《《科学》杂志呼吁采取预防措施防止淡水盐污染带来的严重危害》

  • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
  • 编译者: 吴蕾
  • 发布时间:2017-11-28
  • 2016年8月15日,《科学》(Science)杂志发表的一篇文章中提到,水中含盐量的升高会给淡水生态系统(河流、湖泊等)和人类健康造成威胁。如果不采取公共措施解决这一问题,将会造成巨大的经济损失。

    一个由维克-加泰罗尼亚中央大学和巴塞罗那大学组成的国际科学家研究团队对此展开了研究。结果表明包括农业和资源开采(煤、矿物、天然气等)在内的人类活动使得水的含盐量越来越高,这对于生态系统和人类健康都具有负面影响。例如,咸海的渔业正面临崩溃,孟加拉恒河三角洲的安全饮用水极度缺乏。另外,越来越多的盐碱含水层和耕地难以用于种植某些作物(例如,埃布罗谷地(Ebro valley)就是如此),这就导致粮食生产和饮用水供应等难上加难。这些都会迫使越来越多的家庭移居到其他国家和地区。在欧洲南部,这种情况最为严重。除此之外,水含盐量的增高也会增加经济损失。因为随着生态系统服务性能的降低,处理人类用水的成本会不断升高。

    研究还表明,大多数情况下,人们只关注用水时要控制含盐量,而忽视了保护水中生物多样性的重要性。在有些国家,比如澳大利亚和美国,基于生态标准控制含盐量方面已经取得了一定的进展,但保护的力度仍然不足。

    因此,科学家们呼吁采取全球性的解决方案和防范政策,同时考虑社会、经济和环境等多方面因素防止水生态系统的盐分含量增加,确保我们的后代能够获得这些生态系统所能提供的产品和服务。科学家们提出,利用技术能够降低淡水区的盐浓度。比如,他们主张采取一些新的农业技术,在种植作物时可以保证水资源的合理利用。他们也提出应该限制一些企业向江河湖海中排放含盐量高的污水,这样就能根据水域的承受稀释能力来控制盐分的浓度和稀释时长。目前澳大利亚就采取了这种做法。

    另外,正如该项目的联系人米格尔·卡内多·阿奎列斯(Miguel Cañedo-Argüelles)所说,“在大多数情况下,对于盐分总量的规定只是建议,而不是法律约束,同时这些建议也没有对不同离子(比如说氯、镁、硫、碘等)的浓度进行区分。”由于不同离子的毒性不同,因此科学家们呼吁应该专门立法来规定江河湖海中每种离子的浓度上限。

    科学家们认为现在采取适当的防范和管理措施,预防未来可能发生的灾难还为时不晚。

    (编译 吴蕾)

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  • 《美国《科学新闻》杂志2019年度十大新闻》

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    • 编译者:zhoujie
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    • 科学善于衡量进步,也能够让我们了解自身的不足。美国《科学新闻》(Science News)评选出的2019年十大科学新闻就反映了这种二元性。我们既要祝贺科学家们取得了突破性的成就,也希望能够避免一些棘手的问题。 在这一年里,世界各地的数百位科学家通过一架全球规模的“望远镜”观测到了以前无法观测到的东西。事件视界望远镜捕捉到了黑洞的第一张图像。这张标志性的图片证实了宇宙运行的基本理论(爱因斯坦仍然是对的正确),并开启了一个全新的探索时代,这使其成为2019年最重要的的科学新闻。 这并不是今年唯一的重大里程碑。