透視2002重大科學進展

□本報駐京記者李虎軍

　　在美國《科學》雜誌評選的2002年度“十大科學突破”中，生物學領域的小核糖核酸擊敗物理學領域的中微子，成為最佳主角。有趣的是，在這10項科學突破中，有6項與英國《自然》雜誌評選的年度科學事件不謀而合。為此《南方周末》邀請幾位中國科學家對這6項科學突破進行了點評。

　　小核糖核酸：從配角到主角

　　在細胞的生命禮讚中，脫氧核糖核酸（DNA）從來是當之無愧的主角，核糖核酸（RNA）的光芒則被掩蓋：人們一直認為RNA的作用僅限於執行DNA合成蛋白質的指令。但近年來，人們漸漸認識到，RNA實際上還具有掌控眾多細胞遺傳作業的功能。2002年，眾多關於小RNA的科學發現更是證明了這一點。

　　評述（王恩多研究員中科院生物化學與細胞生物學所）：

　　長期以來，不編碼蛋白質的小分子RNA一直是科學研究的焦點。目前最引人注意的是一種核苷酸22個左右、在基因組中數量多、分布廣的小分子RNA（簡稱miRNA）。miRNA在線蟲的發育過程中從翻譯水平上調節關鍵基因的表達；它也可以引發信使RNA的降解；它甚至可以改變生物體的基因組或染色質。

　　隨着對小分子RNA的深入研究，將有助於研究功能基因組、培育抗病毒植物、治療癌症和艾滋病等與基因異常有關的疾病等。

　　中微子：揭開神秘面紗

　　中微子是一種非常小的基本粒子，幾乎不與任何物質發生作用，很難發現和探測。以往的觀測結果表明，實際到達地球的太陽中微子不到理論數量的一半，這就是有名的“太陽中微子失蹤”之謎。加拿大安大略省地下2000米處薩德伯里中微子觀測站（SNO）的研究證實，太陽中微子在到達地球的途中變成了其他類型的中微子；而日本神岡地下1000米處KamLAND探測器的研究發現核反應堆產生的電子反中微子消失，且特性與太陽中微子消失相同，從而確認太陽中微子發生了振盪。

　　評述（王貽芳研究員中科院高能物理所）：SNO與KamLAND從實驗上證明了太陽中微子以大角度振盪，意義極為重大：首先是證明了中微子肯定有質量；其次是證明了標準太陽模型是正確的；再次是此振盪參數較大，使深入研究中微子性質的未來實驗，如長基線中微子實驗成為可能。這是科學界長久期待的結果，對粒子物理、天體物理和宇宙學有重大意義。此外，KamLAND實驗首次觀測到地質中微子，這或許是中微子地質學的開端。

　　中國方面對KamLAND實驗有一定的貢獻，我們也正在考慮下一步中微子實驗的方案。

　　宇宙學：“嬰兒時期”的故事

　　微波背景輻射（CMB）是宇宙大爆炸之後的遺留能量，通過探測CMB（即繪製來自天空各個區域微弱的靜態溫差圖），科學家可以追溯宇宙“嬰兒時期”的信息。2002年，位於智利的宇宙背景成像儀（CBI）獲得了更高分辨率的圖像，位於南極站的角度度量干涉儀（DASI）首次觀測到了CMB的極化現象。2003年1月，微波各向異性探測器（MAP，專門用於觀測CMB的人造衛星）還將交上首份“作業”。

　　評述（章德海教授中科院研究生院）形象地說，宇宙本身就是一台能量奇高無比的龐大加速器，宇宙大爆炸就是發生在這台動態加速器中的大碰撞，碰撞後的豐富信息就部分記錄在宇宙微波背景這張“底片”上。

　　今天，我們對這張“底片”查看得越來越清楚了，尤其看到了“極化”信息，就像黑白底片成為了彩色底片。它揭示了宇宙中存在神秘的暗物質和暗能量，支持了宇宙極早期曾發生過更為猛烈的暴漲，銀河和星系團之類的宇宙大結構來源於宇宙早期的量子漲落。宇宙的奧秘正在被人類層層揭開。

　　基因組：為窮人謀福利

　　2002年，基因組測序仍然是全球科研熱點之一。《科學》稱基因組研究開始為窮人謀福利，其中，秈稻和粳稻基因組的信息有助於提高稻米的質量和產量，瘧疾寄生蟲和寄主蚊子基因組的信息則有助於發現抗瘧疾的新途徑。《自然》則為它公布的小鼠基因組草圖而備感振奮。

