150年歷史告訴你，基礎科學如何推動人類進步

90年前，當英國物理學家查德威克通過實驗發現一種新粒子時，他一定想不到，90年后的人們，會受益于他的發現，用上核能發電。

2022年是聯合國確定的“基礎科學促進可持續發展國際年”，相關活動將由聯合國教科文組織于2022年7月至2023年6月底實施。“基礎科學是實現可持續發展的必要條件。”該項目官網上寫道，“基礎科學為我們應對食品、能源、健康、通信技術等方面的關鍵挑戰提供了必要手段。”

除了中子發現90年，今年還是青蒿素首次提取50年、首次環球海洋科考150年。這些教科書級別的基礎科學重大突破，都是科學研究促進可持續發展的生動案例。它們始終提醒著我們，基礎科學對于人類發展的重要意義。

50年前：青蒿素的發現減輕了人類的瘧疾之苦

屠呦呦因發現青蒿素、對瘧疾治療作出突出貢獻，獲得2015年諾貝爾生理學或醫學獎。實際上，青蒿素的發現造福了全人類。而今年正是青蒿素首次提取50年。

瘧疾是嚴重危害人類健康的傳染病。20世紀60年代，氯喹抗瘧失效，人類飽受瘧疾之苦。在這種背景下，1967年5月23日，中國政府正式啟動了“523”國家項目，以加強抗瘧藥物的研究。1969年，屠呦呦被選為該項目的研究組組長。

開啟抗瘧研究后，屠呦呦和同事廣泛收集歷代醫籍、查閱群眾獻方、向老中醫專家請教。僅用3個月的時間，他們就收集了2000多種草藥，并從中精選出640種可能有效的草藥，形成《瘧疾單秘驗方集》。

在最初的藥物篩選與實驗中，屠呦呦團隊對380多種提取物進行了測試。然而，大多數結果都不令人滿意。他們沒有放棄。終于，1971年，轉機出現了——青蒿提取物產生了理想但不穩定的抑制率。

那么，又該如何解決青蒿提取物實驗藥效不穩定的問題呢？“重新埋下頭去，看醫書！”屠呦呦的堅持帶動著整個團隊。這時，東晉葛洪《肘后備急方》中治寒熱諸瘧的藥方進入了屠呦呦的視線。“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”，她陷入沉思，為什么古人用“絞取汁”，而非中藥常用的煎熬法？經過周密的思考，屠呦呦重新設計了在低溫條件下提取青蒿有效成分的方案。

1971年10月4日，中國中醫研究院中藥研究所的一間實驗室里，研究員們屏住呼吸等待著青蒿乙醚中性提取物樣品抗瘧實驗的最后結果。終于，結果出來了，對瘧原蟲的抑制率達到100%！實驗室沸騰了。1972年，屠呦呦和同事提煉出了抗瘧有效成分青蒿素。

從那時至今，青蒿素及其衍生物成為世界上治療瘧疾最有效的藥物，挽救了數百萬人的生命。

2015年，聯合國提出了17個可持續發展目標，其中一項便是“確保健康的生活方式，促進各年齡段人群的福祉”，并提出到2030年，要“消除艾滋病、結核病、瘧疾和被忽視的熱帶疾病等流行病，抗擊肝炎、水傳播疾病和其他傳染病”。

無疑，在對抗瘧疾這個威脅人類生命健康的重大公共衛生挑戰中，關于青蒿素的基礎科學研究發揮了至關重要的作用。

90年前：中子的發現敲開核能時代的大門

充足的能源是人類可持續發展的必要條件，但目前以化石燃料為主的能源體系越來越無法滿足環境保護的需要。發展利用新的清潔能源成為必然趨勢。在這其中，核能成為人類應對能源挑戰的選擇之一。

