科學(xué)要看最后的結(jié)果

關(guān)毅 (本刊特約記者)

科學(xué)要看最后的結(jié)果

關(guān)毅 (本刊特約記者)

經(jīng)過不懈努力，全球關(guān)注的阿爾法磁譜儀項目于2014年9月18日公布最新研究成果，進(jìn)一步顯示暗物質(zhì)可能存在。對此該項目首席科學(xué)家、著名華人物理學(xué)家丁肇中表示，新發(fā)現(xiàn)是他自1963年以來最重要的研究成果，“根據(jù)現(xiàn)在的結(jié)果，我們所找的東西一定是新的東西，從來沒有見過的東西，是不是暗物質(zhì)，要看最后一個結(jié)果”。飽受丑聞困擾的日本理化研究所于2014年9月12日宣布，他們利用能發(fā)育成多種細(xì)胞的iPS細(xì)胞制成視網(wǎng)膜細(xì)胞，并于當(dāng)日移植到一名滲出型老年黃斑變性女患者的右眼中。這是世界首例利用iPS細(xì)胞完成的移植手術(shù)。但愿這次他們能讓全世界信服。

新線索顯示暗物質(zhì)可能存在

諾貝爾獎得主、美籍華人物理學(xué)家丁肇中2014年9月18日公布阿爾法磁譜儀項目的最新研究成果，進(jìn)一步顯示宇宙射線中過量的正電子可能來自暗物質(zhì)。

2011年升空的阿爾法磁譜儀由國際空間站搭載，任務(wù)是尋找暗物質(zhì)并探尋其起源。根據(jù)現(xiàn)有理論，宇宙中的暗物質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于普通物質(zhì)，暗物質(zhì)碰撞會產(chǎn)生過量的正電子，阿爾法磁譜儀可對宇宙射線中的正電子進(jìn)行精密觀測。

根據(jù)研究小組在最新一期美國《物理評論快報》上發(fā)布的數(shù)據(jù)，阿爾法磁譜儀觀察到的410億個宇宙射線事件中，約有1000萬個是電子或正電子。從8 GeV (1 G=109)的能量開始，正電子占電子與正電子總數(shù)的比例快速增加，在275 GeV左右停止增長。比例上升的過程較為均衡，沒有明顯峰值。此外，正電子似乎來源于宇宙空間的各個方向，而不是某個特定方向。

研究人員說，觀測到的正電子分布特征與暗物質(zhì)理論的某個模型一致，該模型認(rèn)為暗物質(zhì)由一種稱為“中輕微子”的粒子組成。不過，這些過量的正電子到底是來源于暗物質(zhì)，還是來源于脈沖星等天文現(xiàn)象，還需要進(jìn)一步分析確認(rèn)。

項目首席科學(xué)家丁肇中教授說，暗物質(zhì)碰撞產(chǎn)生過量正電子有6個特征，開始點(diǎn)、上升速率、最高點(diǎn)等5個特征都已被阿爾法磁譜儀測量到，最后一個特征就是測量正電子產(chǎn)生率會不會突然下降。

“怎么樣下降，慢慢地下降還是很快地下降？很快地下降就一定是暗物質(zhì)。”丁肇中說。

研究小組在同一期雜志上發(fā)表的另一篇論文認(rèn)為，宇宙射線中電子與正電子的通量(即單位時間里通過單位面積的粒子數(shù)量)分布顯著不同，其特征也顯示，過量的高能正電子有可能來自暗物質(zhì)碰撞。

阿爾法磁譜儀(圖片來源：美國宇航局)

研究結(jié)果顯示，電子通量與正電子通量均無法由單一不變的譜指數(shù)描述(通量隨能量的變化由譜指數(shù)決定，通常是正比于能量的譜指數(shù)次方)，特別是在20～200 GeV間，正電子通量隨能量變化的速率高于電子通量，這可被視為正電子比例增加來源于過量高能正電子而非高能電子損失的重要證明。

研究人員認(rèn)為，對正電子占電子與正電子總數(shù)的比例、電子與正電子各自通量以及總通量的精密測量互為補(bǔ)充，或幫助科學(xué)界更為深入地了解高能宇宙射線的來源及暗物質(zhì)的存在。

阿爾法磁譜儀項目由來自全球15個國家和地區(qū)的56個科研機(jī)構(gòu)參與，首要目的是尋找宇宙中的暗物質(zhì)及其起源。2011年5月，美國“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)將太空粒子探測器“阿爾法磁譜儀2”送至國際空間站。

火星迎來美印兩個繞軌探測器

器發(fā)出的信號延遲約12 min才傳回至地球。美國航天局電視直播顯示，當(dāng)傳回的信號證實探測器入軌成功時，地面控制中心內(nèi)掌聲響起，一片歡騰。

“火星大氣與揮發(fā)演化”項目團(tuán)隊在推特上寫道：“在10個月及7.11億km的航行之后，火星從來沒有看上去這么漂亮?！?/p>

未來6周，探測器將在臨時軌道上試運(yùn)行，并檢測所攜帶的科學(xué)儀器，其間會有一顆彗星于10月19日近距離掠過火星，探測器會忙中抽閑觀賞這難得的天文秀。

最終，探測器會進(jìn)入周期為4.5 d的火星軌道，進(jìn)行長達(dá)一年的對火星上層大氣的考察。美國航天局說，這一探測器將專注于研究早期火星上的水和二氧化碳消失之謎，這些問題對了解火星的歷史、氣候以及火星上存在生命的可能性十分重要。

“火星大氣與揮發(fā)演化”探測器2013年11月中旬發(fā)射升空，它重2.45 t，大小相當(dāng)于一輛公交車，它攜帶了8件儀器，整個項目耗資超過6.7億美元。

印度外太空研究組織9月24日宣布，印度首個火星探測器“曼加里安”號當(dāng)日上午成功進(jìn)入火星軌道?！奥永锇病碧柼綔y器目前正在離火星表面大約500 km處正常運(yùn)行，距離地球2.15億km。

