不支持Flash

解读2007年国际十大科技新闻

http://www.sina.com.cn 2007年12月28日 10:31  科技日报

  本报记者赵亚平

  1 第一台生物分子机器诞生

  分子机器是近年纳米研究领域的重点。2007年新年伊始,法国图卢兹材料设计和结构研究中心与德国柏林大学科学家就在美国《自然纳米技术》杂志上共同发布了一项重要成果:成功研制出可旋转的“分子轮”,

  并组装出了真正意义上的第一台生物分子机器。

  分子机器指由分子尺度的物质构成、能行使某种加工功能的机器,其构件主要是蛋白质等生物分子。因其尺寸多为纳米级,又称生物纳米机器,具有小尺寸、多样性、自指

  导、有机组成、自组装、准确高效、分子柔性、自适

  应、仅依靠化学能或热能驱动、分子调剂等其他人造

  机器难以比拟的性能,因此研究生物纳米机器具有重大意

  义。它可以促进生物学发现,深入认识蛋白质分子机器机制,开发生物分子机器和促进仿生学发展。

  从上世纪90年代起,法国图卢兹材料设计和结构研究中心就已着手研制分子机器。1998年成功合成平面分子车轮;2005年首次研制出分子发动机;2007年研制出的“分子轮”是第一台真正的分子机器。这个非常奇特的分子包括2个直径为0.7纳米,由三苯甲基分子组成,被固定在长0.6纳米的轴上的“车轮”。所有分子机器的化学结构均被固定在铜基上。

  研究人员确信,“分子轮”将在复杂的纳米机器如分子卡车和分子纳米机器人等领域占有重要位置,可用于在人体细胞内清除病灶、充当药物运输的人造载体及形成分子阀门等。

  2 仅一个原子厚的最薄材料问世

  纳米材料现在有了新对手了。科学家已研制出一种全新的超薄材料,厚度只有一根头发的20万分之一。

  2007年3月1日,英德两国科学家宣布,研制出了只有一个原子厚的世界最薄材料。这种膜片由碳原子六边形连接而成,状如蜂巢,如果层层叠加,需要20万层才能达到一根头发丝的厚度。

  这种新型材料由英国曼彻斯特大学联手德国马克斯·普朗克研究所研制而成。2年前,研究小组使用“微机械劈裂”技术,从普通晶体上提取出单个原子层面,制造出了这种二维超薄碳原子膜片,但必须贴在其他材料上,如今已可利用纳米级金制架台将其悬挂起来。以前,人们认为如此薄的材料原理上不存在,但研究人员首次证明,这些材料不仅存在,而且制造也比较容易。

  研究人员声称,这是一种比纳米更新的全新技术,有望在电子计算机和医学等领域掀起一场革命,连用于形容纳米的词汇都不足以用来描述这种新膜片。它比硅更灵敏、更节能,有可能最终取代硅,成为更加有效的晶体管,用于大幅提高计算机运算速度和研制新药物。此外,它还可用作微观滤网,分离气体所含的不同成分。在医学领域,电子显微镜观察分子时所得图像的清晰度目前还受限于分子样本载体的厚度,而这种碳原子膜片仅0.35纳米厚,易于电子穿越,如果作为载体,可获得更清晰的分子结构图像。

  科学家指出,这是一个以前不为人知的材料新家族,这些材料表现出难以想象的良好性能:重量轻、柔韧性好、性质稳定,不仅超薄,而且在不同环境下或表现出超强性能,或表现出高绝缘或高导电性能,为工程师和设计师提供了多种可选择的材料特性。它可用于日常生活,从穿衣到计算机无所不包。预计,就像聚合物的普遍使用一样,这种新型材料也将改变人类的生活。

  3 人造染色体首次合成

  50年前,科学家首次把各种普通的化学成分组合在一起,在试管里成功合成了脱氧核糖核酸(DNA)。50年后,科学家着手跨越一个巨大障碍:完全用人造DNA创造生物。

  最具争议的美国“科学怪人”克雷格·文特尔2007年10月6日宣布,由他领导的研究小组已经合成出人类历史上首个完全人造的染色体,并有可能创造出首个永久性生命形式,以此作为应对疾病和全球变暖的潜在手段。

