该团队的两项最新研究已经发表在《城市博物学家》上。凯特琳总结道：“这些研究表明，对许多物种来说，绿色屋顶已经成为它们越来越重要的栖息地。”但她补充道：“绿色屋顶并不能取代为保护城市野生动物而建立的公园和其他地面上的绿色空间。”不过，印第安纳大学的生态学副教授约瑟夫·杜尚（未参与本次研究）称赞说：“绿色屋顶这种形式，至少不占地方。而且被绿色屋顶上的大餐吸引而来的蝙蝠可将那里的害虫数量控制在与地面相当的水平，一些蝙蝠可以在一小时之内吃掉1,000只蚊子。”
现在，凯特琳给纽约人一个建议——“抬头看，上面也有风景”。
纽约的绿色屋顶（图1），会吸引蝙蝠——如树栖东方红蝙蝠——（图2）前来，因为这里有大量的昆虫和蜘蛛。
黑足雪貂基因拯救计划
撰文｜戴维·别洛（David Biello）
翻译｜赵昌昊
美国鱼类与野生动植物管理局计划向黑足雪貂这一物种引入消失已久的基因，丰富其基因多样性。
1987年，世界上已知存活的黑足雪貂只有18只，经过多年的圈养繁殖和严格管理，目前黑足雪貂的数量已经回升至数百。
然而，在这次个体数量骤减和反弹之后，黑足雪貂现在面临着基因多样性不足的问题，因为它们都是近亲关系，易患相同的遗传疾病，并且可能对同种病原体或环境变化敏感，个体数量很可能会再次下降。
为了丰富黑足雪貂种群的基因多样性，提高黑足雪貂长期存活的概率，美国鱼类与野生动植物管理局打算充分发挥现有生物技术的力量，人为向黑足雪貂种群添加基因。计划添加的基因来自于那些早已死亡的黑足雪貂，这些基因虽然随着个体数量减少从自然界消失，但仍然存在于动物园和博物馆的尸体样品中。
虽然这个计划听上去不像复活冰河时代的猛犸那样高端大气，但从基因层面上讲，这相当于将死亡的黑足雪貂复活，而且在实现难度上也毫不逊色于复活猛犸。
然而更让人揪心的是，30年前的18只黑足雪貂，最终只有7只成功地将基因传递给了后代。美国黑足雪貂保护中心（隶属于美国鱼类与野生动植物管理局）的新闻发言人金伯利·弗雷泽说：“如今的每只黑足雪貂都来自当年的那7只。如果这样的事情发生在人类身上，后果难以想象。”
去年，在恒今基金会“复活与修复”项目的资助下，科学家完成了对两只现存活体黑足雪貂的基因测序，并且利用保存在美国圣迭戈动物园的冷藏动物馆中的标本，获得了死于上世纪80年代的一雄一雌两只黑足雪貂的DNA。
经过比对，库存的黑足雪貂标本与现今的活体之间确实存在基因差异，并且可以用克隆、CRISPR等技术将这些已经从自然界中消失的基因重新引入黑足雪貂种群。此前，科学家曾尝试用基因技术来挽救候鸽等濒危物种，并且从理论上讲我们可以克隆冷冻的黑足雪貂，再与现存个体交配，从而恢复基因多样性。
我们也可以用这些克隆个体的基因组装出可以编码特定抗体的DNA，以抵御黑死病和犬瘟热等常见感染；还可以敲除导致黑足雪貂易感瘟疫的基因，从而增强其生存能力。复活与修复项目的执行理事瑞安·费伦说：“虽然我们只是打算把两只已经死亡的黑足雪貂的基因引入现有种群，但这将带来极大的改善。”
在这场生存保卫战中，黑足雪貂有天然优势，它们繁殖速度快，并且近亲物种个体数量充足，可以代替黑足雪貂用于相关克隆技术的前期研究。当然，用基因修饰的方法拯救黑足雪貂，需要足够的资金支持，并且与其他涉及濒危物种的基因工程项目一样，也面临法律方面的问题。
此外，还有诸多技术障碍需要克服，比如成功克隆一只可用于繁殖的个体十分困难，确定添加或敲除哪些基因也需要漫长的过程。如果能够组建起研究团队，并找到资金支持，那么“复活与修复”项目组将在年内在圣迭戈动物协会的赞助下，利用人工培养的细胞进行初步的基因编辑工作。
如果采用基因手段可以拯救濒临灭绝的黑足雪貂，那么这项技术或许也可用于其他动植物的保护工作，例如，某些因壶菌感染而几乎灭绝的两栖动物和近亲繁殖的袋獾——后者正在遭受传染性面部肿瘤的威胁。
其实，科学家在拯救北方白犀牛时已经使用了基因修复技术。北方白犀牛是犀牛的一个亚种，目前世界上仅存3只。一个由多国科学家组成的研究团队正试图将死亡雄性犀牛的冷冻精子和含有不同基因的配子（即由干细胞人工分化得到的性细胞）结合。前不久，研究人员在《动物生物学》的网站上公布了这项拯救计划的细节，其中还写道：“如果不采取特殊手段，那么北方白犀牛将注定灭绝。”
