《科學》雜誌評出2007年十大科技突破
新浪科技訊 北京時間12月21日消息，美國《科學》雜誌12月21日公布了2007年度科學突破，「科學家發現人類基因組差異」榮登榜首，成為2007年度最大的科學突破。以下是《科學》雜誌年度十大科學突破名單：
1. 揭開人類基因組個體差異之謎
在更為先進的DNA排序技術和基因組個體差異評估技術的幫助下，研究人員正在逐步揭開人與人之間差異的謎底。7年前科學家成功破譯人類基因組，為首次揭示人類完整的基因構成奠定了基礎。到了2007年，研究人員逐步意識到人與人之間基因組差異到底有多大，以及這種差異對破譯複雜疾病和個人性格的重要性。差不多一年前，科學家又獲得重要發現，加深了對人類和靈長類動物之間基因差異的認識，對最終導致人類出現的進化過程的基因變化有了深入了解。如今，科學家的研究重點已從尋找DNA對群體影響的答案轉向尋找DNA對個體影響的答案。
曾用於尋找數十萬基因差異的高科技現在正以一種前所未有的方式，將特定差異與疾病聯繫起來。科學家通過評估染色體在我們人類DNA突增和缺失，結果發現這些變化比他們預料的更為普遍，與人類基因組的運轉密切相關。通過研究決定頭發、皮膚顏色的基因以及「語言」基因差異，我們已經對人類與穴居人的不同和相同之處有了深入了解。隨著個體基因差異謎團的逐步揭開，我們勢必會在這個領域取得巨大飛躍。
2. 用皮膚細胞培育胚胎幹細胞
克隆羊「多莉」的謎團困擾了生物學家長達十年之久：卵母細胞如何讓已分化細胞的細胞核「返老還童」，促使基因組回歸胚胎狀態，形成新的個體？今年，科學家距揭開這個謎團越來越近。研究人員在眾多論文中表示，只要將一系列細胞移植至皮膚細胞中，他們就能重新調整那些細胞的「程序」，令其外觀和功能均與胚胎幹細胞相似。胚胎幹細胞被稱為人體的「萬能細胞」，可以分化成任何人體組織細胞。
不過，由於研究人員是從早期胚胎提取幹細胞，在政治和倫理上讓他們陷入尷尬境地，一定程度上阻礙了胚胎幹細胞的研究。最新研究在科學和政治兩方面都是一種突破，揭示了重組的分子基礎，為平息幹細胞領域的政治風暴帶來廣闊前景。這項研究源於十年前的一項新突破。1997年，世界上第一個從成年細胞克隆而來的哺乳動物多莉羊在其卵母細胞展示了這一未知因素：卵母細胞能讓已分化細胞的「生物鐘」倒轉，令基因組重新回到胚胎狀態。幾年前，研究人員發現，將胚胎幹細胞同已分化細胞結合起來，也能重組細胞核，生成類似於胚胎幹細胞的細胞，只不過這種細胞的染色體數量是正常數量的兩倍。日前，科學家研究發現，老鼠受精卵的細胞核在被去除的情況，也能重組體細胞。
但是，重組因素的由來依舊讓生物學家迷惑不解。2006年，日本研究人員宣布，他們距揭開謎底僅一步之遙。今年，在兩項震驚幹細胞領域的研究中，重組因素來源的爭論最終塵埃落定。同一個日本研究小組與兩個美國研究小組合作，發現從老鼠皮膚提取的誘導性多功能幹細胞（iPS）與嵌合胚胎聯繫密切，並能生成人體的所有細胞，包括卵子和精子。這項研究讓大多數觀察人士相信，誘導性多功能幹細胞其實就等同於胚胎幹細胞，起碼在老鼠身上是這樣。儘管由此預測該研究解決了圍繞胚胎幹細胞研究的政治和倫理問題為時尚早，但確實為生物醫學研究開辟了新的方向。
3. 宇宙射線或與黑洞有關
比原子還小的物體狠狠撞向地球會發生什麼狀況？從上世紀60年代以來，這個問題就一直困擾著從事最高能量宇宙射線研究的物理學家。今年，阿根廷皮埃爾•奧格天文台的天文學家為確定這些高能量宇宙射線在太空中的具體位置提供了重要線索。長期以來，物理學家多預測極為罕見的宇宙射線是來自遙遠星系的質子。這一理論在20世紀90年代極為流行，當時，日本東京大學明野巨型空氣簇射陣列宣稱，他們發現了11條能量高於100 EeV的射線，似乎為超高能量射線來自遙遠星系提供了依據。
但皮埃爾•奧格天文台的天文學家卻推翻了這種理論。上個月，奧格天文台研究小組報告說，宇宙射線似乎來自於活動星系核（AGN）：位於一些星系中央的巨大黑洞。活動星系核距離地球約有2.5億光年遠，不過，該研究小組尚未證明活動星系核就是宇宙射線的來源，也無人知道活動星系核是如何使質子速度加快，擁有如此驚人的能量。
