Science2009年度十大科學(xué)進(jìn)展

　　1.始祖地猿
　　
　　一具罕見的骨架拉開時(shí)間的帷幕，向我們揭示了人類最早的祖先那令人驚訝的身體構(gòu)造及其生存環(huán)境。
　　在人類的進(jìn)化史中，只有少數(shù)個(gè)體化石為人們所熟知，其中包括：來自德國尼安德谷的尼安德特人(Neandertal)，這是首次發(fā)現(xiàn)的古人類骨架；南非的湯恩小孩(Taung child)，該發(fā)現(xiàn)在1924年首次揭示了人類祖先在非洲生活過：以及著名的露西(Lucy)，其部分骨架進(jìn)一步揭示了人類演化過程中的一個(gè)關(guān)鍵階段。2009年。在這個(gè)小小的陣容里又增加了一個(gè)新成員：在埃塞俄比亞的阿法爾洼地發(fā)現(xiàn)的阿爾迪(Ardi)，這是迄今為止所知最早的人類祖先骨架，一同被發(fā)現(xiàn)的還有同一物種的其他至少35個(gè)個(gè)體化石。
　　從1974年發(fā)現(xiàn)露西以來，研究人員一直想搞清楚露西的祖先長(zhǎng)什么樣子、在哪里生活以及怎樣生活。露西屬原始人族，其大腦與黑猩猩的差不多大小，但是在320萬年前她就能像現(xiàn)代人一樣直立行走了。然而，即使是露西所屬物種——阿法南猿(Australo!oithecus afarensis，又名阿法南方古猿或南方古猿阿法種)的最早成員，其生存的時(shí)間也在人類與黑猩猩最后的共同祖先生存年代的數(shù)百萬年之后。人類起源篇章的第一幕仍舊缺失。
　　現(xiàn)在有了阿爾迪，這個(gè)生活在440萬年前的女性原始人為人們了解過去那個(gè)模糊不清的階段提供了新線索。阿爾迪的發(fā)現(xiàn)者將她的物種命名為始祖地猿(A／dipithecus ramidus，又名拉密達(dá)猿人)，這個(gè)名字來源于阿法爾語中含義為“根”和“地”的兩個(gè)詞。用來描述在地面生活的、靠近人類系譜源頭的類人猿。雖然有些人類化石更加古老，但阿爾迪是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的古老化石中最完整的。阿爾迪的骨架共有125塊，除了大部分頭骨和牙齒以外，還包括骨盆、手、臂、腿及腳部的骨骼(生活在4700萬年前的早期靈長(zhǎng)類動(dòng)物艾達(dá)(Ida)的化石也很完整，雖然在2009年最初宣布她的發(fā)現(xiàn)時(shí)人們?cè)Q她是人類的直系祖先。但后來發(fā)現(xiàn)并不是這樣)。
　　當(dāng)研究人員在1994年發(fā)現(xiàn)了阿爾迪人種的首批化石后，這些化石很快就被認(rèn)定是繼露西之后所發(fā)現(xiàn)的最重要的化石。但是研究人員的激動(dòng)和興奮并沒有持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)榘柕瞎羌艿钠扑榍闆r非常嚴(yán)重：比較大的骨骼已被壓碎了而且非常容易破損，這使得一個(gè)多學(xué)科小組花費(fèi)了15年時(shí)間來挖掘阿爾迪，并用數(shù)碼手段消除變形并分析其骨骼。
　　2009年10月，人們期待已久的阿爾迪骨架終于在《科學(xué)》雜志印刷版和網(wǎng)絡(luò)版刊登的11篇文章中面世(詳見2009年10月2日《科學(xué)》第60～106頁)。阿爾迪的發(fā)現(xiàn)者提出她屬于一個(gè)新的人族，該族包括現(xiàn)代人和人類祖先，但不包括其他現(xiàn)存類人猿的祖先。他們指出，阿爾迪獨(dú)特的身體構(gòu)造不同于現(xiàn)存的類人猿以及露西等后來的人族。相反，阿爾迪揭示出了古人類身體構(gòu)造的變化，正是這種變化奠定了直立行走的基礎(chǔ)。
　　并非所有的古人類學(xué)者都認(rèn)為始祖地猿是人類的祖先，甚至有人認(rèn)為始祖地猿不屬于人族。但是沒人對(duì)這個(gè)新證據(jù)的重要性表示異議。迄今為止。僅有6具年代在-100萬年以上的人族不完整骨架化石公開發(fā)表過。骨架的意義遠(yuǎn)大于來自不同個(gè)體的零碎骨頭；它不僅能使我們仔細(xì)研究整個(gè)動(dòng)物，而且就像羅塞塔石碑(Rosetta Stone)一樣可以幫助我們解密更多的不完整化石。正如預(yù)期的那樣，研究人員開始對(duì)阿爾迪的身體構(gòu)造和她與其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物的關(guān)系展開辯論，但他們都同意阿爾迪和其物種的其他標(biāo)本提供了大量新的、令人吃驚的數(shù)據(jù)，這有助于我們回答有關(guān)人類演化的一些最根本的問題，其中包括：我們?cè)鯓幼R(shí)別人類大家庭中最早的成員?直立行走是如何演變而成的?我們與黑猩猩最后的共同祖先長(zhǎng)什么樣?從現(xiàn)在開始。研究這些問題的人可以用阿爾迪作為參考。