300只黑足雪貂由动物园和圈养繁殖项目饲养，另有几百只生活在野外环境中。
所有这些项目都需要考虑伦理学方面的问题。比如，有一种反对复活灭绝生物的声音认为，与其把钱浪费在复活史前猛犸上，不如花在保护现存大象上。将有限的资金用于保护现有生物的生态环境、打击偷猎行为不是更好吗？
不过，针对黑足雪貂的基因拯救计划则可以表明，复活灭绝生物这种基因技术或许也可用于保护处于灭绝边缘的现存物种。费伦认为，我们应该思考，在什么情况下才可以人为干预自然，拯救那些已不能适应自然环境、将被淘汰的物种。
美国鱼类与野生动植物管理局期望，能够将黑足雪貂的规模恢复至30个野生种群，总数达到3000只，并且能够自然繁殖，可以回归美国怀俄明州的米蒂齐——也就是它们最初被发现时所处的自然环境。如果不进行基因修复，近亲繁殖可能会导致黑足雪貂的数量再次下降，甚至灭绝。弗雷泽说：“在基因多样性如此有限的情况下，根本不可能依靠圈养繁殖维持黑足雪貂生存100年。希望我在有生之年能看到基因拯救计划实施！”
仿生树叶诞生
撰文｜戴维·别洛（David Biello）
翻译｜颜磊
仿生电池超越光合作用。
一片树叶、一根小草，抑或一个藻细胞，都能通过光合作用，将水、二氧化碳和阳光变成燃料。最近，科学家宣布，他们成功研制出了青出于蓝而胜于蓝的“仿生树叶”。
美国哈佛大学化学家丹尼尔·诺切拉的团队与哈佛大学医学院合成生物学家帕梅拉·西尔弗的团队联手，研制了一种“活”电池，研究人员将这种结合了生物学与应用技术的电池称为仿生树叶。仿生树叶通过光伏板将太阳能转化成电能，激活催化剂后，将水分解为氧气和氢气。然后，系统中的微生物吞食氢气，并将空气中的二氧化碳转变成醇类燃料。2015年，这个团队造出了第一台人工光合作用装置，当时用1升水可以生产216毫克酒精，不过，用于分解水的镍－钼－锌催化剂对微生物有毒性。
于是，研究人员开始寻找新的催化剂，最近他们发现了一种更好的催化剂——钴磷合金（这种混合物常作为一些塑料和金属制品的防腐蚀层）。换上新催化剂后，升级版的仿生树叶生产异丙醇、异丁醇等醇类燃料的效率提高了约10％。具体来说，每消耗1千瓦时（即1度）的电，这些微生物可以吸收130克二氧化碳，生产60克异丙醇，效率竟比自然界的光合作用高了约10倍。该成果发表在最近的《科学》杂志上。诺切拉认为，这种仿生新技术能将空气中多余的二氧化碳转变成清洁能源，既能使那些无法获得新能源的人们得到清洁燃料，也有助于缓解全球变暖和空气污染。
植物细胞中，叶绿体负责光合作用。
用假花消灭害虫
撰文｜黛布拉·韦纳（Debra Weiner）
翻译｜黄安娜
用3D打印技术制作的假花来诱捕害虫，或许可以拯救濒临灭绝的瓶蓟。
虽然“美人计”相当残忍，但美国芝加哥植物园的科学家欲用此计来消灭一种害虫。卡尔瑞·黑文斯和同事在美国威斯康星州北部沙丘“种植”了60株用3D打印技术打印出的假花，以引诱象鼻虫——一种外来生物，并消灭它们。
20世纪90年代起，为了控制疯狂入侵农牧场的杂草加拿大蓟，科学家在美国全境投放了外来生物——象鼻虫。但就像之前很多“好心办坏事”的物种控制一样，事情愈演愈烈。这种长鼻子昆虫反客为主，开始攻击包括瓶蓟（又称沙丘蓟）在内的本土蓟类植物。瓶蓟是一种带刺的会开花的植物，只生长于北美五大湖区域。早在1988年，瓶蓟就因栖息地遭到破坏而被美国鱼类与野生动植物管理局列为濒危物种。黑文斯称，如果放任不管，吃种子的象鼻虫将导致瓶蓟加速灭绝。
如今，黑文斯希望用3D打印技术打印出的假蓟花能以假乱真，诱骗象鼻虫，从而达到生物防除的目的。这些紫色、蓝色或者白色的塑料花安放在20英寸（1英寸为2.54厘米）长的榫钉上，混杂在威斯康星州多尔县半岛的真花丛中，呈现半开或全部盛放的状态。大多数假花的花蕊都是用在柠檬味或冬青味液体中浸过的棉芯制作的，这两种气味会引诱象鼻虫前来。植物学家帕蒂·维特称：“我们需要能使象鼻虫‘发疯’的化学物质。”摄像机可捕捉动物在人造花地上的各种行为，这有助于研究人员统计象鼻虫最爱哪种3D假花模型，有多少只昆虫拜访了这种花，并分别停留了多长时间。一旦科学家确定了能吸引象鼻虫却不吸引蜜蜂等其他传粉昆虫的3D模型，弄清假花的形状、颜色、气味的最佳组合后，就可以“请君入瓮”了。不过，要确定所有这些细节，还需要好几年的时间。目前为止，3D打印花引诱而来的象鼻虫都被轻易捉到并溺死在肥皂水中。如果这种以假乱真的招数真能奏效，那么或许有一天威斯康星州的沙丘上将出现成片的3D打印花朵。
