技术无处不在，不断拓展着可能的界限。但有时，某些发明或洞见会产生超乎寻常的影响；它会造成巨大的断裂，将历史划分为“之前”和“之后”。蒸汽机、晶体管、万维网——这些理念似乎都横空出世，从根本上改变了我们的世界。在当今浩如烟海的创新浪潮中，哪项关键技术将脱颖而出，成为明日改变世界的理念？当然，我们不可能知道，但我们知道它终将到来。
以下是 10 个候选理念——10 项可能改写规则的新思想和新技术。如果我们能制造出将废物转化为燃料的机器人会怎样？或者利用视频游戏（是的，视频游戏）的力量来促使我们做正确的事情会怎样？如果我们 DNA 中的“垃圾”实际上与我们的基因一样重要会怎样？如果昆虫掌握着抵御网络攻击的秘密会怎样？欢迎来到“改变世界的理念 2010”特辑。——编辑部
人生游戏
将操纵杆和记分牌引入我们的日常生活，可能是让我们成为更好的人的关键
作者：约翰·帕夫勒斯
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和理念的影响深远的故事。
不久的将来，当您站在浴室镜子前刷牙时，您可能会在早间新闻旁边看到一个记分牌，上面显示您家当前的碳足迹与邻居的排名。您的电动牙刷会发出哔哔声，通知您过去六个月每天两次的尽责刷牙已为您赢得了足够积分，可以在下次体检时享受 10% 的折扣。您淋浴（时间很短，以免危及您家令人羡慕的能源消耗评分及其带来的税收优惠），穿好衣服，登录家里的办公电脑参加早会。现在您和您的同事以个性化虚拟形象出现在屏幕上，您可以在会议期间回复电子邮件而不会显得粗鲁。自从任意销售配额被个性化的“生命计量器”（它会在屏幕上膨胀，以反映来自客户的实时积极反馈）取代以来，您对自己的日常任务感到更有目标和主人翁意识。这将是美好的一天。
视频游戏设计师兼卡内基梅隆大学研究员杰西·谢尔说，几乎您生活的方方面面都包含游戏体验的未来几乎不可避免。他和一群游戏设计师和心理学家确信，让社会公民更健康、更高效、更积极参与的关键在于将游戏引入日常生活。“我们认为游戏是微不足道的，但它们实际上只是一种快速调动我们解决问题能力的方式，”谢尔说。“如果游戏设计得足够好，任何问题都可以放进去，”从改变饮食或学习新语言，到理解中东冲突或减少碳足迹。“这些都是我们很多人无法或不想参与的问题，但游戏可以改变这一点，因为根据定义，任何成功的互动系统都会让人想要参与其中。”
这种新的人生游戏的一个重要组成部分是来自支持 GPS 的移动设备、廉价联网传感器和其他技术的实时数据的普及。“所有这些个性化数据让我们能够开始衡量以前只能在游戏或虚拟世界中衡量的行为，”麻省理工学院的行为经济学家丹·艾瑞里说。“我们可以非常详细地了解是什么激励和吸引人们，并将这些知识应用于人们不常觉得有吸引力的事情，例如记住服药或跟踪能源使用。”
“游戏化”现实世界的系统仍然需要不仅仅是添加虚拟形象和积分。它需要快速、个性化的反馈。临床心理学家理查德·瑞安指出，有效的游戏“以优雅的方式利用了人类的基本动机倾向”。例如，积分与其说是奖励，不如说是一种为建立能力提供实时反馈的方法。“人类是好奇的动物，天生具有玩耍和掌握环境的动力，”瑞安观察到。“游戏很好地利用了进化赋予我们的内在动机。”心理学家认为，挖掘这些内在激励因素会让我们感觉自己处于掌控之中，并且我们的行为具有可理解的后果。
然而，谢尔承认，理论上运行良好的游戏可能会很快变得令人沮丧和适得其反。他甚至对这种动机适得其反变得普遍的未来有一个称呼：“游戏末日”。他说，避免这种情况的最佳保险是在娱乐领域之外的天才游戏设计师和技术领导者之间架起桥梁。心理学家和游戏专家拜伦·里夫斯同意：“没有适用于游戏但不适用于现实生活的心理机制。我们只有一个大脑。设计精良的游戏点亮的奖励中心，在我们参与任何设计精良的互动系统时都会被点亮。它们不必被标记为带有大写 ‘G’ 的 ‘游戏’。”