  研究小组用化学物质在实验室中合成了由381个基因、58万个碱基对组成的人造染色体———一种经过简化拼接的生殖支原体DNA序列,并将其植入细菌生殖支原体,使之在细胞中起主控作用,变换成为一种新的染色体。在植入基因的控制下,新细菌能摄食、代谢和繁殖,已经具备了生命的基本特征,堪称人类历史上第一个“人造生命”。它标志着人类向探索人造生命迈出了重要一步,被美国《科学》杂志称为生物工程领域一项“里程碑式”进展,显示人类正在从阅读基因密码走向有能力重新编写密码。这将赋予科学家新的能力,从事以前从未做过的研究,给特定的基因派上特定的任务。

  合成生物的概念已经形成,并将成为下一个10年最热门话题之一。加拿大生物伦理学组织认为,合成生物学的种种进展比10年前克隆羊多莉的问世意义更重大,是人类自然科学史上的里程碑。

  “人造生命”技术的益处首先是应对能源危机和解决环境问题,如制造特种微生物,用以替代石油和煤炭的绿色燃料,或帮助清除危险化学物质或辐射等;用于合成能吸收过多二氧化碳的细菌,消除气候变暖的负面影响等。

  其次,可在基因诊断方面更深入了解生命的组成元素,从源头封杀多种遗传疾病;并有可能用来定制细胞,替换自体受损和病坏器官;制造高效精准的细胞生物,将药物直接送达病灶等。

  文特尔今年在全球媒体上爆出的另一热门新闻是,研究小组公布了文特尔本人的“双倍体基因序列”,即遗传自父体和母体两套染色体的完整版基因序列,这是迄今最为详细的人类基因组差异图及全球首份个人版全基因组图谱,它使人类向真正的“个性化医疗”时代又迈进一步,被美国《时代》杂志评选为2007年十大科学发现榜眼。

  4 中国发射首颗探月卫星

  小时不识月,呼作白玉盘。今送“嫦娥”去,一探广寒宫。玉兔、嫦娥、广寒宫,自古以来就浸润在中国历史的文化长河中。可以说,除了开发月球资源,建立月球基地等航天探索目的之外,月球对于中国人,还另有一层独特的人文含义。从古到今,中国人一直幻想着能够如同嫦娥那样飞天,赴月一探究竟。

  2007年10月24日18时05分,这个数千年的梦想终于实现———中国首颗探月卫星嫦娥一号一飞冲天,奔向月球。2007年11月5日,嫦娥一号进入环月轨道,它承担了四项科学任务:绘制完整的三维月球地图;进行月表化学元素含量和物质类型的分布探测;探测月壤特性;探测地月空间环境,记录原始太阳风数据,研究太阳活动对地月空间环境的影响。这是中国首次开展月球科学探测,初步构建月球探测航天工程系统。为月球探测后续工程积累了经验。

  实现月球探测是我国航天深空探测零的突破,标志着中国已进入世界具有深空探测能力的国家行列,也是继人造地球卫星和载人航天卫星之后,中国航天事业的又一新的里程碑,迈出的航天深空探测第一步。

  自美国1969年实施阿波罗奔月计划、1972年结束以来,探月之路似已尘封35载,少有大动作。2007年格外不同,是全球探月热潮涌动的一年,许多国家纷纷制定、提出或实施自己的探月计划。特别值得一提的是,以往落后于欧美的亚洲国家已迎头赶上,进入国际探月俱乐部,除中国外,日本“月亮女神”绕月探测卫星2007年9月14日成功升空,开始为期1年的探月之旅。我国成功探月不仅引起公众极大兴趣,也引起国际社会广泛关注,它入选了英国《自然》杂志评出的2007年重要科技新闻。