一层层打印出塑料蓟类植物花朵之后，研究人员将其“种植”在威斯康星州沙漠中。
更多与3D打印有关的生态研究
撰文｜凯特·朗 莎拉·卢因
诱骗昆虫
美国宾夕法尼亚州立大学的昆虫学家已利用带电的3D打印昆虫来诱杀绿灰虫。绿灰虫是一种损毁灰树的小型甲虫。当雄性绿灰虫（真虫）趴在雌性绿灰虫（打印出的假虫）身上时，雄虫就会受到致命电击。
野生花朵
美国华盛顿大学的研究人员利用3D打印技术打印出各种各样的花朵，以探究像蜂鸟鹰蛾这样的传粉昆虫是如何选取某一特定花朵采食的。
模拟鸟蛋
牛鹂经常在知更鸟巢中产卵，让别人帮自己抚养后代。然而，知更鸟妈妈却常常能判断出这不是自己的宝宝，并把外来鸟蛋扔出去。为了弄清鸟妈妈是如何判断出的，美国亨特学院的鸟类学家在知更鸟巢内放了各种3D打印鸟蛋。最终，研究人员发现“入侵者”是因为颜色而暴露的。
狮子面部识别技术
撰文｜米莉·克尔（Millie Kerr）
翻译｜黄安娜
研究狮子的科研人员利用一项新的面部识别技术来追踪森林之王。
现如今，即使是森林之王，也难逃闪光灯的“追捕”。今年6月，肯尼亚的狮子保护者成立了狮子身份辨识合作网络（Lion Identification Network of Collaborators，LINC）。该组织的狮子数据库首次配有专门用来分析、识别这些狮子面部照片的面部识别软件。利用LINC，保护组织及其他野生动物研究人员可以更加方便地监视狮子的动向。
过去，研究人员无法深入了解这些动物是如何穿越非洲的，追踪它们总是困难重重。GPS发射器价格昂贵，在动物身上安装时需要给动物注射镇静剂，并且电池1～3年内就会耗尽。除此以外，与斑点、条纹相对容易识别的豹、猎豹、老虎等动物不同，研究人员很难根据狮子身上的斑纹来分辨成年狮子。
在此后几个月里，大约1,000只狮子会进入LINC的数据库。拍到的照片越多，软件就能越精准地识别出不同的成年狮子个体。通过定位狮子的踪迹，保护者能更清楚地了解狮子在何处配对、觅食、饮水，还可以探索人类扩张行为下狮子种群动态的细微变化。
狮子保护组织的创办人之一斯蒂芬妮·多尔伦雷说，研究人员不需靠近狮子来拍照，在1,000英尺外的地方也可使用闪光灯进行拍摄。有时候，照片中还会出现一些误入镜头的“不速之客”，它们会像最活泼的狮子一样，在仓皇逃跑前回头瞅瞅“追捕者”。
LINC软件可通过扫描面部特征将狮子个体与照片相匹配。
话题五
新能源开启新世纪
石油资源的利用遭遇到了难题：能够很容易开采出来的石油资源已经越来越少了，人类社会不得不使用更昂贵的设备，加入更复杂的化学剂，以及投入更多能量去开采那些不怎么容易开采的石油——且不说燃烧化石燃料是大气中二氧化碳含量升高的主要原因。我们是时候将目光从石油身上移开了。从地热能到风力发电，从太阳能电池板到新型锂电池，从纤维素乙醇到细菌炼油厂，这些新能源也许还不算完美，却为我们带来了延续的——用时髦的词来说是可持续的——希望。
灌木丛中的绿色黄金
撰文｜丽贝卡·伦纳（Rebecca Renner）
翻译｜冯志华
生物燃料是未来能源的发展趋势之一，但面临着原料供应短缺，生产效率不高等诸多问题。非洲的麻风树种植基地或许能解决这些难题，将成为能源巨头眼中的下一个生物燃料富矿。
麻风树是一种灌木植物，因种子富含油脂，很可能成为生物燃料的理想来源。
数百年来，生活在坦桑尼亚和马里等地的非洲人一直种植麻风树来做绿篱（密植于路边及各种用地边界处的树丛带）。现在，非洲和印度等热带地区的生物柴油公司正在收购土地种植麻风树，期望能从种子中获取燃料。这些公司认为，比起温带的传统燃料作物，从麻风树中提取燃料，对全球环境和经济而言，取得的收益都会更好。
生物质能
生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。通常所说的生物质是指农作物秸秆、林业剩余物、油料植物、能源作物、生活垃圾和其他有机废弃物等。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10％～30％。