这就是为什么研究人员对游戏化作为一种从根本上改善我们世界的方式感到乐观。微软使用了一个类似游戏的程序，将其一个部门的员工保留率提高了 50%。First Things First 是一项在堪萨斯州和得克萨斯州五所学校使用的实验性数学课程，它将高中代数和几何呈现为一系列 101 个级别，鼓励学生按照自己的节奏掌握基本概念，然后再升级，就像在视频游戏中一样。在该计划实施的四年里，所有五所学校都看到学生在州数学测试中的成绩出现了两位数的增长；一所学校的学生成绩提高了近 40%。瑞安正在与医疗保健游戏咨询公司 Immersyve 合作，创建一个“虚拟临床医生”，该医生使用虚拟形象驱动的界面，让患者在寻求医疗咨询时感觉不那么胆怯。
“一切事物的游戏化不会因为一个系统而发生——它将是数百万个不同方向的创新，每次都有新的传感器被发明出来，”谢尔说。每一次都让我们变得更好一点。
人类数字运算器
当研究像视频游戏一样时，计算机只能屈居第二
作者：约翰·帕夫勒斯
多年来，关于人类和机器相对认知优势的传统观点认为，人类擅长识别面孔和其他类型的模式匹配，而计算机则在任何带有数字运算色彩的事情上称霸。这种情况可能不再存在。Foldit 的成功——华盛顿大学的生物学家和计算机科学家创建的一个在线谜题——证明了人类的直觉可以在复杂的科学问题上胜过计算机算法。
Foldit 向玩家（所有非科学家）展示屏幕上部分折叠的蛋白质，并挑战他们根据简单的规则将其扭曲成理想的形状。玩家不仅比任何算法都能更快地预测正确的蛋白质结构（对所有可能性进行暴力搜索将花费数百万年），而且他们还能够直觉地找到计算机可能永远找不到的解决方案。“要将蛋白质折叠成正确的形状，您可能首先必须在几个看起来完全错误的方向弯曲它，”Foldit 的发明者之一、华盛顿大学计算机科学家塞思·库珀说。“玩虚拟物体的人可以看到大局，并识别出那些棘手的解决方案。”
在大学的游戏科学中心，库珀和他的同事们现在正在开发新一波游戏，以加速生物信息学、药物发现甚至纳米工程领域的研究步伐。“目前世界上只有 15 个人知道如何用 DNA 设计分子机器，”华盛顿大学计算机科学家佐兰·波波维奇说。“这些游戏可以将这个数字增加两个数量级——我们将有成千上万的人做出新的发现。”游戏玩家有一天会分享诺贝尔奖吗？库珀说，“那是我们最大的希望。”
万事通收费公路
修建更多道路不会消除交通拥堵。智能定价才会
作者：汤姆·范德比尔特
未来的道路看起来将与现在的道路非常相似，但它肯定不会是免费的。多伦多一家创建支持 GPS 的设备以测量道路使用情况的公司 Skymeter 的创始人伯恩·格拉什说：“您可以拥有自己的车道，但如果您要过来拜访我，您需要付费才能从您的住处到达我的住处。”
随着 GPS 等无线、基于位置的技术的出现，现在可以衡量驾驶的真实成本和道路的真实价值。总称是动态道路使用收费，这基本上意味着驾驶员将按英里数支付道路使用费，而不是通过其他机制（如注册费或汽油税）。目前只有少数试点项目正在运行，但城市规划师认为，这个想法可以改变我们对驾驶的体验，使其从令人神经紧张的挫败感转变为更接近于兜风的乐趣。麻省理工学院和通用汽车的研究人员在今年早些时候发布的“重塑汽车”研究报告中提出了这样一个愿景，该研究报告认为，透明的行程定价将优化道路使用，减少交通拥堵和高速公路死亡事故。
