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從人眼到「天眼」,光如何塑造人類文明?

2023-03-09新聞

15億年前,一縷陽光照進古老的海洋,單細胞生物前進演化出了眼點,開啟了生命史上的第一次追光之旅。

裸藻(眼蟲)的眼點

從此以後,光引領著生命,開啟了一次又一次的前進演化革命。

8億年前,水母等刺胞動物前進演化出了神經系統,第一次把細胞透過特殊的方式串聯了起來[1]。

水螅的網狀神經系統,無突觸,訊號傳導無定向

隨著感官的前進演化,神經系統變得越來越有秩序,扁形蟲出現了梯式神經系統[2]。

在光的不斷雕刻下,它們的眼點前進演化為匯聚色素的凹陷,有了眼睛的最早雛形。

這樣的眼點等感覺器官所需要的神經支持也更多、更集中,讓扁形動物第一次前進演化出了「腦」。

決定扁形蟲眼點色素凹陷的PAX6基因[3],也決定著地球上其它所有動物眼睛的形成。

PAX6基因表現蛋白

後來的節肢動物、頭足動物、脊索動物都循著PAX6基因提供的原始樣版,打造出了三個完全獨立的視覺前進演化路線。

生命追著光前進演化出眼睛的同時,其它的主要感官中樞,也在頭部發展。集中的神經系統變得越來越復雜,不斷叠代。

5億年,世界上第一條魚(昆明魚等),追著光前進演化出了真正的眼睛。

它們發展出端腦、間腦、中腦、小腦、延腦五個部份,構建了現今所有脊椎動物腦的基本雛形。哪怕人類胚胎發育過程,原始的腦泡也會先發育成三個,然後發育成5個,最後再發展成完整的腦。

4億年前,肉鰭魚追著光登上了陸地。2億年前,原始哺乳動物在恐龍的統治下,躲進了陰影裏,把視覺退化成了黑白色。5000萬年前,阿基里斯基猴再次爬上樹梢,開啟了三色視覺。

阿基里斯基猴復原圖

300萬年前,人類誕生。1萬年前人類建立文明,開始用知識升級「眼睛」,追著光,一次次開啟了嶄新的科學世界。

  • 6000年前,中華先民便透過觀星,總結出了河圖洛書。5000年前,美索不達米亞地區繪出了最早的星座圖。2000年前,托勒密用地心說演繹世界,張衡用渾天說描述宇宙。
  • 轉瞬到了近代,1609年,伽利略制作出了第一台天文望遠鏡。

    1664年,牛頓發明折射式望遠鏡,利用全新的觀測數據,演繹出【自然原理】,奠基了整個科學時代……

    反射望遠鏡沒有光色散造成的色差,後成為主流

    18世紀後半葉,大型天文望遠鏡把人類視野衍生到了銀河系。19世紀,我們知道了銀河系的形狀和大小。

    20世紀初,哈伯發現星系紅移現象,為宇宙膨脹提供了證據。他發現的造父變星,因穩定光周期,被稱為「宇宙量天尺」[5]。

    造父變星、哈伯、虎克望遠鏡

    從此以後,我們邁向了觀測宇宙學時代。

    1990年,隨著哈柏望遠鏡的升空,我們對世界的了解已接近可見光的極限。極其狹窄的可見光波段,已遠遠不能滿足人類對宇宙的探索需求。

    1932年,美國探測到了來自銀河系中心的射電放射線。各個國家紛紛建設射電望遠鏡,用全新的手段觀察宇宙。

    60年代射電天文學的四大發現,讓人類對宇宙有了前所未有的認知。

  • 宇宙微波背景放射線
  • 脈沖星
  • 類星體
  • 星際有機分子
  • 新中國建國不久,百廢待興,但已經一開始著手天文事業的建設。不過,科技落後的我們,所有裝置都必須從國外購買。

    1974年,美國建設出當時世界上最大單口徑射電望遠鏡Arecibo(阿雷西博)。

    Arecibo初建直徑達到305公尺,後擴建為350公尺。然而一直到20世紀80年代,中國才有自主生產的射電望遠鏡,口徑也僅僅只有25公尺。

    隨著射電天文學的蓬勃發展,以前的天文觀察精度已經無法滿足人類的需求。各個國家開始紛紛修建 甚長基線陣列 (VLBA)[6],進行更大尺度更清晰的宇宙結構觀測。

    所謂甚長基線陣列,就是修建多個射電望遠鏡,聯合成一個巨型望遠鏡。

    甚長基線幹涉測量技術原理,建立者馬丁·賴爾於1974年獲得諾貝爾物理學獎

    射電望遠鏡陣列對於大領土國家來說,具有天然的優勢。例如,美國的VLBA,橫跨8000千米,精度達到哈伯的500倍,相當於人眼的60萬倍。

    世界範圍內著名的甚長基線陣列,除了美國的VLBA,還有歐洲和日本的VLBI網。而當時的中國,僅僅只有密雲28座9公尺口徑的1公裏射電望遠鏡陣列。

    1984年,南仁東[7][8][9]透過對國際VLBA觀測數據進行研究,讓中國在沒有VLBI的前提下,掌握了VLBI數據分析能力。

    1993年,為了探索星系的演化、行星的形成、重力波對宇宙的拉伸,澳洲、加拿大、中國、印度、義大利、紐西蘭、南非、瑞典、荷蘭、英國等10個國家計劃建設全球級的射電望遠鏡陣列(SKA)。