源自玉米与甘蔗的乙醇，以及源自蓖麻、大豆和棕榈油的生物柴油，都已成为可再生能源的主角。一般说来，生物燃料不会增加大气中二氧化碳的含量，因为生物燃料作物在生长过程中吸收的二氧化碳，和它们燃烧时释放的二氧化碳是等量的。
然而，生物燃料面临的诘难之声依旧不绝于耳。玉米、蓖麻和大豆既是粮食，亦可用于制造生物燃料，但它们价格昂贵，又需要劳动密集生产，一旦用于产油，可能会威胁到粮食供应。
英国生物柴油公司D1 Oils在赞比亚种植的麻风树幼苗——这只是如火如荼的麻风树种植“运动”的一部分，这种灌木耐干热，可用于提炼生物燃料。
麻风树则不然，它不但具有生物燃料的优点，而且全无粮食作物的缺憾。这种植物适应干热的天气条件，因此不太可能威胁到热带雨林的安危；从麻风树中提取的油料不能食用，人们无须在粮食与燃料间进行艰难的权衡。澳大利亚麦考瑞大学战略管理学教授约翰·马修斯指出，位于热带地区的许多发展中国家，有大量贫瘠的半干旱土地可种植燃料作物，这些国家的劳动力也相对廉价。他认为，用麻风树等植物来提炼生物燃料“是使南半球摆脱贫困，实现工业化的最佳选择”。他还提倡大规模种植此类植物，以帮助印度等扩张中的经济体实现能源独立，并推进非洲欠发达国家的燃料出口。
一些品种优良的麻风树果实含油量可高达40％。
马修斯的预言可能很快就会成为现实。英国生物柴油公司D1 Oils已经在斯威士兰、赞比亚及南非建立了种植园，还在印度成立了合资企业，进行麻风树的种植，目前总面积已高达15万公顷。D1 Oils公司还打算让种植面积翻番。荷兰生物柴油设备制造商BioKing在塞内加尔的种植业也在热火朝天地进行。中国政府也已制定了宏伟的计划。德国技术转移咨询师、麻风树专家赖因哈德·亨宁甚至称：“目前麻风树油还无法大量出产，因为大家都在争抢麻风树种。”
除了建立种植园外，麻风树的支持者正在着手进行最佳产油品种的鉴别、选择和培育。亨宁发现巴西的麻风树种子含油量达40％——与蓖麻相当，大约是大豆的两倍，后者含油量仅为18％。此外，印度尼西亚还有一种较矮的麻风树，非常易于采摘。
D1 Oils公司的农学主管亨克·朱斯解释说，找到适合该植物生长的最佳条件是相当重要的。因为关于麻风树，目前除了诸多传说之外，并无太多实实在在的相关科学信息。“我们已了解这种植物环境适应性很强，而且比较耐旱。但是如果以为，在沙漠中种植这些神奇的植物便可收获黄金”，这就相当危险了，足以威胁到社会和经济的可持续发展。他还指出，麻风树和其他作物一样需要田间管理。D1 Oils的种植园内，在不与粮食作物争夺资源的情况下，农夫们尽可能对麻风树进行田间管理，使用一流的农业技术来剪枝、灌溉、施肥。
但是，荷兰瓦格宁根大学的农业专家雷蒙德·容沙普表示，大规模种植麻风树，在功能上类似于运转有序的农场，这就存在与粮食作物争夺水源和土地的问题。容沙普领导的一项研究课题是在不同类型的麻风树中找到最适应某种生长环境的树种，令产油量最大化。对一些小规模种植方式，比如树篱围作或与其他植物间作，他抱有充足的信心。这一方式已经在肯尼亚和马达加斯加的数个项目中得到应用。在那里，他们把麻风树和香草并排种植在一起。
亨宁认为，麻风树从小规模种植开始实属明智之举，因为生物燃料的价格尚无法与石油竞争，后者还处于相对较低的水平，所以麻风树种植最好能与当地计划相适应，如改善乡村生计和基础能源服务等。这些小规模项目，已在坦桑尼亚的部分地区建立起了紧密而专业的框架体系。孩子们可在学校中学到关于麻风树的知识。随着燃料价格的上涨，麻风树种植规模的逐渐扩大，朱斯相信，这种野生灌木将会变成一种“可持续发展的商业作物”，并成为未来的一种能源。
传统生物燃料的缺憾
麻风树不会带来传统生物燃料作物所带来的那些负面影响，这使一些能源专家非常兴奋。传统生物燃料虽然被冠以“可再生能源”“促进能源独立的有效方法”等美名，但它们的种植成本相当高昂，需要密集的农业劳动进行生产，会威胁到粮食供应。例如美国力争实施的乙醇计划就已经导致了玉米价格的上涨。
传统燃料作物的种植也可能会危害环境。欧洲增加了对东南亚棕榈油（生物燃料）的需求，结果却适得其反——环境状况没有改善，反而不断恶化。因为东南亚的农夫为了开辟新的种植园，砍伐了热带雨林，翻出来的富含碳的泥炭土释放了数百万吨的二氧化碳。
纤维素乙醇潜力巨大
撰文｜史蒂文·阿什利（Steven Ashley）
翻译｜贾明月