　　
　　實(shí)體證據(jù)
　　阿爾迪最令人驚訝之處在于她不是南方古猿與長(zhǎng)得像黑猩猩和大猩猩的共同祖先之間的過渡物種。阿爾迪身高120厘米，身體和大腦的尺寸略大于黑猩猩；而且她比露西生存的年代更早。但阿爾迪的發(fā)現(xiàn)者稱，她長(zhǎng)得并不像非洲類人猿，更不像我們已知的更早類人猿的零碎骨頭。
　　當(dāng)研究人員研究了阿爾迪的臉和牙齒后，他們發(fā)現(xiàn)了一些可以把地猿屬與所有后來的人族物種(包括露西和現(xiàn)代人)聯(lián)系起來的衍生特征。例如，阿爾迪的口鼻不像黑猩猩那么突出。即使阿爾迪種的男性也沒有像黑猩猩那樣匕首般鋒利的大犬齒。她的顱底前后距離短，與直立行走者的一樣，而不像四足類人猿的那么長(zhǎng)。
　　此外，阿爾迪的發(fā)現(xiàn)者根據(jù)她的骨盆確定她的確是直立行走，這是長(zhǎng)久以來定義人類的一個(gè)重要特征。例如，她骨盆的上部邊緣比現(xiàn)存類人猿的短且寬，這就降低了她的重心，使她在行走時(shí)可以用一條腿平衡。但是阿爾迪并不像人類或露西那樣行走自如。她的骨盆對(duì)攀登和直立行走都很有利，使她成為“官能”兩足動(dòng)物，她的發(fā)現(xiàn)者這樣談到。
　　阿爾迪極為完整的手腳骨更證實(shí)了這一點(diǎn)。據(jù)發(fā)現(xiàn)者說，阿爾迪的腕關(guān)節(jié)不像非洲類人猿那么僵硬，手掌的骨頭短，這表明她并不像黑猩猩和大猩猩那樣用腳趾關(guān)節(jié)行走，也不像它們那樣在樹枝之間蕩來蕩去。但是阿爾迪的腳比黑猩猩更僵硬，這表明她的腳不但用來在地上直立行走，也用來在樹枝頂端小心攀爬走動(dòng)。事實(shí)上，阿爾迪的手指長(zhǎng)且彎曲，腳趾大且對(duì)生，這表明她可以抓緊樹枝。
　　如果真是這樣的話，那表明我們的祖先在林地里生活的時(shí)候就已經(jīng)開始直立行走，而不是像我們過去認(rèn)為的那樣在比較開闊的草地上生活時(shí)才開始直立行走。這個(gè)國際發(fā)現(xiàn)小組為了重現(xiàn)阿爾迪邁出第一步的場(chǎng)景而不遺余力，他們從阿拉米斯(Aramis)和附近的化石層中收集了15萬個(gè)動(dòng)植物化石標(biāo)本，包括大象、鳴禽和千足蟲。該小組用輻射測(cè)量法測(cè)出含有化石的沉積物來自于440萬年前，于是得出結(jié)論：阿爾迪生活在一個(gè)遍布天然林地的古老沖積平原上。她在樸樹、無花果樹和棕櫚樹上攀爬，與猴子、庫杜(kudu)羚羊以及孔雀生活在一起。
　　
　　與人類的關(guān)系
　　如果根據(jù)臉、頭骨和牙齒的特征來定義人族的話，那么表面上看阿爾迪屬于人族。很多讀過地猿屬資料或是看到過這些化石石膏模型的研究人員都同意這一點(diǎn)。但是自從露西被發(fā)現(xiàn)以來，直立行走一直是確定一個(gè)物種是否屬于人族的黃金定律。在靈長(zhǎng)類動(dòng)物中，只有人類和人類的近親習(xí)慣性地兩足行走。在這一點(diǎn)上。阿爾迪算不算人族還不好說。
　　作為阿爾迪直立行走關(guān)鍵證據(jù)的骨盆破碎且不完整，其一部分被稱為“愛爾蘭燉肉”；有外部研究人員希望能檢查阿爾迪骨骼復(fù)原過程。但是，阿爾迪的發(fā)現(xiàn)者指出，他們得出阿爾迪能直立行走的結(jié)論是依據(jù)她腳部的特征和原始骨盆保存最完好的那部分，而不是依據(jù)復(fù)原的部分。
　　看過阿爾迪骨盆復(fù)原石膏的一些外部研究人員認(rèn)為她確實(shí)具有與后來的人族相同的一些重要特征，比如坐骨切跡的形狀和大小。但是阿爾迪的手腳都很原始。因此有些研究人員提出嚴(yán)重質(zhì)疑：阿爾迪是否真的比其他類人猿更頻繁地直立行走?她在樹枝間攀爬或蕩來蕩去的能力是否不如其他類人猿?研究人員下一步要做的是詳細(xì)地比較阿爾迪和更早類人猿的骨頭，搞清楚阿爾迪獨(dú)特的解剖學(xué)特征是如何影響她行動(dòng)的。
　　《科學(xué)》上發(fā)表的文章提出了有力證據(jù)證明阿爾迪揭示了人類與黑猩猩共同祖先的基本身體構(gòu)造。很多研究人員也對(duì)此提出異議。他們指出阿爾迪大約生活在人類與黑猩猩共同祖先100萬～300萬年之后，在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)足以發(fā)生演化變遷。還有人對(duì)男性地猿縮小的犬齒的社會(huì)含義提出疑問，而國際發(fā)現(xiàn)小組的解釋是。小犬齒意味著男性地猿間的侵略性比黑猩猩低。