4. 揭開β2-腎上腺素受體神秘面紗
長期以來，確定β2-腎上腺素受體的結構便被列入「未完成名單」之列，就在一些結晶學家認為這項任務不可能完成之時，研究人員卻成功與腎上腺素的這個「靶子」發生了「親密接觸」。β2-腎上腺素受體是大約1000個被稱之為「G蛋白偶聯受體」的跨膜分子中的一個。通過探測光、氣味和味道、這些受體為我們提供了周圍環境的信息。此外，G蛋白偶聯受體也可通過傳遞激素、神經遞質5-羥色胺以及其它分子的信息，幫助調整我們身體的內部狀況。
抗組胺劑、β-受體阻滯劑等藥物均瞄準了G蛋白偶聯受體，但一直以來，研究人員從未發現這種受體的高清晰結構，以至於藥物的有效性在一定程度上受到了影響。有關G蛋白偶聯受體結合位點的清晰圖片可能加快更有效、更安全藥物的研發進程，但到目前為止，科學家只搞定了一種簡單的G蛋白偶聯受體。
為了看見β2-腎上腺素受體的廬山真面目，兩個結晶學小組整整努力了近20年。2007年秋季，相關的4篇論文刊登在《科學》、《自然》和《自然─方法學》雜誌上。實際上，拍攝β2-腎上腺素受體的快照還只是一個開始，在打造能夠進入這種分子的化合物之前，研究人員還需確定它在不同活動狀態下的真實面目。其它有待分析的G蛋白偶聯受體意味著，結晶學家還有一段相當長的路要走。
5. 硅有可能「退居二線」
2007年一項令人吃驚的科研成果可能要屬發現一種不同級別的材料界面──過渡金屬氧化物。過渡金屬氧化物第一次名聲大振是在1986年，當時，高溫超導體的發現問鼎諾貝爾獎。自此之後，固態物理學家便發現了這些材料具有的一系列意想不到的特性，包括巨磁致電阻──施加磁場的「小變」導致電阻「大變」。但最令科學家興奮的是，當一種氧化物與另外一個同伴接觸時，真正的好戲上演了。
如果不同的氧化物晶體在尖銳界面中「生長」，一個晶體結構對另一個的影響能夠改變界面中的原子位置、電子數量甚至電子電荷在原子周圍的分布。兩個絕緣氧化物「組隊」能夠產生一個導電性類似金屬或者超導體的界面。其它化合物則表現出與金屬一樣更讓人熟悉的磁性並出現量子霍爾效應──磁場中的電導系數被量子化成不連續的值。研究人員樂觀地認為，他們可能製造出性能勝過半導體結構的氧化物化合物。這些合成氧化物的變異幾乎是無限的，擁有夢想中的特性的新材料將成為一種可能。
6. 發現量子自旋霍爾效應
根據加州理論物理學家的預測，中間夾著碲化汞薄層的「半導體三明治」的電子能夠上演與眾不同的行為，也就是所謂的「量子自旋霍爾效應」。2007年，他們與德國試驗物理學家合作，證明量子自旋霍爾效應確實存在。當被置於外部電場和磁場時，電子會表現出一系列古怪的行為，量子自旋霍爾效應的發現無疑為電子披上了一件新的古怪外衣。
1980年，德國和英國研究人員發現了量子霍爾效應，這一發現讓人們對製造新型電腦芯片裝置充滿了希望。但由於這種效應需要滿足強磁場和低溫這兩個條件，類似的裝置仍舊是一個白日夢。
然而，物理學家還是相當幸運的，除了帶有電荷外，電子還擁有另一個特性──旋轉。最近一些年，理論家便預言，擁有正常電子結構的材料可以與電場發生作用並最終出現量子自旋霍爾效應，也就是說，我們可以獲得一種旋轉驅動版且幾乎沒有能量損失的導電性。值得一提的是，這種材料也無需滿足強磁場和低溫這兩個條件。
2007年，「碲化汞三明治」在溫度低於10開的條件下「表演」了量子自旋霍爾效應。如果研究人員能夠在室溫下上演同樣的一幕，製造新型低功耗「自旋電子」計算設備將成為一種可能。
7. T細胞通過不對稱分裂具有兩種功能
今年，研究人員發現了免疫細胞具有短期保護和長期保護分工的新證據。當病菌入侵時，一些CD8 T細胞就充當短命戰士，而記憶細胞中的其他變體能在人體內存在幾十年，以防相同的入侵者再次來犯。這項新成果展示了一個細胞如何能產生兩種類型的細胞。T細胞在遇到攜帶特殊病毒分子的樹突狀細胞之前，一直保持消極狀態。兩種細胞的聯繫過程要持續幾小時。這期間，感受器和其他分子聚集到T細胞的兩端。美國的這個科研組進行了實驗，查看T細胞稍後是否會分裂，它的後代是否能繼承不同的分子特徵，促使它們向不同的方向發展。對發展時期的細胞多樣化來說，這種不對稱分裂非常普遍。3月，該科研組的實驗報告顯示， 當T細胞與樹突狀細胞「戲耍」時，不同的蛋白質聚集在它的兩極。研究人員發現，靠近樹突狀細胞的T細胞的後代攜帶了具有「戰士」特徵的感受器，另一極的細胞顯示出「記憶細胞」的特徵。不對稱分裂還有助於讓CD4 T細胞（免疫調節器，分為3種類型）之間產生差異。在這項發現被投入到實際應用中前，研究人員還需要對有關記憶細胞的特化作用進行更多了解，但是這項發現最終將加速疫苗的研製過程。