将驾驶的真实成本转移到驾驶员身上，将与现在的情况截然不同。驾驶员使用拥挤道路的费用与使用空旷道路的费用相同，每月开车一次的人支付的保险费与每天开车的人一样多，停车计时器在最繁忙时段的费用与最安静时段的费用相同。卡托研究所分析师兰德尔·奥图尔在他的著作《交通拥堵：我们为何陷入交通拥堵以及如何摆脱》中写道，一个世纪以来一直为美国高速公路提供资金的联邦汽油税，实际上已从每英里 3.9 美分（2007 年美元）的峰值降至今天的 0.9 美分。因此，城市和郊区的拥堵程度稳步上升。正如哈佛大学经济学家爱德华·格莱泽指出的那样，您可以按价格或按排队（也称为堵在路上）来定量配给稀缺商品（如城市道路）。到目前为止，事实上的选择一直是交通拥堵。
第一次试点研究的结果令人鼓舞。荷兰政府计划到 2016 年在荷兰所有道路上实施基于 GPS 的全国性“按公里”定价。去年在埃因霍温进行的为期六个月的试点试验表明，70% 的用户因定价而改变了他们的行为，要么在非高峰时段出行，要么在不太拥挤的道路上行驶。一旦该计划扩展到该国其他地区，荷兰政府预计交通延误将减少 58%。
按英里定价计划也可用于造福环境。在德国，重型卡车不仅按英里收费，还按排放量收费（排放量较高的卡车每英里费用较高），低排放卡车行驶的行程百分比从 2005 年该计划开始时的不到 1% 跃升至 55% 以上。
然而，荷兰政府今年早些时候的垮台，使其实施道路定价计划的未来蒙上阴影——这提醒人们，政客们希望被看到修建新道路，而不是新的收费站。所需的技术也可能非常昂贵。在一次试验中，英国保险公司诺维奇联合（现名 Aviva）使用车载设备不仅测量年轻驾驶员的驾驶地点和时间，还测量他们的驾驶方式。该公司使用车载加速度计来惩罚激进驾驶员，提高他们的保险费率。即使在试验期间事故索赔下降了 30%，所需的车载信息处理系统也过于昂贵，无法使该计划可持续。
智能收费可以帮助缓解城市交通的另一个原因：路边停车。加州大学洛杉矶分校的唐纳德·舒普等研究人员认为，路边停车价格过低会导致城市拥堵，因为驾驶员会四处寻找廉价停车位。为了避免这种做法，旧金山正在实施“动态停车”，该系统使用传感器跟踪汽车在停车位上的存在并统计总体需求；然后，该市将价格设定在确保 85% 恒定占用率的水平。费率可以随时间和星期几而变化，但它们总是会提前设定——这使得它们比您原本会浪费在交通上的时间更容易预测。
DNA 晶体管
一种新的 DNA 测序方法可能会彻底改变我们对遗传学的理解
对遗传学的理解
作者：伊丽莎白·斯沃博达
自从研究人员首次对人类基因组进行测序以来的十年里，基因与个体疾病之间的明显联系进展缓慢[参见斯蒂芬·S·霍尔的“革命延期”；《大众科学》，10 月刊]。许多研究人员现在认为，基因组学的真正进展将不是来自简单的 X 导致 Y 的相关性，而是来自对数百万基因组序列的深入统计理解——这一集合揭示了我们的遗传密码如何可能与环境相互作用，从而造就我们现在的样子。
反过来，这需要一种廉价的基因组测序仪，一种可以以低于 1000 美元的价格完成这项工作的仪器。目前，测序一个基因组的成本在 5000 美元到 15000 美元之间——与最初 27 亿美元的成本相比，这是一个巨大的进步，但仍然远未达到目标。IBM 和罗氏的研究人员正试图通过彻底重新设计基因测序仪来实现这一目标。现有的洗碗机大小的测序仪需要昂贵的化学试剂来分析已被切成数千个小片段的基因，而所谓的 DNA 晶体管采用了一种几乎天真地简单的方法。在其中，完整的 DNA 分子穿过硅芯片中间一个三纳米宽的间隙。当 DNA 通过纳米孔时，电传感器一次读取一个分子单元，即碱基。
其他实验室也尝试过类似的基于纳米孔的测序方法，但发现很难控制 DNA 链穿过纳米级孔洞的速度。IBM 团队找到了一种利用 DNA 自然产生的负电荷的方法。“我们认为，如果该设备在孔洞本身包含电极——由绝缘材料隔开的薄金属层——那么电场将与 DNA 相互作用，”正在该项目上工作的研究科学家古斯塔沃·A·斯托洛维茨基说。电场抓住带负电荷的 DNA 并将其固定到位。当电场关闭时，链条继续穿过孔洞，直到下一个碱基排列好进行测序。此时，电场重新出现，并且该过程沿着链条一直重复下去。