　　這樣的爭(zhēng)議表明，認(rèn)定這么古老的人族是否直立行走十分困難。阿爾迪是不是必須像南方古猿那樣直立行走才能被接納為人類大家庭的一員?也許雖然她用一種過渡形式直立行走，但她的臉、頭骨和犬齒與后來的原始人一致就足夠了?阿爾迪已經(jīng)促使一些研究人員提出這樣一個(gè)問題：是否習(xí)慣性的直立行走是定義人族的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，也許有些遠(yuǎn)古類人猿是從頭部開始演化為人族的。
　　發(fā)現(xiàn)人族新化石從而引起爭(zhēng)論并導(dǎo)致重新定義人類的限定是有先例的。很多人曾經(jīng)認(rèn)為較大的大腦和使用工具與直立行走是同時(shí)出現(xiàn)的，但直到露西被發(fā)現(xiàn)她的大腦與黑猩猩大小差不多，這就證明是直立行走先出現(xiàn)的。
　　在研究人員思考人族的定義的同時(shí)。他們還需要搞明白阿爾迪處于人類演化樹的什么位置。國際發(fā)現(xiàn)小組提出了一個(gè)假設(shè)：地猿屬產(chǎn)生了包括露西在內(nèi)的南方古猿屬，而人們普遍認(rèn)為南方古猿演化成包括現(xiàn)代人類的屬——人屬。但是他們也注意到，阿爾迪也可能屬于一個(gè)已滅絕的旁系分支，與我們的直接祖先是姐妹種。隨著新的研究人員加入到研究阿爾迪的行列。發(fā)現(xiàn)小組開始批準(zhǔn)他們觀察阿爾迪骨架復(fù)原石膏的請(qǐng)求，同時(shí)小組成員也將返回阿拉米斯尋找更多的化石。
　　2009年是達(dá)爾文誕辰200周年，也恰恰是2009年，研究人員最終打破了了解人類起源的400萬年屏障?，F(xiàn)在已經(jīng)有大量新鮮數(shù)據(jù)和至少---一批確鑿證據(jù)可以為制作人類最早祖先模型提供支持。
　　——ANN GIBBONS
　　
　　2.拓展伽馬射線天空
　　
　　就像在黑夜里閃爍的燈塔，脈沖星在太空中自轉(zhuǎn)的同時(shí)也會(huì)周期性地發(fā)出閃光，并以對(duì)錐狀電磁輻射波橫掃天空。自從40年前發(fā)現(xiàn)第一個(gè)脈沖星以來，天文學(xué)家通過這些神秘星體發(fā)射出的脈沖無線電波已經(jīng)探測(cè)到了數(shù)百個(gè)這樣的脈沖星。如今，天文學(xué)家找到了一個(gè)新的探索渠道——利用高能伽馬射線光譜來尋找無線電波段無法探測(cè)到的脈沖星。這是近年來使用伽馬射線進(jìn)行觀測(cè)所取得的進(jìn)展之一。而這一進(jìn)步使研究人員對(duì)脈沖星的工作原理有了更進(jìn)一步的理解，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)更多的新脈沖星也將有助于對(duì)引力波的探索。
　　2008年6月，美國國家航空航天局(NASA。簡(jiǎn)稱美國宇航局)將費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡(Fermi Gamma-ray space Telescope，簡(jiǎn)稱費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡)發(fā)射升空，用于繪制宇宙伽馬射線圖。而這些觀測(cè)結(jié)果也來自于費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡。一個(gè)國際研究小組通過仔細(xì)分析費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡升空后最初幾個(gè)月收集到的數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)了16顆新脈沖星；他們還發(fā)現(xiàn)了以毫秒速度自轉(zhuǎn)的8個(gè)已知脈沖星發(fā)出的強(qiáng)伽馬射線脈沖，這就證明這些天體不僅在無線電波段同時(shí)也在伽馬射線波段發(fā)出很亮的脈沖。此外，他們還發(fā)現(xiàn)了球狀星團(tuán)杜鵑座47(47 Tucanae)發(fā)出的高能伽馬射線，這表明在這個(gè)星團(tuán)里包含有多達(dá)60個(gè)毫秒脈沖星。
