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 在2014年國際工程科技大會上，習(xí)近平主席發(fā)表了主題演講，強調(diào)工程科技是改變世界的重要力量，發(fā)展科學(xué)技術(shù)是人類應(yīng)對全球挑戰(zhàn)、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。其中也提到，信息技術(shù)、生物技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)的交叉融合技術(shù)正在引發(fā)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。

曲久輝院士

在這個新科技革命巨大發(fā)展的契機下，我們應(yīng)該思考：環(huán)境與科技發(fā)展具有怎樣的聯(lián)系？

 

五次科技革命

 

回顧過去的500年間，世界共發(fā)生了五次科技（科學(xué)）革命，分別為兩次科技革命和三次技術(shù)革命，這五次革命對人類產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響：

 

第一次科技（科學(xué)）革命發(fā)生在16實際和17世紀(jì)間，伽利略顛覆了所謂的地心說，而牛頓開創(chuàng)了力學(xué)從而創(chuàng)造了近代科技； 第二次技術(shù)革命發(fā)生在18世紀(jì)，蒸汽機和機械的研發(fā)加速了人類生產(chǎn)能力提升；發(fā)生在19世紀(jì)末期的第三次技術(shù)革命，發(fā)電機和內(nèi)燃機的發(fā)明成為劃時代的標(biāo)志；第四次科學(xué)革命發(fā)生于20世紀(jì)上半葉，傳統(tǒng)理論的進化論使人類認(rèn)知產(chǎn)生了新的變換；而20世紀(jì)中后期的第五次電子和信息技術(shù)的科技革命正在發(fā)生。

 

前五次革命特點是科學(xué)革命與技術(shù)革命交叉進行，而第六次科技革命的最大特點卻是科學(xué)與技術(shù)革命同時發(fā)生。徐光憲的院士曾說，第六次革命是大化學(xué)的科技革命，新生命科學(xué)和新技術(shù)革命將會與大化學(xué)革命發(fā)生在一起。在革命過程中，大致有14個問題值得我們特別關(guān)注，其中第一個問題就是徹底改造污染環(huán)境的化工廠，建立綠色化學(xué)和化工以及冶金企業(yè)。從環(huán)境的角度探討，這是非常重要且值得思考的一個問題。

 

第六次科技革命

 

到底什么時候會發(fā)生新的科技革命呢？2011年，中國科學(xué)院開展了“第六次科技革命的預(yù)測研究”課題，世界上的主流科學(xué)家、戰(zhàn)略家均表示，世界正處在新的科技革命的前沿。研究結(jié)果表明，革命預(yù)計將于2020到2050年間發(fā)生。而現(xiàn)在，誰先看到科技預(yù)計發(fā)生的領(lǐng)域，并據(jù)此進行前瞻性的謀劃和戰(zhàn)略部署，誰就能贏得新一輪的機會。

白春禮院長曾提到，第六次科技革命方向得益于第五次信息科技革命的推動，并且將在物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科及其交叉領(lǐng)域開辟出新的空間。我認(rèn)為，新科技革命的突破口將會解決一些重大的基本科學(xué)問題，同時在能源、資源、信息網(wǎng)絡(luò)等方面也會產(chǎn)生革命性的推進。這樣一個新的領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境是一個重大契機。

科技發(fā)展對環(huán)境的影響

 

科技會對環(huán)境產(chǎn)生什么樣的影響？我認(rèn)為，第三次科技革命對環(huán)境質(zhì)量影響最大，第五次科技革命對環(huán)境科技發(fā)展影響最廣泛。

 

在19世紀(jì)中后期，電力發(fā)電機的發(fā)明，帶動了石化，鋼鐵和運輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也對環(huán)境產(chǎn)生了影響；由于運輸新技術(shù)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化也得到迅速發(fā)展，大氣污染、生活垃圾、長距離傳輸也造成了巨大的環(huán)境問題。但是，科技發(fā)展過程中人類對環(huán)境影響的需求，也使得新的技術(shù)隨之被創(chuàng)造，如被評為20世紀(jì)人類貢獻(xiàn)最偉大的工程技術(shù)——穩(wěn)定沉淀水處理技術(shù)；100年前發(fā)現(xiàn)的污水生物處理技術(shù)——活性污泥法等等，這些新技術(shù)的研發(fā)對環(huán)境的改善也做出了巨大貢獻(xiàn)。

 

環(huán)境科學(xué)難題

 

近日，英國啟動一個巨額“懸賞”解決科學(xué)難題的活動，這六大科學(xué)難題包括：如何發(fā)展接近零排放的航空技術(shù)；如何保障有營養(yǎng)、可持續(xù)的食品供應(yīng)；怎樣解決抗生素耐藥性問題；怎樣讓癱瘓患者重獲運動自由；如何解決飲用水安全和可持續(xù)性問題；如何改善癡呆癥患者生活質(zhì)量問題。這幾大難題也體現(xiàn)出當(dāng)今社會正面臨的重大體制問題。

 