印度外太空研究組織指揮中心位于班加羅爾，當(dāng)?shù)貢r間7時30分(北京時間10時)，“曼加里安”號探測器發(fā)動機(jī)開始點(diǎn)火，24 min后將探測器推入火星軌道。隨后，在美國、歐洲、印度和澳大利亞的4個太空雷達(dá)監(jiān)測站均收到探測器信號，確認(rèn)它已經(jīng)進(jìn)入火星軌道。探測器將在24日下午開始發(fā)回火星畫面。

“曼加里安”號火星探測器于2013年11月發(fā)射，耗資約7400萬美元，被認(rèn)為是迄今最省錢的火星探測項目。它的成功入軌使印度成為第4個擁有火星軌道探測器的國

美國“火星大氣與揮發(fā)演化”探測器在歷經(jīng)10個月的旅程后，于2014年9月21日進(jìn)入火星軌道。但它不是唯一的地球來客，印度一個探測器也于24日抵達(dá)火星。

美國東部時間9月21日21時50分(北京時間9月22日9時50分)左右，已在太空中航行了約7億 km的“火星大氣與揮發(fā)演化”探測器開始入軌操作，探測器上的6個制動推進(jìn)器點(diǎn)火，成功讓探測器減速至1980 km/s，然后推進(jìn)器自動熄火，探測器受火星引力的吸引，進(jìn)入一個臨時的橢圓形軌道。

整個入軌過程耗時約33 min，但由于火星與地球相距遙遠(yuǎn)，探測家。

藝術(shù)家筆下的火星軌道探測器(圖片來源：Nesnad/Wikimedia Commons)

也有分析認(rèn)為，印度的這次火星探測行動雖然主要靠本國科技實力，但也得到美國、歐盟等大量技術(shù)支持，探測器的一些重要部件也從美國進(jìn)口。

印度總理莫迪在指揮中心現(xiàn)場觀看了探測器入軌的過程，他稱這是印度對人類探索外太空的重要貢獻(xiàn)。

此前已在火星軌道上工作的共有3個探測器，分別是美國2001年發(fā)射的“奧德賽”和2005年發(fā)射的“火星勘測軌道飛行器”、歐洲2003年發(fā)射的“火星快車”。此外，美國2003年發(fā)射的“機(jī)遇”號火星車和2011年發(fā)射的“好奇”號火星車已經(jīng)在火星表面上工作。

普通小麥基因組草圖繪制完成有望加速培育新品種工作

一個小麥基因組序列草圖的問世有望加速培育這種全世界最重要農(nóng)作物新品種的工作，同時揭示這種古老主食錯綜復(fù)雜的歷史。在2014年7月18日出版的美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一組論文中，國際小麥基因組測序聯(lián)盟公布了來自普通小麥——被更廣泛地稱為面包小麥——的基因組初始草圖，此舉被認(rèn)為距破譯小麥全基因組序列這一曾被視為“不可能完成的任務(wù)”僅剩一步之遙。

這些數(shù)據(jù)的出臺經(jīng)歷了很長時間。可謂命運(yùn)弄人，普通小麥養(yǎng)活了全球30%的人口，并提供了人類所需20%的熱量，它卻擁有著一個最折磨人的基因組序列?，F(xiàn)代小麥基因組是不同品種之間多輪雜交的產(chǎn)物，這就是如今導(dǎo)致最終的基因組包含了3種幾乎相同的“亞基因組”，而每種亞基因組含有7對染色體。對小麥遺傳學(xué)家而言，區(qū)分這3種亞基因組之間的基因可謂是一項挑戰(zhàn)。

由此產(chǎn)生的42條染色體上也充斥著重復(fù)的DNA序列，從而使短序列片段拼接成一個連貫的整體變得非常困難。這項任務(wù)非常艱巨，研究人員曾認(rèn)為他們需要針對靶序列手工分離單個染色體。

國際小麥基因組測序聯(lián)盟執(zhí)行主任Kellye Eversole指出，第一個完整的植物基因組序列于2000年測定完成。這一擬南芥基因組比普通小麥21個染色體對中的任意一個都要小?？偟膩碚f，小麥基因組包含有170億個堿基——這一數(shù)值是人類基因組的5倍，以及約124 000個基因。

國際小麥基因組測序聯(lián)盟在論文中介紹說，他們對一種叫作“中國春”的小麥品種的每個染色體臂進(jìn)行了分離、測序及組裝，繪制完成了普通小麥的基因組草圖。在這張草圖中，研究人員可以“精確定位”12萬多個基因，這些基因中有許多在農(nóng)業(yè)上與谷物品質(zhì)、病蟲害抗性或環(huán)境耐受性等具有重要意義的特性相關(guān)。

同期《科學(xué)》雜志還發(fā)表了另一篇論文，公布了小麥最大的染色體——3B染色體的第一條參考序列，這為小麥其余染色體的測序提供了概念驗證與模板。

小麥培育者表示，該基因組序列草圖已經(jīng)產(chǎn)生了影響?！斑@是一個游戲規(guī)則的改變者?！辈⑽丛谠摐y序聯(lián)盟任職的美國加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校小麥研究人員Jorge Dubcovsky表示：“它將加速識別重要農(nóng)作物基因的所有項目?！?/p>

農(nóng)學(xué)家如今正面臨提高小麥產(chǎn)量從而與不斷增長的人口需求相匹配的壓力，同時還需要抵御氣候變化對作物產(chǎn)生的影響。

科學(xué)家繪出普通小麥基因組草圖(圖片來源：Herve Cochard/INRA)

