科学技术是把双刃剑

关 毅 （本刊特约记者）

科学技术是把双刃剑

关 毅 （本刊特约记者）

作为收获的季节，秋天也让全世界的科学家们看到了希望。“好奇”号火星探测器的成功着陆，无疑预示着人类对地球以外的宇宙的探知即将迈上一个新台阶；而作为“人类基因组计划”后基因研究领域又一重大进展——“DNA元件百科全书”（ENCODE）的问世则代表着人类对于自身的认识又加深了一步。但同时我们也应看到，握在手中的果实并非个个都让人满意——转基因玉米致癌所引发的争议便让我们清醒地认识到，科学技术有时也可能是一把双刃剑，孰是孰非只有等待时间来检验。

“好奇”号在火星成功着陆

6轮机器人在盖尔陨石坑开始发现之旅

“轮子、轮子！”“这是轮子！”加利福尼亚州帕萨迪纳市，在美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）的一间控制室内，当火星科学实验室的成员看到“好奇”号火星车在这颗红色星球安全着陆几分钟后发回的第一张图像出现在大屏幕上时，人们兴奋地欢呼着，热烈地拥抱着，许多人甚至喜极而泣。“好奇”号着陆团队负责人Allen Chen感叹道：“这真是难以置信！”而这张图像注定会加载一个具有历史意义的注释：美国太平洋夏令时2012年8月5日22点32分，“好奇”号火星车摄于火星表面。

尽管这并不是一张美丽的照片——它是由位于火星车后端的一部照相机拍摄的，但它清清楚楚地向人们展示了，“好奇”号的轮子已经牢牢地压在了火星的土壤上。在远处，弯曲的地平线正在向它“招手”。

经过8个月的飞行，在以不到1 m／s的速度降落至火星表面之前，“好奇”号经历了九死一生的“恐怖7分钟”下降，从而实现了火星探测历史上最“软”的着陆。这一壮举证明，这套复杂的着陆系统真的像广告所说的那样“安全有效”。

900 kg重的火星车降落在盖尔陨石坑的底部，这个154 km宽的陨石坑大小与科威特面积相仿，“好奇”号将在这里开始它对火星过去的宜居环境的探索。

一个关于安全着陆的指示几乎立即通过火星奥德赛卫星——一架具有11年历史的负责中继探测器遥控数据的轨道飞行器——传送至澳大利亚堪培拉的大型射电天线。

在随后举行的新闻发布会上，该项探测任务的负责人站在一个讲台前，同时“好奇”号发回的第二张图像被投射到他们身后的屏幕上——这是由位于火星车前端的照相机拍摄的一张照片，展现了夕阳映照下的“好奇”号的身影。“这是火星上的一处新地点的一张新图像，”NASA的工程师Adam Steltzner说，“而对我来说，至少，这是回报。”

这意味着在8次尝试中，NASA的探测器已经7次成功着陆于火星表面。

携带10种“科学武器”的“好奇”号相当于一个标准的野外地质学家，其能力足以令此前的任何火星着陆器相形见绌。以核燃料钚提供动力的“好奇”号在火星表面的连续行驶能力和机动能力都更强。

在“好奇”号之前，所有火星着陆器都没有安装可提取岩石内部样本的工具，“好奇”号一改这种状况——它可以利用机械臂末端的钻头钻入岩石内部取样。此外，“好奇”号的任务也更复杂，它将测量火星岩石和泥土中不同化学元素的丰度，评估火星表面的辐射环境及其对未来登陆火星宇航员的危害，探索火星是否具有适宜生命存在的环境，寻找行星变化的线索。

“好奇”号项目总投资达25亿美元，是迄今最昂贵的火星探测项目，也是NASA的“旗舰项目”，重要性与哈勃太空望远镜相当。根据奥巴马政府公布的新太空战略，美国将以火星为太空探索的新目的地。NASA计划到2030年代中期，将宇航员运送至火星轨道。

“人类基因组计划”后基因研究领域又一重大进展

ENCODE书写人类百科全书

一项大型国际计划显示，与青少年在学校掌握的知识相比，人类基因组——一个人的遗传信息总和——包含有更多的蛋白质编码基因。当研究人员决定在20世纪90年代晚期对人类基因组进行测序时，他们专注于寻找那些用来确定全部生命所需蛋白质的传统基因。每个基因都被认为是一个DNA的离散片段；而其 DNA碱基——作为DNA模块的一些众所周知的“字母”分子——的顺序被认为能够编码一个特定的蛋白质。但让这些破译人类基因组的科学家感到惊讶的是，他们发现，这些编码蛋白质的基因加起来还不到基因组的3%。这在数十亿的其他碱基中几乎是没有任何意义的。

