当代世界科技进步及其影响Word格式.docx
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2.生命科学生物技术迅猛发展
近几年生命科学研究占全世界自然科学研究经费总额60%以上,生命科学论文数占全世界科学论文总数的一半以上,生物技术专利数占专利总数的30%。
预计到2020年,在30项最主要的创新技术当中,有一半主要依赖于生物技术。
比尔-盖茨断言:
下一个创造更大财富的人将出现在基因领域。
美国能源部和美国国家卫生研究所1989年提出的人类基因组计划(中国承担了1.1%的基因测序任务),已于2003年4月14日在华盛顿大学完成。
人类基因组计划的目标是:
测出人体基因组中包含的30亿个缄基对的排列顺序;
确定23对染色体上的基因分布;
绘制一幅分子水平的人体解剖图;
把人体基因的全部信息输入基因库,以帮助科学家掌握有关缄基对如何组成基因、每个基因的功能、他们如何相互影响以及如何控制人的生命过程的奥秘。
现在已经完成了基因测序工作,绘制出了人体基因图谱。
这幅人体基因图谱被科学家称之为揭示人体奥秘的“生命天书”。
对生物制药行业、生命科学、医学、生物信息学的发展将产生不可估量的推动作用,将导致一场新的医学革命。
目前的研究与应用主要集中在农业和医药两大领域,尤其是医药领域。
2005年全球生物技术产业产值首次突破600亿美元,生物技术公司4203家。
美国是全球生物技术主要市场。
农业领域:
近年来转基因植物研究方面也取得了重大进展(介绍画面)。
美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家。
2011年,有6900万公顷的农田上种植了转基因作物,占美国可耕地面积的43%,其中93%的大豆、93%的棉花、86%的玉米和90%油菜都是转基因品种。
巴西转基因作物种植面积达3030万公顷,占巴西5900公顷可耕地面积的51.4%。
而可耕地面积仅为3100万公顷的阿根廷却种植了2370万公顷转基因作物,占比高达74%。
生物学家正在研究培育能产生改良食品、药物(喝牛奶治病)、化学产品的作物,使它们转化为能生产化工产品和药品的生物工厂。
例如,培育产出塑料的作物、果实含疫苗的作物、高含油量的大豆、有天然色彩的棉花等等。
所以,未来的化工农业、药品农业等新兴产业将带来一场农业革命!
看来地里长金条也不是不可能!
澳大利亚培育的转基因猪已经摆上了餐桌,由于植入了人的生长基因,转基因猪的生长速度提高了一倍。
新药开发:
目前美国批准上市的生物技术产品有70%集中在生物医药,其中利用转基因动植物生产药物蛋白是一种全新的药物生产模式。
现在国际上已成立了几十家转基因动物公司,利用转基因牛、转基因绵羊已生产出许多很贵重的药物蛋白,例如正在培养奶汁中含有药品的牛、羊,一头母山羊可以抵一座投资1亿美元的药厂,这将成为21世纪利润最高的生物医药产业。
生命科学和生物技术的发展正在步入“后基因”时代。
最具代表性的发展趋势是功能基因组的破译。
目前完成的人类基因组测序,仅是弄清了各基因结构的排序,离弄清这些基因的功能是什么,与各种疾病、各种生命机理有何关系,还有很长的路要走。
据预测,完成所有功能基因的测序,尚需要几十年的时间。
目前包括我国科学家在内,只是破译了个别功能基因,如耳聋基因、肥胖基因等等。
应用前景:
1.预防、治疗疾病。
美国基耐申斯公司在人类基因组探索之路上又前进了一步,测定出每种人类基因平均拥有14个版本。
这一发现对于开发个性化药物具有重要意义。
2控制衰老、延年益寿。
过去以为衰老过程是由人体的生物钟所预设,但基因研究显示,人类衰老主要缘由是人体的“保养”及“修补”系统有所缺陷,而这些系统最终也由基因所控制,因此通过改造或“关闭”某些基因,即可控制人类的衰老过程。
倘继续研究,理论上令人类的平均寿命达到1200岁并非天方夜谭;
3恢复、培植人体器官,通过干细胞分化制备器官(如心脏,肝脏、肾脏等),给猪植入人类基因,长出人的器官。
进行器官修复,治疗白血病等恶性疾病;
4设计后代、定向进化。
[美科学家通过修改树的基因成功控制树的高度,从50英尺到几英寸,还可以改变树叶的形状、颜色。
使榆树、杨树高度只有15英尺到几英寸,主要吃控制赤酶酸来影响生长速度,使植物细胞不能充分生长,植物保持低矮状态]。
当然克隆人的后果与克隆动物植物完全不同!
