生命科学领风骚

时值年末，美国《科学》杂志主编鲁宾斯坦先生在他的办公室与记者一起回顾了2000年世界基础科研情况，他认为，生命科学研究今年独领风骚。

鲁宾斯坦先向记者预告一条消息：塞莱拉基因公司已经完成“人类基因组图谱”的绘制，并且决定在明年初的《科学》杂志上公布。他说，今年各个领域的基础科研都有可喜的发展，但最耀眼的还是人类基因组图谱的完成，它标志着生命科学的突破性进展。无论称它是达尔文时代以来生物学领域最重大的事件，还是阿波罗登月以来人类历史上另一项最重要的科研工程，都不过分。生命科学是揭开有关人类（其实也是所有生物）生存的许多重大课题的金钥匙。随着科学家对人体基因功能越来越多的认识，基因与疾病的对应关系将可逐步查清。当然，对基因功能的研究远不止在医疗方面可以造福人类。在动植物品种改良、环境保护等方面均将引起革命性的变化，人类的生命质量也将随之出现史无前例的飞跃。可以说，生命科学正在开启人类历史的新纪元。

鲁宾斯坦指出，在充分评价“人类基因组图谱”的里程碑意义时，也不要小看科学家在绘制其它生物基因图谱方面的重要进展。今年3月，美国的塞莱拉基因公司、劳伦斯·伯克利国家实验室和欧洲分子生物实验室等单位的科学家完成了“果蝇基因组图谱”。在这篇论文上署名的科学家达185人，是迄今为止作者人数最多的一篇基础科研论文。果蝇具有与人类相近的生化特性，有60％的基因与人类相同，而果蝇的生命周期很短，因此可以用果蝇基因来研究某些人体基因的功能及其改善，比如研究衰老机理的周期可以大大缩短。美国科学家发现，果蝇会对酒精和毒品上瘾，它们睡觉与苏醒的周期也与人类相似。英国的科学家发现，导致果蝇视力出现问题的原因与人类癌症的致病原因非常相近。因此，通过对果蝇基因的研究可以增进人类对困扰自身的许多疑难问题的了解。

由多国科学家参与的对第一个开花类植物拟南芥菜的基因测序工作已经完成，数据将在年底的《科学》杂志上发表。拟南芥菜是一种毫无经济价值但具较高科研价值的模式植物，分布很广。它的基因组较简单，生命周期短，种子产量大，一代的时间为3～5周，每个植株可产生无数粒细小的种子，因此有人将之比为植物中的“果蝇”。对这种简单模式生物的研究有助于对其他复杂生物的认识，就像对一些模式生物如大肠杆菌、果蝇及线虫等的集中研究所证明的那样。科学家通过对它的基因信息的解读使得识别基因的时间从过去的几年缩短到现在的几周，从而加快了发现具特殊功能的基因的速度，如发现了可以让谷物生长加速的一种蛋白质。

过去对植物分子生物学的研究集中于重要粮食作物，而且大多是对某个基因作详细研究。1990年形成了一个国际性合作研究计划——拟南芥菜基因组研究项目。美国、英国、欧共体国家、澳大利亚、日本、法国、德国和俄罗斯等国的科学家加入了研究。现在，这些植物科学家又提出了雄心勃勃的计划：破解拟南芥菜全部25000个基因的功能。这项研究任务可能会花费10年的时间，被称为2010计划。这一计划将为一系列问题的解决带来希望——从各个物种基因的表达如何受环境的影响到构成植物所需要的最少基因数等等。

