么、探测基本粒子的重要性。“我们现在使用的world-wide-web和网页浏览器就是在研究大装置“加速器”的过程中发明创造的。”王贻芳说。可想而知在加速器领域还有很多先进的科技正在创造出来。

大装置到底有多大?王贻芳以超级神冈探测器为例:重5万吨,10000只20时光电倍增管,40米直径、50米高地下的大厅。而中国即将建设更大更具挑战性的探测器,直径48米、高70米的地下大厅,而探测效率世界最高(超级神冈为15%,接近它的两倍)。 “大机器人”,与机器人大赛的小机器人相比较而言,小机器人是基础,大机器是由无数个小机器人组成的。在组装这种大装置的时候,需要多组织协同合作,王贻芳表示在建设这种装置的时候会涌现出上百个像华为这种优秀的企业,为大装置加速器添砖加瓦,服务社会。
  大装置这么大,花费肯定就大了。所以现场有人提出疑问,“这种装置这么大,花这么多钱还不如用在基础建设和民生建设上。”“基础研究投入实际应用需要多少年?”“这种技术我们建设出来,能领先多少年?”王贻芳说:“世界上很多国家都在建设,我们国家以前就落后了,现在追上了。现在用的互联网等技术都是在建设探测器的过程发明的,还推动了许多技术的进步,给很多企业发展的机遇,同时还能提高国际影响力和国家软实力。只要领先世界,相信能一直领先几十年是不成问题的。这些钱要舍得花。”


为了让参赛的中小学生更好的理解自己所做的工作,王院士还推荐了两本科普书籍《探索为世界》、《探索宇宙“隐形人”》。演讲最后王贻芳院士期盼着机器人大赛的年轻选手们能加入粒子物理的研究,“未来是你们的,等到了新的大装置“探测器”建设完成,那时候我已经差不多100岁了。希望同学们投入粒子物理的研究,壮大我们的队伍,我们需要像你们这样的人才,国家需要你们。”

              从机器到生命,不变的是那颗追求科学进步的决心
  周琪院士题为《神奇的干细胞与再生》的科普报告在开场时并没有直奔主题,但即便是这样,依然可以从在座参赛青少年求知若渴的目光中看出,他们对报告充满了期待。周琪首先为青少年们展示了国科大雁栖湖校区优美的风光,并介绍了“两弹一星”纪念馆。在周琪看来,“两弹一星”纪念馆是一个令人心潮澎湃的地方,在那里,你会感叹现在:如果我们当初没有“两弹一星”,没有那些为国家科技事业默默付出的人,我们便没有现在,不会有这样稳定的环境;同样我们也会感叹未来:如果未来我们没有核心技术,也同样不会有稳定的环境。周琪感谢大赛组委会给了自己这样一个能为参加“机器人”创新大赛的青少年们做科普的机会,他说:“机器人是个很有意思的东西,在现代临床医学上也有使用,并占据了中国高端医疗机械市场。我希望你们从大赛开始起步,瞄准未来国家在机器人领域的需求,做出一些有价值的工作。”

周琪院士为青少年做科普讲座
  接着,周琪步入报告主题—生命。讲到生命,周院士一开始便向在座同学们抛出了一个十分有趣的思考题:为什么壁虎的尾巴断了之后能够生长出来,人的四肢残缺了却不能恢复?院士说,壁虎尾巴的再生便是我们对干细胞与再生的所有的期盼。干细胞并不特殊,它和我们所看到的所有的细胞是一样的,从植物、动物到微生物,这些细胞基本都是这样一个形态——细胞质、细胞核与细胞膜,包括我们在内,每个人生命的起始都源于一个单细胞——受精卵。接着周院士为大家展示了一个受精卵发育成胎儿最后成为婴儿的动画,他说,在这样一个过程里面,发育是一个最复杂的事件,而每个发育阶段的共性便是——它们都含有干细胞,干细胞构成了我们机体发育的本质。然而干细胞除了能支持我们机体的发育,它还能用来治病救人。干细胞能够不断的生长、增值和分化,形成机体里200多种组织,所以它可以变成心肌、变成神经,甚至变成器官——变成一个心脏、一个肝脏。按照我们的理解,生命的发育是一个不可逆转的顺时针过程,而通过干细胞技术,我们可以实现生命时钟的逆转。

随后,他向大家介绍了一个实验,勾起了在座同学们的无限求知欲:“用头发丝将受精卵打结成一个哑铃型,细胞质没有断开,但是细胞核不能自由流动了。”他用图片向大家展示这一过程,并询问同学们实验的结果。同学们对答如流:“结果是有细胞核的部分发育了,没有细胞核的部分没发育。”“下一步,当这个细胞分化成16个细胞的时候,科学家将头发丝松开了”周琪接着说“让细胞从有细胞核的那一半运动到没有细胞核的那一半,然后再系上头发丝,结果怎样呢?”“都发育了。”同学们很快给出了答案。

这样一个实验开启了人们对体细胞是否能够重新发育的研究。1962年戈登教授(Dr. Gurdon)克隆出了活的青蛙;1963年,童第周先生完成了鱼的核移植研究,实现了鱼类的异种间克隆。

而周琪于1989年开始进实验室工作,1994年有了自己的第一个克隆动物——一只兔子。周院士自述,从那时起,他开始不断探索,完成了多个克隆实验。他提到了许多自己实验过程中有趣的小事,台下的同学们听得津津有味,这让一个小时的报告显得很短暂。说起自己的在法国实验室的第一只克隆小鼠,他嘴角略微上扬,“它叫‘哈尔滨’,因为我的家乡在哈尔滨。”下面的同学都忍不住笑了。“而我的第一只克隆牛叫‘周让娜’,是因为我给一个好朋友的女儿做了教父,他女儿的名字译作‘让娜’”。

回国后,周琪专注于干细胞移植的研究。他向大家介绍:“干细胞能够实现生命的再生,对于哺乳动物来说,生命都是起源于受精,而现在,受精变得不重要了。我们可以利用干细胞替代精子和卵子来重建生命。”他说:“科学的进步是挡不住的,我们更该关注这些工作能够为人类带来什么。我们在科学上的兴趣总有一天要转化为社会的需求和动力。” 他讲到了干细胞在许多领域的需求与应用。干细胞与再生有助于解决肝衰竭、心血管疾病、脊髓损伤、神经退行性疾病、老年痴呆以及不孕不育等。多年来,中科院的科学家走访了很多医院,每当看到身患绝症的患者,失去生活的希望和勇气的病人,都会感到身上沉重的担子和责任……正是这种责任感的驱使,让他的实验室不断取得新的突破。



  报告最后,周琪还向大家介绍了中国科学院大学的存济医学院。“中国科学院大学以前是没有医学院的,过去一年里,医学院有了自己的再生医学学科博士授予权,未来第一批拥有再生医学博士学位的学生将从国科大毕业。”他鼓励各位参赛青少年以自己的兴趣为基础,选择想要进入的科研领域,前赴后继,实现未来一代技术的突破。
  两位院士的报告给予了参赛青少年们关于科学的思考和启发。同学们认真思考,积极提问,收获颇丰。报告主题虽不同,但两位院士对科学发展趋势的认识都是相同的:科学技术的进步不可阻挡,虽然实现突破性的进步需要很长时间——往往是100年,但我们应该努力为科技进步作出突破性的工作。而在座同学们在聆听报告和与两位院士的互动过程中也认识到了自己所为未来一代的责任感和使命感。

责任编辑:于洋