azhu
2004-03-12, 03:02
《科学》杂志2003年十大科学突破
原载《科学画报》2004年第2期
1、照亮黑暗的宇宙
2003年的科学研究在一定程度上可称为天文年。在这一年中，威尔金森微波各向异性控测器（WMAP）与斯隆数码巡天（SDSS）的观测数据相互证，确定了暗能量与暗物质的存在，解决了宇宙的年龄、宇宙的结构、宇宙膨胀的速率以及宇宙的形状等基本问题。人
们对宇宙的认识从此走进一个精确测量的时代。正是由于这个原因，虽然整个科学界在2003年取得了丰硕的成果，《科学》杂志还是将年度冠军授给了天文学。2003年2月，WMAP为人们提供了一张婴儿期宇宙的微波背景图，SDSS则对上百万个遥远星系进行了观测，加上2003年的其他观测结果，宇宙学迎来了一个新的转折点，长达数十年的关于宇宙性质的争论总算告一段落。通过天文学家这一年的努力，人们知道了宇宙的年龄为137亿年，误差不到2亿年。然而就在一年前，人们还只能大概地估计宇宙的年龄在120亿到150亿年之间。天文学家还在2003年捧出一本满意的宇宙“菜谱”，发现宇宙是由73％的暗能量、4％的普通物质以及23％的暗物质组成。另外，人们对于宇宙膨胀的认识也由模糊变为清晰。虽然早在几十年前人们就通过多普勒效应得知宇宙在膨胀，但是，这种膨胀到底是以多大的速度进行的，人们一无所知。现在，天文学家可以很自信地告诉我们，宝宝膨胀的速率为：71千米每秒每兆秒差距（1秒差距＝3.26光年）。也就是说，空间中每326万光年的距离，每过1秒钟其距离就增加了71千米。最后，宇宙的形状也被大多数天文学家确认为是平坦的。
2、破解精神病的密码
生物学家经过2003年的努力，对精神病的认识也在基因水平上取得突破。社会上的精神病患者很多，许多家庭都深受精神病的困扰，但是精神病的发病原因一直是扑朔迷离。现在，科学家找到了一些会增加人们患精神病危险的特殊基因，这些基因会扰乱大脑中的信息处理过程，让人不知不觉陷入精神病的深渊。研究人员在这一年中发现了一种等位基因与抑郁症之间的微妙关系。只有与精神压力共同作用时，这种等位基因才会增加抑郁症发病的可能性。那些身上带有这种基因的人如果年纪轻轻就经历亲人过世、恋爱失败等事情的打击，很容易患上抑郁症。那些身上不带这种基因的人在经历同样的打击时则不容易患上抑郁症。带有这种等位基因的人，在看恐怖画面时，大脑中主要负责恐惧信息处理的杏仁核会异常活跃，使当事人认为周围世界是极度危险的。这种被扩大了的压力最终会诱使当事人患上抑郁症。大脑中的另一个区域－－前额叶皮质部分地受一个叫COMT的基因调节，研究人员发现这个基因会增加患精神分裂症的危险性。在这一年里，研究人员发现了另一个等位基因，这个基因会阻止大脑中海马的活动。海马对于人们的记忆功能是必不可少的。精神错乱的患者，其大脑中的海马区域会缩小。以上这些基因研究为精神病的治疗多开了一扇窗口。
3、亲身感受全球变暖
全球气候变暖对地球环境及其他生物的影响也在2003年达到一个高峰，在这一年里，有大量的关于冰川融化、干旱、农作物减产以及动植物行为方式改变的报道。全球气候变暖从概念变成普遍存在的人人可以感受到的事实。
4、热度不减的小RNA研究
被《科学》杂志列为2002年度十大科学突破之首的小RNA研究在2003年仍然取得了不少进步。继在2002年阐明小RNA分子在调整基因表达上的作用后，生物学家在2003年更加深入细节，在小RNA分子如何调控细胞的行为以及对抗疾病等方面的研究取得了重大进展。研究人员发现，大约只有22个碱基长的小RNA对于生物早期发育，比如植物叶子形状的形成以及果蝇胚胎的细胞分化，具有调控作用。研究人员在2003年还发现，老鼠中的某些小RNA可以调控干细胞发育为胚胎的血液细胞。另个，RNA干涉（关闭基因的表达）对于生物的发育也起关键作用。诸如此类的这些研究有助于人们研究更加有效的治疗艾滋病和乙肝等疑难杂症的办法。