  5 发现4个夸克组成的新粒子

  基本粒子物理学(也称高能物理学),是物理学的三大科学前沿(基本粒子、天体物理、生物物理)之一。

  1997年,俄国物理学家戴阿科诺夫等人曾经预测,存在一种由5个夸克组成的粒子,质量比氢原子大50%。2001年,日本物理学家利用SP环-8加速器,发现了5夸克粒子存在的证据。随后得到美国托马斯·杰裴逊国家加速器实验室和莫斯科理论和实验物理研究所的证实。这种5夸克粒子由2个上夸克、2个下夸克和1个反奇异夸克组成,并不违背粒子物理的标准模型。这是人类第一次发现多于3个夸克组成的粒子。研究人员认为,这种粒子可能仅是“5夸克”粒子家族中第1个被发现的成员,还有可能存在由4个或6个夸克组成的粒子。2003年,一国际研究小组利用大型加速器,对两种基本粒子进行对撞实验,首次发现由4个夸克组成的新粒子“X3872”,证实了这个多粒子理论。

  现在,这个预测再次得到证实:一国际研究小组2007年11月9日宣布,他们利用日本正负电子对撞加速器KEK-Belle,发现了一种可能由4个夸克构成的带电荷新粒子。该粒子与已知的由1个夸克和1个反夸克组成的介子不同,极有可能是由4个夸克结合形成的新的复合粒子。

  科学家在对KEK-Belle加速器生成的约6.6亿6个B介子和反B介子对的衰变进行详细分析后发现,B介子衰变为K介子和新粒子,同时发现120例新粒子衰变为π介子和ψ介子;并发现新粒子带有电荷,质量是质子的4.7倍。研究人员将新粒子命名为Z(4430)。依据其所带电荷推算,它可能由4个夸克构成,而传统理论认为介子由2个夸克构成,因此不能用以往的介子概念来描述Z(4430),这一发现也因此备受瞩目。

  这一发现对进一步加深量子色动力学现象的理解具有重要意义。此前,在试验中发现的X(3872)、Y(4260)、X(3940)、Y(3940)新粒子电荷为零,而Z(4430)的特征是带有电荷。之前发现的数百种介子都是呈1个夸克和1个反夸克紧密结合的状态,而Z(4430)与此不同,是由4个夸克组成。量子色动力学认为,夸克由于强力作用不能单独存在,而是被封闭在介子复合粒子内部,此次发现使科学家对量子色动力学现象有了更加深刻的理解。

  6 成功克隆灵长类动物胚胎

  对于灵长类动物研究,2005年的明星是黑猩猩,那一年,科学家完成了黑猩猩的基因测序。2007年的明星则当之无愧地归属恒河猴,它今年两度占据全球两大最权威科学杂志的头条位置。

  2007年上半年,美国贝勒医学院一研究小组破译了恒河猴基因组,完成了继人类和黑猩猩之后第三种灵长类动物———恒河猴的测序,让人类认识了自己的又一位近亲,令恒河猴登上了2007年4月14日的美国《科学》杂志封面。2007年下半年,美国俄勒冈州国家灵长类研究中心又让恒河猴可爱乖巧的模样展现在2007年11月14日的英国《自然》杂志封面上。该中心利用细胞核转移技术,从一只名叫“塞莫”的10岁雄性恒河短尾猴身上提取皮肤细胞,用灵长类成年成纤维细胞成功克隆出猕猴胚胎,并培育出2个胚胎干细胞系。这是人类首次成功克隆灵长类动物胚胎,此前虽有不少尝试,但从未成功过,只有对小鼠才做到了这一点。这一成功说明,该法有可能适合生成来自患者的胚胎干细胞。

  剔除卵子细胞核物质难度极大,研究小组借助先进的纺锤体成像系统,确保卵子不被损坏。相比其它动物,灵长类更难于被生殖性克隆,因为克隆胚胎的培育周期必须和代孕猴的生理周期完全同步。此次实验总共利用了304个卵子,最终只成功得到了两个猕猴胚胎干细胞系,成功率仅为0.7%。而研究小组从最初起步至今,已整整奋斗了10年,仅卵子就耗去1.5万个。