　　通過費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡所獲得的成果也許僅僅只是個(gè)開始。研究人員利用他們對(duì)脈沖星特征的新認(rèn)識(shí)，正在檢查費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡過去探測(cè)到的某些不明伽馬射線源中是否有脈沖星。美國和法國的天文學(xué)家小組利用地面射電望遠(yuǎn)鏡來檢測(cè)費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡所指出的候選天體。僅11月份一個(gè)月他們就發(fā)現(xiàn)了5個(gè)新的毫秒脈沖星，這種搜索技術(shù)比使用地面射電望遠(yuǎn)鏡盲目地掃描天空更有針對(duì)性。
　　由于科學(xué)家們認(rèn)為脈沖星放射出的伽馬射線束要比其無線電波束更寬，因此從理論上來說，基于太空的伽馬射線望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該比地面射電望遠(yuǎn)鏡更容易探測(cè)到脈沖星放出的射線。然而，最先使用費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡的康普頓伽馬射線天文臺(tái)(Compton Gamma Ray Observatory。于1991年至2000年運(yùn)行)運(yùn)氣不佳，他們并沒有找到這些天體。造成這一結(jié)果的原因就在于費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡的高靈敏度，這使它能夠檢測(cè)到康普頓天文臺(tái)檢測(cè)不到的微弱脈沖。
　　這些發(fā)現(xiàn)已經(jīng)給脈沖星物理學(xué)帶來了新的啟示。就目前所知，脈沖星是快速自轉(zhuǎn)的中子星，它們的強(qiáng)大磁場(chǎng)可以使粒子加速到接近光速并從兩極射出。這些熱物質(zhì)的射流會(huì)放射出伽馬射線。但是，磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)是什么樣的?粒子束到底從何處射出呢?一種理論模型認(rèn)為射流是從中子星表面的極冠射出，但也有人認(rèn)為光束來自極地上空數(shù)千公里外的太空。
　　天體物理學(xué)家經(jīng)過對(duì)費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的脈沖星伽馬射線輻射進(jìn)行分析后，得出的結(jié)果推翻了極冠模型理論。而觀測(cè)資料顯示，射線大部分來自于外磁層的某個(gè)位置。對(duì)脈沖星的工作原理進(jìn)行如此細(xì)致的檢測(cè)，僅僅通過無線電觀測(cè)是不可能的，因?yàn)闊o線電波只占脈沖星能源總量的很小一部分，而伽馬射線則占脈沖星輻射的絕大部分。
　　天體物理學(xué)家說，通過對(duì)脈沖星的觀測(cè)研究，預(yù)示著我們將來會(huì)發(fā)現(xiàn)更多不同類型的天體。在費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的1300多個(gè)伽馬射線源中，包括有光芒四射的星系、伽馬射線爆發(fā)和星系中心的黑洞。2009年11月，兩個(gè)研究小組通過地面伽馬射線望遠(yuǎn)鏡并結(jié)合費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡追蹤宇宙射線——也就是來自太空的高能粒子——直到它們?cè)诒ㄐ求w中的誕生地。從而解決了一個(gè)長(zhǎng)期以來的不解之謎(詳見2009年11月20日《科學(xué)》第1047頁)。新發(fā)現(xiàn)的這些脈沖星本身就能夠幫助研究人員探測(cè)引力波。引力波可以理解為時(shí)空構(gòu)成中的起落波紋，它可以使那些以最快速度自轉(zhuǎn)的脈沖星的自轉(zhuǎn)速率發(fā)生明顯改變。
　　
　　3.脫落酸(ABA)受體
　　
　　雖然在植物的行為技能之中并不包括“戰(zhàn)斗”或“逃跑”，但是植物體內(nèi)有一種相當(dāng)于人的腎上腺素的化學(xué)物質(zhì)，被稱為脫落酸(abscisic acid，簡(jiǎn)稱ABA)。高濃度的ABA使種子保持休眠狀態(tài)，有助于減少水分流失，并在條件惡劣時(shí)抑制根部和其他植物部位的生長(zhǎng)。但是長(zhǎng)期以來植物生物學(xué)家一直未能找到這個(gè)關(guān)鍵植物激素的受體，盡管多次嘗試，但屢試屢敗。終于在2009年5月，兩個(gè)獨(dú)立研究小組用不同的方法確定了同一蛋白質(zhì)家族為ABA受體。到2009年深秋為止，已有另外幾個(gè)研究小組證實(shí)了ABA和PYR／PYL／RCAR蛋白質(zhì)之間的聯(lián)系。正如該領(lǐng)域的一位領(lǐng)軍人物說的：“ABA受體研究終于獲得了成功!”