5、量子点成像技术捕捉单个分子
生物学家和物理学家的合作在2003年也结出了硕果，产生了一种最新的最为激动人心的成像技术：量子点成像技术。巧合的是，2003年度诺贝尔生理学或医学奖的奖励对象也是生物成像技术。所谓量子点，也被称为人造原子，实际上就是一种半导体纳米晶体，其长度高都不起过100纳米，仅由少量原子组成，细小到就像数学上零维度的点。在激光的激发下，量子点会发出各种颜色的光，持续时间可达20多分钟。借助量子点，研究人员追踪到神经细胞膜上单个氨基乙酸受体分子的运动。虽然量子点成像技术尚处于起步阶段，但人们非常看好这些多才多艺的量子点在将来的应用前景。
6、宇宙冲击波
伽玛射线暴可以说是宇宙中爆发能量最巨大的爆炸。它是如何产生的？来自哪里呢？这些问题一直让天文学苦恼不已。2003年天文学家的几项发现终于将蒙在伽玛射线暴头上的神秘面纱掀开了一个角。在2003年3月，天文学家证实了伽玛射线暴与超新星之间的关系，尽管人们先前也猜到了伽玛射线暴与超新星有关，但仅仅是猜测而已。这次却得到了明确的观测上的证实，在一次明亮的伽玛射线暴中明白无误地发现了超新星留下的烙印。天体物理学家现在相信，当一颗恒星的内核向内坍缩成黑洞或快速自转的中子星时，就会猛烈地爆发出伽玛射线。研究人员还确信，伽玛射线暴指向性非常强，其猛烈的喷射物被限制在很窄的光束中，只有其喷射方向指向地球这一面的伽玛射线暴，我们才能记录到。这意味着宇宙中伽玛射线暴发生的次数远比我们以前所料想的要多得多。国际上几个研究小组找到了比较可靠的证据，表明神秘的X神线瞬闪（天文学家观测到的宇宙中另一种猛烈的爆发现象，爆发的能量较伽玛射线暴低）的起源和伽玛射线暴一样，也是来自恒星内核的坍缩。一些理论家认为，X射线瞬闪可能就是我们从侧面看到的伽玛射线暴。
7、干细胞研究打开潘多拉魔盒
生物学家2003年在生殖细胞培育的研究中获得了重大回报。生物学家发现，老鼠胚胎干细胞既能发育成精子又能发育成卵子。这个发现被认为可能会引发伦理上的地震。因为，如果这种情况同样在人类胚胎干细胞发育过程中出现的话，那么一个小孩可以完全在细胞生产线上诞生。
8、证家左手物质的存在
在2003年，科学家证实了负折射率物质，即左手物质的存在。1964年，苏联一们物理学家提出左手物质的概念。但人们一直没有在自然界发现左手物质。两年前，研究人员在实验室中创造了一种左手物质，但受到一些研究人员的质疑。左手物质被认为违背了因果律、光速上限以及能量守恒定律。但是，在2003年，美国和加拿大的研究人员都在实验中直接观测到了光折射方向与一般物质完全相反的物质，结束了有差左手物质是否存在的争论。在2003年，物理学家还将左手物质应用到实践。比如，研究人员利用左手物质创造了一种可以产生逆多普勒效应的电子设备。另外，有研究人员利用左手物质制造的平面镜片拍摄出第一张照片。平面镜片的优点是失真度低。
9、其他基国可以做到的，小小的Y染钯体也可以做到。
在2003年，人们对Y染色体的认识也发生了180度的大转变。Y染钯体原本被认为是人类基因组中的一片荒漠，Y染色体的退化将导致500万年后男性在地球上消失。但是MIT以及华盛顿大学基因组测序中心的科学家完成的对Y染色体的测序工作，完全改变了人们对Y染