  该成果具有十分重要的意义,有助于为新阶段医疗用途的人体克隆打开崭新通道,未来人类可能利用干细胞培育出与个体基因匹配的器官和组织,治疗糖尿病、帕金森综合征等重大疾病。此前,克隆界一直认为,克隆灵长类动物胚胎干细胞在技术上存在不可逾越的障碍,该成果则表明,克隆人类并非“不可逾越”。这一突破将使人体克隆的可能性增大,而有关克隆人伦理的讨论也可能进一步升级。

  7 皮肤干细胞成功问世

  2007年,干细胞研究终于突破瓶颈,获得重大突破。

  自2006年8月日本京都大学山中教授研究小组发现,只要用四个转录因子过量表达就可以把老鼠皮肤细胞逆转到细胞分化前的状态,获得功能与胚胎干细胞类似的准“诱导多功能干细胞(iPS)”,全球胚胎干细胞研究立马跟进,捷报频传。

  2007年7月,3家实验室分别在《自然》和《细胞》杂志上宣称,利用这4个因子成功获得了真正的“诱导多功能干细胞(iPS)。

  2007年11月20日,日美科学家同时宣布,利用基因重新编排技术,向皮肤细胞中植入一组4个基因,成功地将人体皮肤细胞改造成几乎可与胚胎干细胞相媲美的干细胞。这一成果有望使胚胎干细胞研究避开一直以来面临的伦理争议,大大推动与干细胞有关的疾病疗法研究。这是一个重大的科学里程碑,被称为2007年最伟大的医学成就,相当于生物学上的“莱特兄弟发明的首架飞机”。

  日美科学家随后进一步完善了这项技术,将原先需要使用的4个基因中易致癌的基因c-Myc去除,仅用其余3个基因注入皮肤细胞就能制造出新的万能细胞。这项成果将大大提升临床应用的安全性。

  美国科学家随即利用“皮肤干细胞”进行医疗研究的首次尝试,治疗老鼠的镰状细胞血症获得进展,病鼠的血液和肾功能都开始恢复正常。

  2007年12月23日,美国科学家宣布,他们可以直接提取胎儿肺部及皮肤细胞、新生儿皮肤细胞及健康志愿者的皮肤细胞进行研究,最终制成诱导多功能干细胞。这标志着人类向“个体化”干细胞又迈进一步。

  这一系列研究成果显示,直接重新编程技术也能产生与当事人在遗传上完全相符的多功能细胞,但却能避免克隆方式引发的诸多问题。可以让医生利用特定病人的基因密码制造干细胞,排除身体对移植外来的组织或器官产生的抗体排斥。同时也可以用干细胞自身可无限克隆,以及可以变成220种人体不同细胞的特性来模拟测试新药和研究阿兹海默症、糖尿病、癌症等病因。

  这些成果被美国《科学》杂志评为本年度十大科学进展榜眼,被美国《时代》杂志评为今年最重要的科学发现。

  8 培育出能抗癌的实验鼠

  长期以来,科学家一直在寻找这样一种分子,它能杀死癌症细胞,却不伤害正常细胞,同时也不会使整个生物体中毒。美国研究人员在2007年10月出版的《癌症研究》杂志上报告说,他们实现了这个梦想,在实验鼠前列腺中发现了一种肿瘤抑制基因———Par-4,它所产生的蛋白质对多种癌症都能产生免疫力,如肝癌和前列腺癌等,还能抵抗乳腺癌、胰腺癌和头颈癌等。

  由美国肯塔基大学放射医学专家维韦克·兰格内卡尔领导的研究小组发现,这种基因能消灭肿瘤细胞,却不会伤害体内的健康组织。他们将这种基因引入正常实验鼠的卵子中,然后将被基因改造过的卵子植入代孕实验鼠体内。结果,新生实验鼠对癌症具有明显免疫力,不仅能够正常生长,不会出现先天缺陷,而且寿命也比正常实验鼠长,这说明添加基因没有产生毒副作用。而目前用于癌症治疗的放疗或化疗都会损伤患者的正常细胞,造成不同程度的毒副作用。