基因编辑工具CRISPR/Cas9开发仅仅7年后,就在美国进入了人体临床试验阶段。研究人员想知道这种方法能否用于治疗癌症、血液疾病和遗传性失明。谷歌实现了量子霸权,宣称他们已经创造了一种基于量子比特的计算机,可以快速解决经典超级计算机需要数千年才能解决的问题。这一声明立即引来了反对声音,但也表明量子计算可能将迎来下一个重大飞跃。 然而,每一次进步都伴随着挫折。在2019年,一些国家正式失去了来之不易的公共卫生成就——“消除麻疹”,即一年没有发生持续的传播感染。自2000年实现消除麻疹以来,美国的麻疹病例在今年达到最多,但仍勉强维持了这一状态:一场积极的公共卫生运动在一年周期结束前阻止了麻疹疫情的爆发。 2019年还创造了许多我们从未想过要看到的纪录,比如北半球数百个地区的气温飙升至历史最高水平,导致致命的热浪、火灾和干旱。多年来,科学家一直在警告,气候变化导致的灾难正在逼近。也许2019年将会被人们记住,因为这条警告在这一年终于引起了公众的关注。许多地方都发生了与气候变化有关的抗议活动,不少是由青少年活动家领导的,在全球范围内的参与者达到数百万人。只有时间才能告诉我们,要求采取行动应对气候变化的浪潮是否会成为我们在未来几年值得记住的转折点。 就让我们来了解一下2019年这十个最受关注的科学新闻。 黑洞的肖像 两百多年前,就有科学家设想宇宙中存在一种具有极大质量,引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦提出的广义相对论就可用于计算这种天体的若干性质。20世纪60年代,美国天体物理学家约翰·惠勒首次提出了“黑洞”这一术语。经过十多年的努力,2019年事件视界望远镜的观测结果震惊了世界。这是人类首次直接拍摄到了黑洞的事件视界。 为了拍摄遥远的黑洞,科学家使用了一架口径相当于整个地球的望远镜——事件视界望远镜,它集合了世界各地的8台射电望远镜,成功拍摄到人类历史上首张黑洞照片。这项研究是全球超过200名研究人员合作的成果,中国科学院的天文学家也参与其中。2020年4月,事件视界望远镜将再次启动,届时将汇集11个天文台。参与该项目的科学家还在考虑向太空发射一架望远镜,将事件视界望远镜扩展到地球轨道,从而减少地面天气对观测结果的影响,有助于拍摄到更多、更清晰的黑洞图像。 麻疹死灰复燃 2019年,美国麻疹患病人数超过了1992年以来的任何一年。截至12月5日,美国31个州共报告了1276人患病,其中超过75%的病例来自纽约的两次疫情。 始于2018年秋季的纽约麻疹疫情持续时间之长,几乎使美国失去2000年获得的“麻疹消除”资格。要获得世界卫生组织认可的这一称号,一个国家必须有一年的时间不让这种疾病在其境内持续蔓延。美国疾病控制与预防中心主任罗伯特·雷德菲尔德在10月4日的声明中宣布,美国保住了麻疹消除的地位。他还指出,阻止麻疹等疫苗可预防疾病的最好方法,就是接受疫苗接种。 在2019年,其他许多国家也在与麻疹疫情作斗争。截至11月17日,刚果爆发了最大规模的麻疹疫情,估计有25万人感染麻疹,5000多人死亡,其中大多数是5岁以下的儿童。萨摩亚的免疫接种率低至31%,在2019年底受到严重打击,出现了3700多病例,数十人死亡。 气候行动 今年,夏季气温打破了数百项历史记录,给格陵兰岛带来了前所未有的融化,助长了肆虐整个北极的野火。一份严峻的报告警告说,地球上的海洋和冰冻地区前景黯淡。不过,气候科学家表示,这并不是2019年的唯一收获:今年还出现了创纪录的气候抗议行动浪潮。 在今年9月份在纽约举行的联合国气候行动峰会期间,发生了席卷全球的气候游行,并以气候罢课达到高潮。许多罢课是由学生领导的,特别是16岁的瑞典气候活动家格蕾塔·通贝里。