色体的这种错误认识，发现Y染色体很有活力，具有抵制或减缓退化、进行自我保持的能力。原先的夸张说法不攻自破。在人类所有的染色体中，只有Y染色体是不成对的。成对的染色体可以有效地防止基因突变。一条染色体上的基因如果出了差错，可以通过另一条染色体上的备份对其进行修改，从而有效地修复基因突变。但是Y染色体就做不到这一点，因为它是一个独行侠。正因为如此，人们认为Y染色体的测序发现，矮个子的Y染色体有8个非常大的奇特的回文结构，其中保留了一些重要功能基因的备份。当其中的一个基因出了差错时，可以通过基因转化用正常的备份对其进行修补。Y染色体通过这种方式阻止了有害突变的积累，抵制了基因的退化。研究人员将人类的Y染色体序列与灵长类动物的Y染色体序列进行对比发现，在人类染色体的8个回文结构中，至少有6个早在500万年前就存在。显然，Y染色体是有能力保持自身稳定的。
10、让癌细胞活活饿死
饿死癌细胞理论在2003年得到复苏，生物学家发现有一种抗肿瘤新生血管药物可以延长结肠癌患者的生命。这种药物的理论前提很简单：一个癌症肿瘤要生长，必须分泌一些化学物质诱使原先的小血管分发出并形成新的微血管，给癌细胞提供养料。新血管形成的这种过程叫做血管新生。而抗肿瘤新生血管药物就是要阻止这种新血管的形成，使癌细胞得不到养料而活活饿死。其中的指导思想就是饿死癌细胞理论。2003年6月，研究人员宣布，在一次大型的针对结肠癌晚期患者的临床实验中，抗肿瘤新生血管药物和传统的化学疗法药物一起使用，可以延长患者的生命。但是，这种药物在乳腺癌晚期患者的临床治疗中未能成功延长患者的生命。原因可能是晚期乳腺肿瘤细胞比晚期结肠肿瘤细胞分泌了更多促使血管新生的化学物质，使得抗肿瘤新生血管药物很难发挥作用。这意味着使用抗肿瘤新生血管药物时要注意量体裁衣，以达到更加好的效果。现在，研究人员手上已经拥有60多种抗肿瘤新生血管药物，这些药物相互结合使用，或者与传统的化疗药物结合使用，或者与传统的放射疗法结合使用，都可以达到效果最大化。研究人员利用这些手段已经可以在临床治疗中对付许多癌症。
原载《科学画报》2004年第2期
1、照亮黑暗的宇宙
2003年的科学研究在一定程度上可称为天文年。在这一年中，威尔金森微波各向异性控测器（WMAP）与斯隆数码巡天（SDSS）的观测数据相互证，确定了暗能量与暗物质的存在，解决了宇宙的年龄、宇宙的结构、宇宙膨胀的速率以及宇宙的形状等基本问题。人
们对宇宙的认识从此走进一个精确测量的时代。正是由于这个原因，虽然整个科学界在2003年取得了丰硕的成果，《科学》杂志还是将年度冠军授给了天文学。2003年2月，WMAP为人们提供了一张婴儿期宇宙的微波背景图，SDSS则对上百万个遥远星系进行了观测，加上2003年的其他观测结果，宇宙学迎来了一个新的转折点，长达数十年的关于宇宙性质的争论总算告一段落。通过天文学家这一年的努力，人们知道了宇宙的年龄为137亿年，误差不到2亿年。然而就在一年前，人们还只能大概地估计宇宙的年龄在120亿到150亿年之间。天文学家还在2003年捧出一本满意的宇宙“菜谱”，发现宇宙是由73％的暗能量、4％的普通物质以及23％的暗物质组成。另外，人们对于宇宙膨胀的认识也由模糊变为清晰。虽然早在几十年前人们就通过多普勒效应得知宇宙在膨胀，但是，这种膨胀到底是以多大的速度进行的，人们一无所知。现在，天文学家可以很自信地告诉我们，宝宝膨胀的速率为：71千米每秒每兆秒差距（1秒差距＝3.26光年）。也就是说，空间中每326万光年的距离，每过1秒钟其距离就增加了71千米。最后，宇宙的形状也被大多数天文学家确认为是平坦的。
2、破解精神病的密码