  由于这种能专门以癌细胞为靶向的“杀手基因”十分难得,Par-4在癌症治疗方面极具潜力。这项科学突破将使癌症患者有望接受无副作用的治疗,并有望根据动物模型开发出治疗人类癌症的新途径。将来也许可以通过骨髓移植,将Par-4应用于人体抵抗癌症,从而免除化疗和放疗带来的对身体的损害和毒副作用。

  9 克隆出转基因荧光猫

  韩国科学家年底宣布在世界上首次克隆出了带红色荧光蛋白基因的猫。由于韩国科学家黄禹锡曾在克隆人类胚胎研究中造假,《自然》杂志在刊登上述研究结果前,特别邀请了一个专家小组进行了独立验证。

  韩国国立庆尚大学无性生殖专家金可仁领导的研究小组,提取土耳其安哥拉母猫的皮肤细胞,利用病毒对该细胞进行基因改造,使其具有荧光蛋白基因,然后植入空卵细胞,利用代孕母猫得到3只活的基因改造小猫,现幸存两只。这些猫外表和普通猫相似,但在紫外线照射下,全身会发出微弱的红色荧光,这是因为植入的病毒成功改变了“受精卵”细胞的基因图谱,使小猫的皮肤细胞含有了荧光蛋白质。金可仁团队所采用的克隆技术被称为“复制克隆”,此前主要用于克隆基因与母体完全相同的动物,此次在“复制”猫的同时,还改变了复制猫的基因组成,这在世界上尚属首次。

  “复制克隆”不同于“治疗克隆”,后者主要指通过培养干细胞,利用其可以成长为任意一种人体器官的特性而为医学服务。韩国研究者认为,复制克隆技术意义重大,未来不仅可通过复制克隆挽救老虎等濒危物种,还可能用来攻克人类遗传性疾病。猫科动物可能患有250种在人类中常见的遗传类疾病,克隆出患有与人类相同疾病的克隆猫,有助于开展无法在人体上进行的实验,以发现新的遗传疾病疗法和药物。

  韩国科学家的这项成就也说明,尽管受到黄禹锡造假事件的影响和波及,备受打击的韩国克隆技术研究仍在顽强前行,并随时准备接受科学诚信方面的严谨检验。

  10 签订“巴厘岛路线图”

  2007年联合国气候变化大会于12月16日落下帷幕。历经艰难谈判而终于达成的“巴厘岛路线图”,成为人类应对气候变化的一座新里程碑。

  气候变化是人类所面临的最复杂、最严重的威胁之一,其后果具有广泛的经济和社会影响力。由此,应对气候变化成为全球今年最重要的事务之一。联合国政府间气候变化专门委员会在2007年4月6日曾发布了长达1400页的2007年气候变化报告,第一次用实际数据说明问题,也是第一次在国际层面确认气候变化中人为因素的存在,这些数据成为年底召开的气候变化大会强有力的谈判依据。

  2007年12月3日,联合国气候变化会议在印尼巴厘岛召开,与会者来自《联合国气候变化框架公约》188个缔约方、349个非政府组织及全球530家媒体,共有10886人参加,是历史上规模最大的一次联合国气候变化大会。会议讨论的重点是2012年后应对气候变化的措施安排,特别是发达国家应进一步承担的温室气体减排责任。大会商讨确定了“巴厘岛路线图”,以保证《京都议定书》第一承诺期在2012年到期后,人类减排温室气体的努力不会中断。“巴厘岛路线图”的达成具有重要意义,也是一个艰难进步,它为达成应对气候变化新条约确定了清楚而全面的谈判议程和时间表,并得到发达国家和发展中国家的认可。

  此次大会的另一热点新闻是,澳大利亚政府终于签署了《京都议定书》,使美国成为拒不合作、不签署《京都议定书》的唯一发达国家。由于“巴厘岛路线图”明确规定,《公约》所有发达国家缔约方都要履行可测量、可报告、可核实的温室气体减排责任,从而把不怎么心甘情愿的美国也纳入进来。

发表评论 _COUNT_条
Powered By Google
不支持Flash
·《对话城市》直播中国 ·新浪特许频道免责公告 ·企业邮箱换新颜 ·邮箱大奖等你拿
不支持Flash
不支持Flash