２１世纪初生物学的重大发现

吕爱新

摘 要 人类进入21世纪以来，生物科学继续成为科学研究的前沿热点，并且取得了许多全新的成就。以美国《科学》杂志从2000年～2005年评选出的科学十大发现为对象，简要介绍本世纪初生物学取得的重大成就。

关键词 生物学 重大发现

中图分类号 Q-49

文献标识码 E

文件编号：1003-7586(2006)09-0003-02

人类进入21世纪以来，生物科学继续成为科学研究的前沿热点，并且取得了许多全新的成就。以美国《科学》杂志从2000年～2005年评选出的科学十大发现为对象，简要介绍21世纪初生物学取得的重大发现。

1 2000年十大科学进展中的生物成就

（1） 美国、英国等6国科学家合作完成了人类基因组工作草图绘制工作，基本上测定了人类基因组上的碱基序列。中国科学家承担了其中1％的测序任务。这一成就标志着人类在解读自身“生命之书”的路上迈出了重要一步。

（2） 生命有可能始于RNA，而非DNA。科学家对RNA的研究支持了“地球上生命有可能起源于RNA”的观点。

（3） 格鲁吉亚共和国德马尼西出土170万年前的原始人化石头盖骨，这些头盖骨有可能是从非洲走出的第一批人类祖先的。

（4） 克隆和干细胞研究取得进展。在克隆方面，科学家克隆成功了最难克隆的动物之一——猪，还克隆出了白肢野牛。这对于挽救濒危动物具有重要意义。在干细胞研究领域，科学家在老鼠和人类移植受体中发现身体某些部位的成年细胞能够转化成其他类型的细胞。

（5） 科学家在荷尔蒙受体的多种作用方面取得新发现，加深了人类对胆固醇的代谢、脂肪酸的产生以及糖尿病和癌症发生过程的理解。

2 2001年十大科技进展中的生物成就

（1） 科学家发现RNA“多才多艺”。它不仅是遗传物质的信使，还能执行科学家没有想到的其他工作。例如，科学家2000年发现一些RNA小片段能够使植物基因处于关闭状态，2001年又在老鼠和人身上发现了类似的“RNA干扰”现象。细胞生物学家还发现信使RNA是如何拼接在一起的，而信使RNA是DNA信息和蛋白质信息之间的生化连接。

（2） “人类基因组计划”和美国塞莱拉公司同时公布进一步完善后的人类基因组图，提前完成人类基因组测序计划。另外，还有60多种生物的基因组在2001年被测定。

（3） 科学家在发育中的神经系统里，发现了分子信号如何诱导和压制神经轴突的生长，这将有助于科学家找到修复受损成年神经的方法。

（4） 一种新的抗癌药物、特效“智能炸弹”出现，专门对付癌症的明确生化缺陷。美国食品和药物管理局批准了“格里维克”的上市，该药能抑制与某种白血病有关的缺陷酶。

3 2002年十大科学进展的中生物成就

（1） 称为小分子RNAs的分子控制大多数基因行为。这一发现可能进一步推动对癌症和干细胞的研究。

（2） 为全球谋求福利的基因组：2002年，科学家首次宣布对发展中国家的农业和公众健康会产生重大影响的生物基因组序列。籼稻亚种和短粒粳稻亚种序列可能有助于提高稻米的营养品质和产量，并且可使种植方法更持久稳定。

（3） 辛辣味和薄荷清凉味：2002年的新发现有助于揭示为什么辛辣的食物会产生热辣的感觉，而薄荷却会使口腔产生清凉感。

（4） 看着眼睛，看到眼睛的深处：2002年，几个研究小组这样做的依据和结果是，在哺乳动物的视网膜内发现了一种新的感光细胞。该感光系统帮助重设身体的日常或生理时钟，使之成为人体生理学的一个重要组成部分。这一发现甚至可能导致对消除时差或冬季抑郁症影响的新认识。

（5） 3D细胞：2002年，一种拍摄细胞3D图象的技术克服了重大技术障碍，揭示了细胞结构执行某些基本生命程序的过程。

（6） 我们最古老的祖先：研究人员在西非古查德湖畔发现了一个600万至700万年间的灵长目动物头盖骨。该头盖骨化石几乎比任何已知的（包括人类，但不包括其他猿类）灵长目动物要早几乎300万年。