　　其中一個(gè)來自德國的研究小組主要把注意力集中在尋找與AB11和AB12這兩種酶結(jié)合的蛋白質(zhì)上(這兩種酶有助于刺激ABA的活動(dòng))。他們發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)蛋白質(zhì)，將其命名為“ABA受體調(diào)控組分”(RCAR)。另一個(gè)來自美國加利福尼亞州的研究小組，通過研究加速ABA活動(dòng)的pyrabactin與何種物質(zhì)相互作用，從而找到一個(gè)ABA受體。這個(gè)小組把他們發(fā)現(xiàn)的ABA受體命名為PYR1。兩個(gè)小組發(fā)現(xiàn)各自找到的ABA受體都屬于同一個(gè)有14個(gè)成員的蛋白質(zhì)家族。
　　另外。來自中國、日本、歐洲和美國的其他研究人員也找到了證據(jù)支持這些結(jié)果。有幾個(gè)小組還獲得了ABA與其受體結(jié)合或ABA及受體同時(shí)與PP2C磷酸酯酶相互作用的晶體結(jié)構(gòu)(要使ABA起作用必須關(guān)閉PP2C磷酸酯酶)。這些結(jié)構(gòu)表明：PYR／PYL／RCAR蛋白質(zhì)結(jié)成對(duì)，形成一個(gè)有“門”的袋，使ABA可以居于其中。A，BA通過改變分子對(duì)的形狀使“門”關(guān)閉。并形成一個(gè)與PP2C結(jié)合的表面。
　　這些研究成果可以說是植物生物學(xué)研究甚至是更廣泛領(lǐng)域科學(xué)研究的福音。PP2C和ABA受體都屬于高度守恒的蛋白質(zhì)家族，因而確定了這些蛋白質(zhì)在植物中的作用后。也許就更容易搞清楚它們?cè)谄渌矬w中的作用。
　　
　　4.發(fā)現(xiàn)模擬磁單極子
　　
　　在蘇斯博士(Dr.SEUSS)著名的兒童讀物《圣誕怪杰》(How the Grineh Stole Christmas，格林奇如何偷走圣誕節(jié))中，小氣的主人公怒氣沖沖地說：“如果找不到馴鹿，我就自己做一個(gè)!”物理學(xué)家們?yōu)榱苏业介L(zhǎng)期以來一直追尋的目標(biāo)粒子而采取了類似的方法，這種粒子被稱為磁單極子。雖然科學(xué)家們還沒有發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)，但是在2009年，有兩個(gè)研究小組在磁晶體內(nèi)制造出了被稱為“準(zhǔn)粒子”的波紋，其行為特征與單極子類似。
　　據(jù)物理學(xué)家們所知，每個(gè)磁體都有一個(gè)北極和一個(gè)南極。但是，理論家們?cè)茢嗷玖Ｗ又挥衅渲幸粯O。1931年，英國理論家保羅·狄拉克(PauI Dirac)認(rèn)為，如果有這種磁單極子的存在那么就可以解釋電荷的量子化問題?！按蠼y(tǒng)一理論”
　　(Grand Unified Theories)也預(yù)測(cè)了磁單極子的存在。這一理論把電磁作用、弱作用力以及強(qiáng)作用力視為同一事物的不同方面。
　　9月份報(bào)告發(fā)現(xiàn)的單極子只存在于鈥鈦酸鹽和鏑鈦酸鹽這類被稱為自旋冰(spin ice)的物質(zhì)中。在自旋冰中，旋轉(zhuǎn)的磁性鈥離子或鏑離子位于四面金字塔或四面體的四個(gè)頂角。正如氫離子在冰里的位置一樣。在低溫狀態(tài)下，每個(gè)四面體里有兩個(gè)離子的北極向內(nèi)指向中心。另兩個(gè)離子的北極指向外部。翻轉(zhuǎn)一個(gè)離子就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有三個(gè)離子指向內(nèi)部的不平衡四面體。與另一個(gè)只有一個(gè)離子指向內(nèi)部的四面體。翻轉(zhuǎn)更多的自旋指向，不平衡的四面體就會(huì)獨(dú)立移動(dòng)，這就像磁單極子一樣。
　　這樣的“自旋系統(tǒng)”給理論家和實(shí)驗(yàn)家提供了游戲場(chǎng)地。這些被觀察到的磁單極子以簡(jiǎn)單的方法展示了這種系統(tǒng)的豐富性。
　　
　　5.健康長(zhǎng)壽
　　
　　雖然來自復(fù)活節(jié)島泥土中的一種細(xì)菌分泌物并不是龐塞德萊昂(Ponce De Le6n)所設(shè)想的青春之泉，但是2009年，研究人員向世人展示了一種名為雷帕霉素(rapamyein)的化合物，這種物質(zhì)可以延長(zhǎng)老鼠的壽命，這也是第一次有藥物可以延長(zhǎng)哺乳動(dòng)物的壽命。
　　雷帕霉素通常是醫(yī)生開的處方藥，用來治療腎癌以及減輕器官移植排斥反應(yīng)。美國國家衰老研究所已經(jīng)把該藥物加入到可能會(huì)延長(zhǎng)嚙齒動(dòng)物壽命的分子名單中。在這之后，三個(gè)試驗(yàn)此類藥物的美國實(shí)驗(yàn)室開始給實(shí)驗(yàn)鼠喂食雷帕霉素。這些600天大的實(shí)驗(yàn)鼠相當(dāng)于60歲的人類。在食用了富含雷帕霉素的食物之后，這些實(shí)驗(yàn)鼠的壽命平均延長(zhǎng)了9％～14％。研究人員也曾經(jīng)在蠕蟲和果蠅身上進(jìn)行試驗(yàn)并取得過類似的結(jié)果。但這是首次在哺乳動(dòng)物身上試驗(yàn)成功。尤其鼓舞人心的是，雖然這些試驗(yàn)鼠已過盛年。但雷帕霉素仍然有效。