而人類之所以能夠進入核能時代，正是得益于90年前一項基礎科學研究——中子的發現。

1932年，查德威克設計了一個實驗，用α粒子轟擊鈹，再用鈹產生的射線轟擊氫、氮，打出了氫核和氮核。他測量了被打出的氫核與氮核的速度，由此推算出了這種新粒子的質量。

查德威克認為，只有假定從鈹中放出的射線是一種質量跟質子差不多的中性粒子才能解釋，這種粒子不帶電，因此被稱為“中子”。憑借對中子的發現，查德威克獲得了1935年的諾貝爾物理學獎。

中子發現后，原子核由質子和中子構成的理論假設被科學界普遍接受。中子不帶電荷，很容易接近原子核并被吸收，科學家由此想到可以用中子作為“炮彈”來轟擊各種元素的原子核，由此產生了一系列重要發現。

比如，物理學家費米和同事用中子轟擊了周期表中的所有元素，并辯認了因此而產生的具有放射性的元素。費米發現的由“慢中子”引起的反應，為后來研究重核裂變的鏈式反應和原子核反應堆的理論設計奠定了基礎。

這些發現為人類利用核能打下了基礎，可以說，“中子”敲開了人類進入核能時代的大門。核電站利用原子核內部蘊藏的能量大規模地生產電力。一座100萬千瓦的核電站每年只需要補充30噸左右的核燃料，而同樣規模的火電廠每年要燒煤300萬噸。

如今，核能在構建現代能源體系、保護生態環境、應對氣候變化、實現碳中和目標等方面已顯示出重要作用，而核能發展中成本、安全等問題的進一步解決，仍有賴于相關基礎科學的發展。

150年前：首次環球海洋科考奠定海洋保護的基礎

在17個可持續發展目標中，“保護和可持續利用海洋和海洋資源以促進可持續發展”位列其中。“海洋生物多樣性對人類和地球的健康至關重要。”聯合國官網上寫道。

保護和可持續利用海洋和海洋資源，首先要了解海洋。而人類全面了解海洋的第一步，要從150年前那次環球海洋科考說起。

1872年12月7日，“挑戰者”號科考船從英國樸茨茅斯港拔錨啟航。船上除了243名船員外，還有6位科學家，由英國愛丁堡大學博物學家維韋爾·查爾斯·湯姆森領導。船是從英國皇家海軍租借來的，為了便于科學家保存和分析樣本，船內還特意增設了科學實驗室和庫房。

這是人類歷史上首次綜合性的海洋科學考察。

1876年5月26日，“挑戰者”號回港。在3年5個月的時間里，這艘科考船航行至大西洋、太平洋與印度洋，勇踏前人未至之境。

這次海洋科考在科學史上具有重要意義，科學家第一次使用顛倒溫度計測量了海洋深層水溫及其季節變化；采集了大量海洋動植物標本和海水、海底底質樣品，發現了715個新屬及4717個海洋生物新種；驗證了海水主要成分比值的恒定性原則；編制了第一幅世界大洋沉積物分布圖；此外，還測得了調查區域的地磁和水深情況。

自1877年起，湯姆森和科考隊另一位科學家約翰·默里帶領70多位科學家，開始整理《“挑戰者”號航海考察科學成果報告》。這項浩大的編纂工程，直到1895年才全部出齊。報告一共有50卷，包括動物學分冊40卷、植物學分冊2卷、物理化學分冊2卷、概述5卷，另附一卷專述深海沉積內容，總計2.95萬頁。

“挑戰者”號的遠航壯舉及隨后產生的洋洋50卷科考報告，正式宣告了近代海洋學的誕生。默里在報告中盛贊此次科考為“我們這顆行星上，自十五和十六世紀的大航海壯舉以來最偉大的知識性探索”。

幾百年來，正是這些執著于“知識性探索”的基礎科學研究，使人類對世界運行規律的認知不斷深入，并在此基礎上推動了人類生產生活方式的重大變革，使之最終進入到可持續發展的新階段。