今年9月20日的一期《科学》杂志报道了这一发现。这是意大利米兰的脑干细胞研究所科学家安吉洛·维斯乔维和吉乌里奥·科苏带领的研究组发现的。此前，研究脑神经的科学家认为，细胞发育成何种人体组织是在它们发育的早期阶段决定的，而且是不可变更的。但这个小组在过去两年的实验中发现这个认识并不正确。他们从小鼠脑部取下脑干神经细胞，将之与未发育完全的骨骼肌肉细胞一起放在培养皿中，结果发现这些脑干细胞在几天后开始产生典型的肌肉细胞蛋白质，甚至与肌肉细胞一起生成了肌管（myotubes），也即融合在一起，构成具生命力的肌肉的细胞。这个课题组的科学家又把脑干神经细胞注入受损伤的小鼠肌肉，两周后他们在再生的肌肉中发现了这些脑干神经细胞。接下来，他们再用从人类胚胎上取下的脑干神经细胞做实验，也取得了同样的结果。这表明，脑干神经细胞有可能被用来治疗某些骨肉疾病。

后来又有报道说，科学家还成功地使已经发育的老鼠脑细胞“退回到”脑干细胞状态。这意味着可以用发育完全的细胞制备脑干细胞，再用脑干细胞来修补受损的肌肉，或其他器官。下一步，科学家们将进一步探索脑干神经细胞这种功能的机理，为广泛使用脑干神经细胞治疗疾病创造条件。

苏格兰PPL治疗公司在今年3月宣布他们用一种新方法克隆成功小猪。日本国立畜牧研究所也报告在7月2日诞下一头克隆小猪“赞纳”（Xena）。这是一个重要突破。虽然此前科学家已经克隆出绵羊、老鼠、山羊和牛等动物，但一直无法用同样的方法克隆出猪来。由于猪的生理结构与人体很接近，因此在利用克隆猪为人类提供移植器官方面迈出了重要一步。现在全世界每年有5万人接受器官移植，有25万人在等待移植手术，200万人需要进行心脏和肾脏移植。这么多器官从哪里来？人们把希望寄托在猪身上。科学家通过向猪的受精卵注入人体基因，可以使猪体内产生人体才有的蛋白质，猪器官移植到人体后就不会产生严重的排斥反应。另外，用克隆的办法可以繁殖出许多一模一样的猪，用这些猪进行医学方面的研究可以大大提高效率和可靠性。

鲁宾斯坦在访谈中还提到，今年基础科研的另一些重大进展虽然不属于狭义的生命科学范畴，但仍与人和生命有密切关系。美国航空航天局发射的“火星探测者号”卫星近2年发回了65000余张高清晰度照片，科学家在其中200多张照片上发现了水从形似火山口壁或峡谷侧壁冲出的痕迹。这些侧壁上有大片山体被冲塌，在坡脚下形成堆体，中间还有类似被水冲刷出来的沟壑。研究过这些照片的科学家几乎没有人否定这是液体冲刷出来的痕迹。科学家还判断这些冲刷痕迹“非常年轻”，“甚至不能排除就是一天前留下的”。

由于火星是目前所知自然环境和地球最为接近的行星，而水是生命起源不可缺少的要素，如果火星上确实有水，则不排除火星上还可能有某种形态的生物，或生命的遗迹。若是如此，则是在地球以外地方首次发现生命，从而证明生命的普遍性。人类对科技的掌握还有可能“激活”火星的生命环境，使它变成第二个地球。

美国加利福尼亚大学科学家在今年8月发表报告，经研究“伽利略”号探测器早先飞越“木卫二”时摄取的照片，发现其表面存在大片断裂冰块，估计是冰层在由液体构成的海洋上浮动的结果。“木卫二”是一颗围绕木星运行的卫星。

“木卫二”表面的冰至少形成于上万年前，长期低温使任何生命都不可能生存下来。但今年年初，美国航空航天局的“伽利略”号探测器在飞经“木卫二”时收集到的数据改变了科学家的看法。他们通过对“木卫二”磁场特性的研究后得出结论，它的地表冰盖下面大约7．5公里处很可能存在一片海洋，可能有100公里深。如果是这样的话，这将是地球之外，太阳系中唯一一个有大量液态水存在的地方。因此，虽仍有许多未知因素，但有一点已确切无疑：“木卫二”是寻找外星生命、哪怕只是细菌之类低等生命形式的理想场所。

