2008年的科学突破

原生态

年终岁末，美国《科学》杂志按惯例评出了2008年十大科学进展。名列榜首的两大进展表明：发现的系外行星，距地球1015公里；被科学家重新编程的细胞，直径只有10－5米。它们之间1023的比例差异，摄人心魄地图解了科学波及范围之精微博大。
     1 细胞再编程取得重大进展
       即将过去的2008年，是细胞再编程取得重大进展的一年，也在如何用病人自身细胞治疗疾病的漫长道路上迈出了坚实一步。

      所谓的再编程，是指擦掉细胞先前的发育“记忆”，使之回归于原始胚胎状态，然后重新生长成某种其它细胞。通过插入细胞已“时光倒流”的基因，研究人员就能深入了解疾病以及细胞如何决定其命运的生物机制。         
      今年，研究人员从各种不同疾病的患者身上提取出皮肤细胞，经过再编程使它们变成干细胞。结果，经改造的细胞在实验室里得到了生长和分裂。这一具有里程碑意义的成功，是建立在先前取得的突破基础之上。10年前，美国科学家率先培育成人类胚胎干细胞（hES细胞），这是具有发育成任何类型人体细胞之潜能的细胞，被称为多功能干细胞。2006年，日本研究人员又培育成一种类似胚胎干细胞的细胞，被称为诱导多功能干细胞（iPS细胞）。               
       如何从病人身上获取生命久远的细胞系，一直是生物学家长期追求的目标。今年以来，有多个研究小组实现了这一目标，已培育成10种顽疾的诱导多功能干细胞系，其中包括肌肉萎缩症、Ⅰ型糖尿病和唐氏综合征。这些疾病大多很难或不可能在动物模型中加以研究，而再编程细胞使科学家获得了研究疾病分子基础的新工具，对药物的筛选也十分有用。                                       
     本年度发表的另一篇论文表明：再编程的出路未必在于回归胚胎状态，而是能直接赋予细胞以新的成熟命运。美国研究人员以试验小鼠为对象，将名叫外分泌细胞的成熟胰细胞经过再编程而变成β细胞，即胰腺中产生胰岛素而被Ⅰ型糖尿病所破坏的细胞。然后，将三种病毒的混合剂注射到成年小鼠的体内。仅仅几天工夫，经过治疗的小鼠便形成了产生胰岛素的细胞，其外形和功效均酷似真正的β细胞。                                      
      这些成果之所以令人惊喜，是因为在活体生物中，专化细胞几乎从来不会改变其发育进程，譬如由肌肉细胞转变为肺细胞。在治疗某些疾病方面，这种直接再编程不仅比多功能细胞来得简单，而且安全程度也有所提高。                        
    由于这一原因，世界各地的实验室都在加紧研究诱发再编程的其它方法，也取得了引人注目的进展。今年有两个研究小组发现：所谓的角质化细胞特别容易再编程。在接受治疗的角质化细胞中约有1%的细胞可望进行再编程，其过程只需要10天而不是像其它细胞那样持续数星期之久。此外，毛囊也构成了角质化细胞的丰富来源。加利福尼亚和西班牙的研究人员证明：个性化的细胞系可以提取自从头皮上拔起的一根头发，效果十分理想，不愧为较之皮肤更易于取样的细胞源。
2 “眼见为实”的系外行星
               
            眼见为实，对于天文学家向来并不适用。如何将行星发出的微弱光线同恒星的眩目光芒加以区别，始终是直接观测中存在的一个棘手难题。
               
            然而，在利用最新技术观测5年多以后，天文学家本年度纷纷宣布若干“眼见为实”的系外行星的候选名单。其中最可靠、无疑也是最惊人的当推3个环绕代号为HR8799、离地球128光年的恒星运行的天体。根据判断，它们的质量是木星的5~10倍，而离各自恒星的轨道至少要比地球离太阳的轨道遥远24~68倍。同时，还观测到一颗其质量约相当于3颗木星的行星，所环绕的是天际最明亮的恒星之一——南鱼座。此外，凌日系外行星上除了水和甲烷之外，今年也检测到二氧化碳的踪影。

3 中日学者发现新型材料
               
            物理学家发现了高温超导体的第二家族，即在令人费解的远远超过绝对零点的温度中带电性而无电阻的材料。这一进展使凝聚态物理学中的最大谜团变得更加扑朔迷离了。                 
            今年2月，日本研究人员报告了第一种材料：掺杂氟的镧氧铁砷化合物；它的超导转变温度达到26K（开尔文）这一“临界温度”。2个多月后，中国的4个研究小组便用镨和钐等稀土元素置换其中的镧，获得了高达55K的超导电性。就临界温度而言，这些值都不算太高，但氟掺杂铁基超导材料的发现之所以引起轰动，其原因就在于可望解开铜酸盐是如何工作的这一永恒之谜。

