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2007年世界科学回眸

来源:联合早报
摘要:同样可以说,没有科学和文化,人类目前还处于茹毛饮血,树叶为衣和刀耕火种的原始状态。基因差异与生老病死毫不否认,科研的目的是认识世界,但最终是为了服务于人类自身。“人类基因组个体差异”是今年十几个研究项目的关键,这些项目既包括基因组范围关联研究,也包括第一个完整中国人基因组图谱(又称“炎黄一号”,也......

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  孔子曾说,“微管仲,吾其被发左衽矣。”意思是说,没有管仲的风范和启发,他那时代的人便仍然处在没有开化的阶段。



  同样可以说,没有科学和文化,人类目前还处于茹毛饮血,树叶为衣和刀耕火种的原始状态。今天,拜科技之福,我们的生活节节攀高,人类的认知步步深化,社会的文明大步向前。



  2007年的科技成果,让我们深深体验到科技造福于人类的喜悦,更对未来充满憧憬。



基因差异与生老病死



  毫不否认,科研的目的是认识世界,但最终是为了服务于人类自身。因此,2007年的科技突破更多的是关注我们自身。



  “人类基因组个体差异”是今年十几个研究项目的关键,这些项目既包括基因组范围关联研究,也包括第一个完整中国人基因组图谱(又称“炎黄一号”,也是第一个亚洲人全基因序列图谱)和DNA研究开拓者詹姆斯·沃森(James  Watson,1962年诺贝尔生理学或医学奖的获得者)的个人基因组图谱的绘制。



  当然,还包含2007年9月,美国科学家克雷格·文特尔和他的研究小组公布的文特尔本人的“双倍体基因序列”,即遗传自父体和母体两套染色体的完整版基因序列。



  这些个人的基因组让我们认识到,人与人的DNA有较大的差异,这些差异体现在一个个碱基上,称为单核苷酸多态性(SNPs)。而这些差异囊括了生老病死、健康和亚健康的种种状态,同时也将对我们的行为方式产生重要影响。例如,医生如何治病,我们如何看待自己以及保护我们的隐私。



  当然,从这些研究获得的成果还为我们提供了许多疾病的线索,例如心房颤动、自身免疫疾病、双相障碍、大肠癌、1型和2型糖尿病、心脏病、高血压、多发性硬化症、以及风湿性关节炎等等。



干细胞研究的竞争与合作

  这一切,都是基因减少、缺失和拷贝出错而造成的。因为,在DNA的上亿个碱基中,成千到上百万的碱基可能丢失、增加、或以某种方式被拷贝,这些变化在几代人内能改变基因的活性。例如,高淀粉饮食的人群比狩猎采集社区的成员有更多的消化淀粉DNA的拷贝,而自闭症、抑郁、糖尿病等疾病的相关基因也被发现。



  由于是治疗自身疾病的一种关键技术,干细胞一直被人们关注。但苦于伦理的制约,从人类胚胎、人兽胚胎以及灵长类胚胎提取干细胞都会引起争议,并受到阻碍。



  然而,2007年的干细胞研究不仅有了条条道路通罗马的喜悦,而且还揭示了科学与文化的关系,以及科学研究中的竞争和科研思路转化的种种问题。



  今年11月20日国际上两本权威的科学期刊《科学》和《细胞》同时刊出美国和日本两个研究团队的报告,证实皮肤细胞经“基因直接重组”后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞。



  这一成果不仅为将来治疗多种疾病奠定了基础,如心脏病、帕金森氏综合征、糖尿病、皮肤烧伤、老年性痴呆等病,而且为人类的科学研究提供了一种范本。



  当人类科学研究与社会或文化发生冲突之时,是中止研究,还是继续冲突,抑或是秘密研究,还是另辟蹊径?