8. 高能低耗化合物合成技術
合成化學家開發了多種高能低耗技術。他們利用最簡單、最講究的方法，獲得了渴望已久的反應結果。他們這樣做的動機之一是，通過更少的合成步驟降低生產成本。雖然這種節約是個長期目標，但是今年在合成技術方面取得的一系列令人矚目的成功，說明化學家正在不斷提高他們控制自己製造的分子和他們製造這些分子的方法的能力。要獲得這種控制方法並不是件容易事。化學家想獲得的藥物和電子化合物等很多分子，由重要的碳原子與附加元素氫原子以及其他更加複雜的官能團組成。當化學家將一種初始化合物轉變成他們希望得到的化合物時，他們主要是改變那些附加物之一，而不是其他元素。他們通常利用化學「催化劑」，促使這些分子僅在附屬物的邊緣發生反應，或者在他們不想碰到的地方安裝「保護」團。今年，世界各地的研究人員在這方面取得了巨大成果。以色列的科研組利用以釕為基礎的催化劑，直接將胺和酒精等初始化合物轉變成另一種廣泛應用的氨基化合物。加拿大研究員利用相關方法，將幾對環狀化合物連接在一起。另一個研究組利用最少的保護團，製造出像藥物的大型有機化合物。還有一個科研組模仿細菌合成梯狀大型毒素的方法，取得了相同的成果。對化學家來說，今年是個豐收年。
9. 發現人類大腦重要記憶中心
在希臘神化中，記憶女神摩涅莫辛涅誕下了能激發想像力的繆斯女神，一些現代科學家也看到了文字和實踐間的親緣關係，他們認為，記得過去有助於我們描繪和準備未來。今年幾項記憶和想像力間公共神經機制的研究更是深化了這一概念。
1月，英國研究人員報道說，5名因大腦海馬區受損患上健忘症的人在構想如如沙灘白日或者購物旅程之類的假定情境方面比不上健康的志願者。健康的志願者能繪聲繪色地描繪這些構想的假定情境，相比之下，健忘症患者只能勾勒少數聯繫不緊湊的細節，研究暗示，健忘症患者大腦記憶重要部位海馬狀突起受損會消弱他們的想像力和記憶力。
4月，對年輕健康的志願者進行的一項大腦受損研究顯示，回憶以往和構想未來都會刺激大腦區域包括海馬狀的類似結構。甚至是對老鼠的研究也顯示了，海馬狀可能對設想未來扮演著一個重要的角色。11月一個研究組報告，當一隻老鼠在熟悉的迷宮內遇到一岔路的時候，編碼特殊區域神經細胞的海馬狀突起的神經細胞會依次進入興奮狀態，仿佛老鼠也在通過智力權衡選擇，排除一條路徑，接著排除另一條。根據以上研究，一些研究人員建議，大腦記憶系統可能會連接一起，回憶以往的片斷，構建可能的未來。這一想法還沒有得到證明，但是，如果未來實驗能得到證實的話，記憶可能真就成了想像力之母。
10.挑戰人類智力的電腦程序
計算機科學家終於帶走了跳棋游戲中的樂趣，經過18年的努力，加拿大一個研究小組證實，如果兩名棋手都不犯錯誤的話，最後只能以平局結束。這一證據讓跳棋這種最複雜的游戲終於有解了。它標誌著人機對弈也的到了答案：一個免不了犯錯的人一定會輸給研究組編制的計算機下棋程序。
證明跳棋將以平局結束並不容易，在美國，這種游戲是在八乘八的黑紅四方格子裡玩。12個紅棋子和12個黑棋子對角行進，從黑格子到黑格子，通過跳過對方的棋子進入空區，一玩家會吃掉另一玩家的棋子。一盤跳棋可以有5萬億億個排列，要把這些排列計算清楚，對今天最先進的電腦來說都不是一個把容易的事情。
研究報告於今年7月公布。報告證明了人工智能顯現出來的趨勢：人類思維依靠的是少量的記憶和較大的處理信息的能力，而西洋跳棋的程序使用的處理能力相對較少，而使用了大量記憶。這項研究有許多潛在的應用，比如，破譯DNA中隱藏的信息。(楊孝文）
http://tech.sina.com.cn/d/2007-12-21/08541928068.shtml