生物燃料的前景被人们所看好，但是在生产过程中却遇到了很多问题。比如，用来生产生物燃料的原料需求量很大，导致食品价格飞涨，甚至有一些农民砍掉了雨林的原生植物，用来种植燃料作物，可谓得不偿失。一些公司希望从木屑和农业废料中得到更环保的乙醇。
就在不久前，还有许多研究人员打赌说，源自生物的可再生燃料将引起能源领域的下一场巨变。把玉米、甘蔗和大豆转换成乙醇等柴油机可用的燃料，能够在减少二氧化碳排放量的同时，减轻各国对石油进口的依赖。不过这一初生的产业已经遇到了挑战。生物燃料的需求量不断上升，不仅导致食品价格飞涨，还让一些农民砍掉了热带雨林的原有植物，用来种植燃料作物。最近一些研究报告称，某些生物燃料的生产过程要么无法得到净能收益，要么释放的二氧化碳会比使用生物燃料节省下来的排放量还要多。
大量资金不断涌入这一领域，希望能够找到避开这些问题的方法。美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的化学工程师乔治·休伯说，许多生物乙醇加工方法的试验原型，并不着眼于农作物的淀粉、糖类和脂肪，而是打起了木质纤维素的主意，这种纤维素可以让植物的细胞壁变得更加坚固。尽管分解纤维素不像分解糖类和淀粉那样容易，需要使用一系列由酶催化的复杂化学反应，但是用纤维素来制造乙醇，可以拓宽生物燃料的原料选择，把农业废料、木屑、柳枝稷等无法食用的植物原料也利用起来。不过，目前还没有一家公司开发出成本划算、适合工业生产的纤维素燃料生产方法。
美国加利福尼亚大学河滨分校的化学工程师查尔斯·怀曼报道说，科学家和工程师正在探索许多可能的生物燃料加工方法。他在马萨诸塞州剑桥市创办了麦斯科玛公司，目前在纤维素乙醇加工研究领域居领先地位。他指出：“这条路上不存在捷径。”对生产方法不断地进行细微调整，需要耗费大量的时间和金钱。休伯提醒说：“石油公司认为，一种工业生产方法要完全实现商业化，至少需要10年时间。”他为威斯康星州麦迪逊市的另一家生物燃料公司——绿色能量系统公司提供了一些热化学技术。
美国伊利诺伊州沃伦维尔市的Coskata公司正在探索一种颇有前途的生物燃料制造方法，可以避开用来分解纤维素的复杂酶促化学过程。这家公司成立于2006年，引起了投资界和企业界的广泛关注（通用汽车公司最近还收购了该公司的少量股份）。该公司负责工程及技术研发的副总裁理查德·托比介绍说，他们研制的加工方法中，一种传统的气化系统会利用热量把多种原料转化为合成气，即一氧化碳和氢气的混合气体。这种处理多种植物材料的加工能力，大大提高了整套加工方法的灵活性，因为不管当地适宜种植哪一种作物，这种方法都能加工处理出生物燃料。
传统工艺使用热化学方法将合成气转化为燃料。托比说，由于增加了气体压缩的费用，这种方法会使燃料加工成本显著上升。Coskata公司另辟蹊径，选用了生物化学方法。他们的“秘密武器”是5种能够排出乙醇的细菌株，这些厌氧生物会大量消耗合成气来产生乙醇。这些细菌株是俄克拉何马大学的微生物学家拉尔夫·坦纳几年前在一块沼泽的缺氧沉积物中发现的。
让细菌在其中生存的生物反应器，被托比称为“Coskata加工方法的灵魂”。他解释说：“我们的细菌并不是在一大池发酵的糨糊里寻找食物，而是等我们把气体输送过去。”该公司使用的是像头发一样细的塑料制过滤麦管。合成气从麦管中流过，水则被泵到麦管外侧。气体透过选择性渗透膜扩散到管外，为覆盖在外表面上的细菌提供食物，同时保持管内的干燥。托比说：“利用这些麦管，我们完成了非常高效的质量传递，这是不容易做到的。数据显示，在最理想条件下，我们可以把气体中90％的能量转入燃料之中。”细菌食用气体之后，会将乙醇排入周围的水中。标准的蒸馏或过滤技术就可以从水中提取出乙醇。
纤维素燃料的研究人员估计，全面商业化后，这种方法制造的乙醇每加仑售价不会超过1美元，比目前生物乙醇每加仑2美元的批发价还要便宜。美国阿贡国家实验室的独立调查人员评估了Coskata方法的能量投入产出比，发现在最理想的条件下，最终产出的燃料中所含的能量，可以达到生产燃料时消耗能量的7.7倍。