  成体细胞转为干细胞的研究提供的答案是,另辟蹊径。这也意味着,科学探索以及扩大到人类的所有工作都可以获得“条条道路通罗马”的结果,而且可以减少成本、缓和冲突,并为社会广大公众所支持。



  公众的认可既把社会阻力降到最低程度,又能满足人类的需求。实际上,这也是科学与文化冲突之时,科学家所提供的一种解决两者之间矛盾的成功榜样。



  而且,干细胞研究还显示了科学研究的竞争与促进。美国研究组的第一作者是华人科学家俞君英,而日本研究组的领头人是山中伸弥,他们同时获得干细胞研究的成果,也促成了《细胞》和《科学》杂志的合作,在同一日期发表他们的成果。



  这个结果让人们嗅到了诺贝尔奖的气息,因为按惯例,将来这一成果如果能获得诺贝尔奖,这是平分该项大奖的一种不成文的协定或潜规则。

探索的目光投向远方



  如果说科学研究关注人类自身,是为了直接解决人类的问题的话,那么投向遥远目标的眼光则是为了间接地解决人类的问题,并把关注的焦点聚集到人与其他事物的关系上来。弄清这些关系不仅能扩大人类的认知,更能推动社会的前进。



  美国天文学家于2007年9月观测到了一颗超新星的爆发,亮度达到太阳亮度的500亿倍。这颗称为SN2006gy的超新星位于2.4亿光年之外的英仙座NGC  1260星系。它的爆发可能是由一颗真正质量巨大的恒星爆炸形成的,质量起码是太阳质量的100倍。



  按照研究人员的推测,这颗恒星并非一次爆炸,而是分多次爆炸。此次超新星爆发的壮观景象改变了研究人员对超大质量恒星“垂死挣扎”的一贯看法。



  另一方面,英国天文学家在太阳系外新发现三颗行星,分别命名为WASP-3、WASP-4和WASP-5。这三颗行星都与木星相似,但距离它们的母恒星都非常近,所以它们的“一年”还不足地球上的两天,而且这几颗行星的表面温度在2000摄氏度以上,所以那里不大可能有生命存在。这些发现无疑会改变我们对时间和空间的看法。



  更值得一提的是:阿根延Pierre  Auger天文台研究人员的发现。他们通过指向太空的粒子探测器和追踪高能物体撞击,追踪到高能量宇宙射线。这些放射光线可能来自天空中存在着的众多活跃星系核的区域。它们可能是经过黑洞附近的磁场时获得加速度的。



  而且,这些高能粒子不断撞击着地球的大气层,其能量比人造粒子加速器产生的任何粒子的能量都高1亿倍左右。这也提示,人类的家园地球可能既安全又危险,人类要做的是更加珍惜我们这个赖于生养栖息的诺亚方舟。



  当然,人类探索的步伐还迈向了月球。日本和中国分别于2007年9月和10月向月球发射了“月亮女神”和“嫦娥一号”探月卫星,目前探测器均运行良好,并向地球传回了照片。未来人类如何探测和利用月球完全有很大的想像空间。



全球变暖之害不容置疑



  人类的科学探索必然要回答人从哪里来,现在处于什么样的境遇,将来要去哪里的问题。这不仅仅是科学的终极问题,也是人类思维的最高层级问题,即哲学的思考。2007年的科学研究似乎对这些问题有了一定的答案。

  人类的进化有一个颇受争议的假说:走出非洲。不过,2007年年初,一个由多个国家的科学家组成的小组通过对1952年在南非发现的一个骨头分析,确定它是第一块证明现代人从非洲走出来的化石证据。



  据信,人类是在6万5000年前到2万5000年前走出非洲的。这块称为Hofmeyr的头骨化石与距今10万年前生活在非洲或欧洲的古人类相比,看起来更像大约3万6000年前生活在欧洲和亚洲的现代人,而他们都是来自撒哈拉沙漠以南地区古人类的后裔。



  尽管人类的身世不可能因这一头骨的发现而盖棺定论,但对人类的现状却有了共同的看法:我们正生活在岌岌可危的环境中。



  联合国政府间气候变化专门委员会综合归纳了全球数百名科学家的研究,于2007年再次向世人不厌其烦地报告,全球变暖不容怀疑,人类的活动对气候变暖要负主要责任。



  全球排放的温室气体从1970年到2004年增加了70%。现在二氧化碳在大气中的含量远远高于在过去65万年间自然变化的范围。如果我们越迟采取行动减少温室气体的排放,那么人类要付出的代价就会越大。



