文章根據曲久輝院士在“清華環境與發展高端論壇”上主題發言錄音整理，未經本人審核。錄音整理：穆菁。

在6月3日的國際工程科技大會上，習近平主席發表了主題演講，強調工程科技是改變世界的重要力量，發展科學技術是人類應對全球挑戰、實現可持續發展的戰略選擇。其中也提到，信息技術、生物技術、新能源技術、新材料技術的交叉融合技術正在引發新一輪科技革命和產業變革。

在這個新科技革命巨大發展的契機下，我們應該思考：環境與科技發展具有怎樣的聯系？

五次科技革命

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

第一次科技（科學）革命發生在16實際和17世紀間，伽利略顛覆了所謂的地心說，而牛頓開創了力學從而創造了近代科技； 第二次技術革命發生在18世紀，蒸汽機和機械的研發加速了人類生產能力提升；發生在19世紀末期的第三次技術革命，發電機和內燃機的發明成為劃時代的標志；第四次科學革命發生于20世紀上半葉，傳統理論的進化論使人類認知產生了新的變換；而20世紀中后期的第五次電子和信息技術的科技革命正在發生。

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

第六次科技革命

到底什么時候會發生新的科技革命呢？2011年，中國科學院開展了“第六次科技革命的預測研究”課題，世界上的主流科學家、戰略家均表示，世界正處在新的科技革命的前沿。研究結果表明，革命預計將于2020到2050年間發生。而現在，誰先看到科技預計發生的領域，并據此進行前瞻性的謀劃和戰略部署，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，并且將在物質科學、生命科學等學科及其交叉領域開辟出新的空間。我認為，新科技革命的突破口將會解決一些重大的基本科學問題，同時在能源、資源、信息網絡等方面也會產生革命性的推進。這樣一個新的領域對環境是一個重大契機。

科技發展對環境的影響

科技會對環境產生什么樣的影響？我認為，第三次科技革命對環境質量影響最大，第五次科技革命對環境科技發展影響最廣泛。

在19世紀中后期，電力發電機的發明，帶動了石化，鋼鐵和運輸等產業的發展，同時也對環境產生了影響；由于運輸新技術的發展，城鎮化也得到迅速發展，大氣污染、生活垃圾、長距離傳輸也造成了巨大的環境問題。但是，科技發展過程中人類對環境影響的需求，也使得新的技術隨之被創造，如被評為20世紀人類貢獻最偉大的工程技術——穩定沉淀水處理技術；100年前發現的污水生物處理技術——活性污泥法等等，這些新技術的研發對環境的改善也做出了巨大貢獻。

環境科學難題

近日，英國啟動一個巨額“懸賞”解決科學難題的活動，這六大科學難題包括：如何發展接近零排放的航空技術；如何保障有營養、可持續的食品供應；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性問題；如何改善癡呆癥患者生活質量問題。這幾大難題也體現出當今社會正面臨的重大體制問題。

通過一年半的研究分析，我認為，當今世界同樣存在三大環境科學的難題。第一個，在針對環境變化的生態水平研究過程中，如何實現從分子層面到整體群落的全過程認識和控制；第二個，復合污染物對人體的健康效應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環境物質轉移轉化的定向調控。下面我講大致解釋這三個問題：

第一大難題

從分子水平的認識調控層面，我們了解到：環境污染首先作用于分子從而導致細胞變異，再由個體到群體群落最終進入到人體。如今，分子生物技術已經是分子水平認識生態的一個重要指標，但是我們只能實現從分子生物學層面的研究，比如我們雖然認識個體細胞分子上污染現象，卻無法做到對整個生物群落功能性改變的認知。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中的表達是一大難題。

其次，污染物往往是復合污染物，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決定性作用。2002年美國加州大學Hayes等將3000只蝌蚪暴露于含有10種農藥農田中，每種農藥的暴露計量都不足以導致蝌蚪發育異常，然而野外現場試驗證實，復合污染具有顯著導致蝌蚪發育異常作用。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品下的，某種污染物沒有危害，但是混合在一起就產生了影響。現有的有關持久性有毒污染物的環境科學理論和方法學方面存在著很大的局限性，其理論體系仍需要做出重大創新。但是如何表達這些化學污染物的相互作用，如何將其對人體的影響進行科學分析，現階段還不能實現。

第三大難題

現在我們進行的科學研究大部分還是限制于分子過程，而改變物質本質的卻是電子過程。世界上發生的所有變化都是在電子傳遞過程中發生的，如自然界發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難點是：如何在單電子水平下研究物質轉移？

如果我們能把電子過程解釋清楚并調控有效的話，我想我們就可以獲得很多機會控制環境污染，比如水處理過程中硝酸鹽產生的問題，三價鐵和二價鐵在反應過程中產生的電子，實際上是批量電子而不是單轉電子，如果可以研究單轉電子的轉換過程，而非批量電子或所謂的電子云，就可以準確控制電離物質的形成，達到控制硝酸鹽的產生的目的。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，還會體現于行動，這將成為生命科學的重大突破。比如利用克隆技術進行人體再造，甚至再造類人體，我們就可以準確發現并表達某種未解決的問題。比如，我們可以從不同基因以及分子差異性做到準確預測，也可以做出相同和不相同的模擬人群，從而解決環境科學的三大基本問題。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中信息毒理學和新生物學結合起來的方法，從而實現從分子細胞到群落再到人體的探究。

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

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