然而如今一项由美国资助的项目“DNA 元件百科全书”（ENCODE）发现，许多这样的碱基都在人类生物学中扮演着一个重要角色——例如，它们有助于确定一个基因何时开启和关闭。并且，这种调节决定了一个细胞如何成为肾脏细胞，而另一个细胞如何成为脑细胞。耶鲁大学生物信息学家Mark Gerstein表示：“与基因相比，基因组中的情况要复杂得多。”

这个项目的真知灼见正在帮助研究人员了解遗传和疾病之间的联系。领导ENCODE分析的英国茵格斯顿欧洲生物信息学研究所的生物信息学家Ewan Birney表示：“我们正在以一种方式影响疾病研究，而这在以前将是很难实现的。”

这是“人类基因组计划”之后国际科学界在基因研究领域取得的又一重大进展。这两个计划之间也有承上启下的关系，在人类基因组计划基本完成的2003年，国际科学界创建了ENCODE计划。它也是一个大型国际合作项目，有多个国家和地区的32个研究机构参与。

作为ENCODE的一部分，32家机构对147个细胞类型进行了计算机分析、生物化学试验，以及测序研究，旨在搞清构成基因组的30亿个碱基中每个都在做些什么。参与ENCODE的442名科学家在9月5日出版的Nature上报告说，基因组中大约80%的基因在生物化学上都是活跃的，换句话说，它们都有某种确定的功能。这些DNA碱基有的作为影响基因活性的蛋白质着陆点，有的则能够转化为RNA链从而自行实施功能，例如基因调控。（RNA通常被认为是一种有助于合成蛋白质的中间信使分子，但ENCODE发现，许多RNA都是一种终极产物，且不用来合成蛋白质。）

ENCODE的研究结果正在改变科学家对基因的认识。它发现大约76%的基因组DNA都会被转录为一种或另一种RNA，这比研究人员之前的预测要多得多。这些DNA包括将近21 000个蛋白质编码基因（研究人员一度曾估计人体有超过10万个这样的基因）；与8 800个小RNA分子及9 600个长链非编码RNA分子有关的基因——每个至少有200个碱基的长度；被划为假基因的11 224个DNA链——现在知道这些“死亡”基因在某些细胞类型或个体中真的很活跃。此外，尝试确定这些基因的起点和末端，以及编码区域，揭示了基因能够部分重叠，并且具有多个起点和末端。

这项计划在人们的DNA中发现了400万个位点，它们的作用相当于控制基因活性的开关。这些开关距离被它们调控的基因或近或远，并作用于不同细胞类型的不同结合体上，从而赋予每个细胞类型以独特的基因组身份。

ENCODE获得了迄今最详细的人类基因组分析数据。关于这项研究的论文有6篇发表在Nature上，还有24篇发表在《基因组研究》杂志及《基因组生物学》杂志上。两篇附加的论文则发表在9月5日的Science网络版上。在一个数据库中，ENCODE已经创建了一张图谱用以展示所有不同碱基所扮演的角色。资助ENCODE的马里兰州贝塞斯达市国立人类基因组研究所的项目主管Elise Feingold表示：“它就像人类基因组的谷歌地图。”利用谷歌地图，一个人可以选择不同的视图来查看景观的不同方面。同样，在ENCODE图谱中，一个人也能够从染色体水平放大单个碱基，并且查看这些碱基是否会产生RNA，或是否为DNA调控蛋白质的结合位点之间切换。

新化石敲定200万年前人类神秘祖先身份

“鲁道夫人”终获物种地位

经过40年的搜寻后，研究人员终于可以为40年前在肯尼亚发现的一个神秘的人类祖先赋予一幅新的面孔。这一发现可以让科学家更好地了解这个在我们的智人祖先于约200万年前出现后不久便已存在的谜一般的物种。它同时表明，203万年至178万年前，在非洲大裂谷，至少有几个古人种与直立人同时存在，并且他们可能不得不适应以不同的方式共存。

自从古人类学家Meave Leakey于1972年在科比福拉第一次看到这个陌生的人类祖先新种的头骨化石后，她和其他科学家便一直在徒劳地找寻该物种的其他成员。（科比福拉是位于非洲图尔卡纳湖东部的著名化石床，从20世纪60年代开始，在这里陆续发现了几个不同的人类祖先属种。）这具200万年历史的头骨具有一个很大的脑，从而使他成为智人的一员。但是他长而扁平的面部以及其他特征与同时期的另外两种早期智人相去甚远，因此许多研究人员认为他属于一个新的物种——鲁道夫人。然而也有学者质疑他是否属于一个新种，或者仅仅是能人——距今230万年至140万年生活在东非——的一个与众不同的成员。如今供职于肯尼亚图尔卡纳盆地研究所和美国纽约州立大学石溪分校的Leakey表示：“他总是一个异类。”