普通小麥種植廣泛，是全球約30%人口的主糧。隨著全球人口2050年預(yù)計達(dá)到90億，有預(yù)測稱普通小麥必須增產(chǎn)70%才能滿足未來需求。但普通小麥有21條染色體，每條染色體都大而復(fù)雜，其中最大的3B染色體有約8億個遺傳密碼“字母”，是水稻整個基因組的近3倍大，所以破譯3B染色體與小麥基因組是一項“極其復(fù)雜的任務(wù)”。

國際小麥基因組測序聯(lián)盟于2005年成立，在50多個國家和地區(qū)擁有會員。該機(jī)構(gòu)聯(lián)合主席Catherine Feuillet說，普通小麥基因組草圖和3B染色體第一條參考序列的公布，是一個“了不起的里程碑”，“我們現(xiàn)在已知如何獲得其余20條染色體的參考序列，希望能獲得足夠的資源在未來3年內(nèi)實現(xiàn)這一目標(biāo)”。

該聯(lián)盟在一份聲明中說，這一成果將會帶來“新一代更加高產(chǎn)和更可持續(xù)性的小麥品種，在變化的環(huán)境中滿足人口增長的需求”。

此前，三大糧食作物中的水稻和玉米的基因組測序工作已分別于2002年和2009年完成。

日本實施全球首例iPS細(xì)胞移植手術(shù)為老年黃斑變性女患者移植視網(wǎng)膜細(xì)胞

一名70歲的日本女患者成為全世界第一例接受誘導(dǎo)多能干(iPS)細(xì)胞移植手術(shù)的“幸運(yùn)兒”。研究人員指出，這項技術(shù)擁有遠(yuǎn)大的前程，因為它具有與胚胎干細(xì)胞類似的功效，同時在倫理與安全性方面又沒有那么多的爭議。

日本理化研究所(RIKEN)的研究小組于2014年9月12日宣布，他們利用能發(fā)育成多種細(xì)胞的iPS細(xì)胞制成視網(wǎng)膜細(xì)胞，并于當(dāng)日移植到一名滲出型老年黃斑變性女患者的右眼中。這是世界首例利用iPS細(xì)胞完成的移植手術(shù)。

iPS細(xì)胞是體細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)因子處理后轉(zhuǎn)化而成的干細(xì)胞，其功能與胚胎干細(xì)胞類似，能發(fā)育成多種組織和器官。

在日本當(dāng)?shù)貢r間9月12日14時20分開始的這臺長達(dá)2 h的手術(shù)中，神戶市綜合醫(yī)院醫(yī)療中心的Yasuo Kurimoto率領(lǐng)一個由3位眼科專家組成的醫(yī)療小組，首先清除了患者視網(wǎng)膜上的異常血管和損壞組織，隨后將1.3 mm×3.0 mm的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞層移植到這位兵庫縣患者的眼中。如果患者恢復(fù)正常，她有望在大約1周后出院，而評估手術(shù)安全性及療效將花費(fèi)約1年時間。

這臺手術(shù)是在生物醫(yī)學(xué)研究與創(chuàng)新醫(yī)院研究所進(jìn)行的，該研究所緊鄰RIKEN下屬發(fā)育生物學(xué)中心(CDB)，而眼科專家Masayo Takahashi正是在這里研制并測試了上皮細(xì)胞層。

之后，“病人并沒有出現(xiàn)術(shù)后出血或其他嚴(yán)重并發(fā)癥?！盧IKEN報告說。

這一手術(shù)是Takahashi從事的臨床研究的一部分，預(yù)計將給6名患者實施。研究小組先從上述女性患者的皮膚中采集細(xì)胞并為其植入必要基因，經(jīng)誘導(dǎo)因子處理后制成iPS細(xì)胞，然后將其培育為視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，并制成供移植使用的細(xì)胞層。

Kurimoto在RIKEN發(fā)布的一份聲明中表示，病人“承擔(dān)了所有治療以及外科手術(shù)的風(fēng)險”。Kurimoto說：“我對她在治療過程中表現(xiàn)出的勇氣表示深深的敬意。”

日本完成世界首例iPS細(xì)胞移植手術(shù)(圖片來源：RIKEN/Foundation for Biomedical Research and Innovation)

Kurimoto還對Yoshiki Sasai表示了感謝，作為CDB的一位研究人員，后者于日前自殺身亡?！叭绻麤]有Yoshiki Sasai后期的研究，這個項目便無法進(jìn)行下去，正是他指明了從干細(xì)胞向視網(wǎng)膜組織分化的方向?！?/p>

Kurimoto同時也對山中伸彌表示了感謝——作為一位京都大學(xué)的干細(xì)胞科學(xué)家，“沒有他發(fā)現(xiàn)的iPS細(xì)胞，這項臨床研究是不可能存在的”。山中伸彌因此項研究分享了2012年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

Kurimoto的這一手術(shù)僅僅在日本厚生勞動省委員會批準(zhǔn)Takahashi進(jìn)行人體試驗后的第4天進(jìn)行。為了獲得這一許可，Takahashi和她的合作者在猴子和老鼠身上作了安全性研究。動物實驗表明，iPS細(xì)胞并沒有被機(jī)體排斥，也沒有導(dǎo)致腫瘤的生長。

老年性黃斑變性是由視網(wǎng)膜生皮細(xì)胞(這是支撐形成視覺所需的光感受器的一層細(xì)胞)的分解所導(dǎo)致的，早期癥狀為視力下降，晚期則表現(xiàn)為視野中心出現(xiàn)暗點(diǎn)，視物模糊，嚴(yán)重者會失明。滲出型老年黃斑變性患者的視網(wǎng)膜部位會出現(xiàn)異常血管，日本國內(nèi)約有70萬名該病患者。

接受此次手術(shù)的女患者近3年來一直采用藥物注射治療，不過癥狀逐漸惡化，其右眼視野中心已無法視物，矯正后視力也不到0.1。這一手術(shù)最終是否會導(dǎo)致病患部位出現(xiàn)癌變，將決定能否繼續(xù)用iPS細(xì)胞開展再生醫(yī)療。假如患者在接受這種手術(shù)后可以無需注射藥物就能維持眼睛功能的話，將是一個很大的進(jìn)步。

