２１世紀初生物學的重大發現

呂愛新

摘 要 人類進入21世紀以來，生物科學繼續成為科學研究的前沿熱點，并且取得了許多全新的成就。以美國《科學》雜志從2000年～2005年評選出的科學十大發現為對象，簡要介紹本世紀初生物學取得的重大成就。

關鍵詞 生物學 重大發現

中圖分類號 Q-49

文獻標識碼 E

文件編號：1003-7586(2006)09-0003-02

人類進入21世紀以來，生物科學繼續成為科學研究的前沿熱點，并且取得了許多全新的成就。以美國《科學》雜志從2000年～2005年評選出的科學十大發現為對象，簡要介紹21世紀初生物學取得的重大發現。

1 2000年十大科學進展中的生物成就

（1） 美國、英國等6國科學家合作完成了人類基因組工作草圖繪制工作，基本上測定了人類基因組上的堿基序列。中國科學家承擔了其中1％的測序任務。這一成就標志著人類在解讀自身“生命之書”的路上邁出了重要一步。

（2） 生命有可能始于RNA，而非DNA。科學家對RNA的研究支持了“地球上生命有可能起源于RNA”的觀點。

（3） 格魯吉亞共和國德馬尼西出土170萬年前的原始人化石頭蓋骨，這些頭蓋骨有可能是從非洲走出的第一批人類祖先的。

（4） 克隆和干細胞研究取得進展。在克隆方面，科學家克隆成功了最難克隆的動物之一——豬，還克隆出了白肢野牛。這對于挽救瀕危動物具有重要意義。在干細胞研究領域，科學家在老鼠和人類移植受體中發現身體某些部位的成年細胞能夠轉化成其他類型的細胞。

（5） 科學家在荷爾蒙受體的多種作用方面取得新發現，加深了人類對膽固醇的代謝、脂肪酸的產生以及糖尿病和癌癥發生過程的理解。

2 2001年十大科技進展中的生物成就

（1） 科學家發現RNA“多才多藝”。它不僅是遺傳物質的信使，還能執行科學家沒有想到的其他工作。例如，科學家2000年發現一些RNA小片段能夠使植物基因處于關閉狀態，2001年又在老鼠和人身上發現了類似的“RNA干擾”現象。細胞生物學家還發現信使RNA是如何拼接在一起的，而信使RNA是DNA信息和蛋白質信息之間的生化連接。

（2） “人類基因組計劃”和美國塞萊拉公司同時公布進一步完善后的人類基因組圖，提前完成人類基因組測序計劃。另外，還有60多種生物的基因組在2001年被測定。

（3） 科學家在發育中的神經系統里，發現了分子信號如何誘導和壓制神經軸突的生長，這將有助于科學家找到修復受損成年神經的方法。

（4） 一種新的抗癌藥物、特效“智能炸彈”出現，專門對付癌癥的明確生化缺陷。美國食品和藥物管理局批準了“格里維克”的上市，該藥能抑制與某種白血病有關的缺陷酶。

3 2002年十大科學進展的中生物成就

（1） 稱為小分子RNAs的分子控制大多數基因行為。這一發現可能進一步推動對癌癥和干細胞的研究。

（2） 為全球謀求福利的基因組：2002年，科學家首次宣布對發展中國家的農業和公眾健康會產生重大影響的生物基因組序列。秈稻亞種和短粒粳稻亞種序列可能有助于提高稻米的營養品質和產量，并且可使種植方法更持久穩定。

（3） 辛辣味和薄荷清涼味：2002年的新發現有助于揭示為什么辛辣的食物會產生熱辣的感覺，而薄荷卻會使口腔產生清涼感。

（4） 看著眼睛，看到眼睛的深處：2002年，幾個研究小組這樣做的依據和結果是，在哺乳動物的視網膜內發現了一種新的感光細胞。該感光系統幫助重設身體的日常或生理時鐘，使之成為人體生理學的一個重要組成部分。這一發現甚至可能導致對消除時差或冬季抑郁癥影響的新認識。

（5） 3D細胞：2002年，一種拍攝細胞3D圖象的技術克服了重大技術障礙，揭示了細胞結構執行某些基本生命程序的過程。

（6） 我們最古老的祖先：研究人員在西非古查德湖畔發現了一個600萬至700萬年間的靈長目動物頭蓋骨。該頭蓋骨化石幾乎比任何已知的（包括人類，但不包括其他猿類）靈長目動物要早幾乎300萬年。

