《奇妙的科學世界》內容豐富，通俗易懂，適合大眾閱讀。
目錄：
譯者序
原書序
第1章農業(yè)科學進展
第2章基礎科學
第3章生物學前沿
第4章國防創(chuàng)新
第5章令人振奮的地球科學進展
第6章能源新進展
第7章環(huán)境相關的發(fā)展
第8章遺傳學研究進展
第9章醫(yī)療衛(wèi)生研究進展
第10章材料科學前沿
第11章當今物理學前沿
第12章科學政策
第13章空間科學進展譯者序
原書序
第1章農業(yè)科學進展
第2章基礎科學
第3章生物學前沿
第4章國防創(chuàng)新
第5章令人振奮的地球科學進展
第6章能源新進展
第7章環(huán)境相關的發(fā)展
第8章遺傳學研究進展
第9章醫(yī)療衛(wèi)生研究進展
第10章材料科學前沿
第11章當今物理學前沿
第12章科學政策
第13章空間科學進展
第14章技術進步 第1章農業(yè)科學進展
1.地球正在枯竭
最近，科學家利用模型對全球氣候進行了模擬，結果表明：喜馬拉雅山脈、歐洲和世界其他地區(qū)的冰川將會融化，這將導致亞洲、非洲、美國和南美洲大部分地區(qū)成為不再適宜人類居住的沙漠。即使全球平均溫度僅上升4℃，地球上也將出現可怕的情景：一些地區(qū)將發(fā)生洪災，另一些地區(qū)則出現嚴重的旱災，數百萬人將死于這種溫度上升引發(fā)的重大災害。到2050年，地球上的動植物將大量消失，人口可能會增長到90多億，最終，大規(guī)模的饑荒和戰(zhàn)爭可能導致人口迅速減少。
最近一次大規(guī)模的全球升溫發(fā)生在5500萬年前，當時大量冰凍的甲烷從深海中釋放出來，造成全球溫度升高5~6℃。由于這次升溫，兩極地區(qū)出現了熱帶雨林，而非洲南部到歐洲的廣大地區(qū)變成了沙漠，同時，海洋中溶解的二氧化碳不斷增加，使海水酸化，最終導致海洋生物的大量滅絕。
2.用海水種植糧食作物
地球上的水98%是海水，另外1%是咸水（含鹽量比淡水多但比海水少），大約僅有1%是淡水。未來50年，隨著世界人口的增長，全球變暖將加劇水資源短缺，所以人類必須尋找種植糧食作物的替代方法。同時，化石燃料的枯竭，也會導致石油供應嚴重短缺。人類也許可以通過種植耐鹽作物來解決這些問題。
自然界存在著許多天然的耐鹽植物，它們在長期的進化過程中已經形成了完善的耐鹽機制，因此被稱為“鹽生植物”。鹽生植物的生長區(qū)域獨特，不會與糧食作物競爭土地。科學家可以通過識別耐鹽基因，并將其導入到小麥、玉米和水稻中，顯著地提高糧食作物的耐鹽性，從而使作物能夠適應海水或咸水環(huán)境。部分鹽生植物在改良鹽漬化土壤方面效果顯著，所以也可以通過種植鹽生植物降低土壤鹽漬化對糧食作物的影響。
鹽生藻類可作為生物燃料的來源。目前，以色列的Seambiotic公司已成功利用藻類產油，每年的產量已超過了5600加侖1加侖=3.785升。/公頃。相比之下，棕櫚油每年的產量為1187加侖/公頃，巴西乙醇年產量為1604加侖/公頃，豆油年產量為150加侖/公頃。將來，人類可能會依靠海水種植糧食作物，以滿足能源需求。
3.在沿海沙灘上開展海水種植業(yè)
海水的含鹽量很高，不能直接用來灌溉糧食作物。毗鄰海洋的沙漠地區(qū)空氣較潮濕，可以通過冷凝作用收集并儲存空氣中的水分�？茖W家已經在特內里費島（Tenerife）、阿布扎比（AbuDhabi）和阿曼（Oman）建成三大溫室，海水被抽到溫室里的蒸發(fā)器中，從而為各種不同植物的生長創(chuàng)造較為濕潤的環(huán)境。潮濕空氣中的水分被冷凝、收集和儲存，最終被用于澆灌植物。英國公司建設海水溫室大棚的成本低至每平方英尺1平方英尺=0.093平方米。僅為5美元，現在海水溫室大棚內增加了聚光型太陽能發(fā)電設備和水泵，具備了提供更多淡水的能力。
4.應用反滲透膜技術發(fā)展海水農業(yè)