今年4月27日，美国宾夕法尼亚大学的物理学家提出，有新的证据可以证明宇宙的结构是扁平的，而且将永远膨胀下去。这一发现有助于进一步揭示宇宙诞生和进化之谜。

天文学界认为，宇宙的结构有可能是球形的，并且总有一天会在引力作用下收缩；宇宙结构也可能是马鞍形的，会一直膨胀下去；如果宇宙总质量恰好等于临界质量，那宇宙的结构就是平的，宇宙也将一直膨胀下去。1990年4月和1991年4月，科学家利用进入太空的“哈勃”天文望远镜和伽马射线探测器等仪器对宇宙进行了观测，根据获得的大量数据，科学家们认为宇宙将一直膨胀下去。

1998年底，科学家用一个容积为80万立方米，名字叫“飞去来器”的汽球装载一组灵敏的微波探测仪，以10天时间在距地面约四十公里的南极上空飞行一圈，对极地上空宇宙微波辐射背景的波动作了检测。宇宙微波辐射是从各个方向上向地球轰击的电磁波，会发出嘶嘶声，是宇宙大爆炸时产生的辐射残余。经过对测到的数据进行的研究分析，科学家发现宇宙最初发出的光线没有发生弯曲现象，也就是说宇宙大爆炸时发出的平行光线始终保持着平行状态，这表明宇宙的结构是平的，也证明了宇宙的总质量恰好等于临界质量，因此宇宙将一直膨胀下去。

今年上半年，格鲁吉亚的考古学家在首都第比利斯西南85公里处的德曼尼西发掘出两个古人类头盖骨和一些石器工具。经国际考古专家鉴定，这是两个170万年前的人化动物的头盖骨，而且与同时期的东非古人类头盖骨非常相似。这一结论在考古界引起了震动。哈佛大学考古学家优素福认为，这是迄今为止在非洲以外地区发现的年代最早的人类头骨，也是欧亚大陆发现的最早的使用奥杜旺（Oldowan）石器的人类。欧洲的考古学家们宣布“德曼尼西人”把欧洲有人类居住的历史提前了一倍，填补了非洲、欧洲和亚洲人类历史中缺失的一环。但另一些考古学家认为，“德曼尼西人”比此前在欧洲其它几个地方发现的古人类早出至少一百万年，目前尚不能断定他们就是欧洲人的祖先，而且格鲁吉亚地处欧洲的边缘，或许“德曼尼西人”是走出非洲的古人类往亚洲迁移的一支。德曼尼西差不多正处在从非洲到中国的三分之一地段上。但有一点是可以肯定的，那就是，古人类在非洲出现不久就有一部向其它大陆迁移，而且，当他们一旦离开了非洲的大森林，迁移速度还是不慢的。

今年，美国和以色列的地质、考古专家公布了一项惊人的考古发现：人类远祖至少在78万年前就从非洲迁居以色列，地中海东岸是人类祖先“走出非洲”迁往欧洲、亚洲的“走廊”。此前，考古学家一般认为原始人类是在十几万年前从非洲来到地中海东岸的，也有的估计在50万年前。这次美以考古专家的结论把原始人到达地中海东岸的年代提前了几十万年，并进一步支持了人类源于非洲的说法。

此次美以专家用于研究的石斧、石刃等原始人工具和动物化石是10年前在死海西岸北部的雅库夫峡谷中发现的。雅库夫原始人石器的形状和加工技术的精细复杂与非洲肯尼亚、坦桑尼亚出土的更新世原始人石器极为相像。这些原始石制工具形体较大，加工精细，且已具有双面加工成刃的技术。这种工具的出现标志着远祖人类已具有人类思维特点，是向现代人进化的一个质的飞跃。