Kurimoto所進(jìn)行的這一移植手術(shù)不太可能完全恢復(fù)病人的視力。然而，世界各地的研究人員將密切關(guān)注這些細(xì)胞是否能夠避免視網(wǎng)膜的進(jìn)一步毀壞，同時抑制潛在的副作用，例如導(dǎo)致免疫反應(yīng)或誘導(dǎo)癌細(xì)胞的生長。

Takahashi在一份聲明中表示：“我們已經(jīng)向著使用iPS細(xì)胞的再生醫(yī)學(xué)邁出了重要的第一步?！彼f：“這僅僅是一個起點(diǎn)，我一定要將基于iPS細(xì)胞的再生醫(yī)學(xué)療法帶給盡可能多的人?！?/p>

2013年7月19日，厚生勞動省正式批準(zhǔn)利用iPS細(xì)胞開展視網(wǎng)膜再生醫(yī)療研究。這是iPS細(xì)胞在全球首獲政府部門批準(zhǔn)用于臨床試驗。

研究預(yù)測2100年全球人口達(dá)120億尼日利亞將超中國成人口最多國家

一項研究預(yù)測，許多非洲國家正在改變少生孩子的全球趨勢，全世界人口在21世紀(jì)仍將持續(xù)增長。研究人員表示，全球人口到2100年將達(dá)到120億，而不是較早前估計的將在本世紀(jì)中葉達(dá)到巔峰100億。

研究人員在2014年9月18日出版的《科學(xué)》雜志上報告說，盡管整個非洲的人口現(xiàn)在還不及印度的人口數(shù)量，但到本世紀(jì)末，它差不多將趕上亞洲，成為人口數(shù)量最多的大陸。

在過去的幾十年中，亞洲、歐洲和美洲大部分地區(qū)的人口出生率下降至1.5～2。隨著養(yǎng)老金和醫(yī)療保險等開支占據(jù)了越來越多的資金，一些老齡化國家(例如德國和日本)正面臨著嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會福利挑戰(zhàn)。低人口出生率已經(jīng)引起了直到不久前還具有高生育率的國家的擔(dān)憂，例如土耳其和伊朗。

一些人口統(tǒng)計學(xué)家預(yù)測，類似的趨勢也會出現(xiàn)在非洲，但撒哈拉以南的非洲的人口出生率依然保持在4.6，其部分原因在于缺乏必要的避孕措施。

尼日利亞有可能在本世紀(jì)末成為全球人口最多的國家(圖片來源：Benedicte Kurzen)

然而，一項2001年進(jìn)行的研究認(rèn)為，有85%的可能性，全世界人口在本世紀(jì)末之前會達(dá)到峰值，之后將開始緩慢下降。

最新的這項研究則采用了一種新的統(tǒng)計方法。研究人員從聯(lián)合國今年公布的數(shù)據(jù)入手，分析了每一個國家?guī)资甑娜丝诔錾?，而不是設(shè)定一個全球平均值。隨后，他們開始推算當(dāng)?shù)匚磥淼娜丝诔錾省?/p>

該項研究的合作者、美國西雅圖市華盛頓大學(xué)統(tǒng)計學(xué)家Adrian Raftery表示：“聯(lián)合國以往的估算毫無疑問在全球人口動態(tài)的不確定性上存在偏差?！?/p>

研究人員表示，需要考慮不確定性對全球人口數(shù)量的影響。發(fā)達(dá)國家的生育率不太可能偏離1.5～2的范圍，而在某些非洲國家，其范圍可能從不足3增加到6。此外，目前發(fā)展中國家的人口要比許多發(fā)達(dá)國家年輕，因此從更長的時間段來看，會有更多的人可能生孩子。這同時也增加了未來人口增長的不確定性。

研究人員最終認(rèn)為，大概有80%的可能性，全世界人口到2100年將介于96億至123億之間，而有95%的可能性，將介于90億至132億之間。他們還預(yù)測，有70%的可能性，人口將在整個21世紀(jì)繼續(xù)增長。

領(lǐng)導(dǎo)2001年研究的奧地利拉克森堡國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所世界人口項目主管Wolfgang Lutz表示，這項最新研究所使用的方法“很先進(jìn)，這毫無疑問”?！皩τ谌丝趯W(xué)研究而言，這是一個非常理想的概率方法。”

Raftery和同事預(yù)測，非洲人口到2100年至少將翻三番，達(dá)到31億，甚至57億。Raftery說，其中，尼日利亞(目前人口1.6億)人口將達(dá)到15億，并超過中國，成為全世界人口最多的國家。

在世界其他地區(qū)，人口情況可能不會有太大變化，其中現(xiàn)有44億人口的亞洲預(yù)計將在2050年達(dá)到約50億的峰值，然后開始下降。北美、歐洲和拉美將各自穩(wěn)定在10億人口左右。

這項研究還認(rèn)為，到本世紀(jì)末，除了發(fā)達(dá)國家外，包括中國在內(nèi)的多數(shù)發(fā)展中國家同樣將面臨嚴(yán)重的人口老齡化問題。

瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡研究所公共衛(wèi)生專家Hans Rosling表示：“一些環(huán)保人士夢想全球人口不超過80億，但這是不可能的?！盧osling說：“我們至少要做好110億人的準(zhǔn)備，并且我們需要采取適當(dāng)?shù)男袆樱合毨Ш蜑槟切┤狈刂迫丝谠鲩L最有效措施的人群提供教育和避孕藥。”

消除極端貧窮會使計劃生育被所有文化所接受，Rosling說?！皼]有必要談?wù)撊丝诒?，”他說，“給貧困家庭一個體面的生活，快速的人口增長很快就會過去。”