　　不過，雷帕霉素的機(jī)制卻難住了科學(xué)家們。雷帕霉素的作用是抑制從蛋白質(zhì)合成到細(xì)胞分裂全過程參與的TOR生化過程。然而，雷帕霉素并不能阻止導(dǎo)致死亡的任何具體原因：這些上了年紀(jì)的試驗(yàn)鼠患有各種潰瘍和心力衰竭等老年病癥。而且由于這些試驗(yàn)鼠并沒有變得骨瘦如柴，因此研究人員懷疑雷帕霉素的作用機(jī)制與熱量限制(CR)機(jī)制類似，而其他一些科學(xué)家則認(rèn)為兩者之間可能有聯(lián)系。熱量限制是指一種通過極端限制試驗(yàn)鼠和其他實(shí)驗(yàn)室生物的飲食來延長(zhǎng)其壽命的方法。
　　與此同時(shí)，2009年發(fā)表的另一項(xiàng)研究使我們離揭開關(guān)于熱量限制的一項(xiàng)大課題的面紗更近了一步，那就是“熱量限制是否對(duì)人類有效”。首次開始將靈長(zhǎng)類動(dòng)物恒河猴(rhesus monkeys)作為試驗(yàn)對(duì)象是在20年前?，F(xiàn)在這些恒河猴開始死于與年齡相關(guān)的種種原因，但是初步試驗(yàn)結(jié)果表明，采用熱量限制法喂養(yǎng)的恒河猴比正常進(jìn)食的同類壽命更長(zhǎng)。
　　由于雷帕霉素會(huì)破壞免疫系統(tǒng)，而只有狂熱者才能把熱量限制法堅(jiān)持下去。因此，這兩種方法都不是延長(zhǎng)人類壽命的理想方式。但是，它們也許能夠引導(dǎo)研究人員找到更好的替代方法來延緩衰老，或者至少延長(zhǎng)我們健康生活的時(shí)間。
　　
　　6.科學(xué)家揭示月球存在冰
　　
　　2009年，行星科學(xué)家們最終證明了像月亮一樣荒蕪、熾熱的天體上有可能存在水冰混合物。這一發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)研究?jī)|萬年之久的環(huán)境記錄重新燃起了希望，從字面意義上來說，也是為人類探索太陽系的壯舉加油助威。
　　月球存在冰并不是一個(gè)完全荒謬的想法。在20世紀(jì)90年代初期，科學(xué)家們通過地面雷達(dá)探測(cè)水星時(shí)就發(fā)現(xiàn)，水星撞擊坑地表下埋藏有類似水冰混合物的東西。這種物質(zhì)只在極地隕石坑下才有，因?yàn)闃O地隕石坑邊緣的陰影使坑底永遠(yuǎn)處于黑暗中，確保了必要的永久寒冷?？茖W(xué)家們推斷，也許經(jīng)過億萬年的漫長(zhǎng)時(shí)間，來自撞擊彗星和結(jié)冰小行星的一些水被凍結(jié)在永遠(yuǎn)處于黑暗中的隕石坑里。環(huán)繞月球的雷達(dá)最終也找到跡象表明月球極地隕石坑存在冰，但是人們對(duì)這一見解仍存在爭(zhēng)議。1998年，一臺(tái)環(huán)繞月球的儀器在極地探測(cè)到高濃度的氫，這些氫有可能是埋藏于地表下水分子的一部分，即便如此，爭(zhēng)議仍舊沒有停止。
　　最后，研究人員將一個(gè)兩噸重的、耗盡燃料的火箭級(jí)以每小時(shí)7200公里的速度撞擊到永遠(yuǎn)黑暗、寒冷的Cabeus隕石坑里，試圖使數(shù)升水涌出地面從而被觀察到。耗資8000萬美元的月球隕坑觀測(cè)和傳感衛(wèi)星(LCROSS)發(fā)回了月球撞擊飄升物中水汽、冰和水衍生羥基的清晰光譜特征圖。
　　LCROSS還發(fā)回了月球水源的證據(jù)。LCROSS的傳感器檢測(cè)到與水冰混合物一起埋于地下的一氧化碳、甲烷和甲醇等分子。這些化合物正是彗星和結(jié)冰小行星上發(fā)現(xiàn)的同類物質(zhì)，因此，月球上至少有一些地方保存了億萬年來曾碰撞月球的天體所留下的遺跡。
　　月球冰冷的水儲(chǔ)藏也許記錄了數(shù)十億年來月球發(fā)生過的撞擊。宇航員也許能飲用這種水或是用其種植食物，甚至將其分子分裂為氫原子和氧原子用來做火箭燃料。但有一個(gè)問題就是：必須有人想出辦法如何在月球絕對(duì)零度以上40度的溫度下進(jìn)行鉆探和開采作業(yè)。
　　
　　7.基因療法回來了
　　
　　基因療法是指通過修復(fù)DNA使發(fā)生故障的細(xì)胞功能恢復(fù)正常，它為治療單個(gè)基因缺陷引起的疾病提供了一個(gè)精美的解決方案。自1990年起，科學(xué)家們就開始了第一例人體研究，但是該領(lǐng)域一直面臨各種技術(shù)挑戰(zhàn)和重重困難，也曾有一位志愿者在臨床試驗(yàn)中死亡。但是就在2009年，研究人員報(bào)告稱已經(jīng)對(duì)多種破壞性疾病進(jìn)行了成功治療，這說明基因療法終于有了轉(zhuǎn)機(jī)。這些成功案例包括：