目前以色列科研人员研究了死海里生长作物,如将此作物基因植入农作物,就可以直接用海水灌溉,或在盐碱地上种庄稼。
负面影响:
如,利用人类基因组研究成果制造基因武器,根据某民族的基因特征,研制出专门对付他们的转基因细菌或病毒,且难以侦察和抵御,其威胁可能超过核武器(如被恐怖组织利用,后果不堪设想)。
另,基因歧视问题。
[用不了太久,一个新生儿出世时,如果法律准许,他的父母又愿意的话,就能拿到这孩子的基因组图。
这张图,记录着一个生命的全部奥秘和隐私。
他不但能显露出这孩子成年后,是不是一个色盲,大概会长多高,能否秃顶、发胖,还可准确地告诉他的父母:
是什么病,可能会要这孩子的命。
可这张图交给谁呢?
父母?
保险公司?
老板?
政府?
]
3.新能源技术带来希望
随着能源危机的步步逼近,加快新能源技术的开发显得尤为重要。
当前新能源技术开发的重点是受控核聚变反应技术、清洁煤发电技术、以及太阳能利用技术等。
受控核聚变反应技术:
核聚变反应的种类有多种。
其中D-D、D-T反应是研究的重点。
D-T反应有希望先运行,它的成功可导致D-D堆的发展。
1000克D和T的混合物经核聚变反应释放的能量相当于9000吨汽油燃烧释放的能量,是同等重量核裂变反应能量的5倍。
1000克海水中含有34毫克的D,按此比例,可以从海水中提取23万亿吨的D。
按现在人类能源的使用情况,可以够人类使用100亿年。
同时,不产生放射性污染。
合肥中科院等离子所(负责人万元熙)成功地进行了30秒的高参数等离子体放电。
标志着中国高功率激光科研和激光核聚变研究已进入世界先进行列。
世界上需要投资百亿美元的最大核聚变研究项目———国际热核实验堆(ITER)计划正在积极实施(关于选址之争)。
科学家们估计,到2025年以后,核聚变发电厂才有可能投入商业运营。
2050年前后,受控核聚变发电将广泛造福人类。
清洁煤技术:
包括煤炭转化(气化和液化)、洁净煤发电技术等。
洁净煤发电技术是指燃煤磁流体发电技术ITCC,也称等离子体发电。
是使极高温度并高度电离的气体高速流经强磁场直接发电的新型发电厂。
当燃煤得到的2600K以上的高温等离子气体以高速通过强磁场时,气体中的电子受磁力作用和气体中活化金属粒子(钾、铯)的相互碰撞,沿着与磁力线垂直的方位流向电极产生直流电,经交、直流变换装置可送入电网。
从磁流体出来的气体可送往常规锅炉,产生蒸汽驱动气轮机发电,组成高效率的联合循环发电系统,热效率可达50~60%。
同时所产生的污染又远少于常规火力发电。
ITCC技术对于以煤作为主要能源的中国来说更显得尤为重要。
2004年美国启动了新世纪远景计划。
目前美国、西班牙、荷兰等国已经有5座投入商业示范电站。
我国在煤的间接液化汽柴油技术方面也已取得重要进展,1000吨/年级煤间接液化中试装置已经完成。
(神华与兖矿集团;
25美元/桶)南非萨索尔公司日产15万桶,年产800万吨,满足国内%的需求。
太阳能与风能并称世界二大可再生洁净能源。
太阳能利用方式之一是光伏电池,它是通过光电效应或者光化学效应,直接把光能转化成电能的装置。
目前,单晶硅太阳能电池转换效率已达到约15%-27%,现在的关键是要解决成本问题。
另外,我国风能资源较为丰富,全国风能发电资源约2.5亿千瓦,已建风电场27座,装机容量40万千瓦。
我国600千瓦的风电机组已实现了产业化,正在研制1000-1500千瓦的风电机组。
但与世界先进国家相比,我国风能利用技术和发展差距较大。
氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源,被视为21世纪最具发展潜力的能源。
氢能燃料电池是目前利用氢能的最重要的技术之一。
燃料电池作为一种电化学反应装置,能够将储存在燃料(氢)中的能量与氧化剂(空气)不通过燃烧直接转化成电能,其能量转换效率高达50%以上,且工作温度低、噪音低,惟一排放的是纯净水,真正实现零排放。
这种氢能加燃料电池的技术应用到目前的汽车工业、发电能源工业,会产生一种崭新的未来动力和能源,将打破现在依赖石油、内燃机的不可持续发展的经济模式。
不少国家都对氢经济雄心勃勃。
2002年,美国能源部建立了氢、燃料电池和基础设施技术规划办公室,提出了《向氢经济过渡的2030年远景展望报告》。
欧盟打算到2030年使氢燃料车的比例达到15%,2040年至少再翻一番。
日本则计划到2020年生产500万辆燃料电池车。
对化石能源依赖较少的冰岛甚至提出,到2030年率先建成氢经济。
届时,不仅全冰岛所有机动车,连渔船也使用燃料电池。
[图解:
11小时续航能力电池、美吉普车、德潜艇]
美国科学家在能源传输上有重大突破,无线传输电力,目前最大的问题是损耗太大,达45%将来可能省去手机充电器,极大方便用户。
智能电网:
智能电网已被提高到信息技术和新能源技术整合的高度,除了大大提升输变电技术外,可以自动调解电力的峰谷,节能功效甚为显着。
再之,智能电网可以大幅度提高电网的安全程度。
其三发展智能电网的目的之一是作为可再生能源电力大规模并网的基础,包括可再生能源大规模集中接入和可再生能源的分布式应用两方面。
4.纳米技术不断取得新突破
纳米技术。
纳米是一个长度单位,一纳米等于十亿分之一米。
一根头发直径有7~8万纳米。
1959年美国物理学家里查德-费曼在一次题为《在底部还有很大的空间》的演讲中指出:
科学技术发展的途径有两条,一条是“自上而下(top—down)”的过程,另一条是“自下而上(bottom—up)”的过程,几十年来,科学技术一直沿着“自上而下”的微型化过程发展。
而纳米科学家相信“自下而上”的途径,即通过操纵原子、分子,从原子、分子开始组装具有特定功能的产品(如用35个原子组成IBM、中国地图)。
纳米技术产品可以小到分子尺寸,大到汽车、飞机,关键是制造方式不同。
由于可以通过精确控制原子或分子来制造产品,生产过程非常清洁,不产生副产品和废物。
更重要的是由于实现了原子的完美占位,材料的性能提高了几十倍几百倍(如金刚石与石墨,纳米铜)。
纳米技术可能引发相关领域的产业革命。
一是纳米材料方面,纳米技术可能使材料性质发生根本转化,如硬的变软,导电的不导电,无磁性变成有磁性等等。
用纳米材料可以制成吸收电磁波涂料(隐形)、高爆炸药、陆战队军服、纳米陶瓷(具有像金属一样的柔韧性和可加工性)等,纳米隐形眼镜可定时释放药物;
二是纳米器械,用纳米材料制成的微型电器将解决大量疑难病症,医生可以用分子机器人修复受损害的人体血管(日已生产出黄豆大小的汽车、德已生产出黄蜂大小的直升机);
三是纳米检测与加工,纳米技术制作的检测仪,只要一滴血就可以迅速测出一个人的健康状况;
纳米技术可用作高精确灵敏的监测环境的传感器,可有效处理核废料;
可利用纳米阵列测试DNA,了解生物的基因和基因表达。
纳米技术制作的量子计算机将突破传统极限,使单位物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。
另外,纳米技术可制造新的化学药品,可对动物和植物基因改良
