透视2002重大科学进展

□本报驻京记者李虎军

　　在美国《科学》杂志评选的2002年度“十大科学突破”中，生物学领域的小核糖核酸击败物理学领域的中微子，成为最佳主角。有趣的是，在这10项科学突破中，有6项与英国《自然》杂志评选的年度科学事件不谋而合。为此《南方周末》邀请几位中国科学家对这6项科学突破进行了点评。

　　小核糖核酸：从配角到主角

　　在细胞的生命礼赞中，脱氧核糖核酸（DNA）从来是当之无愧的主角，核糖核酸（RNA）的光芒则被掩盖：人们一直认为RNA的作用仅限于执行DNA合成蛋白质的指令。但近年来，人们渐渐认识到，RNA实际上还具有掌控众多细胞遗传作业的功能。2002年，众多关于小RNA的科学发现更是证明了这一点。

　　评述（王恩多研究员中科院生物化学与细胞生物学所）：

　　长期以来，不编码蛋白质的小分子RNA一直是科学研究的焦点。目前最引人注意的是一种核苷酸22个左右、在基因组中数量多、分布广的小分子RNA（简称miRNA）。miRNA在线虫的发育过程中从翻译水平上调节关键基因的表达；它也可以引发信使RNA的降解；它甚至可以改变生物体的基因组或染色质。

　　随着对小分子RNA的深入研究，将有助于研究功能基因组、培育抗病毒植物、治疗癌症和艾滋病等与基因异常有关的疾病等。

　　中微子：揭开神秘面纱

　　中微子是一种非常小的基本粒子，几乎不与任何物质发生作用，很难发现和探测。以往的观测结果表明，实际到达地球的太阳中微子不到理论数量的一半，这就是有名的“太阳中微子失踪”之谜。加拿大安大略省地下2000米处萨德伯里中微子观测站（SNO）的研究证实，太阳中微子在到达地球的途中变成了其他类型的中微子；而日本神冈地下1000米处KamLAND探测器的研究发现核反应堆产生的电子反中微子消失，且特性与太阳中微子消失相同，从而确认太阳中微子发生了振荡。

　　评述（王贻芳研究员中科院高能物理所）：SNO与KamLAND从实验上证明了太阳中微子以大角度振荡，意义极为重大：首先是证明了中微子肯定有质量；其次是证明了标准太阳模型是正确的；再次是此振荡参数较大，使深入研究中微子性质的未来实验，如长基线中微子实验成为可能。这是科学界长久期待的结果，对粒子物理、天体物理和宇宙学有重大意义。此外，KamLAND实验首次观测到地质中微子，这或许是中微子地质学的开端。

　　中国方面对KamLAND实验有一定的贡献，我们也正在考虑下一步中微子实验的方案。

　　宇宙学：“婴儿时期”的故事

　　微波背景辐射（CMB）是宇宙大爆炸之后的遗留能量，通过探测CMB（即绘制来自天空各个区域微弱的静态温差图），科学家可以追溯宇宙“婴儿时期”的信息。2002年，位于智利的宇宙背景成像仪（CBI）获得了更高分辨率的图像，位于南极站的角度度量干涉仪（DASI）首次观测到了CMB的极化现象。2003年1月，微波各向异性探测器（MAP，专门用于观测CMB的人造卫星）还将交上首份“作业”。

　　评述（章德海教授中科院研究生院）形象地说，宇宙本身就是一台能量奇高无比的庞大加速器，宇宙大爆炸就是发生在这台动态加速器中的大碰撞，碰撞后的丰富信息就部分记录在宇宙微波背景这张“底片”上。

　　今天，我们对这张“底片”查看得越来越清楚了，尤其看到了“极化”信息，就像黑白底片成为了彩色底片。它揭示了宇宙中存在神秘的暗物质和暗能量，支持了宇宙极早期曾发生过更为猛烈的暴涨，银河和星系团之类的宇宙大结构来源于宇宙早期的量子涨落。宇宙的奥秘正在被人类层层揭开。

　　基因组：为穷人谋福利

　　2002年，基因组测序仍然是全球科研热点之一。《科学》称基因组研究开始为穷人谋福利，其中，籼稻和粳稻基因组的信息有助于提高稻米的质量和产量，疟疾寄生虫和寄主蚊子基因组的信息则有助于发现抗疟疾的新途径。《自然》则为它公布的小鼠基因组草图而备感振奋。

