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透視2005十大科學進展:物種仍在實時進化
中國網 | 時間:2006 年1 月5 日 | 文章來源:南方週末

達爾文或許沒有想到,時至今日,科學家仍在不斷揭示生物進化基本要義的新細節。美國《科學》雜誌近日公佈了2005年度十大科學進展,進化研究名列榜首。主編肯尼迪(Donald Kennedy)認為,該項進展的重要性絲毫不亞於2004年度的火星研究。

同時被評選為2005年度十大科學進展的,還包括“大腦回路與疾病”等另外9項研究。除進化研究以外,其他進展排名不分先後。

進化研究喜獲豐收

黑猩猩的基因組圖譜和人類基因組的單核苷酸變異圖譜先後發表。幾個研究小組還發現了一系列與人類大腦進化有關的基因。此外,科學家神奇地再造出1918年大流感病毒,並得到一個令人不寒而慄的結論:這種致命流感似乎起源於禽流感病毒。

●點評:宿兵(中科院昆明動物所研究員)

人類是如何起源的?人類和人類的近親-非人靈長類在生物學功能上的差異,尤其是認知能力上巨大差異的遺傳基礎是什麼?2005年,科學家完成了與人類親緣關係最近的物種-非洲黑猩猩基因組全序列的測定,為回答上述問題提供了新的契機。

通過對人和黑猩猩基因組結構和序列的比較,科學家有可能找到對人類生物學功能起關鍵作用的基因變異,這將有助於了解人類起源的遺傳學機制、探討人類認知的分子基礎以及闡明一些人類疾病(如艾滋病和老年癡呆等)的致病機理。在基因組水準,人和黑猩猩的平均序列差異僅有約1.2% 這麼小的差異似乎很難解釋人與黑猩猩在生物學上的明顯不同。因此,建立基因組水準的差異與生物學功能的分歧之間的關係,將是未來人和黑猩猩基因組比較研究的重點。

●點評:藍田(美國芝加哥大學霍華德·休斯醫學院研究員兼中山大學幹細胞與組織工程中心主任)

達爾文發表其進化論重要著作已將近一個半世紀,如今,所有生物均係進化而來的觀念深入人心。但人們通常認為,進化是一個極為緩慢的過程,在人類歷史這樣一個時間範圍內幾乎不會發生。因此,在大跨度的地質年代範圍內形成以後,生物物種就被視為相對靜態的實體。

但隨著近年尤其是2005年涌現的一系列研究成果,傳統觀點受到了挑戰。科學家已經觀察到物種仍在實時進化的大量例子,並且將視角延伸到對單個基因乃至基因突變的分析。這些研究顯示,傳統上認為相對靜態的生物實體,包括(或許特別是)人類,實際上仍在不斷發生進化。其進化速度是如此之快,以至於在短短幾百年的時間中就可能改變DNA序列的組成。

最激動人心的發現或許是,在我們人類短暫的若干萬年曆史中,我們的生物學特徵——甚至是我們的大腦——已經發生了明顯變化,這樣的變化還在持續。可以預見,在不太遙遠的未來,人類的外貌和行為將與今日大不相同。這種不可避免的現實,也給那些抱有種族意識或部落意識等觀念的人們傳遞了一個警醒信號。

大腦回路與疾病

幾項研究提出,精神分裂症、抽動-穢語綜合徵Tourette syndrome以及閱讀困難dyslexia等症的根源在於子宮內胚胎發育時期大腦神經回路的“錯誤連接”。

●點評:張旭(中科院上海生命科學院神經所研究員)

隨著生活和醫療水準的提高,人們越來越重視精神與心理健康,神經和精神性疾病受到了極大的關注。但由於神經和精神性疾病的發病機理具有較大的個體差異,這方面的研究一直沒有很大突破。近年來,隨著遺傳學和基因操作技術的發展,科學家可以在病人中篩選到突變的基因,用基因操作在小鼠上證明該突變與發病之間的關係。同時,越來越多的基因在小鼠中被成功操作,發現了單個基因和一些基因突變與疾病之間的關係,其中也包括神經和精神性疾病。

然而,只有真正了解神經和精神性疾病的發病機理,才能更有效地預防和治療這些疾病,目前這方面的研究還有很長的一段路要走。我們國家在這方面的研究也有了較好的起步,任重而道遠。

ITER落戶法國

世界首座國際熱核實驗堆ITER建設地點的爭奪告終。參與國際合作的各方一致同意將試驗反應堆設在法國南部的Cadarache,而不是日本的Rokkasho。ITER的目的之一是通過在地球上模擬太陽內部所發生的核聚變來發電。

●點評:霍裕平(ITER中國專家委員會首席科學家、鄭州大學教授、中科院院士)

由於核聚變在地球上的燃料資源幾近無限,核聚變堆又不産生溫室氣體及高放射性核廢料,熱核聚變能極有可能成為人類主要的最終能源。經過各國近60年的合作努力,建設ITER的科學、技術準備以及工程設計都已完成,並得到各國的認可,2005年10月,建設地址的選定解決了七方(中、韓、日、歐、美、俄及印度)合作建設ITER的最後一個主要障礙。2006年將成為實際建造ITER的開始。這是人類為徹底解決能源需求、從根本上改善地球環境的一個新階段。在本世紀內,人類開始使用受控熱核聚變能是完全有可能的。