Leakey说，化石猎人于2008年发现了一个幼体从岩石中突出且保存完好的面孔中部和牙齿化石，这“真让人感到兴奋”。来自德国莱比锡市马普学会进化人类学研究所的合著者Fred Spoor表示，其面部看起来就像是最初的鲁道夫人头骨——被称为 KNMER1470——的一个小一点的“袖珍版”，并且也生有异乎寻常的平脸，这与在能人中发现的更为突出的上颌截然相反。同时其较小的尺寸也排除了一些老观点，即鲁道夫人的头骨总是比能人的头骨大，或者更大的标本来自于男性而较小的来自于女性。

随着2009年发现的一个非常完整的下颌化石，研究小组对于这一难于捉摸的物种有了更进一步的认识。（1470并不具有下颌。）颌骨和新面部揭示了鲁道夫人生有一个与众不同的U型上颚，连同朝向颌骨前端的犬齿，而不是像能人那样在V型上颚中生有两边对齐的犬齿。Spoor说，这意味着两个物种之间的一个发展中的重要差异，而不是一个物种的变异。

据8月9日出版的Nature报道，这些新化石全部发现于科比福拉的卡拉瑞岭，这里距离发现1470头骨的化石床不足10 km，并且也位于发现能人和直立人化石的相同地区。一些研究人员依旧认为，1470和新的化石可能是能人的相同类群（或生物组）的成员，这是因为能人的化石发现得很少，因此，“我们仍然并不了解能人。”美国加利福尼亚大学伯克利分校的古人类学家Timothy White这样说道。

转基因玉米致癌论引争议

近来，法国一研究报告称某转基因玉米导致实验鼠患癌的消息闹得沸沸扬扬。对此，不少业内专家以及一些欧盟国家的农业部长均认为，转基因玉米致癌论“言之过早”。本次事件背后的一些利益纠葛以及研究程序问题也有待于进一步厘清。

这项研究发表在2012年9月19日的《食品和化学毒物学》杂志上。法国卡昂大学的研究人员对200只实验鼠和一组对照组实验鼠进行了长达两年的实验，或喂食NK603转基因玉米，或喂食经过“农达”除草剂处理的NK603玉米，或喂食经过“农达”除草剂处理的非转基因玉米。其中，NK603玉米和“农达”除草剂均由美国孟山都公司生产。

杂志刊登的实验结果显示，喂食NK603转基因玉米的实验鼠和接触除草剂的实验鼠都长出了肿瘤。尤其是雄鼠，出现肝脏受损、肾和皮肤部位长出肿瘤以及消化系统病变等问题。该研究强调，这是科学界首次对实验鼠展开长达两年的调查研究，此类实验以往只持续90 d左右。

这一结论在欧洲及美国引起轩然大波，一些人对转基因作物产生恐慌，然而更多的科学家质疑研究结果。一些欧洲国家官员也认为结论“言之过早”。

美国伊利诺伊大学食品科学名誉教授布鲁斯·萨西则认为，这并不是一份单纯的科学报告，而是一个精心策划的新闻事件。人类和牲畜已经吃了很多年的转基因谷物，但并没有证据支持这项研究中提到的死亡率升高或患癌现象。

剑桥大学研究公众风险认知的教授大卫·施皮格尔霍尔特说，每组实验动物数量太少，无法得出确切结论。

还有人指出，实验所用的老鼠类型本身易患癌。因此不应匆忙得出实验鼠吃NK603转基因玉米患癌的结论。

本次研究负责人、法国卡昂大学分子生物学专家塞拉利尼是法国基因工程独立研究与信息委员会成员，多年来一直公开反对转基因食品，曾发表多份报告质疑转基因食品安全。2007年3月，塞拉利尼曾发表论文质疑孟山都公司MON863转基因玉米的安全性，但欧洲食品安全局经过调查认为其研究方法缺乏科学性。

法国农业部长特凡纳·勒福尔24日表示，得出有关结论确实“为时尚早”，但同时表示，实验使用的玉米主要用作动物饲料，“因此不必过于恐慌”。德国农业部长伊尔塞·艾格纳当天也指出，人们需要等待针对这项研究的更详细调查结果。

美国孟山都公司并未立即对这项研究作出正式回应。孟山都公司法国发言人表示：“由于需要对研究报告进行评估，严肃评论为时过早。但300多篇动物食用研究报告证明，转基因食物与非转基因食物同样安全。”