通過一年半的研究分析，我認(rèn)為，當(dāng)今世界同樣存在三大環(huán)境科學(xué)的難題。第一個，在針對環(huán)境變化的生態(tài)水平研究過程中，如何實現(xiàn)從分子層面到整體群落的全過程認(rèn)識和控制；第二個，復(fù)合污染物對人體的健康效應(yīng)還無法做到在人體層面進行研究；第三個，如何在單電核水平上實現(xiàn)環(huán)境物質(zhì)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的定向調(diào)控。下面我講大致解釋這三個問題：

 

第一大難題

 

從分子水平的認(rèn)識調(diào)控層面，我們了解到：環(huán)境污染首先作用于分子從而導(dǎo)致細(xì)胞變異，再由個體到群體群落最終進入到人體。如今，分子生物技術(shù)已經(jīng)是分子水平認(rèn)識生態(tài)的一個重要指標(biāo)，但是我們只能實現(xiàn)從分子生物學(xué)層面的研究，比如我們雖然認(rèn)識個體細(xì)胞分子上污染現(xiàn)象，卻無法做到對整個生物群落功能性改變的認(rèn)知。找尋一種合適的方法是解決這一難題的突破口。

 

第二大難題

 

首先，離體實驗代表不了活體實驗，所以實驗室往往進行著典型污染物對典型動物的影響實驗，而小鼠青蛙泥鰍通常作為實驗對象。但是動物的個體實驗代表不了人體的實驗，所以，污染怎么在人體循環(huán)中的表達(dá)是一大難題。

 

其次，污染物往往是復(fù)合污染物，我們無法在針對動物的實驗中確定哪種污染物對最終表征起到?jīng)Q定性作用。2002年美國加州大學(xué)Hayes等將3000只蝌蚪暴露于含有10種農(nóng)藥農(nóng)田中，每種農(nóng)藥的暴露計量都不足以導(dǎo)致蝌蚪發(fā)育異常，然而野外現(xiàn)場試驗證實，復(fù)合污染具有顯著導(dǎo)致蝌蚪發(fā)育異常作用。這個實驗證明，自然界沒有任何一種生物是暴露于單一化學(xué)品下的，某種污染物沒有危害，但是混合在一起就產(chǎn)生了影響�，F(xiàn)有的有關(guān)持久性有毒污染物的環(huán)境科學(xué)理論和方法學(xué)方面存在著很大的局限性，其理論體系仍需要做出重大創(chuàng)新。但是如何表達(dá)這些化學(xué)污染物的相互作用，如何將其對人體的影響進行科學(xué)分析，現(xiàn)階段還不能實現(xiàn)。

 

第三大難題

 

現(xiàn)在我們進行的科學(xué)研究大部分還是限制于分子過程，而改變物質(zhì)本質(zhì)的卻是電子過程。世界上發(fā)生的所有變化都是在電子傳遞過程中發(fā)生的，如自然界發(fā)生的最簡單的氧化還原過程，實際上就是電子傳遞。這就帶來一個重大的科學(xué)難點是：如何在單電子水平下研究物質(zhì)轉(zhuǎn)移？

 

如果我們能把電子過程解釋清楚并調(diào)控有效的話，我想我們就可以獲得很多機會控制環(huán)境污染，比如水處理過程中硝酸鹽產(chǎn)生的問題，三價鐵和二價鐵在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電子，實際上是批量電子而不是單轉(zhuǎn)電子，如果可以研究單轉(zhuǎn)電子的轉(zhuǎn)換過程，而非批量電子或所謂的電子云，就可以準(zhǔn)確控制電離物質(zhì)的形成，達(dá)到控制硝酸鹽的產(chǎn)生的目的。但是目前為止，全世界都無法突破這個難題。

 

在新科技革命下尋找解答

 

在新科技革命下，上述三個科學(xué)問題如果得到解決，意識將不僅停留在分子水平上，還會體現(xiàn)于行動，這將成為生命科學(xué)的重大突破。比如利用克隆技術(shù)進行人體再造，甚至再造類人體，我們就可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)并表達(dá)某種未解決的問題。比如，我們可以從不同基因以及分子差異性做到準(zhǔn)確預(yù)測，也可以做出相同和不相同的模擬人群，從而解決環(huán)境科學(xué)的三大基本問題。但是這里仍存在困難，個體還是到不了群落和人體，所以我們可以借助信息技術(shù)中信息毒理學(xué)和新生物學(xué)結(jié)合起來的方法，從而實現(xiàn)從分子細(xì)胞到群落再到人體的探究。

 

物質(zhì)科學(xué)的進步也會極大的控制環(huán)境污染。我預(yù)計單電子檢測在第六次科技革命將崛起，而這也可以為環(huán)境污染控制帶來益處。如水處理過程中運用新材料技術(shù)，通過單電子調(diào)控就可以控制有毒副產(chǎn)物的生成。除此之外，材料技術(shù)的進步也是環(huán)境調(diào)節(jié)中的重要技術(shù)。

 

我們應(yīng)該思考：環(huán)境與科技發(fā)展具有怎樣的聯(lián)系？

世界正處在科技革命的前沿，而環(huán)境科技必與之同行，我們也必將面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。