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211985:mad:木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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【前沿】[轉(zhuǎn)載]美《科學(xué)》評(píng)出2010年十大科學(xué)突破及十年成就 已有1人參與
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美《科學(xué)》評(píng)出2010年十大科學(xué)突破及十年成就 文章來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 毛黎 http://www.cas.cn/xw/kjsm/gjdt/201012/t20101217_3045632.shtml 通常，人造物體的運(yùn)動(dòng)均遵循經(jīng)典力學(xué)定律。然而，今年3月科學(xué)家宣布的研究成果首次打破了常規(guī)，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種精巧的實(shí)驗(yàn)裝置，其運(yùn)動(dòng)方式只能用量子力學(xué)來(lái)描述。為了表彰研究人員的實(shí)驗(yàn)在概念上的拓展、實(shí)驗(yàn)背后的獨(dú)創(chuàng)性以及其眾多的潛在用途，《科學(xué)》雜志將其評(píng)選為2010年最重大的科學(xué)突破。 美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校的物理學(xué)家安德魯·克萊蘭德和約翰·馬丁尼斯與同事一起設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)機(jī)械是一個(gè)人們裸眼可見(jiàn)的、極其細(xì)小的、由半導(dǎo)體材料制作的“量子鼓”。研究中，科學(xué)家首先將“量子鼓”冷卻至“基態(tài)”（量子力學(xué)定律中的最低能態(tài)）。隨即，將“量子鼓”提高一個(gè)量子級(jí)，讓其達(dá)到激發(fā)態(tài)。此外，研究人員甚至設(shè)法讓“量子鼓”同時(shí)處于兩種能態(tài)，以同時(shí)處在振動(dòng)和不振動(dòng)的疊加狀態(tài)，這種奇怪的現(xiàn)象合理地存在于量子力學(xué)獨(dú)特的法則中。 量子機(jī)械證明，量子力學(xué)原理既適用于大到肉眼可見(jiàn)物體的運(yùn)動(dòng)，又適用于原子和亞原子顆粒的運(yùn)動(dòng)。它為人們朝著完全控制物體量子級(jí)振動(dòng)的方向邁出了關(guān)鍵性的第一步。這種對(duì)某種人造裝置運(yùn)動(dòng)的控制將允許科學(xué)家們操控那些微小的運(yùn)動(dòng)，如同他們現(xiàn)在對(duì)電流和光子的控制。這種能力轉(zhuǎn)而可能引導(dǎo)人們開(kāi)發(fā)出新裝置以控制光量子態(tài)、超靈敏力探測(cè)器，并最終探求量子力學(xué)和我們現(xiàn)實(shí)感之間的界限。 本年度其他九項(xiàng)科學(xué)突破如下： 合成生物學(xué)：在生物學(xué)和生物技術(shù)的一個(gè)決定性時(shí)刻，研究人員組合了一個(gè)合成基因組，并用它轉(zhuǎn)變了一種細(xì)菌的身份特性。合成基因組取代了細(xì)菌的核糖核酸，導(dǎo)致其生產(chǎn)出一組新的蛋白質(zhì)。該研究成就促使美國(guó)國(guó)會(huì)召開(kāi)了關(guān)于合成生物學(xué)的聽(tīng)證會(huì)。研究人員預(yù)計(jì)，未來(lái)量身定制的合成基因組可用來(lái)產(chǎn)生生物燃料、醫(yī)藥品或其他有用的化學(xué)制品。 尼安德特人基因組：研究人員完成了尼安德特人基因組測(cè)序，基因組取自3.8萬(wàn)年至4.4萬(wàn)年前曾經(jīng)生活在克羅地亞的3名女性尼安德特人的骨頭。他們采用了對(duì)核糖核酸（DNA）降解片段進(jìn)行測(cè)序的新方法，并首次對(duì)現(xiàn)代人的基因組與尼安德特人的基因組進(jìn)行了直接比較�！ � 艾滋病病毒預(yù)防：對(duì)兩種新穎預(yù)防艾滋病病毒方法進(jìn)行的試驗(yàn)取得了不容置疑的成功：一種是含有抗艾滋病病毒藥物泰諾福韋（tenofovir）的陰道凝膠，它可使女性被感染率減少39%；另一種為口服藥物前接觸預(yù)防法，其讓一組男子以及與男性有性關(guān)系的變性女子（出生時(shí)為男性）感染艾滋病病毒的幾率減少了43.8%。 外顯子組測(cè)序/罕見(jiàn)疾病基因：對(duì)于研究因單一有缺陷基因?qū)е潞币?jiàn)遺傳性疾病的研究人員而言，僅對(duì)某一基因組中的外顯子（即基因組中擔(dān)當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)編碼的極小部分）進(jìn)行測(cè)序，就能發(fā)現(xiàn)特殊的、至少造成12種疾病的基因突變。 分子動(dòng)力學(xué)模擬：模擬蛋白質(zhì)在折疊時(shí)產(chǎn)出的旋轉(zhuǎn)始終是一個(gè)組合噩夢(mèng)。如今，借助世界上強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)能力，研究人員能跟蹤微小的正在折疊的蛋白質(zhì)中原子運(yùn)動(dòng)，跟蹤時(shí)間比過(guò)去任何方法都要長(zhǎng)100倍。 量子模擬器：為了描繪在實(shí)驗(yàn)室所看見(jiàn)的情況，物理學(xué)家根據(jù)方程式推測(cè)了理論，這些方程式可能極其難以求解。然而在今年，研究人員通過(guò)制造量子模擬器發(fā)現(xiàn)了一條捷徑。量子模擬器為人造晶體，激光光點(diǎn)在晶體中扮演的是代替電子而被截留在激光中的離子和原子。這些裝置為凝聚態(tài)物理學(xué)中的理論問(wèn)題提供了快速的答案，它們可能最終會(huì)幫助人們解開(kāi)諸如超導(dǎo)性等謎團(tuán)。 下一代基因組學(xué)：更快速更廉價(jià)的測(cè)序技術(shù)使人們能夠以極大的規(guī)模研究古代和現(xiàn)代核糖核酸。以“千人基因組計(jì)劃”為例，其發(fā)現(xiàn)了眾多導(dǎo)致我們?nèi)祟惇?dú)一無(wú)二的基因組變異，而其他正在進(jìn)行中的計(jì)劃將揭示更多的基因組功能。 核糖核酸（RNA）重編程：重新編程細(xì)胞（即將細(xì)胞的發(fā)育時(shí)鐘回?fù)�，使其表現(xiàn)如同胚胎中的非特化“干細(xì)胞”）已經(jīng)成為一種研究疾病和發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。今年，研究人員找到了用合成核糖核酸實(shí)現(xiàn)細(xì)胞重編程的方法。與以往的方法相比，新技術(shù)的速度要快2倍，功效要高100倍，并在治療應(yīng)用上可望更為安全。 大鼠的回歸：小鼠在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物世界占有統(tǒng)治地位。然而鑒于許多的用途，研究人員更愿意用大鼠。因?yàn)榇笫蟾菀子脕?lái)做實(shí)驗(yàn)，且從解剖學(xué)的角度上講與人類更加相似。不過(guò)，大鼠存在著重大缺陷，用以制造“基因剔除小鼠”（即通過(guò)精確地關(guān)閉特定基因而專門用于研究的小鼠）的方法在大鼠中無(wú)效。然而，今年有一系列的研究承諾會(huì)給實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)大批“基因剔除大鼠”。 本世紀(jì)前十年十大科學(xué)成就 本世紀(jì)首個(gè)十年即將結(jié)束之際，《科學(xué)》雜志的新聞?dòng)浾吆途庉嫕撔膶徱暳诉M(jìn)入新千年以來(lái)的那些改變科學(xué)面貌的進(jìn)步，評(píng)選出了十項(xiàng)科學(xué)成就作為“本十年卓見(jiàn)”（Insights of the Decade）。 “黑暗”基因組：基因常常會(huì)得到所有的榮耀。但現(xiàn)在研究人員認(rèn)識(shí)到，這些編碼蛋白質(zhì)的基因區(qū)域僅占整個(gè)基因組中的1.5%。而其余的基因組部分，其中包括小的編碼和非編碼核糖核酸（RNA）——過(guò)去曾被當(dāng)作“垃圾”而勾銷——現(xiàn)在被證明它們與其他的基因同樣重要。 精密宇宙學(xué)：在過(guò)去十年中，研究人員非常精確地推測(cè)出宇宙物質(zhì)的成分是普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量。