4 胚胎视频
         
            细胞在受精卵变成有机体时的情景是发育生物学的中心课题，但大部分显微镜只允许窥探其过程的一小部分。本年度，科学家运用视频方式，以前所未有的丰富细节，跟踪记录了约16000个构成斑马鱼胚胎的细胞在发育第一天结束之际所跳的“芭蕾舞”。
         
            这些视频是德国研究人员用自己设计的新型显微镜拍摄的。通过激光束扫描活体样本，它捕捉到了实时图像，从而避免了通常将此类视频仅限于数小时的脱色和光损耗。然后，利用强大的计算机功能，对记录的运动加以分析。这些视频还能倒放，藉以追溯视网膜等特定组织的细胞渊源。其中有一段记录鱼类众所周知的变种的视频，首次栩栩如生地揭示了胚胎在发育过程中所发生的偏差。

5  癌基因组名单扩充
           研究人员将探照灯转向“误入歧途”致使肿瘤细胞失控生长的DNA，所以，被查明的癌基因的范围在本年度有了可喜的扩充。
            
            肿瘤细胞通常充斥着遗传错误，一方面造成细胞主要通路的瓦解，同时也丧失了对细胞分裂的制约。但随着人类基因组计划的完成，研究人员已能有系统地检测癌症细胞中众多基因的异变。目前，通过对数百种乃至数千种基因的测序，已掌握了数十种突变证据，其中包括胰腺癌和恶性胶质瘤这两种最致命的顽疾。单独的胶质研究也揭示了有些肿瘤患者何以会形成抗药性的原因。同时还有研究表明：基于综合生物考虑的治疗要比瞄准单一基因的“银弹”药物更胜一筹。目前，至少另有10种癌基因组的项目正在进行中。         

6 褐色脂肪的神秘来源
           研究人员终于在今年揭开了所谓褐色脂肪的神秘来源。这个虽然算不上赘肉、却需消耗能量的组织，原来与肌肉只有一步之遥。        
            解剖医生在400多年前就注意到两种脂肪的差异。白色脂肪是令医生和节食者烦恼的贮能垫，犹如一床被褥；褐色脂肪则好比电热毯，可将脂肪分子经过燃烧而产生温暖身体的热量。长期以来，科学家一直假设：这两种脂肪均发育自同类远祖细胞。但由美国科学家领导的一个团队却发现：褐色脂肪可望转变为肌肉，反之亦然，那就是促成褐色脂肪专化的PRDM16基因。研究人员运用一种名叫线性跟踪的技术，在试验小鼠中查明了肌肉细胞株的后裔；它们包括肌肉和褐色脂肪细胞，却不含白色脂肪细胞。这些发现可能是朝治疗肥胖症迈出的一步：溶化掉坏的白色脂肪或者移植好的新细胞。

7 观察蛋白质“翩然起舞”
            
            蛋白质如何与目标分子相结合，是科学家长期争论的一个问题。多数人认为，目标分子的形状会迫使蛋白质经过扭动而形成互补性的轮廓。但也可能是溶液中的蛋白质在众多稍有不同的结构形态中进行扭动，直至找到一个目标分子为止。         
            德国和美国的计算生物学家在广泛掌握试验数据的基础上，为那种貌似狂妄的设想提供了新的有力支持，证明了一个被长期研究的蛋白质是如何在数十种结构形态中“翩然起舞”的。作为另一个惊喜，美国的研究团队在跟踪个体蛋白质后发现，单一的随机分子事件可使细菌细胞实现代谢状态的转换。德国的蛋白质组学研究人员以放大的比例，同时监测到酵母细胞中多达6000个蛋白质的盛况，并描述了两种不同细胞在个体蛋白质表达上存在的差异。这些技术可能导致深入了解发育和疾病的新认识。           

8 燃料催化剂
         
            风能和太阳能等的可再生能源资源充沛，且不含碳，发电成本也在下降。但即使在阳光灿烂、风力强劲的日子里，也没有很好的途径将过剩电力按工业化规模加以存储。美国研究人员今年开发的新型催化剂，便可望改变这一局面。这种催化剂由钴和磷所组成，可用来将水分解成氢和氧，然后通过燃烧将氢馈给燃料电池。

9 长毛猛犸象基因测序
                  
            随着基因组测序的新技术愈趋快速和廉价，本年度研究人员采用边合成边测序的技术，完成了已灭绝的洞熊和尼安德特人的线粒体基因组，长毛猛犸象的基因组也有70%已脱稿。目前，尼安德特人的完整基因组初稿正在拟定之中。由美国塞莱拉公司开发的另一项新技术也在科学文献中初次亮相，描述的是亚洲人、非洲人和患癌症病人的最初基因组，从中不难看出人类早期的迁移走向以及可能引发各种恶性肿瘤的候选基因。
           