（7） 生物恐怖主義：生物恐怖威脅是2002年的一個熱門話題，但卻很少有人采取任何直接的行動。

4 2003年世界十大科學進展中的生物學成就

（1） 破譯精神疾病之謎。研究人員識別出可增加精神分裂癥和抑郁癥等遺傳疾病風險的特殊基因。該研究成果對于研制治療這類疾病的新藥意義重大。

（2） 小核糖核酸研究繼續熱門。2003年，科學家繼續探索小核糖核酸分子如何影響從早期發育到基因表達等多種細胞行為。對小核糖核酸分子的研究，將有助于人類戰勝諸如艾滋病和肝炎等疾病。

（3） 單分子研究取得進展。生物學家和物理學家通力合作，揭示了細胞內單分子的多種活動跡象。

（4） 老鼠胚胎干細胞既能發育成精子又能發育成卵子。

（5） 揭示人類Y染色體遺傳秘密。

（6） 腫瘤饑餓療法。在規模臨床試驗中表明傳統化療中使用的抑制血管生成藥可延長結腸癌患者的生命。

5 2004年十大科學進展中的生物學成就

（1） 最小的人。印尼和澳大利亞科學家在《自然》雜志上報告，他們從印尼弗洛瑞斯（Florcs）島發掘出新的人類物種化石。這種“小矮人”只有約1 m高，腦容量僅為約380 mL，生活在距今約18 000年前。

（2） 隱藏的珍寶。在人類基因組中，編碼蛋白質的基因序列只占不到2%，而不同基因之間和單個基因不同編碼區域之間的那些部分被視為無用的垃圾DNA。實際上，垃圾DNA的作用比先前想象的要大得多。

（3） 記錄多樣性衰減。從青蛙到蝴蝶，有關生物多樣性衰減的大型調查結果不斷傳來。其中，保護國際和世界自然保護聯盟組織500多位科學家，對全球已知的5 700種兩棲動物進行了調查，發現30%以上的物種瀕臨滅絕。

（4） 到處都是基因。從海洋或地下深處取水，對里面發現的DNA進行基因測序；可以識別出那些極小而且距離我們非常之遠的生物。借助這種技術，科學家們在藻海的1 500 L水中已經發現了100多萬種新基因。

6 2005年科學十大進展中的生物學成就

（1） 觀察進化發生名列前茅。到了2005年研究人員仍在發現有關進化論的基本要點的新結果——在流感病毒基因、黑猩猩基因以及棘魚硬鱗的世界中進化到底是如何進行的？

（2） 植物研究豐收。揭示幾個有關植物開花和其他神秘或驚人特征的關鍵分子線索。比如，植物分子生物學家找到了啟動植物季節性發育的信號。另一項研究的重點是涉及刺激開花的基因，還有一項研究發現了令人驚異的隱藏的RNA。

（3） 大腦回路與疾病的關系。精神分裂癥、抽動—穢語綜合征以及閱讀困難等癥的根源在于子宮內胚胎發育時期胎兒的大腦神經回路的“錯誤連接”。

（4） 關鍵蛋白質的詳細圖像。電壓門控鉀通道迄今為止最高分子分辨率的圖像。這些通道是負責鉀離子進出細胞的看門蛋白，它們在神經和肌肉功能上的作用同晶體管在計算機中的一樣重要。

（5） 細胞信號研究又上一層樓。由于同時跟蹤多個細胞信號網絡的輸入輸出，人們逐漸了解了細胞如何響應它們周圍的化學和環境信號的過程。

從美國《科學》雜志2000～2005年評選出的歷年十大科學發現的統計來看，生物學領域所占比重是很高的。2000年生物學成就占50%；2001年為40%；2O02年為70%；2003年、2004年和2005年均為50%。從以上統計可以得出這樣的結論：21世紀是生物學的世紀的預言將成為現實。在這些被評選出的成就中主要集中在生命的起源與進化、人類的起源與進化、對人類自身的進一步認識以及生命現象的深層次研究等領域。這些成就無疑會使人們對生命有更深刻的理解。

科學研究國際化趨勢日益明顯，國際合作在科研領域內作用不容忽視，打破學科界限也在科技突破中得到了充分體現。