透視2001十大科學突破
南方周末 2002-01-03
美國《科學》雜誌評選出一年一度的"十大突破"，本報特邀十位我國科學家予以評述
---透視2001十大科學突破
□本報記者 李虎軍
納米計算電路初展魔力
對於美國《科學》雜誌一年一度評選出的"十大科學突破"，有人將其 稱為"科學奧斯卡"獎。
2001年度"科學奧斯卡"的最佳主角是納米計算電路。在這個領域中，科學家們正在演繹着一個逼
近神奇的微型計算機---"分子計算機"夢想的故事。
當人類剛剛進入計算機時代，計算機不過是些重如大象、慢如蝸牛的傢伙，然而早在那時，
科學家們就已經為美好的未來浮想聯翩了。1974年，美國IBM公司兩位研究人員就提出利用單個
分子製作元器件，然後組成極微小和極快速的"分子計算機"。但是多年來，由於受到技術的限
制，這種設想只能是"空中樓閣"。
2001年，科學家們不懈的努力開始得到回報。來自美國哈佛大學、朗訊公司貝爾實驗室、
IBM公司、荷蘭Delft大學等研究單位的科學家們，將一些納米級(一納米等於一米的十億分之一)
的電子器件連接成可以工作的電路。《科學》雜誌認為，這一突破有可能為未來誕生極微小和極
快速的分子計算機鋪平道路，"成為今後幾十年科技突破的一大動力"。納米電路還可能被應用到
各種各樣的複雜儀器中，例如製造出"鑽"進人體內診斷疾病的微型儀器。
評述（復旦大學納米技術發展中心華中一教授）：科學家們在考慮分子電子器件製作的同時，
還提出了一些可能的組裝方法，以便最終實現拼接納米計算機結構的目標。但是，嚴格說來，這
些還只是初步的嘗試，還只是"分子尺寸的器件"，而不是"單分子器件"（目前，中國、美國、日
本、印度等國都在開展"單分子器件"的研究）。實際上，納米電子學（包括分子電子學在內）的
主要困難恐怕還在於同外部世界的連接。即使有了比較可行的器件方案，如何快速組裝、廉價和
達到分子級精度，都是大問題。所以，
分子計算機的實現還不是短期的事情。有人說過："納米電子學是物理學家的夢想，同時又是
工程師的夢魘"。要早日擺脫那些夢魘而實現夢想，尚需大家不斷努力。
除了納米電子學領域取得的突破外，2001年12月21日出版的《科學》雜誌同時公布了2001年
度另外9項科學突破(排名不分先後)。
基因組測序成果豐碩
今年２月，人類基因組草圖的公布成為世界各大媒體紛紛報道的頭條新聞。目前，已經有60
多種生物的基因組序列被測定。
評述(中科院遺傳與發育生物學所薛勇彪研究員):測出這些序列只能說是"萬里長征第一步"，
要了解基因的功能，不僅需要精確的基因組序列，更需要各個學科的科學家們共同參與。我國雖
然具備測定基因組序列的能力，但我們的研究，尤其在基因組功能研究領域，還明顯落後於美國
等西方國家。
抗癌新藥物出現
美國食品和藥物管理局(FDA)批准諾華公司治療一種慢性白血病的新藥"格列衛"(Gleevec)上
市。這是世界上第一個在了解癌症病因後合理設計開發出的口服抗腫瘤藥物，它為未來的癌症治
療提供了一種模式，即只攻擊疾病的根源，而不傷害健康的細胞。
評述(中科院副院長陳竺院士)：我喜歡用"有的放矢"來描述藥物開發：藥物在體內都有作用
靶點，即致病基因編碼的蛋白質，靶點相當於"的"，藥物相當於"矢"。我相信，在基因組時代，
像格列衛這樣的好藥會大量出現。
RNA地位上升
2001年，一場"核酸風波"使得許多中國百姓知道所謂"核酸營養"並無科學依據，同時也開始
了解核酸。而科學家們對RNA（核糖核酸）的了解更是在不斷深入。長期以來，RNA被認為在細胞
中只傳遞信息和氨基酸，但最近因其多功能而頗受矚目。例如，1995年中國留美研究生郭蘇及其
導師研究表明，小分子RNA能夠關閉一種線蟲中的基因，與植物中已知的"基因沉默"相似，科學家
隨即認識到基因功能研究將因這種"RNA干擾"而得益，對RNA的興趣飆升。2001年，科學家又發現