聯(lián)合國一般每兩年公布一次人口預(yù)測報告，其中2013年公布的報告預(yù)測本世紀(jì)末全球人口將達(dá)到109億。但研究人員表示，以前聯(lián)合國報告都是應(yīng)用情景預(yù)測法預(yù)測人口的高值和低值，這些預(yù)測一直因為缺乏概率基礎(chǔ)而受到批評，最新工作則首次使用剛發(fā)布的概率方法，提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性。

非洲發(fā)現(xiàn)第一種會游泳恐龍體長15米 四肢善劃水

古生物學(xué)家日前公布了世界上第一種已知會游泳的恐龍——這只15 m長的龐然大物長了一張與鱷魚類似的面孔，4只腳非常適合劃水，并且在脊柱上生有帆一樣的結(jié)構(gòu)。它絕大部分時間生活在水中，以巨鯊、鋸鰩和肺魚為食，是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一能適應(yīng)水中生存的恐龍。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)半水棲“怪獸”——棘龍(圖片來源：Davide Bonadonna)

研究人員在最新出版的美國《科學(xué)》雜志上報告說，這種棘龍屬的生物同時擁有不同尋常的骨密度，這或許能夠幫助它們沉入水底捕捉獵物。

主持這項研究的美國伊利諾伊州芝加哥大學(xué)的Nizar Ibrahim表示：“這是第一種表現(xiàn)出這些令人難以置信的適應(yīng)性的恐龍。”Ibrahim說：“毫無疑問，在我的腦海里，棘龍大部分的捕獵行為都是在水里完成的?！?/p>

研究人員一直懷疑，一些恐龍會偶爾“泡個澡”；作為現(xiàn)代的恐龍，許多鳥類也是水棲的。然而除了可能是恐龍劃水在河床上留下的腳印外，科學(xué)家卻很少發(fā)現(xiàn)任何遠(yuǎn)古水生行為的證據(jù)。

2010年，地球化學(xué)家利用化石骨骼中的氧同位素推斷，棘龍及其近親的大部分時光是在水中度過的，就像鱷魚和河馬那樣。然而迄今為止，科學(xué)家尚缺乏足夠的棘龍骨骼，從而重建其骨架，并驗證這一假設(shè)。德國古生物學(xué)家Ernst Stromer于1個世紀(jì)之前在埃及發(fā)現(xiàn)了部分棘龍骨架，但這些化石卻在1944年盟軍對慕尼黑的轟炸中毀于一旦。

2008年，當(dāng)Ibrahim結(jié)束了在摩洛哥的化石探尋之旅時，一個男人在沙漠小鎮(zhèn)Erfoud走近他，并給他看裝在一個紙板箱中的一些骨頭。由于懷疑這些化石很重要，Ibrahim將它們送往卡薩布蘭卡市的哈桑二世大學(xué)。

第二年，當(dāng)Ibrahim拜訪意大利米蘭自然歷史博物館時，這里的同事向他展示了一些來自摩洛哥的棘龍化石?！拔业男拈_始撲通撲通直跳——這些骨頭的顏色、質(zhì)地和大小與那個男人在紙板箱中向我展示的神秘骨頭一模一樣?！盜brahim說。

Ibrahim隨后返回摩洛哥，并找到那名男子，之后在他的帶領(lǐng)下來到了埋藏這些化石的山洞。

在這里，研究小組發(fā)掘出更多的棘龍化石，并將它們與包括來自米蘭的其他棘龍化石混合在一起。連同Stromer的筆記以及其他近親恐龍的化石，古生物學(xué)家最終拼湊出這具9700萬年前的棘龍的迄今最詳盡的畫面。

Ibrahim等人于2014年9月11日在華盛頓國家地理博物館巨大的棘龍復(fù)原模型前，向媒體介紹了這種恐龍的獨(dú)特之處。它的鼻孔長在頭頂上部，這使它們能邊游邊呼吸；扁平的大腳、長長的前肢、短小的后肢和骨盆使它適合劃水或在泥漿中行動；它的骨頭致密，因此能像企鵝一樣控制在水中的沉浮，而不是簡單地漂在水上。Ibrahim說，這種恐龍與以往熟知的都不同，“研究這種恐龍就像研究來自外太空的外星人一樣”。“它的腳甚至可能生有腳蹼。”研究小組成員之一、米蘭博物館的Simone Maganuco表示。

在棘龍生存的年代，如今的摩洛哥東部地區(qū)遍布湖泊、河流與三角洲。作為一個頂級捕食者，棘龍所處的生態(tài)系統(tǒng)中充滿了巨大的鱷魚、大型的鋸鰩和汽車般大小的腔棘魚。

與其他獸腳類的肉食恐龍相比，棘龍的后肢較短。Ibrahim認(rèn)為，這意味著這種恐龍主要靠4只腳行走，其重心相對靠前，便于在水中游動。

還有一個突出特點(diǎn)是，棘龍背上有一個像船帆一樣的背翼，長達(dá)2.1 m，創(chuàng)造了最長的恐龍背翼紀(jì)錄。Ibrahim說，棘龍游泳時，這種背翼會有部分露出水面，它應(yīng)該與游泳能力無關(guān)，但“可以傳遞一些重要信息，比如告訴其他恐龍別靠近我的獵場”。

百余精神病遺傳位點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)為開發(fā)更有針對性的精神疾病防治方法帶來希望

力圖破解精神疾病復(fù)雜遺傳機(jī)制的科學(xué)家如今朝著這一目標(biāo)邁出了重大一步。發(fā)表在2014年7月24日出版的《自然》雜志上的一篇論文將108個遺傳位點(diǎn)與精神分裂癥聯(lián)系起來，其中大多數(shù)尚屬首次。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家通過大規(guī)模研究發(fā)現(xiàn)了一百多種與精神疾病有關(guān)的基因變異。這些變異可能增加精神分裂癥和躁郁癥的患病風(fēng)險。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)更有針對性的精神疾病防治方法帶來了希望。就在同一天，還有另一個振奮人心的消息傳來——有人捐贈了6.5億美元用于提升精神疾病的研究。