她的“周五为未来”运动始于2018年8月,她个人承诺将在每周五进行抗议,直到瑞典政府加快原定于2045年前实现完全碳中和(碳释放总量为零)的计划。她表示自己将一直抗议,直到瑞典政府同意每年减少15%的碳排放,在大约10年内实现碳中和。 通贝里抗议的消息通过社交媒体传播,使气候抗议运动走向全球。据估计,来自120多个国家的160万名学生于3月15日参加了一场协调一致的气候罢课。第二波由学生领导的抗议活动与9月份的联合国气候行动峰会同时举行,参加全球气候罢课的人数达到创纪录的760万人。 电子烟的危险 电子烟在公众当中一直享有相对无害的名声,但这种情况在2019年开始改变,今年首次有报道称,电子烟与肺损伤和死亡有关。美国疾病控制与预防中心的数据显示,截至12月10日,全美共有2409人因使用电子烟而住院治疗,很多人都很年轻,身体也很健康。其中有52人死亡,包括一名17岁的少年。联邦卫生官员宣布了一个潜在的罪魁祸首:维生素E醋酸酯,它主要作为一种增稠剂添加到含有四氢大麻酚(THC)的蒸汽产品中。电子烟用户应该避免吸入四氢大麻酚,但调查仍在进行中,他们的这些疾病可能由多种蒸汽成分引起。 研究表明,从蒸汽中吸入的化学物质会影响大脑、心脏和肺。尼古丁会影响青少年的大脑发育,增加对其他药物上瘾的风险。电子烟中的化学物质会损害血管细胞的功能,从而增加患心血管疾病的风险。与不吸电子烟的同龄人相比,吸电子烟的青少年患慢性呼吸道疾病的风险更高。发现电子烟如何影响长期健康需要时间,而电子烟在美国市场上只出现了大约十年,而且其技术变化很快。 丹尼索瓦人的发现 2019年的多项进展使名为丹尼索瓦人的古人类进入了人们的视野,但也留下了大量的谜题。十多年前,科学家在西伯利亚的丹尼索瓦洞穴中发现了一小块女孩的小指骨,其DNA与任何已知原始人类的DNA都不匹配。另外几块化石——三颗牙齿和一块肢体碎片——的发现,加上基因分析表明,丹尼索瓦人是数万年前尼安德特人和智人的近亲,偶尔也是他们的配偶。但几乎没有证据表明丹尼索瓦人长什么样,他们的行为如何。 随着化石的积累,研究人员将了解丹尼索瓦人的解剖结构是如何影响其人属交配伙伴的骨骼构成的。通过丹尼索瓦人的发现,“我们现在可以看到,杂交促成了我们自身的起源”。今年公布的古代DNA证据表明,丹尼索瓦人在基因上分散成三个独立的支系,与亚洲不同的人类群体有过交配。一个新观点认为,人类演化就像交织的溪流,密切相关的物种不断进行着基因交流。 临床试验中的CRISPR 当CRISPR/Cas9技术在2012年问世时,人们曾对其寄予厚望,希望它能治疗甚至治愈成百上千种基因疾病。今年,美国研究人员开始在人体上测试这种基因编辑技术,这是决定其能否实现医学前景的关键第一步。 这些首批临床试验正在测试CRISPR/Cas9对癌症、血液疾病和一种遗传性失明症的安全性和有效性。与2018年引发争议的人类胚胎编辑不同,在这些试验中引入的基因变化不会被后代继承。 CRISPR在非常短的时间内就崛起成为潜在的医疗工具,相关的技术专利申请出现了爆发性增长。许多人正在投资这项技术,并认为它具有巨大的商业价值。首批测试CRISPR/Cas9技术的人体试验很可能决定了该技术的未来,只有继续投资这项技术,患者才会受益,而这种投资可能取决于这些早期临床试验是否成功。 量子霸权 就像薛定谔的猫一样,2019年宣称的量子霸权似乎同时处于存在和死亡这两种相互矛盾的状态。 今年10月,谷歌的研究人员声称,他们已经达到了被称为量子霸权的里程碑。他们创造了第一台量子计算机,可以进行典型标准计算机无法进行的运算。但是,IBM的研究人员反驳称,谷歌并没有做任何特殊的事情。这场冲突凸显了量子计算领域浓厚的商业兴趣,各家公司都在争夺这一领域的前沿地位。