该技术并非易如反掌。孔洞必须产生强大的电场才能将 DNA 固定到位。但是，产生该电场所需的高电压可能会导致所谓的介质击穿，即火花飞溅且电场短路，这种情况尤其可能发生在如此短的距离内。“这就像您有一片非常靠近地球的云——闪电更容易击中，”斯托洛维茨基说。研究人员正在寻找一种能够承受必要电荷的电极材料。
尽管存在这些问题，但行业观察家认为，DNA 晶体管可能是一种快速、廉价、高效的基因组测序方法。“这减少了测序所需的步骤——它只是字面上观察 DNA 本身，”评估生物技术创新商业潜力的顾问布鲁斯·沙姆伯格说。“不需要试剂成本或光学仪器来读取荧光标签。事情完成得更快。”
DNA 晶体管有望在未来几年内以低于 1000 美元的价格提供完整的基因组序列。斯托洛维茨基认为，该设备将帮助科学界更轻松地建立基因、健康脆弱性和理想药物治疗之间的联系。通过对基因与疾病之间联系的统计理解，制药公司可以更好地确定药物开发的靶点，因为他们已经知道他们的新药需要关注哪些区域。他指出了早期成功案例之一：赫赛汀，一种乳腺癌治疗药物，可阻止 HER2 基因过表达患者的肿瘤生长。“有很多这样的例子，”斯托洛维茨基说。“我们希望它成为一种非常普遍的事情。”
杀手级净水器
新型材料有望改善世界各地获得清洁水的机会
作者：梅琳达·韦纳·莫耶
全球六分之一的人口缺乏清洁用水，导致腹泻疾病——这是卫生条件差的直接结果——成为全球主要的死亡原因。净水器可以解决问题，但它们通常过于昂贵，无法大量分发。然而，通过将纳米技术与棉花和茶包等廉价材料相结合，研究人员最近开发出了移动净水器，其制造成本不到一美分。
大多数传统净水器都配备有“捕获”细菌的小孔，但这些孔洞往往容易堵塞，需要昂贵的维护。崔屹找到了一种利用银和电力杀死细菌的方法。崔屹是斯坦福大学的材料科学家，他将他在沃尔玛购买的梭织棉浸入导电碳纳米管和银纳米线的混合物中。银作为一种有效的杀菌剂，部分原因是银离子会损害遗传物质。额外的杀灭能力来自微弱的电流（由两节九伏电池供电），它可以破坏细菌细胞膜。在实验室中，崔屹的过滤器杀死了水中 98% 以上的大肠杆菌。由于棉花中的孔洞很大，该过滤器的速度比捕获微生物的过滤器快 80,000 倍。
更便宜的发明是一种装满涂有杀菌剂的碳颗粒的茶包。南非斯泰伦博斯大学的研究人员找到了一种将化学物质封装在纳米纤维内的方法，以增加其表面积并帮助它们捕获有毒物质和细菌。该过滤器可以安装在普通瓶子的瓶颈中，每个成本约为 0.5 美分。每个袋子可用于清洁一升受污染的水。该技术目前正在接受南非标准局的测试，之后研究人员计划将其分发给有需要的社区。
漫游的食草机器人
它吞噬木屑、树叶和其他“生物质”，并产生电力
作者：约翰·帕夫勒斯
自主机器人在地球上漫游，寻找原始生物质以供发电的日子可能很快就会到来。这就是能量自主战术机器人系统 (Energetically Autonomous Tactical Robot system) 的愿景，尽管您可以称其为 EATR。“想象一下电影《机器人瓦力》中的机器人——但它不仅仅是压缩垃圾，而是燃烧垃圾以获取电能，”马里兰大学克拉克工程学院智能系统实验室主任兼开发 EATR 的机器人技术公司总裁罗伯特·芬克尔斯坦说。该机器人使用智能软件来区分其首选“食物”——木屑、干树叶和其他植物生物质——与无用材料，如岩石、动物物质和金属。然后，EATR 使用由近距离激光制导系统引导的机械臂，抓住植被并将其放入通往外燃机的料斗中，外燃机为车载电池充电。