慈善家Ted Stanley向美國馬薩諸塞州劍橋市布羅德研究所的斯坦利精神病研究中心捐出了這筆巨款。該研究所表示，這一禮物是迄今為止對精神疾病研究的最大捐贈。該中心主任Steven Hyman表示：“這將在很長一段時期內(nèi)確保我們能夠完成一些雄心勃勃的長期計劃，同時承擔(dān)風(fēng)險?！?/p>

發(fā)表在《自然》雜志上的這篇論文是由精神疾病基因組學(xué)聯(lián)盟(PGC)完成的，該聯(lián)盟由80多所研究機(jī)構(gòu)組成，其中也包括布羅德研究所。來自PGC的數(shù)百位研究人員采集了15萬人的樣本，其中有36 989人曾被確診患有精神分裂癥。如此巨大的樣本量使得他們識別出128種與精神疾病有關(guān)的基因變異，并確認(rèn)這些變異出現(xiàn)在108個遺傳位點(diǎn)(基因座)上——精神分裂癥患者的脫氧核糖核酸(DNA)序列會在這里與健康人的DNA序列產(chǎn)生差異。Hyman說：“這篇論文在一定程度上證明了基因組學(xué)是能夠成功的?！?/p>

并未參與該項研究的馬里蘭州貝塞斯達(dá)市國立心理衛(wèi)生研究所(NIMH)主任Thomas Insel對此表示贊同：“在這一研究領(lǐng)域的歷史上，這是一個相當(dāng)激動人心的時刻?！?/p>

許多遺傳變異看起來都很普通，因此很多人都會攜帶一些變異，但精神分裂癥患者卻有著更多的變異，而每一種變異都為最終罹患疾病的整體風(fēng)險作出了少量的“貢獻(xiàn)”。這就使得在較小的樣本量中很難發(fā)現(xiàn)這些變異，從而也解釋了為什么PGC的合作是如此重要。Insel說：“如果你想要尋找共同的變異，你必須與一大幫朋友一起工作?！?/p>

巨大的樣本量還使得研究人員能夠開發(fā)出一種算法，以便計算每一種變異對于促成精神分裂癥的“危險評分”。Insel說，這將最終能夠用于預(yù)測誰有可能罹患這種疾病，或進(jìn)一步證明一項靠不住的精神分裂癥診斷。他強(qiáng)調(diào)，NIMH可能很快就會投入更多的資金對此開展密集的遺傳分析。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了108個與精神病有關(guān)遺傳位點(diǎn)(圖片來源：Josef Koudelka/Magnum Photos)

在PGC論文所發(fā)現(xiàn)的108個遺傳位點(diǎn)中，有83個位點(diǎn)之前從未被識別。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的英國卡迪夫大學(xué)精神病學(xué)家Michael O’Donovan指出，許多位點(diǎn)位于或靠近可能與精神分裂癥及其他精神疾病有關(guān)的基因。

研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生變異的這些基因主要與大腦中的化學(xué)信息傳遞、免疫系統(tǒng)等有關(guān)。例如一種會影響神經(jīng)信號傳輸?shù)摹癎RM3”基因變異，在人群中發(fā)生的比例約為二百分之一，存在這種變異的人患精神分裂癥、躁郁癥和酒精依賴等病的風(fēng)險比常人高2～3倍。

該論文作者、倫敦大學(xué)學(xué)院的David Curtis教授說，這些新發(fā)現(xiàn)將加深科學(xué)界對精神疾病發(fā)病原因的理解，有利于探究遺傳因素在其中發(fā)揮何種作用，這將有助于未來開發(fā)出新的防治方法。

研究人員舉例說，目前精神分裂癥的治療藥物只能通過影響大腦中的多巴胺發(fā)揮作用，但多巴胺并不是與神經(jīng)信號傳輸有關(guān)的唯一化學(xué)物質(zhì)，因此這種藥物的治療效果有限。如果能開發(fā)出基因治療藥物，調(diào)節(jié)與相關(guān)神經(jīng)信號分子結(jié)合的受體，則有望大幅提高治療效果。

研究人員發(fā)現(xiàn)，一些位點(diǎn)還與涉及免疫系統(tǒng)的精神分裂癥編碼蛋白質(zhì)有關(guān)，后者一直被懷疑在觸發(fā)這種疾病的過程中扮演了一個角色。O’Donovan表示，盡管這種聯(lián)系很有趣，但它的重要性尚不清楚。

這篇論文的聯(lián)合作者、紐約市西奈山醫(yī)學(xué)院精神病遺傳學(xué)家Pamela Sklar認(rèn)為：“這是一個極好的證明，表明許多遺傳因素都與精神分裂癥有關(guān)?！彼f：“這對之前的工作是一個提示，但它已經(jīng)到達(dá)了新的水平?！?/p>

O’Donovan表示，PGC打算明年將精神分裂癥患者的樣本量再擴(kuò)大1倍，這將使得研究人員能夠發(fā)現(xiàn)更多的遺傳變異。

研究人員同時打算擴(kuò)大包括DNA在內(nèi)的來自全球的數(shù)據(jù)量。當(dāng)前的樣本主要來自于北歐人。Hyman說：“我們要確保全球健康公平，我們并不要開發(fā)僅僅針對世界人口的一個子集的治療方法?！?/p>

基因測序揭示埃博拉疫情源頭5位研究合作者染病身亡

在2014年5月下旬，一位年輕女患者來到塞拉利昂的凱內(nèi)馬政府醫(yī)院，她發(fā)著高燒并且剛剛經(jīng)歷了一次流產(chǎn)。在對其進(jìn)行治療的過程中，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)她感染上了埃博拉病毒——這是在塞拉利昂被確診的第一個埃博拉病例。這名女患者最終痊愈，但是她及其攜帶的病毒如今成為一場波及多個國家的醫(yī)療災(zāi)難，以及一篇重要研究論文的中心。