这家公司计划在密歇根州米尔福德的通用汽车试车跑道附近建造一个年产量为4万加仑的试验工厂，还希望在未来能建成一个年产量达1亿加仑的大型工厂。Coskata公司也将迎来一些竞争对手。美国阿肯色州费耶特维尔市的生物工程资源公司已经在开发一种类似的三步式加工方法，同样使用细菌来消耗合成气。这些细菌是阿肯色大学退休化学工程师詹姆斯·加迪分离出来的。考虑到类似的加工方法所蕴藏的巨大优势，植物纤维素也许能够提供大家都希望看到的、更加环保的乙醇燃料。
去太空采集太阳能
撰文｜蒂姆·霍尔尼亚克（Tim Hornyak）
翻译｜kingmagic
在地球外层空间采集太阳能并将其传输回地面是一个大胆的想法。尽管耗资巨大，日本科学家仍毅然踏上了空间太阳能阵列的探索之旅。
在经典日本长篇动画《机动战士高达》最近播放的新一部中，化石燃料枯竭，地球因能源短缺陷入全球性动荡，迫使人类转而依赖空间太阳能基站。虽然这个科幻故事的年代被设定在2037年，但日本科学家正在开发空间轨道能量基站必需的硬件设备，以期获得一种可再生的清洁能源。他们计划花20年时间研制出一座原型基站。
捕捉光线：日本航空研究开发机构的铃木拓明，正在研究如何用激光将太阳能传至地面。图中他正从日本宫城县角田宇宙中心的一台激光接收站的开口向外张望。
长期以来，利用太阳能电池板从外层空间搜集能量传输回地面的想法，总是因为成本太高和不切实际被一再否决。然而在目前全球能源紧张、环保呼声日渐高涨的大背景下，这个“不切实际的”计划又在日本抬头。2007年，大阪激光技术研究所的研究人员用阳光作为能源，产生了功率高达180瓦特的激光。2008年2月，北海道的科学家开始对一种能量传输系统进行地面测试，这种设备可以用微波的形式将能量从外层空间传回地面。
太阳能激光和微波能量传输这两个研究项目，是一项大胆计划的两大支柱。该计划由隶属于日本航天局的日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）资助，旨在实现空间太阳能动力系统。确切地说，这家机构的目标是：在2030年以前，将一个太阳能发电基站送入地球静止轨道，它将向地面传输功率为100万千瓦的能量，这相当于一座大型核电站的产能率。这些能量将以微波或激光的形式向下传输，在地面上被接收并转换成电能，然后并入商用电网，或以电解氢的方式存储起来。
JAXA高级任务研究中心的铃木拓明说：“我们的研究动机很简单，就是为化石燃料耗竭和全球变暖寻求一个可能的解决之道。”大约有180位来自日本各主要研究机构的科学家参与这项计划，铃木拓明就是其中之一。JAXA称该计划的潜在优势非常明显：在外层空间阳光辐射能量比地面要高5～10倍，空间基站效率更高；空间基站可以一天24小时工作，不受天气影响；整个系统还非常清洁，不产生任何废料和污染，而且安全。抵达地球表面的能量强度约为每平方米5千瓦，大约是中纬度地区晴朗夏日正午阳光照射功率的5倍。尽管科学家称这么大的功率对人体无害，但是接收区还是会选在海上，且周围会设置警戒线。
在日本宫城县的一座研究设施中，铃木拓明和JAXA的研究人员正测试用一束800瓦的光纤激光照射500米外的一个接收站。一面只反射波长为1,064纳米的光波的小镜子，把这束激光导向一块实验太阳能电池板。（铃木拓明选择该波长激光的原因是，这种光更容易穿透地球大气层，能量损失最大不超过10％。）这项任务的关键在于寻找能有效将阳光转变为激光的物质。含钕和铬的钇铝石榴石陶瓷材料是目前最有希望的候选材料。
基础科学研究只是这项挑战的一部分。测试微波和激光系统都要求具备在外层空间建造超大形结构的能力：薄膜聚光镜、太阳能电池板和一台微波发射器展开后将宽达数千米，重10,000吨。总重5,000吨的100个激光阵列单元将长达10千米。地面的微波天线也将有2千米长。
太空能源安全吗？
从空间轨道能量基站的概念第一次被提出以来，几十年间，美国对这一技术的态度几经反复。自20世纪70年代中期原油恐慌之后，NASA就开始研究空间太阳能基站，但这一项目最终在2001年被搁置。随着能源价格迅速上涨，美国对这种技术重新产生了兴趣。在2007年10月公布的一项可行性研究中，美国国家安全局空间事务办公室敦促美国政府立刻研发空间太阳能动力系统。研究报告称：“地球静止轨道上宽仅一公里的环带内每年接收到的太阳能，就相当于目前地球上所有已知的可开采石油储量产能的总和。”