    SKA陣列建設地點的競爭十分激烈,但當時的中國並沒有多少話語權。為了爭取到更多技術,南仁東提出貴州方案,想讓SKA陣列建到中國來,這樣不僅中國能掌握先進的技術,還能促進國家各方面的發展。

    用遙感技術捕捉3000多個窪地,不斷遴選,甚至用腳丈量,南仁東最終確定了貴州喀斯特窪地。

    然而,沒想到的是,SKA陣列開啟了漫長的談判。

    南仁東不願耽擱中國技術的發展,提出在貴州修建世界上最大單孔射電望遠鏡的FAST(500公尺口徑球面射電望遠鏡)方案。

    在當時,FAST一度被認為是超越人類建造能力的空想,但誰也沒有想到,進入21世紀後,隨著各方面的沈澱,中國射電望遠鏡事業竟然迎來了前所未有的大發展。

    短短10年間,密雲、昆明、上海40~60口徑的中大型射電望遠鏡紛紛落成,構建出中國本土長達3000公裏的超長基線幹涉儀(VLBI),終於發揮出了國土優勢。

    中國技術躋身世界前列,在SKA陣列中,與其它國家有了同等的話語權。

    2011年3月25日,FAST正式動工興建。

    2016年9月25日,隨著中國天眼的落成,標誌著中國再次完成了一次技術飛躍,實作彎道超車,領了先世界20年。

    在SKA陣列中,中國也正式成了計畫的領跑者。

    500公尺口徑,30個足球場大小的天眼,超過Arecibo靈敏度2.5倍、綜合效能10倍

    自FAST執行以來,對脈沖星、快速射電暴、致密星系群的觀察數據,屢屢登上【自然】等世界頂級期刊。它大幅拓展了人類視野,讓我們能夠看到不可見光的世界,帶領我們探索著宇宙的起源和演化。

    就像瞳孔是人類的心靈之窗一樣,天眼的靈魂也在它的「瞳孔」之中。

    但和人類單純用瞳孔捕捉光不同,天眼的瞳孔不僅要支撐龐大的重量(2000多噸),還要實作望遠鏡接收機的高精度指向跟蹤。因此,FAST饋源支撐系統不僅要靈敏,還要足夠的輕,足夠的結實。

    美國的Arecibo饋源系統就因重達近千噸,屢出問題。

    2020年因為電纜世故,發生坍塌事件,最終導致Arecibo嚴重破壞,已經沒有了修復的可能。

    所以,要讓FAST足夠結實穩定,能夠抵抗各種自然災害,饋源支撐系統十分的重要。

    FAST饋源支撐系統主要包括支撐塔、索驅動、饋源艙、艙停靠等平台。

    其不僅采用了光機電一體化技術,還創新性地使用輕型索支撐饋源平台,整個系統僅僅只有30噸,為Arecibo的1/30。

    FAST饋源支撐系統涉及到的專業技術,包括天文、無線電、機械、電氣、通訊、測量、控制等十幾個領域,在柔性控制精度、調速範圍、復雜工藝、安裝難度上有著前所未有的挑戰。

    FAST饋源支撐系統的成功,也是中國綜合領域強大實力的證明。

    中國天眼FAST饋源機械組組長姚蕊女士,是中國科學院國家天文台研究員,也是中國天眼FAST(建設期)饋源艙系統的負責人。

    正是她和團隊懷著求真務實的精神,孜孜不倦地付出,才有今天的中國天眼之「瞳」。

    中國天眼建設伊始時,她只有兩年工作經驗。在中國天眼之父南仁東老師的帶領下,開啟了天眼建設之路,當姚蕊成為FAST核心部件——饋源艙系統負責人時,只有28歲。

    經過近18年的研究,她和團隊為FAST提煉出了關鍵科學問題,重點解決了以下三個難題:

  • 大跨度索並線上構力特性及尺寸最佳化;
  • 大型混線上器人精度設計與補償;
  • 多觀測任務下的運動規劃演算法等多項關鍵理論和技術創新
  • 姚蕊女士及其團隊的技術貢獻,為FAST饋源支撐系統的順利建設與高效能執行提供了重要條件。

    最終FAST獲得了巨大成功,為新中國科技發展史寫下了濃墨重彩的篇章。

    無論姚蕊女士及中國天眼團隊,還是人類的科學科技進步,遵循的都是人類的追光本能。

    光不僅僅塑造了我們的眼睛和頭腦,它背後的真理,更是引領著人類的科學進步。

    人類每一次的科技革命,都少不了求真務實的精神。

    然而,自從行動網際網路時代以來,我們被虛浮的快節奏所捆綁,被消費時代洪流所裹挾。求真務實,已然成為這個時代最稀缺的珍貴品質。

    這一次,中國日報×HBN×新世相,聯合重磅共創人物故事片,一起致敬中國科研崛起背後的真實力量。

    姚蕊女士從事FAST建設、維護工作18年,與團隊一次次攻克無數科研難題,向世界證明了中國天眼FAST的巨大價值。不僅是對內心真實的堅守,更懷有對國家科研實力崛起的強大信念。