作為一個發展中國家,中國參加ITER計劃 體現了一個人口及能源消費大國負責任的態度,以及在科技實力方面趕上世界先進水準的決心。

地球起源理論受到挑戰

科學家仔細觀察了地球岩石和可能的太陽系早期物質,發現它們的成分有很大不同,從而引發了關於地球誕生的新爭論。

●點評:徐偉彪(中科院紫金山天文臺研究員)

地球岩石中的釹同位素組成與太陽系原始隕石不一樣。這個發現説明組成地球的物質與其他行星不同,或者地球在形成初期發生了重大變化,一部分物質被隱藏在地幔底部。不管是哪種可能性,這一發現對地球起源理論將産生革命性的挑戰。此項研究入選《科學》年度科學突破,再次體現了行星科學研究的重要性。當今國際地球科學的發展趨勢是向深度和廣度開拓,地球不再是孤立的研究對象,而是作為太陽系的一員,有機地與其他行星體結合在一起。

植物開花的秘密

幾個有關植物開花和其他神秘或驚人特徵的關鍵分子線索被揭示。

●點評:楊洪全(中科院上海生命科學院植物生理生態所研究員)

光週期(日照長短)是調控植物開花時間最重要的環境信號因子之一,早在上世紀初科學界就已認識到植物感受光週期的部位在葉片,而花的分化形成在植物的頂端組織。為解釋這種光週期對開花調控的時間與空間的矛盾,曾假設植物中存在一種物質——開花素,當植物接受光週期誘導後,開花素可以從葉片移動到頂端組織誘導開花。

2005年《科學》發表的植物開花光週期調控機理的論文終於揭開了這個世紀之謎,在擬南芥菜(科學家用來進行基礎研究的一種植物)之中,決定開花時間的基因FT産物在性質上屬於開花素。FT主要在葉片中表達,接受合適的光週期誘導後,FT産物從葉片移動到頂端組織,FT蛋白與頂端組織特異表達的FD基因的編碼産物之間結合,形成一種蛋白複合體,該複合體的形成會促進開花決定基因的表達,從而最終導致植物開花。

中子星碰撞

一個2004年12月27日記錄下來的、來自銀河系中心附近的短暫、強烈的輻射脈衝,可能是一個短γ射線暴發。

●點評:鄒振隆(中科院國家天文臺研究員)

這是γ射線暴自1997年以來第4次被《科學》評為年度十大進展。γ射線暴按其延續時間分為兩類,長于2秒者稱為長暴。短于2秒者稱為短暴。2005年5月以來,美國宇航局(NASA)的高能衛星發現了4個短γ射線暴,錢德拉X射線天文臺、哈勃太空望遠鏡和地面望遠鏡的後繼觀測發現,它們位於距離我們約20億光年的星系週邊,沒有超新星爆發的跡象,最有可能是由兩個中子星碰撞,或者一個中子星被黑洞吞食造成的。

這一發現揭開了困惑人們達35年之久的謎團。根據愛因斯坦的廣義相對論,中子星碰撞或黑洞吞食中子星會産生較強的引力波。因此,這一進展對鐳射干涉直接探測引力波的計劃是一個利好資訊。

入選2005年度科學進展的成果還包括:

對氣候變化的看法在轉變——2005年中不斷積累的人類活動與全球變暖聯繫的證據,終於引起了向來頑固的美國政客的關注。這些證據包括,海洋深處的水變暖、最強烈熱帶風暴的頻率增加、北冰洋的冰覆蓋繼續減少,以及鳥類遷徙模式的改變等。

星際旅行高歌猛進——前往月球、水星、金星、火星、一個彗星、一個小行星、土星,以及太陽系邊緣的宇宙飛船不是已經到達,就是已經上路。其中,最精彩的表演或許是歐洲宇宙飛船“惠更斯探測器”在土星最大衛星土衛六(又名“泰坦”)的登陸。

關鍵蛋白的詳細圖像——科學家發表了迄今為止最詳細的細胞鉀離子通道圖像。這些通道是負責鉀離子進出細胞的看門蛋白,它們在神經和肌肉功能上的作用同電晶體在電腦中的作用一樣重要。

細胞信號研究更上層樓——科學家發現了細胞如何響應其周邊化學和環境信號的新機制。比如,有科學家創建了一個導致細胞凋亡網路所涉及的近8000個化學信號的模型。

最大科學挫折:美國粒子物理研究

《科學》還評選出2005年度遭受最大挫折的領域:美國粒子物理研究。兩項重大實驗被取消,還有人要求提前停止三個現有粒子對撞機中一個的運作。其實,或許最應該入選年度最大科學挫折的應該是南韓“克隆”之父黃禹錫造假事件。

(採訪整理: 本報記者 李虎軍 李愛華)

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