由美國馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)和布羅德研究所的Stephen Gire、Pardis Sabeti率領(lǐng)的來自美國、英國、塞拉利昂和尼日利亞的研究人員報告說，他們已完成了在西非流行的埃博拉病毒基因組測序工作。他們在發(fā)表于8月29日出版的美國《科學(xué)》雜志的一篇論文中報告說，他們對采集自這位女患者，以及在5月下旬至6月中旬之間在塞拉利昂被確診感染了埃博拉病毒的另外77名患者體內(nèi)的埃博拉病毒進(jìn)行了基因測序和分析。初步分析顯示，西非埃博拉疫情是過去10年中從中部非洲傳入，病毒可能先從動物傳染給人，之后在人際間傳播。

研究人員在塞拉利昂出現(xiàn)埃博拉疫情的頭24天獲取了78名患者的99個埃博拉病毒樣本，其中一些患者提供了兩份樣本。

此篇論文的5位合作者因感染埃博拉病毒死亡(圖片來源：《科學(xué)》)

研究人員利用基因組測序數(shù)據(jù)分析了埃博拉病毒的傳播途徑和進(jìn)化史。結(jié)果顯示，這次疫情中的病毒可追溯至2004年在中部非洲暴發(fā)的埃博拉疫情，這意味著在過去10年里中部非洲的一些埃博拉病毒逐漸傳播到了西非。引發(fā)此次疫情的病毒可能首先由動物傳給人，這種動物可能是果蝠。

基因組測序數(shù)據(jù)證實，至少在塞拉利昂，疫情可以追溯至一名幾內(nèi)亞傳統(tǒng)治療師的葬禮。這名治療師因給埃博拉患者治療而感染病毒死亡，來自塞拉利昂的13名女性參加了他的葬禮，其中一名年輕孕婦因發(fā)熱及流產(chǎn)住院治療，成為塞拉利昂的第一名被確診的埃博拉患者。

令研究人員驚訝的是這13名女性在葬禮上感染了兩種不同的埃博拉病毒，但現(xiàn)在還不清楚是上述那名治療師同時感染了兩種埃博拉病毒，還是參與葬禮的人在其他地方感染了其中一種埃博拉病毒。

研究人員指出，最終的測序結(jié)果使人們深刻理解了埃博拉病毒如何在暴發(fā)的過程中發(fā)生了變化。截至2014年10月8日，全球七國累計發(fā)現(xiàn)埃博拉病毒確診、疑似和可能感染病例8399例，死亡4033人，并且沒有證據(jù)表明埃博拉病毒得以控制。

專家認(rèn)為，該序列將有助于改善目前的埃博拉病毒診斷測試模式，并且從長遠(yuǎn)來看，對于指導(dǎo)疫苗和治療方法的研制開發(fā)具有重要意義。

這項研究工作涉及了來自4個國家的50多名合作者，同時也凸顯了第一線的醫(yī)務(wù)工作者所面臨的巨大風(fēng)險——5位作者因此不幸感染了埃博拉病毒，并在論文發(fā)表之前去世。

研究發(fā)現(xiàn)，總體而言，埃博拉病毒的基因組變化速度快且通常發(fā)生在蛋白編碼區(qū)，其中包括影響埃博拉病毒檢測準(zhǔn)確率和治療效果的關(guān)鍵區(qū)域。這顯示了跟蹤研究埃博拉病毒變化的重要性，這項研究可為保證檢測和治療的有效性提供有關(guān)病毒的新信息。

論文第一作者Gire在一份聲明中說：“在這次疫情中，我們已發(fā)現(xiàn)300多個與此前疫情不同的遺傳線索。我們不清楚這些(基因組)差異是否與此次疫情的嚴(yán)重程度相關(guān)，但通過與科學(xué)界共享數(shù)據(jù)，我們希望加速我們對此次疫情的了解，并為國際社會控制疫情提供支持?！?/p>

咖啡基因組草圖繪制完成分析表明咖啡因至少經(jīng)歷兩次進(jìn)化過程

你手中的一杯咖啡可能經(jīng)歷了兩次進(jìn)化?？茖W(xué)家日前發(fā)表了咖啡的基因組測序結(jié)果，這項研究揭示了咖啡樹利用一套與在茶、可可豆以及其他讓人興奮的植物中發(fā)現(xiàn)的基因完全不同的機(jī)制合成出了咖啡因。研究人員指出，咖啡的第一份基因組草圖揭示了咖啡因在咖啡中的演化歷史，也有助于培育風(fēng)味更佳、可抵抗氣候變化與害蟲的咖啡新品種。

全球大約有1100萬hm2的土地種植咖啡樹，而全世界每天大約要消耗超過20億杯咖啡飲料。

全世界的咖啡大致是由分別被稱為羅布斯塔咖啡豆和阿拉伯咖啡豆的兩種咖啡豆研磨、烘烤和發(fā)酵，并最終釀造得來的。

一個國際研究小組如今在羅布斯塔咖啡基因組中鑒別出了超過25 000種蛋白質(zhì)合成基因。羅布斯塔咖啡約占全球咖啡總產(chǎn)量的1/3，大部分用于速溶咖啡品牌的生產(chǎn)，例如雀巢咖啡。

在印尼蘇門答臘島，人們在晾曬咖啡豆(圖片來源：Dimas Ardian)

阿拉伯咖啡則包含有較少的咖啡因，但較低的酸性和苦味使這種飲品在咖啡愛好者中大受青睞。

研究人員之所以選擇羅布斯塔咖啡進(jìn)行測序是因為這種咖啡的基因組比阿拉伯咖啡的基因組更為簡單。

咖啡因的進(jìn)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于缺乏睡眠的人們沉迷于咖啡之前，這或許是為了幫助咖啡樹免遭天敵的侵襲以及獲得其他益處。例如，咖啡葉中包含的咖啡因比咖啡樹中其他部位的咖啡因含量都高，而當(dāng)這些葉子掉落到地面上時，能夠阻止其他植物在咖啡樹附近生長。