(二)当代世界科技进步的特点
1.科技发展呈现出群体突破的态势
[群体结构=6+1,即加上先进制造技术——智能机器人、智能加工、机算机集成制造技术。
]与以往科技革命相比,当代科技革命的一个显著特点是出现群体突破的趋势。
以信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、海洋技术、空间技术为标志的高技术群体取得重大突破并迅速形成高技术产业。
从而带动了传统产业的改造和产业结构的升级,推动了世界经济的发展。
2.各学科不断融合分化,学科交叉处孕育重大突破
各门科学与技术学科不断融合交叉,又不断分化,而且融合期提前,速度加快。
现在的一些举世瞩目的重大科学问题,几乎都是跨学科问题。
尤其重要的是信息通信技术、生命科学、纳米技术和认知科学依靠科学家在原子和分子水平操作物质的能力所产生的融合,科学家预言在这些学科交叉处将取得重大突破。
生物信息学已经脱颖而出,纳米电子学得以在实验室孕育,纳米医疗学也在探索之中……。
3.科技创新、转化和产业化的速度不断加快
原始科学创新、关键技术创新和系统集成的作用日益突出。
竞争已前移到原始创新阶段,原始创新能力、关键技术创新和系统集成能力已经成为国家间科技竞争的核心,成为决定国际产业分工地位和全球经济格局的基础条件。
如,人类基因组、超导、纳米材料等本属于基础研究的成果,有的早在研究阶段就申请了专利,很多研究的成果迅速转化为产品,走进人们的生活。
过去一项发明产业化要30——40年。
当代毕生——王选发明的激光照排技术迅速产业化,拥有国内、国外市场专利。
4.科技与经济、社会、教育、文化的关系日益紧密
现在的一些经济社会发展中的重大科技问题,已不单纯是自然科学与技术问题。
比如温室效应、臭氧层破坏、资源环境、艾滋病等流行性疾病的预防、控制与治疗、如何实现人与自然和谐发展,如何实现经济社会全面协调可持续发展等,这些问题不仅涉及到自然科学的认知和技术支撑,同时涉及到经济、政治、法律、社会发展、文化和教育等。
这些问题的解决超出了自然科学技术能力的范围,必须综合运用自然科学、技术手段和人文社会科学研究协同解决。
科教兴国的“科”包括社会科学。
5.国际大科学热潮兴起,成为促进科技合作的重要方式
随着经济全球化的迅速发展,人们面临的许多问题也越来越显示出明显的全球特征,如全球环境问题、食品安全、生物多样性保护和传染病(如禽流感)的防治,以及反恐、维护世界和平与稳定、保障国家安全等问题,需要全球的交流与合作。
因此近年兴起大科学热潮。
投资数亿美元、研究时间数年的大科学项目能产生大量知识,有广泛应用前景,大大提高主持国家的政治地位和科学地位。
一般采用一国牵头、多国合作、费用和风险分担、成果合理分享的方式。
二、科技进步对全球经济社会产生重大影响。
(一)科学技术已经成为经济和社会发展的主导力量。
以信息科学技术为例,信息制造业和信息服务业等新兴产业迅速崛起,已成为世界第一位支柱产业,成为带动世界经济增长的火车头。
美从事信息产业人占85%,但拉动经济占30%以上。
信息技术与传统产业的有机结合,有力地促进了传统产业的技术升级。
有关资料统计,美国1990年代长达10年的经济持续高速增长,其中35%来自于新兴产业发展,而65%则是由于传统产业的技术升级和生产率的提高。
美国官方公布数据显示,尽管美国经济处于周期性低谷,其生产率却继续保持飞速增长《goblessgross》一书观点,2002年达到5%(1991-1995年为1.8%,1996-2001年为2.6%)。