　　評述（於軍研究員中科院基因組中心）：2002年仍然是重要生物物種基因組DNA序列測定的豐收年。中、美、英等國科學家們分別完成了水稻、小鼠、河豚魚、瘧疾原蟲和寄主蚊子等較大型的物種基因組順序的測定。明年，不僅人類基因組測序工作將全部完成，大鼠、黑猩猩、雞、豬、蜜蜂等高等動物和昆蟲基因組序列的測定工作也將陸續啟動和完成，農作物基因組（玉米和大豆等）的研究也將全面展開。

　　有人預言基因組研究將以功能基因組研究為主，而DNA測序工作將結束，這顯然與事實不符。大規模基因組DNA序列的測定工作還將至少繼續5到10年，而以此為起點的基因組研究工作正以高速度向縱深發展。

　　中科院基因組中心暨華大基因中心在完成水稻基因組精細圖的基礎上，2003年將繼續家豬基因組測序計劃，並至少啟動家雞和大豆基因組計劃。

　　阿秒科學：速度最快的電影

　　科學家利用阿秒激光技術，將原子內部電子的運動情況拍成最快速的“電影”，每幀畫面間相隔僅為幾阿秒。阿秒激光是人類目前在實驗條件下所能獲得的最短脈衝，具有瞬間功率極高、聚焦能力極強等特點。

　　評述（李儒新研究員中科院上海光機所）：新型超強超短脈衝激光的出現與迅猛發展，為人類提供了前所未有的全新的實驗手段與極端的物理條件。就時間尺度而言，人類已由飛秒（10－15s）時代穩步邁進亞飛秒甚至阿秒（10－18s）時代。

　　飛秒科學技術的發展已有近20年歷史，其中，美國科學家澤維爾由於在發展飛秒光譜技術等方面的成就被授予1999年度諾貝爾化學獎。為了研究更快的過程，如原子內電子的運動過程，則必須有更快的探測手段，這時飛秒脈衝就顯得太慢了。過去兩年中，亞飛秒和阿秒科學技術的研究由理論探討逐步過渡到實驗上亞飛秒脈衝的產生與測試，尤其引人注目的是，科學家在奧地利成功產生並測量到單個的亞飛秒脈衝，隨後又利用亞飛秒脈衝研究了原子的極端超快電離過程。

　　中科院上海光機所等國內機構也在這一科學前沿取得了若干初步進展。當前，該領域無論在理論上還是實驗上都處在出現重大突破的前夜。

　　古人類：誰是最早的祖先

　　托邁無疑是當下古人類學研究最耀眼的明星。這個距今600萬－700萬年、保存相當完整的頭蓋骨化石，在整個古人類學界引起了轟動。它的名字是乍得總統親自取的，意思是“生命的希望”。但另一個研究小組堅持認為，他們在肯尼亞發現的距今600萬年前的“千禧人”才是人類最早的祖先，托邁其實是一隻母猿。對這一問題的爭論仍在繼續。

　　評述（吳新智院士中科院古脊椎與古人類所）：

　　2002年7月11日《自然》雜誌報道了在非洲中部的乍得出土的距今600萬－700萬年的一具頭骨化石，俗名托邁（Toumai），學名叫乍得撒海爾人。研究者認為，這是迄今所知最早的人類祖先遺骨。

　　媒體在介紹托邁時往往強調，他比著名的距今大約300萬年前的“露西”早300多萬年。實際上，1994年報道的發現於埃塞俄比亞的440萬年前的“地猿”，2000年報道的發現於肯尼亞的600萬年前的“千禧人”，都已經被多數古人類學家接受為早期的人類。

　　人類區別於猿類的一個主要特徵是人類能用兩條腿直立行走。但從托邁的化石只發現了與人比較相似，而與猿差別較大的顏面和腦顱的一部分，無法判斷是否具備那些足以判斷行動方式的骨骼構造，所以他是人是猿還有爭論。如果托邁是人，那就意味着人類的發源地區擴大了，目前多數分子人類學家關於人類與猿類在大約500萬年前分道揚鑣的主張也將面臨挑戰。

　　《科學》評選的十大科學突破還包括：科學家發現對化學“味道”和溫度變化做出反應的蛋白質，這有助於揭示辛辣食物讓人熱，而薄荷入口使人涼的原因；藉助一種原理類似醫生的CT掃描的技術，實現了30多年來的夢想，首次獲得完整的細胞器三維照片；將“自適應性”光學技術成功地應用到了太空攝影，這種技術能過濾掉地球大氣層引起的斑點和模糊，得到更清晰的圖像；在哺乳動物的視網膜內幸運地發現了一類與大腦中的生物鐘直接連通的感光細胞，為解決時差和“冬季抑鬱症”等提供了新線索。