2000年十大科學成就
顏橋
焦守恕
美國的『科學』(Science)雜誌,是全世界最具權威的學術雜誌之一。在2000年12月20日的那期上,刊登了由其編委會評選出的2000年十大科學成就。這篇長達6頁的文章對發布在二十世紀最後一個年頭裡最輝煌的科學成果做了精彩的總結。我們特此參照該文並聯系其它的有關報導,對這十大科學成就做一簡要的綜述,獻給本刊的廣大讀者。
一、
2000年6月26日是人類歷史上值得紀念的一天。在這一天,美國、日本、英國、法國、德國和中國等六國科學家同時宣佈:歷經十年的艱苦工作,人類基因組工作草圖繪製完成。人類基因組計劃是人類科學史上的偉大工程,它對於人類認識自身,推動生命科學、醫學以及製藥產業的發展,具有極其重大的意義。人類基因組工作草圖繪就是該計劃實施過程中的一個重要里程碑。人類基因組約含6到10萬個基因,由約30億個鹼基對組成,分佈在細胞核的23對染色體中。為破譯這本蘊藏著生命奧秘,決定人的生老病死的『天書』,一項被譽為生命科學的『登月計劃』,耗資億萬美金的國際人類基因組計劃於1990年在美國率先啟動。1999年9月,中國正式加入這一研究計劃,擔負測定人類基因組全部序列中1%的工作,就是對第3號染色體上的3000萬個鹼基對進行排序。2000年4月,中國科學家宣佈1%的測序任務基本完成,其中50%達到完成圖的標準,在世界上率先拿到了『工作框架圖』。雖然1%的工作量並不算大,但卻向全世界表明了中國科學家有能力參與國際重大科技合作研究,躋身於國際生命科學前沿,並作出重要貢獻。在2000年中與基因測序有關的成就還有果蠅和南芥草
(Arabidopsis thaliana) 基因組圖譜的繪製成功,並拿到了小鼠、大鼠、斑馬魚和兩種河豚魚的基因草圖。目前,人類基因組國際組織已經宣布,2001年6月科學家們將完成全部基因測序工作,拿出完成圖。專家們認為,基因測序任務的完成,必將大大促進生物信息學,生物功能基因組和蛋白質等生命科學前沿領域的發展,為預測疾病的發生,全面改善人類體質提供強有力的手段,還會給農業、畜牧業帶來革命性飛躍。然而遺傳信息技術的急劇發展也給人類社會帶來倫理道德上的問題。現在還很難預測人類將如何對待改造基因組所帶來的潛在的危害,但許多政府正在著手制定法規,以便到了每個人的基因組密碼都可以解讀出來時,如何能保護個人的隱私權益。
二、
在過去的12個月中,科學家們通過對細胞中最重要的結構—核糖核酸
(RNA) 的研究,提出了一個驚人的新觀點,地球上的生命有可能始於遺傳物質核糖核酸(RNA)。科學家發現RNA可起到enzym的作用,能催化peptide鍵形成,從而將氨基酸分子一個個地連接起來產生新的蛋白質。這項研究揭示出在生命的發生發育中是先有RNA才有蛋白質。
三、
2000年5月,一組史前考古學家在格魯吉共和國的德馬尼西(Dmanisi)發掘出兩個保存十分完整的原始人類頭骨化石。據考證這兩個頭骨屬於生活在190萬年前到140萬年前的非洲猿人
(Homo
ergaster or Homo erectus)。那麼這兩個頭骨為什麼會深埋在這遠距非洲萬里之外的中亞大陸的地殼沉積層和火山沉積層之間呢?科學家據此進一步確認人類的祖先是在非洲起源的理論,而這兩個頭骨有可能屬於最初從非洲走出來後,遷移至世界各地的第一批人類祖先。
四、
2000年12月初,諾貝爾化學獎
(Nobel chemistry prize)頒給了70年代發現導電塑料
的三位科學家。他們的發現使得電子工業在20世紀末期取得了驚人的發展,引發了巨大的信息革命浪潮。在2000年中,科學家們設計出含有計算機集成電路晶片
(chips)的柔軔