整个项目所需的资金是一个天文数字，也许将达到数百亿美元，不过铃木拓明及其同事说，他们不考虑成本因素。他说：“如果我们不先掌握基本的技术，我们就无法知道这个项目是否行得通。我们的目标是生产稳定、便宜的电能和氢燃料，争取把价格控制为每度电6.5美分。”这样的价格将与今天传统发电站的电价一致，也许会增加该项目的商业吸引力。
考虑到目前的技术手段，只有依靠世界各国航天机构的精诚合作，才有可能将大型装置送入外层空间。不过铃木拓明认为，随着外层空间潜在军事价值日渐增加，参与太空竞赛的国家都试图独立发展自己的空间技术。“如果JAXA、NASA和欧洲空间局能够通力合作当然更好。”所有这些听起来就像是一幕太空歌剧的序曲。
叶绿素发电
撰文｜迈克尔·莫耶（Michael Moyer）
翻译｜王栋
光合作用是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。近年来，光合作用量子层面的细节研究成为一个重要的方向，它能够帮助人们制造更好的光电池。
大自然的天然光电池——植物，能通过光合作用将阳光转化为能量。如今，有关光合作用如何利用量子系统奇异行为的一些新细节逐渐显露出来，或许能够带来捕捉可利用阳光的全新技术。
所有进行光合作用的有机体，都利用它们细胞内的一种蛋白质“天线”来捕捉入射光，将光转化为能量，并导入反应中心——关键的触发分子，释放电子让化学反应得以进行。这些“天线”必须保持一种微妙的平衡：它们必须拥有足够的尺寸来尽可能多地吸收阳光，又不能生长得过大，以至于损害自身向反应中心输送能量的能力。
这里就需要量子力学起作用。量子系统中可以存在叠加态，即许多不同的态同时叠加，或者说混合在一起。此外，这些态能够互相干涉——在某些地方相干增强，在另一些地方又相互抵消。如果进入“天线”中的能量能被精确分解为一些叠加态，并且与自身相干增强，能量就有可能以接近100％的效率被传输至反应中心。
美国加利福尼亚大学伯克利分校的化学家莫汉·萨罗瓦尔最近进行的一项研究表明，在某种能进行光合作用的绿色细菌中，一些“天线”确实做到了这一点。此外，附近的天线还会分离天线间的入射能量，这样不仅产生出了混合态，而且这些混合态还发生了（量子意义上的）“远距离”纠缠。加拿大多伦多大学的化学家格雷戈里·斯科尔斯在一项即将发表的研究中证明，一种海藻也有类似的本领。有趣的是，虽然在室温下，而且存在于复杂的生物系统中，这些量子纠缠态却相当“长寿”。相反，在物理实验室里进行的量子实验中，哪怕最微小的干扰也会破坏量子叠加（或叠加态）。
这些研究首次得到了生物有机体利用奇异量子特性的证据。研究人员说，通过对微生物学和量子信息学这一交叉领域的研究，将来也许能制造出“生物量子”太阳能电池，它的效率会比目前的光伏器件更高。
细菌炼油厂
撰文｜戴维·别洛（David Biello）
翻译｜贾明月
科学家对大肠杆菌的基因进行了改造，使之能够消化纤维素，生产出生物柴油。大肠杆菌成为了名副其实的“炼油厂”。
经常导致食物中毒的头号元凶，有一天或许会成为供运输使用的燃料的一个重要来源。科学家使用合成生物学工具改造了大肠杆菌（一种常见的肠道细菌）的基因，使它能够消化植物，生产柴油和其他碳氢化合物。
美国加利福尼亚大学伯克利分校的化学工程师杰伊·基斯林说，大肠杆菌之所以受到遗传工程的青睐，是因为它被研究得非常透彻，耐受遗传改变的能力也很强。科学家已经对大肠杆菌进行了改造，使它们能够生产药品和化学品。现在，基斯林和他的同事已经把这种生物改造成了生物柴油提炼厂。
这些科学家对大肠杆菌进行遗传修饰，使它们能够消化糖类，分泌出发动机可以直接使用的生物柴油。这种柴油会自动漂浮到发酵池顶部——不像用水藻生产生物柴油那样，还需要蒸馏、提纯或弄碎细胞才能提取出油。
为了最大限度地减小生物燃料对食物供应造成的冲击，这些研究者又从其他能够分解纤维素的细菌种群中找出了一些基因。（纤维素是构成植物大部分主干的强韧材料，不过人类无法消化它们。）这个研究团队在这些酶基因中加入了一些额外的遗传编码，指导改造后的大肠杆菌细胞分泌这些酶。接下来，分泌出来的酶将植物纤维分解并转化为糖，供改造后的大肠杆菌消化，最终生产出柴油。