例如,IBM已经打造了可以云访问的14台量子计算机,最大的一台具有53个量子位。谷歌最新的量子计算机Sycamore也有53个量子位。 遭遇火灾威胁的生物多样性 2019年,《自然》杂志的一些令人震惊的数据成为了新闻,人们开始谈论植物、动物和其他生命多样性的减少,以及应该如何应对。最引人注目的消息来自亚马逊雨林,卫星捕捉到了火灾季节异常活跃的迹象。破纪录的火灾再次引发了人们对地球上这一生物多样性宝库的担忧。 仅在8月份,卫星成像设备MODIS就在巴西西北部的亚马逊州录得11516次火灾。火灾探测专家解释称,这一数字不是指单个火灾,而是“像素”的数量,每个像素至少测量了一平方公里内的火灾活动。一些新闻媒体报道的较高数字记录的是从像素较小的仪器上探测到的信号。 火灾季在10月下旬接近尾声。尽管2019年南美大部分地区的火灾风险“非常平均”,但亚马逊却陷入混乱。8月份探测到的火灾数量超过了近20年来的MODIS当月的所有记录。2019年6月下旬至10月的火灾季堪称是仅次于2005年的第二严重火灾季。 重返月球 月球登陆任务似乎正重新流行起来。“嫦娥四号”着陆成功,成为首次探访月球背面的人类探测器。相比之下,其他任务的结果不尽人意。以色列非营利组织SpaceIL和印度空间研究组织发射的两架探测器都在月球紧急着陆,此后一直没有音讯。 登月计划的复苏才刚刚开始。欧洲空间局正在与俄罗斯宇航局合作,进行一系列的月任务。美国国家航空航天局希望将2020年代的几次月球之旅作为把宇航员送往火星的跳板。 现在,不仅是一些大国能够实现登月,随着导航技术和机器人技术的进步,以及发射成本的降低,一些私人公司也开始计划前往月球的旅行。 新的抑郁症药物 几十年来第一种全新机制的抗抑郁药物终于在今年上市。这种名为Spravato的鼻腔喷雾剂为重度抑郁症患者提供了新的治疗方法。但是,该药物的有效性和安全性仍然存在很大问题。 今年3月,美国食品和药物管理局批准了Spravato的申请。这种药物含有艾氯胺酮(esketamine ),这是构成药物氯胺酮(ketamine,又称“克他命”)的两种镜像分子之一。氯胺酮是几十年前开发出来的一种强效麻醉剂,同时也是一种迷幻剂,被狂欢者用来制造令人眩晕的灵魂出窍的快感。 许多现有的抗抑郁药物针对的是血清素,一种大脑中与情绪有关的化学信使。科学家认为,氯胺酮和艾氯胺酮会在数小时内影响另一种化学信使谷氨酸。 尽管新闻媒体对Spravato获得批准大肆宣传,但多年来,氯胺酮快速扭转某些人严重抑郁症的能力已为人所知。独立诊所和学术医疗中心会为重度抑郁症患者提供氯胺酮静脉注射。对一些患者来说,这种治疗改变了他们的生活,但这并不一定适合其他人。
  • 《science杂志呼吁欧盟放松作物基因组编辑监管》

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    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2019-12-11
    • 3月29日,science杂志发表评论谈新植物育种技术,标题为《新植物育种技术助力保障粮食安全》(New plant breeding technologies for food security),作者来自比利时列日大学、巴基斯坦费萨拉巴德国家生物技术与基因工程研究所、德国哥廷根大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学和位于菲律宾的国际水稻研究所。文章呼吁欧盟正确对待基因组编辑技术,放松监管,为其国际发展扫除障碍。 (基因农业网panda翻译)一个没有饥饿的世界可能吗?当然,但前提是粮食生产可持续地增长和分配,消除极端贫困。