芬克尔斯坦说，这种自主定向发电机可以彻底改变许多军事、民用甚至科学行动。“在未来几年内，每位美国士兵每天将使用相当于 120 节 AA 电池的电量来为其通信和支持设备供电，”他说。“使用 EATR 将大大减轻在偏远地区供应能源的后勤负担，因为 [机器人] 可以在部队休息时外出消耗植被。”EATR 的资金来自国防高级研究计划局。
食草机器人也可以为环境服务。美国林务局希望将 EATR 安装在腿上，而不是悍马上。这样，它就可以在乡间漫游，寻找入侵植物物种，而不会留下履带印。“腿可以让它在不平坦的地形上行走，而不会像轮胎或履带那样对地形造成太大损害，”芬克尔斯坦说。
EATR 目前仅限于马里兰大学的固定测试平台，但芬克尔斯坦预计，完全移动、觅食的模型将在 2012 年的某个时候投入运行。这个前景听起来令人毛骨悚然，但他认为，机器人能够自给自足的世界不仅是可取的，而且是不可避免的。“我们已经有家用机器人可以将自己插入插座充电，而不会打扰我们，”芬克尔斯坦说。“这只是相同的想法，提升到了一个新的水平。”
借用自然的密码
受大自然启发的算法帮助我们运行庞大的数字生物圈
作者：约翰·帕夫勒斯
当计算机科学家试图找出如何管理日益复杂的数字世界时，他们越来越多地转向大自然寻求灵感。“生命靠阳光和信息运行，”蒙大拿州米苏拉市生物模仿研究所所长珍妮·本尤斯说。一个物种不断进化，以找到在特定栖息地生存的最佳方式。“生物体确实适合那些寻找解决信息处理问题的新方法的人们，”她说。
例如，树突状细胞乍一看似乎与计算机安全无关。但这些细胞是哺乳动物免疫系统的保罗·里维尔，对入侵病原体发出警报。英国诺丁汉大学的计算机科学家朱莉·格林斯密斯设计了一种“树突状细胞算法”，该算法以与我们的免疫系统感知真实病毒相同的方式检测计算机病毒和其他恶意代码。
蚂蚁和其他社会性昆虫启发了另一支网络安全研究团队，该团队来自华盛顿州里奇兰太平洋西北国家实验室。他们创建了“数字蚂蚁”，这些蚂蚁可以在计算机网络中漫游，就像真正的蚂蚁巡逻蚁巢并在任何感知到的威胁周围迅速聚集一样。
波特兰州立大学的计算机科学家梅兰妮·米切尔说，这种“仿生”算法与图灵机和其他经典计算模型一样古老。但在一个网络互联的世界中，每年生成数百万兆字节的信息，并且“大数据”日益饱和，基于自然的编码可能是处理负载的最佳方式。“生物学和计算机科学之间的新合作引起了极大的兴趣，因为人们意识到计算超越了我们所说的‘计算机’，”米切尔解释说。“所有这些生物系统做得如此出色的一件事是模式识别——即使在信息泛滥的情况下，也能从噪声中提取信号。大脑可以做到，单个细胞可以做到，昆虫群落可以做到——这就是所有生物系统为了生存而做的事情。我们也希望计算机也能做到这一点。”
一百项测试
一种廉价的诊断方法警告夫妇不要将罕见的遗传疾病遗传给他们的后代
作者：玛丽·卡迈克尔
您愿意支付多少钱来确保您的孩子不会患有致残或致命的隐性遗传疾病？显而易见的答案是“任何代价”，但这并不是大多数人实际会做的。个体筛查测试已经可以识别许多单个缺陷隐性基因的沉默携带者——这种基因如果以双份（父母双方各一份）遗传，可能会导致囊性纤维化和泰-萨克斯病等疾病。但是，几乎没有人会在怀孕前接受所有这些突变的检测，因为这会太昂贵——几十项测试的费用为每项数百美元。由于每种潜在的危险突变都很罕见，大多数人选择碰运气，并希望他们的孩子会健康——这种策略有时会导致悲剧。
多亏了一家名为 Counsyl 的公司推出的一项简单的唾液测试，这种情况不再是必要的，该测试可以询问基因组中 100 多种致病隐性性状。从某种意义上说，它就像将许多传统的、单独的测试组合在一起；从医学角度来看，它产生的基本上是相同的结果。但它一次性完成，费用为 350 美元。