　　先天性黑蒙癥(Leber's congenital amauro-sis，簡(jiǎn)稱LCA)。這是一種導(dǎo)致患者在嬰兒期失明的罕見遺傳疾病。美國和英國的研究人員給黑蒙癥患者的一只眼睛注射一種攜帶外來基因的無害病毒，該基因編碼是一種制造感光色素所必需的酶的編碼。在第一批臨床試驗(yàn)中，所有12名部分失明患者的感光能力都有改善。其中4個(gè)孩子重獲視力。并能夠進(jìn)行體育活動(dòng)。在學(xué)校也不再需要使用學(xué)習(xí)輔助器材(另一個(gè)研究小組用類似的方法使先天紅綠色盲的松鼠猴恢復(fù)了全色視覺)。
　　X連鎖腎上腺腦白質(zhì)營養(yǎng)不良癥(X-linked adrenoleukodys~ophy，簡(jiǎn)稱ADL)。這是一種大腦疾病，通常會(huì)導(dǎo)致男童在青春期前死亡。此種疾病是由于制造維持神經(jīng)髓鞘蛋白質(zhì)的基因有缺陷造成的。一個(gè)法國研究小組往患有此病的2個(gè)7歲男童血細(xì)胞里注入一個(gè)糾正基因，有些細(xì)胞開始制造缺失的蛋白質(zhì)并且看起來轉(zhuǎn)移到了他們的大腦。兩年后，ADL典型的漸進(jìn)性腦損傷已經(jīng)停止了。這次試驗(yàn)也是第一次用失效的HIV病毒把基因帶入細(xì)胞，該病毒導(dǎo)致癌癥的可能性比過去用的載體小。
　　“泡泡男孩”病，又名嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷癥(severe combined immunodeficieney。簡(jiǎn)稱SCID)。這種病是由于缺乏一種名為腺苷脫氨酶的酶而引起的。2009年1月，意大利研究學(xué)者公布了一項(xiàng)為期8年的試驗(yàn)成果，試驗(yàn)對(duì)象為兒童患者。10名患者中有8名不再需要進(jìn)行酶替代療法，他們過上了正常人的生活；而且他們中沒有發(fā)現(xiàn)基因療法的嚴(yán)重副作用(治療一種相關(guān)疾病——X連鎖SCID的基因療法恢復(fù)了19名嬰兒的免疫系統(tǒng)，但是他們中有5名患上白血病，其中1名死亡)。
　　對(duì)其他遺傳病的臨床試驗(yàn)結(jié)果將很快公布。研究人員準(zhǔn)備采用更安全的新載體進(jìn)行更多試驗(yàn)。
　　
　　8.石墨烯研究取得新進(jìn)展
　　
　　材料科學(xué)的研究往往進(jìn)展緩慢，但是對(duì)石墨烯的研究卻進(jìn)展神速。2004年，英國研究人員發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單方法，可以從石墨塊上剝離一個(gè)原子厚度的碳原子層，自此，眾多研究學(xué)者開始競(jìng)相研究這一極薄膜。2009年，在這方面的研究達(dá)到了一個(gè)新高度：研究人員有了一連串的新發(fā)現(xiàn)，其中包括制造出大張石墨烯薄膜以及用其研制全新器件的新基本理論和方法。
　　石墨烯的魅力很大程度上在于它傳導(dǎo)電子的方式。其近乎完美的原子秩序(六邊形細(xì)鐵絲網(wǎng)狀的碳原子晶格)能讓電子以超快速度通過。物理學(xué)家可以利用石墨烯的這個(gè)特性作為試驗(yàn)臺(tái)，用于檢測(cè)量子力學(xué)的某些不尋常特征。例如：不久前。紐約和新澤西州的兩個(gè)研究小組各自證實(shí)了石墨烯的電子顯示出分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)(Hall effect)?；魻栃?yīng)中的電子就像只有一個(gè)分?jǐn)?shù)電荷的粒子一樣共同行動(dòng)。幾十年前，這一行為特征就在一些多層半導(dǎo)體材料中被發(fā)現(xiàn)過，但是從未在石墨烯這樣一種簡(jiǎn)單材料中發(fā)現(xiàn)過。
　　簡(jiǎn)單性也支配著其他領(lǐng)域。2009年5月。美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員在報(bào)告中提到。他們?cè)诒°~箔片上試培出1平方厘米的石墨烯薄膜。康奈爾大學(xué)的一個(gè)研究小組通過修改前者的技術(shù)，在硅晶圓上也試培出了石墨烯。這兩大成果為今后制造大型石墨烯電子設(shè)備開啟了一扇大門。
　　對(duì)此類設(shè)備的研究進(jìn)展神速。2009年1月，IBM公司的研究人員報(bào)告稱，他們已經(jīng)制成了每秒鐘可以開關(guān)260億次的石墨烯晶體管，這一性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的硅設(shè)備。麻省理工學(xué)院的研究人員研制出了用于電子信號(hào)傳播的石墨烯倍頻器，這一成果有可能使通信及傳感領(lǐng)域出現(xiàn)新的應(yīng)用產(chǎn)品。另外，研究人員還研制出了很多以石墨烯為基礎(chǔ)的器件，例如可以稱量小分子的石墨烯天平，以及超高速石墨烯光電探測(cè)器。不管簡(jiǎn)單還是不簡(jiǎn)單，研究人員的工作讓石墨烯研究看上去很容易。
　　
　　9.哈勃重生
　　
　　哈勃太空望遠(yuǎn)鏡曾經(jīng)因?yàn)槔匣铧c(diǎn)被迫退休。不過2009年秋天，它又開始拍攝服役19年來最好的圖像了。這完全要?dú)w功于2009年5月進(jìn)行的一次維修任務(wù)，它成功地把哈勃望遠(yuǎn)鏡的使用壽命延長(zhǎng)了5年。