　　评述（于军研究员中科院基因组中心）：2002年仍然是重要生物物种基因组DNA序列测定的丰收年。中、美、英等国科学家们分别完成了水稻、小鼠、河豚鱼、疟疾原虫和寄主蚊子等较大型的物种基因组顺序的测定。明年，不仅人类基因组测序工作将全部完成，大鼠、黑猩猩、鸡、猪、蜜蜂等高等动物和昆虫基因组序列的测定工作也将陆续启动和完成，农作物基因组（玉米和大豆等）的研究也将全面展开。

　　有人预言基因组研究将以功能基因组研究为主，而DNA测序工作将结束，这显然与事实不符。大规模基因组DNA序列的测定工作还将至少继续5到10年，而以此为起点的基因组研究工作正以高速度向纵深发展。

　　中科院基因组中心暨华大基因中心在完成水稻基因组精细图的基础上，2003年将继续家猪基因组测序计划，并至少启动家鸡和大豆基因组计划。

　　阿秒科学：速度最快的电影

　　科学家利用阿秒激光技术，将原子内部电子的运动情况拍成最快速的“电影”，每帧画面间相隔仅为几阿秒。阿秒激光是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲，具有瞬间功率极高、聚焦能力极强等特点。

　　评述（李儒新研究员中科院上海光机所）：新型超强超短脉冲激光的出现与迅猛发展，为人类提供了前所未有的全新的实验手段与极端的物理条件。就时间尺度而言，人类已由飞秒（10－15s）时代稳步迈进亚飞秒甚至阿秒（10－18s）时代。

　　飞秒科学技术的发展已有近20年历史，其中，美国科学家泽维尔由于在发展飞秒光谱技术等方面的成就被授予1999年度诺贝尔化学奖。为了研究更快的过程，如原子内电子的运动过程，则必须有更快的探测手段，这时飞秒脉冲就显得太慢了。过去两年中，亚飞秒和阿秒科学技术的研究由理论探讨逐步过渡到实验上亚飞秒脉冲的产生与测试，尤其引人注目的是，科学家在奥地利成功产生并测量到单个的亚飞秒脉冲，随后又利用亚飞秒脉冲研究了原子的极端超快电离过程。

　　中科院上海光机所等国内机构也在这一科学前沿取得了若干初步进展。当前，该领域无论在理论上还是实验上都处在出现重大突破的前夜。

　　古人类：谁是最早的祖先

　　托迈无疑是当下古人类学研究最耀眼的明星。这个距今600万－700万年、保存相当完整的头盖骨化石，在整个古人类学界引起了轰动。它的名字是乍得总统亲自取的，意思是“生命的希望”。但另一个研究小组坚持认为，他们在肯尼亚发现的距今600万年前的“千禧人”才是人类最早的祖先，托迈其实是一只母猿。对这一问题的争论仍在继续。

　　评述（吴新智院士中科院古脊椎与古人类所）：

　　2002年7月11日《自然》杂志报道了在非洲中部的乍得出土的距今600万－700万年的一具头骨化石，俗名托迈（Toumai），学名叫乍得撒海尔人。研究者认为，这是迄今所知最早的人类祖先遗骨。

　　媒体在介绍托迈时往往强调，他比著名的距今大约300万年前的“露西”早300多万年。实际上，1994年报道的发现于埃塞俄比亚的440万年前的“地猿”，2000年报道的发现于肯尼亚的600万年前的“千禧人”，都已经被多数古人类学家接受为早期的人类。

　　人类区别于猿类的一个主要特征是人类能用两条腿直立行走。但从托迈的化石只发现了与人比较相似，而与猿差别较大的颜面和脑颅的一部分，无法判断是否具备那些足以判断行动方式的骨骼构造，所以他是人是猿还有争论。如果托迈是人，那就意味着人类的发源地区扩大了，目前多数分子人类学家关于人类与猿类在大约500万年前分道扬镳的主张也将面临挑战。

　　《科学》评选的十大科学突破还包括：科学家发现对化学“味道”和温度变化做出反应的蛋白质，这有助于揭示辛辣食物让人热，而薄荷入口使人凉的原因；借助一种原理类似医生的CT扫描的技术，实现了30多年来的梦想，首次获得完整的细胞器三维照片；将“自适应性”光学技术成功地应用到了太空摄影，这种技术能过滤掉地球大气层引起的斑点和模糊，得到更清晰的图像；在哺乳动物的视网膜内幸运地发现了一类与大脑中的生物钟直接连通的感光细胞，为解决时差和“冬季抑郁症”等提供了新线索。