目前，欧洲食品安全局等监管机构正在对这一研究及研究条件进行评估。

3 项研究挑战肿瘤生长传统理论

癌症干细胞或确实存在

很多时候，那些似乎已经被治疗消灭的癌症又会卷土重来。一些科学家将此归罪于所谓的癌症干细胞，它们是癌细胞的一个子集，能够保持休眠状态，从而逃避化疗或放疗，并在几个月或几年后形成新的肿瘤。这种想法一直存在争论，然而，2012年8月1日发表的3篇论文提供了新的证据，表明在某些脑、皮肤和肠道肿瘤中，癌症干细胞确实是肿瘤生长的源头。

癌症干细胞模式有别于认为肿瘤生长机会均等的传统理论，后者相信，所有的癌性细胞都能够分裂并导致肿瘤的生长及扩散。癌症干细胞模式则认为，肿瘤生长具有更多的层次，主要由一个能够进行自我复制的细胞子集所驱动，进而生成肿瘤所包含的其他类型的细胞。有关癌症干细胞的最早证据源于20世纪90年代进行的白血病研究，当时科学家发现，只有一小部分癌变的血液细胞能够在小鼠中传播疾病，但是很难确定癌症干细胞是否在其他组织中激发了肿瘤的生长。

在这些新的研究中，3个独立的研究团队利用遗传细胞标记技术追踪了特定细胞在生长的肿瘤内部的增殖情况。比利时布鲁塞尔自由大学的干细胞研究人员Cédric Blanpain表示，这种方法让研究人员看到了“在一个肿瘤的现实生活中到底发生了什么”。他和同事在Nature网络版上报告说，在小鼠的乳头状瘤（一种皮肤癌的前兆）中，大部分的肿瘤生长来自于一些细胞，后者在某些方面类似于保持皮肤健康的干细胞。

同样于8月1日发表在Nature网络版上的第二篇论文中，美国达拉斯市得克萨斯大学西南医学中心（UTSMC）的发育生物学家Luis Parada及其同事报告说，在生有神经胶质瘤（脑癌的一种形式）的小鼠中，肿瘤的生长似乎来源于肿瘤中的一小部分细胞。他们发现，这些细胞在能够消灭大部分癌症的化疗过程中保持了休眠状态，并且一旦药物治疗停止，便能够引发新的肿瘤。

在8月1日在线发表于Science的第三篇论文中，荷兰乌得勒支市Hubrecht研究所的发育生物学家及干细胞研究人员 Hugo Snippert，Arnout－Schepers，Hans Clevers和他们的同事，利用具有多色肠道的小鼠研究了能够形成肠腺瘤（肠癌的前兆）的细胞类型。这种被科学家昵称为彩纸鼠的啮齿动物携带了能够根据肠道细胞自身来源而将其标注为蓝、绿、红或黄色的遗传标记。研究小组报告说，肠腺瘤由表达了一种名为Lgr5＋基因的细胞发展而来，而这种基因也活跃于普通的肠道干细胞中。Snippert说：“这些肿瘤看起来就像是一幅正常组织的漫画。”

并未参与任何一项研究的在UTSMC从事干细胞与癌症研究的Sean Morrison表示，这种细胞追踪技术是检验癌症干细胞模式的正确方法。他说，现在有足够的证据可以相当肯定该模式至少能够解释某些类型的癌症。但是Morrison指出，这些关于乳头状瘤和肠腺瘤的研究着眼于癌症前期的肿瘤。事实上，当Blanpain和同事研究患有鳞状细胞癌（乳头状瘤的一种恶性产物）的小鼠时，他们发现大部分细胞正在积极地分裂，而并非仅仅是一小部分与干细胞类似的细胞。

研究人员相信，搞清哪些癌症可能源于——或仅仅携带了——癌症干细胞是今后更有效治疗的关键。

科学家找到昆虫光合作用首个证据

蚜虫或具有一套基本的阳光捕获体系

蚜虫的生物学特性真是太奇特了——雌蚜虫生下来就可以繁殖而无需雄性，而雄蚜虫有时候竟然没有长嘴，致使它们在交配后不久便会死去。而上周公布的一项研究成果又为它们的特异功能名单添加了惊人的一笔：它们竟然也能够捕获阳光，并按照代谢的目的使用这些能量。

蚜虫是动物世界中唯一具有合成色素——类胡萝卜素——本领的成员。很多动物依赖这种色素完成一系列功能，例如保持一个健康的免疫系统，或合成某些维生素，然而所有其他动物必须通过它们的食物来获得这种色素。法国索菲亚科技园的昆虫学家Alain Robichon和同事在《科学报道》杂志上指出，在蚜虫中，这种色素能够吸收来自太阳的能量，并将其转化为参与能量生产的细胞机制。