（7） 生物恐怖主义：生物恐怖威胁是2002年的一个热门话题，但却很少有人采取任何直接的行动。

4 2003年世界十大科学进展中的生物学成就

（1） 破译精神疾病之谜。研究人员识别出可增加精神分裂症和抑郁症等遗传疾病风险的特殊基因。该研究成果对于研制治疗这类疾病的新药意义重大。

（2） 小核糖核酸研究继续热门。2003年，科学家继续探索小核糖核酸分子如何影响从早期发育到基因表达等多种细胞行为。对小核糖核酸分子的研究，将有助于人类战胜诸如艾滋病和肝炎等疾病。

（3） 单分子研究取得进展。生物学家和物理学家通力合作，揭示了细胞内单分子的多种活动迹象。

（4） 老鼠胚胎干细胞既能发育成精子又能发育成卵子。

（5） 揭示人类Y染色体遗传秘密。

（6） 肿瘤饥饿疗法。在规模临床试验中表明传统化疗中使用的抑制血管生成药可延长结肠癌患者的生命。

5 2004年十大科学进展中的生物学成就

（1） 最小的人。印尼和澳大利亚科学家在《自然》杂志上报告，他们从印尼弗洛瑞斯（Florcs）岛发掘出新的人类物种化石。这种“小矮人”只有约1 m高，脑容量仅为约380 mL，生活在距今约18 000年前。

（2） 隐藏的珍宝。在人类基因组中，编码蛋白质的基因序列只占不到2%，而不同基因之间和单个基因不同编码区域之间的那些部分被视为无用的垃圾DNA。实际上，垃圾DNA的作用比先前想象的要大得多。

（3） 记录多样性衰减。从青蛙到蝴蝶，有关生物多样性衰减的大型调查结果不断传来。其中，保护国际和世界自然保护联盟组织500多位科学家，对全球已知的5 700种两栖动物进行了调查，发现30%以上的物种濒临灭绝。

（4） 到处都是基因。从海洋或地下深处取水，对里面发现的DNA进行基因测序；可以识别出那些极小而且距离我们非常之远的生物。借助这种技术，科学家们在藻海的1 500 L水中已经发现了100多万种新基因。

6 2005年科学十大进展中的生物学成就

（1） 观察进化发生名列前茅。到了2005年研究人员仍在发现有关进化论的基本要点的新结果——在流感病毒基因、黑猩猩基因以及棘鱼硬鳞的世界中进化到底是如何进行的？

（2） 植物研究丰收。揭示几个有关植物开花和其他神秘或惊人特征的关键分子线索。比如，植物分子生物学家找到了启动植物季节性发育的信号。另一项研究的重点是涉及刺激开花的基因，还有一项研究发现了令人惊异的隐藏的RNA。

（3） 大脑回路与疾病的关系。精神分裂症、抽动—秽语综合征以及阅读困难等症的根源在于子宫内胚胎发育时期胎儿的大脑神经回路的“错误连接”。

（4） 关键蛋白质的详细图像。电压门控钾通道迄今为止最高分子分辨率的图像。这些通道是负责钾离子进出细胞的看门蛋白，它们在神经和肌肉功能上的作用同晶体管在计算机中的一样重要。

（5） 细胞信号研究又上一层楼。由于同时跟踪多个细胞信号网络的输入输出，人们逐渐了解了细胞如何响应它们周围的化学和环境信号的过程。

从美国《科学》杂志2000～2005年评选出的历年十大科学发现的统计来看，生物学领域所占比重是很高的。2000年生物学成就占50%；2001年为40%；2O02年为70%；2003年、2004年和2005年均为50%。从以上统计可以得出这样的结论：21世纪是生物学的世纪的预言将成为现实。在这些被评选出的成就中主要集中在生命的起源与进化、人类的起源与进化、对人类自身的进一步认识以及生命现象的深层次研究等领域。这些成就无疑会使人们对生命有更深刻的理解。

科学研究国际化趋势日益明显，国际合作在科研领域内作用不容忽视，打破学科界限也在科技突破中得到了充分体现。