到2050年，世界人口預計將達到90億，這將給糧食供應帶來巨大的壓力。由于全球變暖，隨著河流的干涸和淡水資源的逐漸枯竭，一場災難即將來臨。人類亟須科學地找到可行的解決方案應對挑戰(zhàn)。
將鹽水（海水或地下苦咸水）轉換成可用于飲用或灌溉的淡水的方法稱為“反滲透”法。在一種特殊聚合物膜的一側泵入海水，該聚合物膜只允許水分子通過，鹽類、細菌和雜質都無法通過，從而達到淡化海水的目的。該方法的缺點是使用一段時間后雜質顆粒物就會阻塞并損壞聚合物膜，所以需要定期更換昂貴的聚合物膜，這增加了海水淡化的成本。
美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的科學家利用納米技術研制出了表面附著微小聚合物絨毛的新型反滲透膜（NancyH.Lin，J.Mater.Chem.，2010，DOI:10.1039/b926918e）。在滲透過程中，反滲透膜表面的絨毛像一個內置的清洗刷，迅速擺動，可以有效地防止雜質在反滲透膜表面沉積。該技術一旦商業(yè)化，可能會降低海水淡化的成本，提高大規(guī)模發(fā)展海水灌溉農業(yè)的可能性。
5.正向滲透——令人振奮的海水淡化進展
人口增長和全球變暖導致的冰川融化威脅著未來的水資源。2006年聯合國的報告預測，到2025年，地球上2/3的人口將面臨淡水資源短缺的問題。地球表面大約70%將被海洋覆蓋，這約占全球水資源總量的97%。目前，只有推動科技進步才能使海水淡化技術逐步走向高效節(jié)能的發(fā)展道路，這激發(fā)了人們尋求淡化海水新方法的興趣。
滲透是水分子從低濃度溶液通過半透膜進入高濃度溶液中的過程。半透膜兩側溶液平衡時，兩側溶液產生的位能差被稱為“滲透壓”。通過施加壓力使水分子向相反方向流動的過程稱為“反滲透”。鹽分子被阻隔在膜的一側，水分子則順利通過，從而導致膜的一側鹽分濃度很高，另一側成為純水。目前，反滲透技術已被廣泛用于海水淡化生產飲用水。然而，該過程十分昂貴，因為需要消耗大量的能量，并且反滲透膜造價昂貴，使用壽命有限，必須定期更換。
正向滲透方法（“隨大流”）取得的突破令人振奮。在膜的一側放置高濃度的溶質（如蔗糖），另一側為鹽水，水分子則從含有鹽水的一側自然地流動到蔗糖溶液中。因此，依據正向滲透原理可以利用海水制備軟飲料。較之反滲透，正向滲透過程因為利用了能量梯度，減少了80%的能耗。
美國俄勒岡州奧爾巴尼的水化技術創(chuàng)新公司（HydrationTechnologyInnovations）是公認的正向滲透技術的先行者。該公司推出一款基于正向滲透原理的便攜式“X包”供美國士兵使用。“X包”中的正向滲透膜的內側裝有糖分和香料。將這些“X包”浸泡在海水甚至臟水坑中，它們可以吸收純凈的水分子，并把鹽分和雜質微粒留在包外，從而自制出甜美的風味飲料�？偛吭O在美國馬薩諸塞州劍橋市的Oasys公司利用正向滲透技術，提取大型植物細胞內的碳酸氫銨等化學物質。
6.采用碳納米管淡化海水
鹽水中去除鹽分（脫鹽）的兩種常用方法是蒸餾和反滲透。蒸餾法是首先將鹽水加熱到沸點，然后通過收集冷凝的水蒸氣而得到純水；反滲透法則是在放置特殊“半透膜”的鹽水一側施加壓力，只允許水分通過，鹽分則無法通過薄膜而被去除。這兩個過程都消耗了大量的能量，因此，并不是環(huán)保的脫鹽方法。現在，美國新澤西技術研究所的科學家們基于上述兩種方法開發(fā)出了一項新技術，能使熱鹽水通過內置碳納米管道的半透膜，從而提高滲透性。與傳統(tǒng)半透膜相比，應用該新技術使水分子通過半透膜的速度提高了6倍。
7.自澆灌沙漠植物
以色列科學家發(fā)現，生長在以色列內蓋夫（Negev）沙漠上的沙生植物沙漠大黃（Rheumpalaestinum），具有獨特的自澆灌機制。其葉片直徑可達到1米，而其他沙生植物的葉片都是小而尖的。這是迄今發(fā)現的首例可以自行澆灌的植物。沙漠大黃蠟質的葉片上分布著凹凸不平的紋理，這些錯綜復雜的紋理將水滴捕獲并導入根部。因為獨具一套科學合理的自灌系統(tǒng)，所以即使是小雨天氣，沙漠大黃根部附近的水分也是該植物附近其他區(qū)域的10倍。