生物学家经过2003年的努力，对精神病的认识也在基因水平上取得突破。社会上的精神病患者很多，许多家庭都深受精神病的困扰，但是精神病的发病原因一直是扑朔迷离。现在，科学家找到了一些会增加人们患精神病危险的特殊基因，这些基因会扰乱大脑中的信息处理过程，让人不知不觉陷入精神病的深渊。研究人员在这一年中发现了一种等位基因与抑郁症之间的微妙关系。只有与精神压力共同作用时，这种等位基因才会增加抑郁症发病的可能性。那些身上带有这种基因的人如果年纪轻轻就经历亲人过世、恋爱失败等事情的打击，很容易患上抑郁症。那些身上不带这种基因的人在经历同样的打击时则不容易患上抑郁症。带有这种等位基因的人，在看恐怖画面时，大脑中主要负责恐惧信息处理的杏仁核会异常活跃，使当事人认为周围世界是极度危险的。这种被扩大了的压力最终会诱使当事人患上抑郁症。大脑中的另一个区域－－前额叶皮质部分地受一个叫COMT的基因调节，研究人员发现这个基因会增加患精神分裂症的危险性。在这一年里，研究人员发现了另一个等位基因，这个基因会阻止大脑中海马的活动。海马对于人们的记忆功能是必不可少的。精神错乱的患者，其大脑中的海马区域会缩小。以上这些基因研究为精神病的治疗多开了一扇窗口。
3、亲身感受全球变暖
全球气候变暖对地球环境及其他生物的影响也在2003年达到一个高峰，在这一年里，有大量的关于冰川融化、干旱、农作物减产以及动植物行为方式改变的报道。全球气候变暖从概念变成普遍存在的人人可以感受到的事实。
4、热度不减的小RNA研究
被《科学》杂志列为2002年度十大科学突破之首的小RNA研究在2003年仍然取得了不少进步。继在2002年阐明小RNA分子在调整基因表达上的作用后，生物学家在2003年更加深入细节，在小RNA分子如何调控细胞的行为以及对抗疾病等方面的研究取得了重大进展。研究人员发现，大约只有22个碱基长的小RNA对于生物早期发育，比如植物叶子形状的形成以及果蝇胚胎的细胞分化，具有调控作用。研究人员在2003年还发现，老鼠中的某些小RNA可以调控干细胞发育为胚胎的血液细胞。另个，RNA干涉（关闭基因的表达）对于生物的发育也起关键作用。诸如此类的这些研究有助于人们研究更加有效的治疗艾滋病和乙肝等疑难杂症的办法。
5、量子点成像技术捕捉单个分子
生物学家和物理学家的合作在2003年也结出了硕果，产生了一种最新的最为激动人心的成像技术：量子点成像技术。巧合的是，2003年度诺贝尔生理学或医学奖的奖励对象也是生物成像技术。所谓量子点，也被称为人造原子，实际上就是一种半导体纳米晶体，其长度高都不起过100纳米，仅由少量原子组成，细小到就像数学上零维度的点。在激光的激发下，量子点会发出各种颜色的光，持续时间可达20多分钟。借助量子点，研究人员追踪到神经细胞膜上单个氨基乙酸受体分子的运动。虽然量子点成像技术尚处于起步阶段，但人们非常看好这些多才多艺的量子点在将来的应用前景。
6、宇宙冲击波
伽玛射线暴可以说是宇宙中爆发能量最巨大的爆炸。它是如何产生的？来自哪里呢？这些问题一直让天文学苦恼不已。2003年天文学家的几项发现终于将蒙在伽玛射线暴头上的神秘面纱掀开了一个角。在2003年3月，天文学家证实了伽玛射线暴与超新星之间的关系，尽管人们先前也猜到了伽玛射线暴与超新星有关，但仅仅是猜测而已。这次却得到了明确的观测上的证实，在一次明亮的伽玛射线暴中明白无误地发现了超新星留下的烙印。天体物理学家现在相信，当一颗恒星的内核向内坍缩成黑洞或快速自转的中子星时，就会猛烈地爆发出伽玛射线。研究人员还确信，伽玛射线暴指向性非常强，其猛烈的喷射物被限制在很窄的光束中，只有其喷射方向指向地球这一面的伽玛射线暴，我们才能记录到。这意味着宇宙中伽玛射线暴发生的次数远比我们以前所料想的要多得多。国际上几个研究小组找到了比较可靠的证据，表明神秘的X神线瞬闪（天文学家观测到的宇宙中另一种猛烈的爆发现象，爆发的能量较伽玛射线暴低）的起源和伽玛射线暴一样，也是来自恒星内核的坍缩。一些理论家认为，X射线瞬闪可能就是我们从侧面看到的伽玛射线暴。