此外,生物技术、纳米技术和能源技术对经济的影响,更主要的也是体现在新技术与现有传统产业的结合上,从而引发农业、医药、材料、能源等产业结构的新一轮变革,加速传统产业的高技术化。
(二)国家安全格局发生重大变化
现在国家安全概念已经不是疆土的安全概念,更现实、更重要的是,网络安全、经济安全、文化安全和新的军事安全等等。
网络被称为第四疆土。
西方已经把网络作为西化瓦解中国的重要工具。
美国总统布什称“如果因特网以在其它国家发展的那种方式进入中国,那么自由将迅速地在那片土地上站稳脚跟。
”美国商务部在《全球信息基础设施(GII)合作议事书》中预言,“高速发展的‘全球信息基础设施’将促进民主的原则,限制集权主义政权形式的蔓延;
世界上的人民,通过‘全球信息基础设施’,将有机会获得同样的信息和同样的准则,从而使世界具有更大意义上的共同性……。
”
现代战争已经转向数字化、信息化、网络化的时代,精确打击、光电、隐型、超限和新概念武器成为当代军事科技竞争的焦点或者是制高点(如,海湾战争,伊拉克战争完全不对称,太空有卫星、2万米高空又无人机、1万米高空有预警机,再往下是战斗机,GPS定位仪配属到班)。
中国正在造航母。
Googleearth的卫星图片,经其提供的免费软件处理可放大、定位分析,这是一个新的挑战。
(三)推动当今社会组织结构和管理模式的变革
1.改变着社会劳动力的构成
据美国兰德公司预测,到2020年美国从事制造业的劳动力占总劳动力的比例,将由目前的20%下降到5%左右,而服务业的就业人口将占到总就业人口的90%以上,其中多数将工作在各种知识服务业领域。
2.逐步形成网络性的管理结构
即中间层减少的扁平型管理结构,这也是与信息结构出现所提供的可能分不开的。
3.推动社会的民主与法制进程
可能由代议制民主转为直接民主。
立法、司法的过程要更加透明、更加公开、更加民主(如,电子政务)。
(四)自主创新能力成为国家核心竞争力的决定性因素
美国经济学家在上个世纪末就提出了“胜者全得”的理论,即一个企业在高技术领域领先一步,哪怕是一小步,就有可能占领绝大多数市场份额,其他竞争者将很难生存。
最为典型的是英特尔和微软,他们分别占有世界微处理器(CPU)、系统软件90%的市场份额,后来者似乎连参与竞争的机会都没有。
实际上,这种“胜者全得”也越来越显著地体现在国家间竞争的层面上。
在世界产业体系中,居于“中心”的少数发达国家,利用自己的科技优势,向不发达的“外围”国家转移低端技术及低技术含量产业,并通过资本力量、金融手段、舆论引导甚至军事手段来强化这种“中心—外围”格局。
其结果是强者恒强,弱者愈弱。
(五)国际竞争日趋激烈各国纷纷出台科技发展新举措
1.美国
2007年8月出台《美国竞争法》,提出要在科研和人才培养方面继续领先世界。
2.日本
2007年6月,日本通过《“创新25”科技长期方针》,提出面向2025年的创新型国家远景目标。
3.英国
2008年3月,发表《创新国家》白皮书。
4.俄罗斯、韩国、印度、巴西等国都提出了面向未来的科技创新计划和行动。
四、我国科技发展现实基础与对策思路
(一)我国科技现实基础
1.综合实力
技术水平:
根据科技部2003年发布的《技术预测与国家关键技术选择》调查报告,中国高技术领域的研究开发水平与世界先进水平的整体差距已明显缩小,60%以上的技术接近国际先进水平,25%的技术虽仍落后于国际先进水平,但在原来基础上也有了长足的进步。