同時(shí)，他們闡述了將這些成分組成宇宙的方法。這些進(jìn)展將宇宙學(xué)轉(zhuǎn)變成為一種有著標(biāo)準(zhǔn)理論的精確科學(xué)，而留給其他理論的活動(dòng)空間已十分狹小。 古老的生物分子：遠(yuǎn)古的核糖核酸（DNA）和膠原質(zhì)等“生物分子”經(jīng)受好幾萬(wàn)年時(shí)間存活下來(lái)，并為人們提供有關(guān)死去已久的植物、動(dòng)物和人類的重要信息，了解這些古老的“生物分子”讓古生物學(xué)受益匪淺�，F(xiàn)在，分析這些極其細(xì)小的時(shí)光機(jī)器，便可揭示骨骼上的證據(jù)所無(wú)法提供的解剖變化信息，如恐龍羽毛的顏色或長(zhǎng)毛猛犸象如何承受寒冷氣溫等。 火星上的水：過(guò)去十年對(duì)火星所做的6次探索提供的清晰證據(jù)顯示，該紅色行星上曾經(jīng)有足夠改變火星上巖石形成及可能維持生命的水，這些水或是在火星表面或存在于火星之內(nèi)�；鹦撬赡艽嬖谟诘厍蜷_(kāi)始出現(xiàn)生命的時(shí)候；但即使是現(xiàn)在，火星上仍然含有足夠的濕度，這激勵(lì)著科學(xué)家尋找火星上能呼吸、活著的微生物。 細(xì)胞重編程：過(guò)去十年中，關(guān)于發(fā)育是一種單向道路的概念已被完全改變。如今，研究人員已經(jīng)知道如何將充分發(fā)育的細(xì)胞進(jìn)行“重編程”，使其成為所謂的多能細(xì)胞，并使其重新具有成為其身體中任何類型細(xì)胞的能力。此技術(shù)已被用于制造來(lái)自罹患罕見(jiàn)疾病病人的細(xì)胞系，但科學(xué)家最終所希望的是能夠培養(yǎng)出在基因上相配的替代細(xì)胞、組織和器官。 微生組：人們對(duì)存活在人體中的微生物及病毒觀念的重大轉(zhuǎn)變導(dǎo)致研究人員產(chǎn)生了微生組的概念，微生組指的是宿主以及寄生在宿主身上或內(nèi)部的其他生物的基因組集。由于我們身體的90%細(xì)胞實(shí)際上是微生物，科學(xué)家們開(kāi)始了解微生物基因?qū)?huì)怎樣顯著地影響我們能從食物中吸收多少的能量，以及我們的免疫系統(tǒng)會(huì)如何對(duì)感染做出反應(yīng)。 系外行星：在2000年的時(shí)候，科學(xué)家們只知道26顆位于我們太陽(yáng)系外的行星。到了2010年，該數(shù)字已經(jīng)跳升至502顆，并且還在增加。隨著新興技術(shù)的出現(xiàn)，天文學(xué)家預(yù)計(jì)會(huì)在宇宙中發(fā)現(xiàn)大量的類似地球的行星。如今，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的較大行星的尺度和軌道對(duì)科學(xué)們理解行星系統(tǒng)如何形成和演化產(chǎn)生了革命性影響。 炎癥：不久前，炎癥被認(rèn)為是我們愈合體系中簡(jiǎn)單的輔助：它會(huì)短暫地出現(xiàn)，幫助免疫細(xì)胞對(duì)由創(chuàng)傷或感染所引起的組織損害進(jìn)行重建�，F(xiàn)在，研究人員相信，炎癥也是一種造成慢性疾病的驅(qū)動(dòng)力，這些包括癌癥、阿茲海默病、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病及肥胖癥在內(nèi)的慢性疾病最終會(huì)造成我們絕大多數(shù)人的死亡。 超材料：通過(guò)合成具有非常規(guī)和光學(xué)性質(zhì)可調(diào)的材料，物理學(xué)家和工程師開(kāi)拓了引導(dǎo)和操縱光線、制造可挑戰(zhàn)分辨率極限透鏡的新方法。他們甚至已經(jīng)開(kāi)始研制令物體無(wú)法被看見(jiàn)的“隱形斗篷”。 氣候變化：過(guò)去十年中，研究人員已經(jīng)確定了圍繞全球氣候變化的某些基本事實(shí)：世界正在變暖，人類是造成暖化的原因，而地球的自然過(guò)程不太可能會(huì)減緩變暖的進(jìn)程。但是未來(lái)的十年將決定科學(xué)家和政策制訂者會(huì)如何根據(jù)這一至關(guān)重要的信息來(lái)采取行動(dòng)。 |
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2樓2010-12-20 13:29:42
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