參與該項測序研究的美國紐約州水牛城大學(xué)基因組學(xué)家Victor Albert表示：“咖啡因還能使傳粉者上癮，從而使得它們想要回來傳播更多的花粉，就像我們?nèi)祟悓Х壬习a一樣?！?/p>

研究人員在2014年9月4日出版的美國《科學(xué)》雜志上報告了這一研究成果。

在這項研究中，科學(xué)家還找到了使咖啡與其他植物區(qū)分開來的基因家族，正是這些基因讓咖啡因的含量在咖啡樹中名列榜首。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些基因編碼了甲基轉(zhuǎn)移酶，后者能夠通過在3個步驟中增加甲基團(tuán)從而將一種黃嘌呤核苷分子轉(zhuǎn)化為咖啡因。相比之下，茶和可可豆則利用與研究人員在羅布斯塔咖啡中鑒別出的甲基轉(zhuǎn)移酶不同的酶合成咖啡因。

Albert認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)表明，植物制造咖啡因的能力至少進(jìn)化了兩次，一次發(fā)生在咖啡樹的祖先那里，另一次則出現(xiàn)在茶與可可豆的共同祖先之中。

研究人員說，和葡萄、西紅柿等其他植物相比，咖啡的基因更易生成生物堿和類黃酮，這兩種物質(zhì)與咖啡的香味和苦味等密切相關(guān)?？Х冗€有更多的N-甲基轉(zhuǎn)移酶，這是涉及咖啡因合成的物質(zhì)。

研究人員表示，這一基因測序結(jié)果將能夠用來鑒別幫助咖啡樹戰(zhàn)勝疾病(例如咖啡銹病)的基因，同時應(yīng)對氣候變化。

《科學(xué)》雜志同時配發(fā)的一篇文章強(qiáng)調(diào)，在全球咖啡類植物的多樣性出現(xiàn)下降趨勢的背景下，有必要把咖啡基因組轉(zhuǎn)變?yōu)閹椭Х扰嘤男鹿ぞ摺？茖W(xué)家們必須分享香味及風(fēng)味等特征的數(shù)據(jù)，與出口咖啡的發(fā)展中國家展開國際合作，培育咖啡新品種。

研究人員表示，通過對制造咖啡因的基因進(jìn)行滅活還可以用來制造一種更美味的無咖啡因咖啡。一種經(jīng)過轉(zhuǎn)基因處理的不含咖啡因的咖啡栽培品種將在無法忍受咖啡味道的人群中大受歡迎。目前去除咖啡因的過程包括化學(xué)處理，而這也會影響咖啡的味道。Albert表示：“我必須每天早上喝杯咖啡，但是白天我通常不喝，因為它會讓我顫抖。”

據(jù)國際咖啡組織估計，2013年，全世界生產(chǎn)87億t咖啡，為50多個咖啡出口國解決了近2600萬人的就業(yè)問題，并給這些國家創(chuàng)造了154億美元的收入。

最后一種猿類基因組被“破譯”

一個國際科研小組在2014年9月10日說，他們已經(jīng)完成了對生活在東南亞熱帶雨林中的長臂猿的基因組測序工作。至此，地球上所有猿類的遺傳密碼全部被“破譯”。

長臂猿是一種小型類人猿，因其前臂長而得名，它的手腕關(guān)節(jié)靈活，能在樹林中像蕩秋千一樣靈巧、快速地前進(jìn)。猿類分為大猿和小猿，其中大猿包括黑猩猩、紅毛猩猩、大猩猩和倭黑猩猩，它們的基因組均已測序完成；而小猿則單指長臂猿。從進(jìn)化角度看，長臂猿屬于接近猴類的猿，猴類分為南美洲的新世界猴和分布在亞洲及非洲的舊世界猴(包括獼猴和狒狒等)。

長臂猿(圖片來源：Heather Angel/Natural Visions)

“長臂猿代表著靈長類進(jìn)化樹上的一個分支，它填補(bǔ)了舊世界猴與大猿之間的空白，但其基因組序列尚未被研究過，”參與研究的美國貝勒醫(yī)學(xué)院副教授杰弗里·羅杰斯說，對這種獨(dú)特靈長類動物以及其他猿類的研究“將幫助我們更詳細(xì)、更全面地認(rèn)識人類生物學(xué)”。

研究人員在長臂猿基因組中找到了與前臂和前臂肌腱生長發(fā)育有關(guān)的基因。基因組研究還表明，猿類與獼猴等舊世界猴的分化出現(xiàn)在2900萬年前，而長臂猿與大猿之間的分化則出現(xiàn)在1680萬年前。

新成果也將有助于了解染色體重組現(xiàn)象。羅杰斯說，染色體重組類似于“染色體發(fā)生爆炸，然后把碎塊重新拼接”。人類和猿類中都存在染色體重組現(xiàn)象，它會導(dǎo)致出生缺陷和癌癥等問題，長臂猿的染色體重組頻率遠(yuǎn)比人類和其他猿類“高得多”，但長臂猿表現(xiàn)得能良好耐受。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了長臂猿基因組特有的一種重復(fù)DNA(脫氧核糖核酸)序列，這些被稱作LAVA的片段有上千個之多，它們影響細(xì)胞分裂過程中與染色體分離有關(guān)的基因。研究人員說，LAVA的存在也許可以解釋為何長臂猿染色體重組頻率較高。

這項成果發(fā)表在英國《自然》雜志上。

(2014年9月25日收稿)■

(編輯：溫文)

Scientific research needs to see the latest discoveries

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2014.05.010