10  预测质子质量
                              
            最新的研究结果表明：物理学家现在终于能精确地计算并控制将夸克加以结合的超复合强力。若用最简单的术语来表述，质子由3个夸克所构成，而胶子则在它们中间迅速传递着强力。但由于量子力学的测不准原理，一个质子内的无数胶子和正反夸克对时而存在，时而不存在，处于一种近乎无法分析的“癫狂”状态，却由此形成了95%的粒子质量。
         
            为了简化起见，法国、德国和匈牙利的理论学家采取所谓“格点量子色动力学”的方法，以连续时空作为四维点阵（晶格）的模型，让夸克拘囿于点，胶子则拘囿于这些点之间的环节。正如11月份发表的报告所称，他们已利用超级计算机推算出质子和其它粒子的质量，其精确度达到了2%左右——相当于10年前的十分之一。

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相关链接    英国《自然》杂志选出    十大科学新闻

                                 1.LHC开始运行后不久出现故障
  
            欧洲大型强子对撞机（LHC）是世界最大的粒子加速器，耗资50亿美元。然而在今年9月启动后的第9天就发生电子故障，导致近6吨超冷液态氦泄露进入LHC通道。大约40个用来操纵质子束的磁体不得不重建，因此，LHC重新运行至少要等到明年夏天。
   

                    2.个人基因组测序新增两例

                    
            今年10月，个人基因组测序提供了2个新的人类基因组序列，一个来自一名匿名的非洲人，另一个来自一名亚洲人，这使得全世界发布的个人基因组序列总数达到4个。

                    3.美国凤凰号探测器登陆火星

                                 美国航空航天局（NASA）的凤凰号探测器5月下旬在火星北极登陆，其最初试图探明火星土壤中水和有机物质的努力没有成功，但在8月份发现了冰的痕迹，迟些时候还发现了高氯酸盐。10月下旬，与凤凰号探测器的通信开始出现问题，最终探测器在11月2日与地面完全失去联系。

                    4.生物多样性目录上线

                                一项雄心勃勃的“生命百科全书”计划在世界上诸多领先的博物学机构的支持下得以展开，科学家们要为地球上180万已命名的物种创建网页，全面地展现地球生物多样性。预计到2017年，该项目能完成全部已知物种90%-95%的登记分类工作。

                    5.首次人工合成基因组

            美国克雷格·文特研究所的科学家接合了超过50万对DNA碱基对，创造出了第一个合成基因组，标志着向人造生命又迈进了一步。预计到2009年，第一个人造生命将有可能诞生。


                    6.北极熊被列入濒危动物名单

                  
            美国政府5月将北极熊列入美国《濒危物种法》（ESA）中“受威胁”物种名单，但该名单引发了美国内务部内部的争论。布什政府在年底改变了ESA列表的规章，这样机构将无需在是否把物种列入名单之前咨询独立科学家。


                    7.亚洲太空竞赛加速

                     
   
            印度空间研究局发射了其第一个月球探测器Chandrayaan-1，并于11月14日在月球沙克尔顿环形山放置了探测器。中国和印度、日本现在都有了绕月探测器。9月份，中国进行了宇航员太空出舱活动，而之前只有美国和俄罗斯宇航员完成过类似壮举。

                    8.北极海冰令世人关注

                  
            9月中旬是每年北冰洋海冰最少的时候，今年大约有452万平方公里，而这仍然比2007年同期多了9.4%，2007年的数据创造了卫星时代最少海冰纪录。


                                9.金融危机影响科学研究

                    
            金融危机导致全球经济衰退，也影响了研究领域。英国伦敦慈善机构维康基金会和美国纽约冷泉港实验室报告说，它们接受的资助出现了近年来第一次的减少。而哈佛大学和其他学校已经不再为非关键职位招募新职员。生物技术和工业研发公司正努力在动荡的金融滑坡中寻找立足之地。

                    10.制造出多能干细胞

                  
            2007年日本科学家山中伸弥发现了诱导多能干细胞(iPS)，引发了全球性新的干细胞研究热潮。今年，科学家用患有慢性神经退化疾病的80多岁患者的皮肤造出了iPS，另一组美国科学家则用腺病毒制造出了iPS，腺病毒不介入细胞自身DNA，在这点上它与一般的病毒不同。这一技术应该能防止严重的副作用，比如将细胞运用在临床疗法时发生癌症。

简单的桥

谢谢原MM介绍.

祥鹤

原帖由 简单的桥 于 2009-1-8 09:50 发表
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姜太公

距地球1015公里的系外行星