8.小麥的種植面臨風險
小麥可能會受到一種來自伊朗的新致命真菌——稈銹菌的威脅，這種真菌導致小麥大量減產，并引發(fā)大規(guī)模的饑荒。這種稈銹菌1999年首次在烏干達（Uganda）被發(fā)現，因而被命名為Ug99。Ug99能隨風蔓延，2007年出現在了伊朗境內，現在正向巴基斯坦和阿富汗蔓延，可能會迅速滋生并蔓延到整個亞洲。所以，在巴基斯坦，我們需要發(fā)展和壯大新的小麥品種，以抵抗這種真菌的威脅。
9.使用組織培養(yǎng)技術克隆植物
現在，不使用種子也可以進行大量植物體的商業(yè)化生產�？茖W家將植物葉片分成許多小塊后放置于試管內，在含有營養(yǎng)素和生長激素的溶液中培養(yǎng)。6~8周后，誘導不定芽再生，將芽放置在另一種培養(yǎng)基中繁殖、生長。一旦根系形成，再將植物轉移至（溫室）濕度較高的土壤里繼續(xù)培養(yǎng)。植物長出葉片后就可以適應較干旱的環(huán)境了。用于克隆的植物（母體）一般具有所需的特殊性狀，如花瓣的顏色、大小或果實的味道等，而克隆植物的基因與母體完全相同，所以具備與母體完全相同的性狀。組織培養(yǎng)技術因其成本低、效益好，目前已經大規(guī)模地被應用于生產性狀優(yōu)良的植物，如蘭花、香蕉等。
10.生物技術能否解決糧食危機
糧食危機可能導致國家政權變更，從而影響全球文明進程。人口增長、全球變暖導致作物減產和耕地面積減少，共同蘊藏著巨大的危機，會給今后的生活帶來深刻的影響。2008年世界糧食庫存量僅夠維持62天，幾乎接近歷史最低庫存記錄。糧食需求的增長速度遠遠超過糧食產量，從而導致世界糧食價格猛漲。對于巴基斯坦等人均收入較低的國家來說，糧食危機是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。20世紀六七十年代，全球依靠先進的農業(yè)科學技術開展了“綠色革命”。1950~1990年，每英畝1英畝≈40.47平方米。糧食產量以平均每年2%的速度增長，但1990年以后糧食增產速度逐步放緩了，每年僅為1%左右。雖然轉基因作物可能使某些作物產量增加，但似乎無法實現“綠色革命”期間糧食增產2~3倍的想法。從長遠來看，只有控制全球人口增長、提高農民的教育水平、改善糧食的儲存和分配方式、控制作物蟲害和真菌侵入所造成的損失，才能根本解決糧食危機。
11.即將破滅的糧食泡沫
在過去的幾十年中，不可持續(xù)地利用水資源和土地資源確實提高了糧食產量，但這種糧食泡沫即將破滅，全世界將陷入前所未有的危機中。據世界銀行估計，目前在印度約1.75億人必須依靠過度抽取地下水才能吃上糧食，他們抽取地下水的速度遠超過了降雨對蓄水層的補充速度。因此，各地的地下水位正在以驚人的速度下降。沙特阿拉伯也是通過抽取地下水滿足小麥生產。然而，這些地下水資源很快會耗竭，未來2~3年里小麥可能面臨停產。
世界人口的快速增長（全球每周大約出生150萬個新生兒）和未來天氣的不可預測性加劇了人類對世界糧食危機的擔憂。2010年，莫斯科遭受了熱浪襲擊，造成俄羅斯糧食作物減產40%。如果同樣的情況發(fā)生在印度、中國或美國，可能會對全球糧食生產造成災難性影響。大多數國家糧食價格一直以驚人的速度上漲，數十億窮人的生活變得苦不堪言。同時，印度在跨界水道上修建水壩的問題極富爭議，因為這意味著下游巴基斯坦境內的水量將大幅減少，很可能最終引發(fā)兩個國家的核戰(zhàn)爭。
應對糧食危機必須要加強教育、控制人口增長、采用現代可持續(xù)農業(yè)技術、通過減少碳排放恢復自然的平衡、增加森林面積、恢復土壤肥力、在各級部門采取有效的節(jié)水措施�？傊扇⌒袆痈淖儸F狀已迫在眉睫。
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