1981年以来,中国共取得重大科技成果52.2万项,其中有近20%的成果达到国际先进水平。
2004年科技部组织国内600多位专家对我国信息、生物技术和新材料领域218个项目的研发水平进行评估。
在218个项目中,有1项国际领先,27项与世界处于同等水平,其余190项落后国外先进水平。
在传统技术领域的装备制造业,目前在钢铁、石化、电力、纺织、建筑等15个行业,落后于世界先进水平5-10年,有的甚至落后20-30年。
科技投入:
近年来,中央政府的财政科技拨款和全国的科技经费筹集额与实际支出额均有大幅度增长。
2008年R&
D经费为4616亿元,比上年增长24.4%,占GDP1.54%;
2009年为5802.1亿元,增长25.7%,占GDP1.7%;
2010年为7062.6亿元,增长21.7%,占1.76%,2011年8610亿元,增长21.9%,占GDP1.83%.
科技人才:
科技人力资源的增长相当明显。
据中国科协发布的《科技人力资源发展研究报告》,截止2005年底,我国科技人力资源总量已经达到4246万人,比美国的4200万人略多,仅次于欧盟5400万人的科技人力资源数量,按国家算,中国的科技人力资源总量已经居世界第一,成为名副其实的科技人力资源大国。
(二)我国科技发展新对策
2002年以来,特别是2006年全国科技大会提出建设创新型国家,我国科技发展思路正在经历五大转变。
一是在发展路径上,从跟踪模仿为主向加强自主创新转变;
二是在创新方式上,从注重单项技术的研究开发向加强以重大产品和新兴产业为中心的集成创新转变;
三是在创新体制上,从以科研院所改革为突破口向整体推进国家创新体系建设转变;
四是在发展部署上,从以研究开发为主向科技创新与科学普及并重转变;
五是在国际合作上,从一般性的科技交流向全方位主动利用全球科技资源转变。
创新型国家战略的提出,意味着中国将改变过去所遵循的模仿创新科技发展战略,从过分依赖投资和资源利用率低的经济增长方式向自主创新驱动的现代模式转变。
中国计划在2010年前后调整完善国家创新体系,在2020年成为创新型国家,在2050年成为具有较强科技创新能力的世界一流国家。
1.制定科技发展规划——自主创新
“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”既是对以往科技方针的继承和发展,又体现了新时期新阶段对科技发展的新要求,是科学发展观在科技工作中的具体体现。
自主创新。
就是从增强国家创新能力出发,加强原始创新、集成创新和在引进先进技术基础上的消化吸收再创新。
我国在许多领域仍然缺乏核心竞争力。
在汽车制造领域,真正的国产轿车仅占10%;
在医药研发领域,97%的化学药品为仿制药,医疗器械设备大量依赖进口……
重点跨越。
就是坚持有所为、有所不为,选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域,集中力量,重点突破,实现跨越式发展。
一是把生物技术作为重点。
二是加快发展空天和海洋技术。
三是加强基础科学和前沿技术研究。
支撑发展。
就是从现实的紧迫需求出发,着力突破重大关键技术、共性技术,支撑经济社会全面协调可持续发展。
一是要把建立资源节约和环境友好型社会摆在科技支撑经济社会发展的优先位置。
二是要为信息化带动工业化提供先导。
三是要为促进人的全面发展(民生科技方面)做出贡献。
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