传统的隐性变异测试通过放大与每种疾病相关的特定基因组区域来工作。在某些情况下，测试会对基因进行测序，以确定是否存在突变。另一方面，Counsyl 的测试不涉及测序。相反，它寻找单核苷酸多态性 (SNP)，即基因组中的微小错误，其中一个碱基已被另一个碱基替换。一些 SNP 会导致疾病；另一些 SNP 则与导致疾病的基因相关。由于 SNP 很小，因此识别一个 SNP 比对整个基因或染色体区域（可能由数百万个碱基组成）进行测序要便宜。该公司表示，该测试检测突变的灵敏度和特异性均高于 99%——也就是说，它很少产生假阳性或假阴性结果——并且最近已开始公布有关该效果的结果。
到目前为止，Counsyl 的测试主要用于不孕症患者。耶鲁大学生育中心主任帕斯夸莱·帕特里齐奥是提供该测试的医生之一。（他也是 Counsyl 顾问委员会的成员。）他说，该测试对于治疗反复流产但不知道原因的夫妇很有用。在某些情况下，他们的流产可能最终被证明是由隐性基因引起的，这些基因阻止了胎儿足月分娩。“对于我们来说，拥有如此全面的筛查测试真是一项突破，”帕特里齐奥说。但当然，许多携带隐性基因的人在没有生育诊所帮助的情况下也能成功怀孕。他们会在晚些时候，在他们的孩子生病后才发现自己的遗传厄运。
检测呈阳性的夫妇可以提前计划。他们可能会选择体外受精，结合植入前基因诊断，以选择不携带疾病基因的胚胎。或者他们可能会决定收养。无论哪种方式，整个人群中患病儿童的数量都会下降。大多数双隐性疾病都是研究“孤儿”；由于它们很罕见，因此投入研究它们的资金很少。Counsyl 测试是确保减少受其折磨的人数的最佳希望。
Counsyl 在广泛使用的道路上可能会遇到一些障碍。有些人担心它会打开“定制婴儿”的大门。有人认为，对罕见遗传疾病进行广泛的测试，会打开对非疾病性状（如身高和智力）进行测试的大门。
Counsyl 的技术无法制造定制婴儿，因为它检测的是单基因，而不是参与智力等复杂现象的、知之甚少的、多层次的基因网络。“不会存在智商基因或音乐能力基因，”哈佛大学心理学家 Steven Pinker 说，他正在就个人基因组学引发的伦理问题为该公司提供咨询。此外，他指出，“如果说哪个群体会对优生学感到担忧，那应该是犹太人”——然而作为一个群体，他们已经接受了旧式的、昂贵的隐性基因测试，因为德系犹太人更有可能携带一些有害的隐性变异。Pinker 本人是犹太人，携带一种导致家族性自主神经功能障碍的基因变异，这是一种无法治愈的疾病，会阻止神经元发育。他是在接受 Counsyl 测试时才发现的。“我的妻子也是携带者，”他说。“我们相遇太晚，无法生育孩子，但如果我们早几年相遇，我们就会像在玩轮盘赌一样。” 至少现在其他夫妇可以选择不这样做了。
垃圾变气体
改造微生物吞噬垃圾并“分泌”燃料
作者：Matthew L. Wald
如今，制造汽油、柴油和航空燃料的工厂是巨大的钢铁管道和储罐群，它们消耗惊人的能量，释放有毒气体，并依赖于一种会枯竭的资源——石油。但未来，它们可能会变得微小，而且可能会以我们周围随处可见的垃圾碳氢化合物为原料运行——比如这本杂志的纸张、建筑项目的废木料，或者你上个月从草坪上耙下来的树叶。
诀窍在于将这些日常用品内部的氢和碳基分子转化为室温下的液体，从而使其适用于内燃机。最有希望的努力是基因改造单细胞生物，让它们为我们完成这项转化工作。许多这类生物已经利用环境中存在的原材料构建碳氢化合物，但产品并非以人类可以利用的方式存在。例如，藻类非常擅长将二氧化碳转化为可以提炼成燃料的脂肪酸，但将藻类从水中分离出来，并将脂肪酸从藻类中提取出来需要付出巨大的努力，因此该工艺主要用于生产昂贵的产品，如化妆品。
更好的解决方案是创造可以直接“分泌”碳氢化合物的生物。（商业公司可以理解地不喜欢更准确，但不太令人愉快的“排泄”一词。）能源部官员 Eric Toone 负责向拥有新型生物燃料理念的公司提供资助，他说，有了分泌碳氢化合物的生物，“你就将从收获的生物质转化为来自小型化工厂的东西。”