7、干细胞研究打开潘多拉魔盒
生物学家2003年在生殖细胞培育的研究中获得了重大回报。生物学家发现，老鼠胚胎干细胞既能发育成精子又能发育成卵子。这个发现被认为可能会引发伦理上的地震。因为，如果这种情况同样在人类胚胎干细胞发育过程中出现的话，那么一个小孩可以完全在细胞生产线上诞生。
8、证家左手物质的存在
在2003年，科学家证实了负折射率物质，即左手物质的存在。1964年，苏联一们物理学家提出左手物质的概念。但人们一直没有在自然界发现左手物质。两年前，研究人员在实验室中创造了一种左手物质，但受到一些研究人员的质疑。左手物质被认为违背了因果律、光速上限以及能量守恒定律。但是，在2003年，美国和加拿大的研究人员都在实验中直接观测到了光折射方向与一般物质完全相反的物质，结束了有差左手物质是否存在的争论。在2003年，物理学家还将左手物质应用到实践。比如，研究人员利用左手物质创造了一种可以产生逆多普勒效应的电子设备。另外，有研究人员利用左手物质制造的平面镜片拍摄出第一张照片。平面镜片的优点是失真度低。
9、其他基国可以做到的，小小的Y染钯体也可以做到。
在2003年，人们对Y染色体的认识也发生了180度的大转变。Y染钯体原本被认为是人类基因组中的一片荒漠，Y染色体的退化将导致500万年后男性在地球上消失。但是MIT以及华盛顿大学基因组测序中心的科学家完成的对Y染色体的测序工作，完全改变了人们对Y染
色体的这种错误认识，发现Y染色体很有活力，具有抵制或减缓退化、进行自我保持的能力。原先的夸张说法不攻自破。在人类所有的染色体中，只有Y染色体是不成对的。成对的染色体可以有效地防止基因突变。一条染色体上的基因如果出了差错，可以通过另一条染色体上的备份对其进行修改，从而有效地修复基因突变。但是Y染色体就做不到这一点，因为它是一个独行侠。正因为如此，人们认为Y染色体的测序发现，矮个子的Y染色体有8个非常大的奇特的回文结构，其中保留了一些重要功能基因的备份。当其中的一个基因出了差错时，可以通过基因转化用正常的备份对其进行修补。Y染色体通过这种方式阻止了有害突变的积累，抵制了基因的退化。研究人员将人类的Y染色体序列与灵长类动物的Y染色体序列进行对比发现，在人类染色体的8个回文结构中，至少有6个早在500万年前就存在。显然，Y染色体是有能力保持自身稳定的。
10、让癌细胞活活饿死
饿死癌细胞理论在2003年得到复苏，生物学家发现有一种抗肿瘤新生血管药物可以延长结肠癌患者的生命。这种药物的理论前提很简单：一个癌症肿瘤要生长，必须分泌一些化学物质诱使原先的小血管分发出并形成新的微血管，给癌细胞提供养料。新血管形成的这种过程叫做血管新生。而抗肿瘤新生血管药物就是要阻止这种新血管的形成，使癌细胞得不到养料而活活饿死。其中的指导思想就是饿死癌细胞理论。2003年6月，研究人员宣布，在一次大型的针对结肠癌晚期患者的临床实验中，抗肿瘤新生血管药物和传统的化学疗法药物一起使用，可以延长患者的生命。但是，这种药物在乳腺癌晚期患者的临床治疗中未能成功延长患者的生命。原因可能是晚期乳腺肿瘤细胞比晚期结肠肿瘤细胞分泌了更多促使血管新生的化学物质，使得抗肿瘤新生血管药物很难发挥作用。这意味着使用抗肿瘤新生血管药物时要注意量体裁衣，以达到更加好的效果。现在，研究人员手上已经拥有60多种抗肿瘤新生血管药物，这些药物相互结合使用，或者与传统的化疗药物结合使用，或者与传统的放射疗法结合使用，都可以达到效果最大化。研究人员利用这些手段已经可以在临床治疗中对付许多癌症。