"RNA干擾"也能在鼠和人的細胞中阻遏基因的活力。
評述(中科院生化與細胞生物學所王恩多研究員)：RNA在生物體的作用大大超過人們的意料。
早先的研究已表明，RNA主要參與蛋白質的生物合成，而最近的研究又表明，RNA有越來越多的生
物功能，例如調節基因的表達和某些酶的活性等。
了解神經信號傳遞機制
科學家們進一步認識了神經纖維導向的分子機理。
評述（中科院神經科學所客座研究員饒毅）：神經系統中有電線一樣的結構，稱為神經纖維。
腦中有許多神經細胞，一個細胞的神經纖維如何選擇連接到那麼多細胞中哪一個上去呢？這涉及到
一個重要問題：神經纖維的導向機理。神經纖維導向錯誤也可以說成是中國俗話"搭錯了神經"的發
育基礎。過去１０年來科學家們對神經纖維導向的分子機理有較多的理解，今年更是在《科學》、
《細胞》、《自然》等刊物發表了一系列重要論文。對神經纖維導向的研究不僅有助於了解基礎原
理，而且可以提示人們如何使斷了的神經纖維再生，具有治療意義。
揭示中微子失蹤之謎
在位於加拿大安大略省地下2000米處、體積相當於一座10層大樓的一個鎳礦中建造的"薩德伯里
中微子觀測站"(SNO)，揭開了科學家們心中的一個謎團。中微子是一種不帶電、質量極小、穿透力
極強的基本粒子，它有三種類型，分別是電子中微子、μ(繆)子中微子和τ(濤)子中微子。太陽的
熱核反應會釋放出大量的電子中微子。30多年前，科學家計算出從太陽流失的中微子數量，比實際
探測到的數量少，即太陽中微子失蹤之謎。2001年，SNO的觀測結果終於證實了早先一些實驗得出的
假設：中微子事實上沒有失蹤，只是在離開太陽後轉化成μ子和τ子，躲過了此前的探測，這間接
證明中微子具有質量。
評述(中科院高能物理所王貽芳研究員)：由美國、加拿大等國合作的SNO實驗，經過10多年的准
備，取得了極為重要的結果。2002年，由日本、美國、中國合作的KamLAND實驗，將對太陽中微子問
題給出一個更為精確的回答。中微子與物質的相互作用微乎其微，可以毫不費力地穿過地球，似乎
無法想象它的應用。以前曾有人提出中微子通訊，但最近幾年人們提出了一些新的想法，例如用很
強的中微子束流穿過地球，以測量地心的密度甚至化學成分。再有，我在美國時曾與人合作，提出
用中微子探測器監視反應堆的運行，以防有人竊取堆芯燃料製作核武器。這項研究正在申請美國專
利，它也是已知的有關中微子的第一個實際應用。
超導溫度推向新高
科學家們距離室溫、零電阻的超導材料的目標又近了一步。日本科學家發現二硼化鎂在零下234
攝氏度成為超導材料，超過此前金屬化合物創下的超導溫度。另外，美國科學家將有機分子摻入一種
碳60晶體中，使後者的超導臨界溫度從零下221攝氏度上升到零下156攝氏度。
評述（中科院物理所趙柏儒研究員）：銅酸鹽高溫超導體發現１５年來，各種新材料和新方法的
探索已使超導轉變溫度的記錄不斷刷新，我國科學家也為之作出了貢獻。但我們既不能簡單地認為室
溫超導已離我們不遠而過於樂觀，也不要因實現室溫超導不易而產生急躁情緒。隨着知識的積累和技
術的進步，我們完全可以面對如下事實：超導在通訊、測量、計算等軍民用高新技術領域的應用並不
一定要等到室溫超導才能實現；室溫超導的目標也會逐步向我們靠近。
玻色-愛因斯坦凝聚取得進展
2001年度的諾貝爾物理學獎授予了三位科學家。按照玻色和愛因斯坦70多年前的預言，如果將某
些原子氣體冷卻到非常低的溫度，那麼所有原子會突然在最低能態凝聚，形成一種新的物質狀態，即
"玻色-愛因斯坦凝聚"。三位獲獎科學家在1995年分別實現了銣原子和鈉原子的玻色-愛因斯坦凝聚。
2001年，這一領域又有好消息：科學家們實現了氦、鋰、鉀原子的玻色-愛因斯坦凝聚。
評述(中科院上海光機所王育竹院士)：玻色-愛因斯坦凝聚的進展將為科學研究和高技術應用打開