2010年1月28日的《自然》杂志介绍了这一生产过程，它非常适合于生产碳原子数量不低于12的碳氢化合物——除了柴油之外，还包括航空煤油。不过，它目前还无法生产汽油之类的短链碳氢化合物，这也是基斯林正打算攻克的一道难关。毕竟，美国一年烧掉的汽油多达5,300亿升，而柴油仅有大约1,700亿升（生物柴油仅占75亿升）。
把大肠杆菌改造成炼油厂，打这个主意的并非只有基斯林一人，有几家公司也正在积极推进这种微生物炼油的商业化。美国哈佛医学院的遗传学家兼技术开发人员乔治·丘奇解释说，这是因为大肠杆菌“生长迅速，比酵母快了3倍，更是比大多数农用微生物快了100倍”。
细菌产油：大肠杆菌经过基因改造之后可以将植物纤维素分解为糖，再把糖转化成发动机可以直接使用的生物柴油。
当然，基斯林的大肠杆菌要想提高产油效率，还有许多工作要做。基斯林指出：“我们现在生产的燃料只占糖理论最大产能量的10％。想实现商业化，我们就要把这一数字提高到80％～90％。此外，我们还需要设计出大规模量产的工序。”在创造这种新生物的过程中，他们还会移除关键的代谢通路，让它们无法在自然界存活。
困难不小，但前景光明。基斯林已经进行过估算，如果以一种常见的亚洲高草为原料，即使是在过去，也只需要用4,050万公顷的土地来种植这些草（约占美国耕地总面积的1/4），就可以生产足够满足美国全国交通运输需求的燃油。
让风力稳定供电
撰文｜戴维·别洛（David Biello）
翻译｜王栋
利用风力发电有一个不可回避的问题，即如何获得稳定持续的电能？科学家们正在为此而努力。
利用风力发电有一个困难——无法保证始终有风，而电力中断则是用户通常无法容忍的。但是，也许有一种方法能保证风电的稳定供应。其中的关键是海风，还有许多电线。
根据从美国东海岸的缅因州、佛罗里达州等11个监测点发来的风力数据，美国特拉华大学无碳能源整合中心负责人威尔莱特·肯普顿和同事分析了风力的分布模式。他们发现，把设想中的分布在2,500千米东海岸沿线的近海风力发电涡轮机用电缆连接在一起，就能保证稳定的电力供应。实际上，根据他们的模型，没风发电的情况根本不会发生。肯普顿先前的一项研究表明，仅依靠近海的风能，就能满足美国沿海各州的电力需求。
当然，美国现在还没有一台近海风力涡轮发电机，因此这一研究还处于理论设想阶段。按照现有规划，总装机容量约为20亿瓦特的近海风力涡轮发电机将会出现在美国东海岸，它们将以独立运行为主。此外，人们铺设过的最长高压直流电缆也只有580千米。这些研究人员估计，在他们的计划中，电缆将花费14亿美元，占设想中11个近海风力发电厂总预算的15％。他们的分析报告发表在2010年4月5日的《美国国家科学院院刊》上。
风能
空气流具有的动能称风能。空气流速越高，它的动能越大。用风车可以把风的动能转化为有用的机械能；而用风力发动机可以把风的动能转化为有用的电能，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。风能为洁净的可再生能量，风能设施日趋进步，生产成本降低，在适当地点，风力发电成本已低于发电机。风能的缺点包括风速不稳定，产生的能量大小不稳定，受地理位置限制严重以及风能的转换效率偏低等。但是随着技术的进步，风能还有很大的发展空间。
植物：未来能源工厂
撰文｜戴维·别洛（David Biello）
翻译｜高瑞雪
科学家在设法改造植物，让它们自己生产生物燃料，从而解决人类的能源问题。
多年来，研究人员一直试图找出用植物生产生物燃料的最佳途径，但他们面临一个根本性问题：光合作用，即植物把阳光转换为化学能存储起来的过程，是非常低效的。植物仅能把1％～3％的太阳能转化成碳水化合物，这就是人们必须占用大量土地用来种植玉米、生产乙醇的原因。说实话，这种生产生物燃料的方式确实不怎么样。不过，植物也有许多优点：它们能直接吸收大气中的低浓度二氧化碳；每个植物细胞受损时都可以自我修复。科学家开始进行新的尝试，提高光合作用的效率，制造出更环保的燃料。美国高级研究计划局能源项目组（ARPA-E）迄今已经资助了10个这样的项目，其中大部分是利用基因工程调节植物的生长、天然色素的合成等。最大的一个项目是由佛罗里达大学接手的，研究经费超过600万美元，目标是改造松树，使之产生更多的松脂——一种潜在的燃料。加利福尼亚州戴维斯市的阿卡迪亚生物技术公司在开展另一个项目：诱导柳枝稷等生长速度较快的草本植物产生植物油，这种尝试尚属首次。