  而人类和地球的未来已经有不祥之兆。未来极端天气现象将会更为普遍。热带风暴将会更频繁和更猛烈。热浪和暴雨会影响某些地区,从而增加这些地区野火和疾病传播的危险。



  此外,旱灾将使农田歉收,并破坏水资源的质量。升高的海平面将增多洪灾,导致淡水的盐化,并威胁到海岸城市。



  气候变化对贫穷的国家影响最大,但是全球各个地方都会感到气候变化的影响。到2020年,非洲750万到2.5亿人将遭受水短缺;亚洲大部分城市的居民将面临河水和海岸洪灾的巨大危险;欧洲人可能面临广泛的物种减少;北美洲人将经历更长时间和更热的热风以及更为激烈的用水竞争。



  当然,科学的探索也为人类回到过去提供了可能,但这不是时光遂道、黑洞和暗物质等手段的作用,而是对大脑记忆发现的启示。



  研究人员用人和大鼠做的研究表明,记忆和想象扎根于大脑的海马区,该区是记忆的一个关键中心。这提示,大脑的记忆也许可以重新整理过去的经历,从而让人回到过去,并产生未来的情景。因此,过去、现在和未来能有机结合在一起。

向自然万物学习和借鉴



人类的探索当然也关注其他生物,因为它们能给人类有益的启示,更能供给人类丰富的资源。



  德国研究人员在在环绕南极洲的海洋深处发现了700多个新物种。从南极地区海域大约2300到1万9700英尺(700到6000米)深的海底发现的新物种包括心形海胆、食肉类海绵和盘子大小的海蜘蛛。



  由此,研究人员对深海中巨大的生物多样性而感到惊讶。而这将是人类未来投入和研发的一个重要资源库。



  当然,如果自然中的资源缺少时,人类也会利用自己的智慧合成新的材料和资源。



  例如,2007年中几个研究小组将两种氧化物生长在一起,制造了带有各种有用的电子和磁性性能潜力的界面,也许这样的新材料可能超越硅电子器件。



  当然,化学研究人员也会做出贡献,2007年他们就研制了一个高效、低成本的制造药物和电子化合物的技术



  2007年10月,研究人员在冰岛北部海岸的一个海架上捕捞时无意间发现了一只405岁的蛤蜊,而这只蛤蜊就是世界上年龄最大的活动物。



  蛤蜊家族中的Arctica  Atlantica尤其长寿,它们一般能活到200岁到300岁,由于在水下262英尺的沙子中“定居”,这个特殊的家族成员得以生存更长时间。这至少为人类的延年益寿提供了一种思路:它们的基因中有长寿的信息。



  当然,为了人自身的利益,研究人员还绘制了猕猴的基因组,期望从中找到与人类相似的功能基因。同样,负鼠基因组测序也在2007年完成,而负鼠是研究人类疾病、生物发育和免疫学的一种极好的生物模式。

  甚至连蚊子的基因组也不放过,因为它们能传播给人类疟疾。2007年5月17日研究人员完成了对埃及伊蚊基因组测序,这是研究人员完成的第二种蚊子的基因组测序。埃及伊蚊基因组测序的完成有助于人们在未来控制这种蚊子和它所传播的疾病。



  为了了解自身,人类对小鼠有了更多借鉴。例如,美国研究人员发现,如果敲掉小鼠的一个称为Sapap3(为SAPAP3蛋白质编码)的基因,这种突变小鼠就会变得比正常小鼠更为焦虑并且强迫性地整理它们的面部,这样的行为导致它们毛发脱落和皮肤受伤。但是,如果注射一种促发物到突变小鼠的纹状体内,又可让它们的Sapap3基因还原,从而治好它们的强迫症,这提示,人类能从分子水平治疗精神疾病。



  2007年的科技成果当然远不止上述方方面面,但是所有这些有代表性的成果已经让我们能窥一斑而见全豹。来年,科技还会为我们带来更多福音,尤其是在人造生命、与人类相关的细菌基因组、新的计算机芯片材料、神经回路、流感疫苗、爱之病的防治等方面。



·作者是中国自由撰稿人,文发自北京
作者: 2008-1-1
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