了一扇新的大門。目前，國內有不少單位開展這方面的研究，在國際一流刊物上發表了不少有影響的
論文，但我國總體水平與國際水平有相當的差距，在實驗室中實現玻色-愛因斯坦凝聚也仍然是一個挑戰。
揭示二氧化碳失匯之謎
20多年來，人類活動釋放的一部分溫室氣體CO2去向不明，被科技界稱作"CO2失匯之謎"。近來的
研究表明，北半球中高緯度的陸地生態系統是一個巨大的"碳匯"，固定了大部分全球碳循環中去向不
明的CO2，持續２０餘年的失匯之謎有了答案。2001年，美國兩個原本意見相左的科研小組達成一致：
美國的碳匯吸收了該國當前溫室氣體排放量的約三分之一。
評述（北京大學城環系方精雲教授）：碳匯問題存在相當大的不確定性，很難說某一國家對碳匯
的具體貢獻有多大。即便在美國，不同研究所得出的結論差異可達5-6倍以上。北京大學的研究小組為
探索CO2失匯之謎作出了貢獻，但總的來說，中國的相關研究十分薄弱，這對將來參加有關國際談判也
十分不利。最近國內有關部門加大了投入，如中科院已投入數千萬元人民幣，教育部也準備組織高校
開展攻關。
全球變暖意見趨於一致
2001年1月，由聯合國資助的政府間氣候變化委員會(IPCC)發表了第三個報告，報告認為，"過去
50年中的全球變暖現象，很可能是由大氣中的溫室氣體增加造成的"，並確認人類活動是全球變暖的
主要因素。
評述(中科院大氣物理所陸日宇研究員)：全球變暖研究入選年度十大突破，這充分表明科學界在
這個問題上的意見已經趨於一致。在政治家們搖擺不定時，科學界堅定的態度是十分重要的。IPCC並
沒有危言聳聽，其長達１１年的努力畢竟收到了一定的效果。全球變暖的確應該引起有識之士、尤其
是發達國家政府首腦的高度重視。對中國而言，開展全球變暖研究可以使我們心中有數，早做準備，
並使我們在國際談判中處於主動地位。
需要說明的是，有科學家告訴本報記者，《科學》雜誌每年評選的"突破"，目前還沒有成為科技
界公認的成果鑑定。科技界一部分人認為這是一種有趣的評選，一部分人則認為意義不大。這些"突破"
由《科學》雜誌編輯部人員評定，難免存在局限，其主編、原斯坦福大學校長肯尼迪就要求每年公布
新的評選結果的同時，指出以前評選結果的錯誤和正確之處。另外，《科學》無疑是優秀雜誌，但從
評選所引用的文獻看，不難發現《科學》本身發表的論文占了多數，有一點"王婆賣瓜"的味道。
圖片(略)
耗資數以億計的SNO觀測站使用1000噸超純重水，通過觀察中微子與重水發生反應變成質子的過程，
來探測抵達地球的太陽電子中微子數目。由於中微子很難與其他粒子相互作用，因此該觀測站平均每天
只能捕捉到10個中微子的蹤跡。
①神奇的原子世界。在科學上，玻色-愛因斯坦凝聚的實現證實了一個新物態的存在，為實驗物理
學家提供了一個獨一無二的新介質；在應用上，科學家們也提出了很多設想，如改善精密測量的準確度、
進行微結構刻蝕等。
②國際上一些著名的納米電子學研究組中，活躍着許多華人科學家的身影。圖為貝爾實驗室的華裔
女科學家鮑哲南及其合作者。
③隨着對RNA研究的深入，派生出在一個旨在弄清和利用RNA的酶潛能的新領域"核酶學"，科學家還
用選擇法人工進化了能複製RNA的核酶。研究結果顯示，領先於蛋白質、成為最早生命形式的是RNA。
④溫室氣體的過量排放使得過去140年中全球平均氣溫升高了0.4到0.8攝氏度。如果不對溫室氣體
排放採取嚴格的限制措施，未來100年內全球平均氣溫可能上升1.4到5.8攝氏度，全球海平面將比目前
上升9到88厘米，給許多國家帶來不可能恢復的災難性後果，還會導致極端氣候現象頻繁發生。
⑤腦中有許多神經細胞，一個細胞的神經纖維如何選擇連接到那麼多細胞中的某一個呢？
⑥一個簡單的化合物同樣能為科學家帶來驚喜。二硼化鎂創造了一個超導臨界溫度的新記錄，它還
具有成本低廉、加工容易的優點。圖為二硼化鎂的晶體結構。