　　在美國國家航天航空局(NASA)前局長(zhǎng)肖恩·奧基夫(Scan O’Keefe)宣布取消原定2004年執(zhí)行的哈勃維修任務(wù)之后，美國宇航局內(nèi)部就此次任務(wù)展開了長(zhǎng)期的斗爭(zhēng)，試圖使其成行。宇航局的官員曾考慮把一個(gè)機(jī)器人送上太空?qǐng)?zhí)行必要的維修任務(wù)，但是很多專家認(rèn)為這是一個(gè)不切實(shí)際的提議，最終是會(huì)毀掉哈勃望遠(yuǎn)鏡的。直到2006年。奧基夫的繼任者邁克爾·格里芬(Michael Griffin)同意NASA的宇航員對(duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行最后一次整修。這才讓支持哈勃望遠(yuǎn)鏡繼續(xù)運(yùn)作的人們松了一口氣。
　　2009年5月，亞特蘭蒂斯號(hào)(Atlantis)航天飛機(jī)上7名宇航員進(jìn)入地球上空500公里的軌道、11天內(nèi)共進(jìn)行了5次太空行走，執(zhí)行了一系列復(fù)雜而危險(xiǎn)的操作。最后，他們完成了所有預(yù)定任務(wù)，其中包括：把2號(hào)廣角相機(jī)(Wide Field Camera)換成了圖像分辨率高十多倍的3號(hào)廣角相機(jī)：安裝了可以提高哈勃拍攝紫外光譜能力的宇宙起源攝譜儀(Cosmic Origins spectro-graph)；另外還修復(fù)了兩架現(xiàn)有設(shè)備，分別是高級(jí)巡天相機(jī)(Advanced Camera for Surveys)和太空望遠(yuǎn)鏡成像攝譜儀(Space Telescope Imaging spectrograph)。
　　9月9日，美國宇航局公布了哈勃維修后拍攝的首批照片：蝴蝶星云的壯觀畫面、半人馬座ω球狀星團(tuán)以及其他星球奇觀。哈勃已經(jīng)開始正常工作了!如今。使用哈勃所拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行的科學(xué)研究正在加緊進(jìn)行。例如，在近幾個(gè)月中，哈勃已經(jīng)拍攝到地球附近漩渦星系M83的最詳盡照片。這些照片應(yīng)該有助于研究人員了解更多恒星在M83中心誕生的秘密。
　　
　　10.第一臺(tái)X射線激光器閃亮登場(chǎng)
　　
　　2009年4月，一種新型光閃耀誕生。位于美國加利福尼亞州西部門洛帕克(Menlo Park)的斯坦福直線加速器中心國家加速器實(shí)驗(yàn)室(SLAC National Accelerator Laboratory)的物理學(xué)家們制造出了世界上第一臺(tái)X射線激光器，這臺(tái)130米長(zhǎng)的大怪物名為直線型加速器相干光源(Linae Coherent Light Source，簡(jiǎn)稱LCLS)，它通過實(shí)驗(yàn)室中的3公里直線粒子加速器提供動(dòng)力。這臺(tái)激光器是一個(gè)價(jià)值4.2億美元應(yīng)用設(shè)備的核心部分，研究人員歷時(shí)3年才完成全部制造過程。而僅僅是啟動(dòng)它就要花費(fèi)研究人員近2小時(shí)的時(shí)間。
　　雖然LCLS只是一個(gè)工具，但是它絕對(duì)稱得上是一項(xiàng)“突破”，因?yàn)榕c所有以前的光源相比。它標(biāo)志著質(zhì)的進(jìn)步。幾十年來，科學(xué)家們都是使用x射線來探測(cè)材料的原子級(jí)別結(jié)構(gòu)。LCLS比以往任何光源的亮度都要高10億倍，它產(chǎn)生的X射線脈沖短暫到百萬分之二納秒。這種速度快到足以拍攝下化學(xué)反應(yīng)過程中的停止動(dòng)作圖像。簡(jiǎn)單地說，LCLS是第一臺(tái)結(jié)合了原子級(jí)別空間和時(shí)間分辨率的設(shè)備。同時(shí)，它還以相干量子波的形式輸出x射線，這樣研究人員就可以借用為傳統(tǒng)激光器發(fā)展出來的技術(shù)進(jìn)行研究。
　　自10月起，試驗(yàn)中開始使用LCLS。科學(xué)家們希望用LCLs測(cè)定一個(gè)分子樣品中的一種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，或是將某種物質(zhì)的所有原子除去內(nèi)層電子后，看看這種物質(zhì)會(huì)如何反應(yīng)。鑒于被稱作同步加速器的X射線源已經(jīng)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家和材料科學(xué)家的常用工具，那么這種最新式的設(shè)備LCLS又能做些什么呢。但事實(shí)是，科學(xué)家們提出：“我們可以用它來做什么呢?”。這個(gè)問題本身就表明LCLS是全新的東西。有可能會(huì)產(chǎn)生沒人能夠預(yù)見的戲劇性進(jìn)