    作為新銳國貨品牌,HBN深耕基礎科學探索和抗老成分研發,他們致敬和姚蕊一樣在中國天眼背後千千萬萬的科研工作者,以讓更多人看見中國科研崛起的力量,鼓勵每一個勇於追求內心真實的人,大膽探索,勇往直前。

    如同中國天眼科研工作者一樣,一直懷揣著求真務實的精神。像姚蕊女士及其團隊,從0到1把中國天眼建設成世界領先的國之重器一樣。HBN懷揣著這種精神也敢為人先,做別人所不敢做,大膽開拓國內A醇抗老護膚空白領域。

    上世紀80年代,國外就有研究證明,A醇和其衍生物視黃酸(A酸),都具有能促進皮膚細胞更新,加速表皮新陳代謝,從而發揮毛孔細化、痘印色素減淡、改善光老化等多種[10]作用。

    然而在實際使用中,天然A醇不僅很難發揮理論上的效果,還對皮膚具有刺激性。這是因為天然A醇容易失活,而且它和其衍生物A酸都具有酸性,會刺激皮膚,可能導致皮膚過敏、不耐受。

    2019年以前,國內A醇護膚品研究一片空白,因此造成國內A醇抗老無人問津的局面。

    而HBN早在創立之初,就專註釘選了A醇抗老配方的研發,以「擁有看得見效果」為創新理念,為每一個使用者打造極致功效抗老護膚品,更是率先在國內釋出A醇抗老系列,大膽拓荒國內A醇抗老護膚空白!

    采用獨家技術解決A醇易刺激、易失活兩大天生難題:

    一是采用科研級Complex-ATRA™復合維A醇成分,高活A醇+緩釋A酯雙通路作用,增加淡紋力的同時大大降低了肌膚不耐受的可能;

    二是采用獨特的ACTCOCOON™「蠶蛹」黃金微粒包裹技術,將A醇包裹在微囊中保持其高活性。從而讓HBN率先在國內市場上突破了A醇的刺激不耐受問題。

    經過嚴苛的最佳化,最終HBN家95%以上的抗老產品均透過極端嚴苛的瑞士SGS 權威第三方人體功效檢測,讓HBN獲得了百萬使用者青睞,從國際大牌的手中,爭出了國內A醇品牌的一席之地。

    為了讓抗老功效名副其實,HBN還聯合全球權威嚴苛檢測機構SGS公開招募百人功效驗證;為了讓大眾樹立科學的抗老觀念,他們還與Discovery共創國內首支抗老主題紀錄片,幫助越來越多的人,做到科學抗老。

    正是因為靠著忠於熱愛,敢於追夢的開拓精神,HBN才能成為國內A醇抗老的拓荒者和引領者,實作國貨品牌的崛起與品牌自信。

    光,從古至今都是真理和未來的代名詞,追光藏在我們的身體裏,也藏在我們對科學探索的精神裏。它不僅給予了科學人的力量,也給予了那些不忘初心、求真務實的企業,源源不斷地發展動力。

    參考文獻:

    [1] Katsuki T, Greenspan R J. Jellyfish nervous systems[J]. Current Biology, 2013, 23(14): R592-R594.

    [2] Reuter M, Gustafsson M K S. The flatworm nervous system: pattern and phylogeny[J]. The Nervous Systems of Invertebrates: An Evolutionary and Comparative Approach: With a Coda written by TH Bullock, 1995: 25-59.

    [3] Gehring W J, Ikeo K. Pax 6: mastering eye morphogenesis and eye evolution[J]. Trends in genetics, 1999, 15(9): 371-377.

    [4] Marquardt T, Ashery-Padan R, Andrejewski N, et al. Pax6 is required for the multipotent state of retinal progenitor cells[J]. Cell, 2001, 105(1): 43-55.

    [5] Hubble E P. The observational approach to cosmology[M]. Oxford: Clarendon Press, 1937.

    [6] Beasley A J, Gordon D, Peck A B, et al. The VLBA calibrator survey—VCS1[J]. The Astrophysical Journal Supplement Series, 2002, 141(1): 13.

    [7] 南仁東. FAST——500公尺口徑球面射電望遠鏡[J]. 中國國家天文, 2009(11):8.

    [8] 詹媛. 畢生心血築"天眼"——追記FAST首席科學家,總工程師南仁東[J]. 人民周刊, 2017(23):2.

    [9] 陳芳, 王麗, 董瑞豐,等. 中國"天眼之父"南仁東[J]. 黨員幹部之友, 2018(1):30-32

    [10] Kong R, Cui Y, Fisher G J, et al. A comparative study of the effects of retinol and retinoic acid on histological, molecular, and clinical properties of human skin[J]. Journal of cosmetic dermatology, 2016, 15(1): 49-57.