然而，创造基因改造燃料工厂也带来了其他复杂问题。许多人担心工程改造的生物会进入环境；成桶的单细胞细菌几乎不可能被控制住。
这些生物也必须得到充分的喂养——问题是用什么喂养？一种方法是利用阳光。9 月，位于马萨诸塞州剑桥市的生物技术初创公司 Joule Unlimited 获得了一项基因改造细菌的专利，该细菌利用阳光和二氧化碳制造柴油燃料的成分。
另一种策略是使用糖类。当植物捕获能量时，它们以化学方式将能量锁定在作物木质部分的糖类中。许多研究人员正在设计方法，从这些“纤维素来源”中回收糖类，并将其转化为乙醇，乙醇可以获得税收抵免，但其能量密度低于汽油，并且在高浓度下在传统汽车中运行不佳。
相反，科学家和工程师希望直接从这些糖类中制造更有用的化学物质。7 月，位于南旧金山的 LS9 公司科学家表示，他们已经改造了大肠杆菌，使这些生物能够将糖类转化为烷烃，烷烃是一类碳氢化合物，与标准炼油厂生产的许多分子相同。再对基因组进行一些调整，你油箱里的燃料甚至可能来自废品堆里的糖类。
垃圾 DNA 的重要性
生物学家们不断对曾经被视为浪费空间的东西感到惊讶
作者：梅琳达·韦纳·莫耶
基因只占人类基因组的约 2%。多年来，其余部分被忽略为“垃圾 DNA”。但过去十年，生物学家们逐渐认识到，这个空间是遗传密码中极其重要的组成部分，是大量未经检验的信息宝库的所在地，这些信息控制着基因的行为方式。对垃圾 DNA 进行更彻底的研究可能会颠覆我们对基因与环境之间微妙相互作用的理解，并可能为医学界与疾病的无休止斗争带来全新的策略。
关于垃圾 DNA 重要性的新例子似乎每隔几个月就会出现。发表在 9 月份《自然医学》杂志上的研究人员报告称，罕见的神经系统癌症神经母细胞瘤可能部分归咎于垃圾 DNA；一小段由垃圾 DNA 制成的 RNA 会使患有该疾病的人体内的抑癌基因失效。同样，那些患有罕见形式肌肉萎缩症的人，在第四条染色体的末端有 1 到 10 个特定片段的垃圾 DNA。垃圾 DNA 也不仅仅与罕见疾病有关：今年 2 月份发表在《自然》杂志上的一篇论文将第九条染色体上的一个垃圾 DNA 区域与心脏病风险联系起来。
垃圾 DNA 也可能帮助生物适应不断变化的环境。2009 年 5 月，比利时鲁汶大学的科学家报告称，酵母染色体上的基因活性直接受垃圾 DNA 片段中重复次数的控制。由于重复次数的变化频率高于其他 DNA 片段，这种设置使生物能够更快地进化。
那么，垃圾 DNA 是否应该获得一个更尊重的新名称呢？科学家们意见不一。一些垃圾 DNA 可能显然是有用的，但其余部分的潜在益处“可能更加微妙且难以追踪”，酵母研究的共同作者 Kevin Verstrepen 说。不过，随着时间的推移，一位生物学家的垃圾可能会变成另一位生物学家的宝石。
改变世界的视频
轮椅和风力涡轮机是 2010 年“改变世界的创意视频大赛”的获奖者，该比赛由《大众科学》和在线科学视频网站 SciVee.tv 赞助。参赛作品展示了构建更清洁、更健康或更安全世界的创新方法。
获奖者
杠杆式自由轮椅
创意：麻省理工学院移动实验室
视频：Amos Winter 和麻省理工学院新闻办公室
这款轮椅采用杠杆驱动的齿轮传动系统，使其能够越过发展中国家经常遇到的沙地、泥土和崎岖地形。评委们称赞它“巧妙、简单且现在就能实现。它可能会改变一个人的整个世界。”
亚军
溯源地图
创意和视频：Leonardo Bonanni
他的众包网站跟踪产品供应链的环境足迹。
城市电力
创意：Mark Maynard
视频：Michael Garjian
这款后院风力涡轮机在慢速和快速微风中都能发电。
查找所有获奖视频
http://www.ScientificAmerican.com/dec2010/worldchanging