塑料,用於製造大型平面顯示器,電子價格標籤等等。同時,科學家們還發現若給導電塑料充電,還能激發出所謂『有機激光』,其能量則大大超越傳統上的由光照射紅寶石激發出的激光。
五、
2000年中,生物克隆技術和幹細胞的研究取得巨大進展。在幹細胞研究領域,科學家們發現將成年小鼠的腦細胞注射到小鼠的胚胎內,可以發育成其他器官的細胞,如心臟細胞、胃細胞和肝細胞等等。另一組科學家報導將人的骨髓細胞注射到肝臟內,能轉成肝細胞。這項發現表明,終有一天人類可以利用像『孫悟空』一樣能千變萬化的幹細胞,去培育人體所需要的器官、組織,以便修補身體中病損的各種組織或器官。在克隆領域,科學家利用豬的皮膚細胞成功地克隆出最難克隆的動物-豬,還克隆出了白肢
野牛(Gaur)。這對於挽救瀕危動物具有重要的意義。美國的一個科研小組對採用胚胎細胞克隆出的六頭小母牛進行研究後發現,這些牛沒有出現過早衰老的問題,其細胞『年輕』而有活力,這意味著克隆技術也許能用於防治老化。英國首先成功克隆出基因經過選擇性修改的克隆羊,這項突破據說從理論上能夠幫助克服目前正困擾歐洲的瘋牛病。
六、
在2000年裡,迦里略號
(Galileo) 宇宙飛船掠過木星
(Jupiter) 的衛星歐羅巴
(Europa)時,驚人地發現了大片冰覆蓋區。科學家們根據飛船收集到的該區磁場變化推測,這顆巨星上存在著
汪洋大海,含鹽量
十分豐富。這一年中的另一個發現是從火星探測者號探測器攝取的圖像顯示,火星表面上可能存在處於流動狀態的水,同時還推論這顆紅色星球在40億年前曾經到處遍佈湖泊。
七、
從1999年到2000年末,兩個分別各為
『BOOMERANG』
和『MAXIMA
』的高
空大氣熱氣球所載的天體望遠鏡,都攝取到天體的星像圖。科學家們通過觀測和研究証實,我們生活在一個平坦的宇宙之中,而且宇宙還在不斷地擴大和膨脹,否定了過去認為的宇宙在凝固收縮的舊理論。
八、
核受體 (nuclear
receptors) 是一組
RNA轉錄因子。它們與特定的激素結合後,就能啟動或是關閉基因的表達。核受體的變化會導致心血管疾病、糖尿病和癌。2000年中,科學家們進一步發現這些具有多種功能的激素受體與膽固醇和脂肪酸的代謝密切相關。根據這項發現科學家們就可以尋找新的靶基因或發展出某種藥物,通過阻斷或加強某些激素受體的信號來達到治療一些疑難病症的目的。
九、
2000年2月14日,美國的『近地小行星約會』(Near
Shoemaker)宇宙探測器按
計劃
進入『愛神』(Eros)小行星的運行軌道
。『愛神』小行星實際上是塊土豆狀的大石頭,長34公里,寬13公里。與地球一樣,『愛神』小行星也繞太陽運轉,但它的引力只有地球的1%。盡管它對地球不構成威脅,科學家們還是希望通過對它的探測能增加對小行星的了解,並找到對付那些可能威脅地球安全的小行星的方法。『近地小行星約會』宇宙探測器是美國約翰.霍普金斯大學應用物理實驗室等研究機構按照美國宇航局的要求研制的,並於1996年1月發射升空。在進入『愛神』小行星運行軌道後飛行將近半年時,這個探測器已經發回了數千張照片,揭開了『愛神』小行星的神秘面紗。據科學家們分析,在其鐵紅色的表面下,這顆小行星蘊藏著太陽系中最原始的物質,其構造與那些墜落到地球上的球粒狀隕石完全相同,這一發現解決了一項爭論多年的難題,即什麼樣的小行星是那些不斷擊中地球的隕石的來源。據最近的追蹤報導,這顆無人探測器已於2001年2月12日成功地降落於『愛神』小行星的表面,實現了首次人類宇宙探測器與小行星相會。
十、
在2000年裡,量子(Quantum)物理學也取得重大發現。科學家們觀察到電流可以同時沿兩個方向繞著一個超導線環流動,並且還提出了量子計算機運行時可以不具所謂『糾纏』的量子性質的觀點。