在全世界范围内,贫困和营养不良的人群大多数生活在发展中国家的农村地区,他们依靠农业获得食物、收入和工作。国际统计数据显示,低农业生产率与高营养不良率之间存在明显关联。全球研究还表明,只有小农户的收入增加,才能迅速减少极端贫困。因此,农业生产力的持续提高是社会经济发展的核心。在本文中,我们将论证,通过慎重部署和科学知情的监管,基因组编辑等新植物育种技术(NPBT)能够为全球粮食安全做出重大贡献。 在过去,通过杂交和自交策略进行的常规植物育种在提高农业生产力方面发挥了重要作用。此外,小农户采用转基因(GM)作物可以提高产量、减少农药使用、减少贫困、改良营养状况。尽管如此,到目前为止,只有少数发展中国家和新兴经济体——如中国、印度、巴基斯坦、孟加拉国和南非——采用了转基因作物。尽管30年的研究表明转基因作物的风险并不比传统作物高,但非洲和亚洲的许多国家对推广应用转基因作物仍然犹豫不决,这主要是因为被错误灌输的风险意识和对失去欧洲这一重要出口市场的担忧。 此时NPBT已经问世。这些技术可以减轻与转基因作物相关的担忧。例如,基因组编辑的最新进展可以让我们通过改变植物内源基因对作物进行性状改良,而无需跨物种的基因转移。尤其是,CRISPR-Cas已成为编辑作物基因组的最重要系统之一,在主要谷物(如水稻、小麦和玉米)及其他粮食安全作物(如香蕉和木薯)中的应用迅速增加。由于成本低廉,基因组编辑也可用于改良孤生作物,如当地的水果、蔬菜和主粮作物,它们可以在当地居民的健康饮食中发挥重要作用。转基因作物中使用了外源DNA,这是其受到严格调控的主要原因。因此,不含有外源DNA的基因组编辑作物有可能会降低监管程序的成本,从而加快创新、增加种子产业的竞争,并使发展中国家的农民也能够负担得起更优质的作物种子。由于缺乏应对转基因作物的技术、监管和沟通能力,已经限制了转基因作物在当地的公众接受度和采用率。科学和社会政治发展并不总是一个协同并进的,无论是在发达国家还是在发展中国家都是如此。因此,必须采取新的努力和战略,以促进采用基因组编辑作物和其他有可能促进可持续发展的NPBT技术。鉴于过去的教训,该战略应建立在透明的沟通、对研究人员和创新体系中的其他利益相关者进行培训,以及高效、智能的监管法规。 公-私合作伙伴关系被认为是促进和应用NPBT技术的一种方式。在较为先进的发展中国家,这种伙伴关系的前景尤为光明,这些国家仍然是大量贫困人口的家园,但已经具备的一定经济实力,可以与私有农业公司商议互惠互利的合作项目。这些较先进的发展中国家所产出的植物产品和种子也可以在本区域内交付给邻近的欠发达国家,而后者获得NPBT的机会有限或者必须支付高很多的价格。现有的政府间无国界水稻种子创新项目是朝这个方向迈出的重要一步,该项目在一些南亚和东南亚国家之间支持种子分享。 通过与亚洲和非洲区域发展和合作机构,如东南亚国家联盟(ASEAN)或非洲发展新伙伴关系(NEPAD)合作的公司,可以将这种政府间的创新项目提升到一个新的水平。机遇就在先前公私伙伴关系成功的案例之中,例如孟加拉国转基因抗虫茄子的研发和商业化。最近,孟加拉国农业部长公开声明支持生物技术和对另外三种转基因作物进行的田间测试,该举措使孟加拉国成为通过现代技术解决饥饿和营养不良问题的全球典范。另一个例子是非洲节水玉米(WEMA)项目,该项目正在开发耐旱品种,旨在通过非洲种子公司向小农户免费提供这些品种。应该制定一项关于粮食作物优先特性的协调发展计划,包括孤生作物,这将有助于更广泛地展示新型育种技术对发展中国家粮食安全的巨大潜力。 植物育种家的工具箱正以令人兴奋的方式扩展。快速世代推进(RGA)和单粒传代法使作物生命周期尽可能缩短,以用于育种、选择和固定有用基因的研究。这种方法已经在几种谷物作物的改良做出了贡献,建立在绿色革命的特征——较慢且不太准确的系谱选择方法的基础上。与此同时,基因组选择也变得越来越流行,它利用基因分型和归纳法的策略来预测群体中表型特征不明显的植物的价值。最近出现的CRISPR-Cas系统也可以部分突破当前育种方法的局限性,该系统提供了一套有效的应用程序和分子工具,以用户定义的方式精准且高效地改造基因组。CRISPR-Cas9介导的基因敲除被广泛应用于作物改良的各种应用中,例如高产水稻、抗病高筋小麦和增香番茄。其他可能的模式包括精准的DNA序列编辑、基因替换、多个性状同时增强(性状叠加),以及启动子和调控元件工程来改变基因表达模式。此外,CRISPR全基因组筛选可以用来识别以前未知的有价值的作物性状。不过,CRISPR技术在提高数量性状(包括耐旱性和耐盐性)方面的效用,仍需在几种作物中进一步测试。我们预计,CRISPR-Cas技术与现代育种方法相结合,将在未来的作物改良计划中发挥重要作用,但其他用于基因组预测和选择的技术也将继续发挥重要作用。 未来5年内可能会出现几个基因组编辑的有趣应用。例如,多个粮食安全作物可以迅速受益于新的基因组编辑技术,以解决主要的病虫害问题,减少对化学杀虫剂的需求,并使植物更能适应极端气候的压力。公共或公共-私营部门在作物品种的开发方面的成功可以作为一个明确的例子以建立信任,并显示在当地采用基因组编辑技术为地方谋利的能力。目前,通过越来越多的高质量作物基因组以及作物和植物多样性小组的等位基因比较,改良的目标基因更容易确定了。私营部门正在逐渐认识到公共数据库的这种多样性,这有助于促进互利的公私伙伴关系。由政府资助的国际农业研究咨询小组(CGIAR)的任务是管理大多数主要的粮食安全作物,并联合区域组织从事未来的粮食安全研究。大多数CGIAR中心支持作物特异性基因库,这些基因库可以与区域和国家研究所合作,评估基因组编辑的改进。CGIAR之前为发展中国家提供植物遗传物质的努力使育种家开发新的作物品种变得更加容易。鉴于CGIAR中心在不同的当地环境中都有存在,它们可以作为一个中立的协调者,协调一个用于开发和测试基因编辑作物的田间研究设施网络。 全球对转基因作物的反对态度解释了为什么目前这些作物的应用仍然有限。欧洲的态度和政策方针在其中起到了特别重要的作用。考虑到非洲和亚洲国家与欧洲的长期贸易关系,他们理所当然地担心转基因作物的采用可能会导致失去向欧洲出口的机会,因为欧洲现在对转基因生物的反对已经根深蒂固。基因组编辑可以代表利用现代生物技术潜力促进粮食安全的新机会。然而,最近欧洲法院以对待转基因作物同样的方式管理基因编辑作物的裁决令人失望,并可能扼杀国际上在应用基因编辑技术改进作物方面取得的进展。尽管如此,美国和日本关于放松对基因编辑作物的规定的裁决预计将为一种新的范式奠定基础,这种范式可能会带来更有效的国际监管机制。转基因作物超过30年的应用经验表明,监管程序影响公众的态度,而欧洲公众的消极态度对发展中国家公众的认知和政策产生重大影响。在欧盟对基因组编辑作物放松监管才可能会向需要农业技术的发展中国家释放积极的信号。 实现全球粮食安全将需要一个基于过去经验教训的框架:创新至关重要,因此促进创新的环境也至关重要。为了充分利用NPBT的潜力,需要采取多管齐下的办法,考虑到技术开发、传播、采用和社会接受的所有组成部分(见图)。NPBT不应该被误解为万灵药。还需要许多其他技术和方法,包括改进售后管理、市场基础设施和社会服务。不过,基因组编辑被认为是对抗饥饿和贫困的有力补充。国际社会应抓住这一机遇,建立有益的监管框架和支持机制。 原始文献: http://science.sciencemag.org/content/363/6434/1390