自从2010年发现线索表明蚜虫体内高水平的类胡萝卜素是“自产自销”的以来，Robichon和他的研究团队便开始着手调查，这种昆虫为什么要合成这种“昂贵”的代谢化学物质。

类胡萝卜素决定了蚜虫的色素沉着，而一只蚜虫的颜色又决定了能够看见它的捕食者的种类。Robichon实验室中的蚜虫颜色受到了环境的影响——寒冷有利于绿色蚜虫，最佳的条件会使蚜虫的身体变为橙色，而当种群很大且面对有限的资源时，蚜虫便会呈现出白色。

当研究人员测量了蚜虫体内的ATP（三磷酸腺苷，所有生物体中能量转移的“通货”）水平后，结果令人震撼。与几乎没有这种色素的白蚜虫相比，具有高水平类胡萝卜素的绿蚜虫体内携带了更多的ATP。此外，当把橙色蚜虫——拥有中间数量的类胡萝卜素——放置到阳光下时，其ATP生成将会增加，而当将其转移到黑暗中时，其ATP含量便会下降。

研究人员于是将橙色蚜虫碾碎并提纯了它们的类胡萝卜素，进而证明这些提取物能够吸收阳光并传递这种能量。

胡萝卜素分子在动物体内的排列方式也进一步证明了这种假设。这种色素在昆虫角质层的深处形成了一个0到40微米的薄层，从而使其位于捕捉太阳光的一个完美的位置上。

你离太阳149 597 870 700米！

国际天文学联合会大会修订日地距离

没有大张旗鼓的宣传，但天文学家已经重新定义了太阳系中最重要的距离。天文单位（AU）——从地球到太阳的距离——终于从一个模棱两可的估算变成了一个单一的数字。在2012年8月于中国北京举行的国际天文学联合会大会上以全票通过而被采用的这一新标准规定，日地距离为149 597 870 700 m——是的，不多也不少。

在天文学中，日地距离是一个历史最悠久的数值。对日地距离的第一次准确测量发生在1672年，当时著名天文学家Giovanni Cassini在法国巴黎观测火星，同时他的同事Jean Richer则在南美洲的法属圭亚那观测这颗红色的行星。考虑到这两次观测之间的视差或角度差，天文学家计算了从地球到火星的距离，并利用这一结果最终得出了从地球到太阳的距离。他们的结果是1.4亿km——这与今天的数值差不了太多。

直至20世纪后半叶，这种视差测量法依然是推导太阳系中任意距离的唯一可靠途径，天文单位也因此一直被表示为可将角度测量转化为距离的一个基本常数组合。近些年来，天文单位被定义为：“在太阳引力作用下沿圆轨道以每天0.017 202 098 95（即所谓的高斯引力常数）弧度的角速度运动的试验粒子的轨道半径。”

这一定义让德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯的“粉丝”们欢呼不已——他的常数位于整个事件的中心，但这个天文单位给天文学家带来了麻烦。德国德累斯顿技术大学的天文学家Sergei Klioner表示，首先，老的天文单位经常让天文学学生感到困惑不解。但更重要的是，老的定义有悖于爱因斯坦的广义相对论。

正如后者的名字所暗示的，广义相对论的时空是相对的，完全取决于观察者所处的位置；然而根据老的定义，天文单位改变了这一切。Klioner指出，日地距离在地球参照系和木星参照系之间就改变了1 000 m甚至更多。这种变化并不会影响航天器，它们会直接测量日地距离，它却给研究太阳系模型的行星科学家造成了巨大的痛苦。

同时太阳自身也引发了另一个问题。高斯引力常数以太阳的质量为基础，因此天文单位与太阳质量被密不可分地联系在一起。然而太阳的质量正随着能量辐射而减少，这就使天文单位也在缓慢发生着变化。

改进后的定义抹去了老的天文单位存在的所有问题。修订的距离与太阳质量没有任何关系，同时米被定义为光在真空中旅行1／299 792 458 s的距离。这是因为光速在所有的参照系中都是恒定的，从而使天文单位不再随着观测者在太阳系中的位置不同而发生变化。

注：封底图片来源于 NASA／JPLCaltech，Fred Spoor／肯尼亚 国 立博物馆，SIMON FRASER／SCIENCE PHOTO LIBRARY，Science和Nature网站。

（2012年9月29日收到）

（编辑：方守狮）

Science and Technology is a Rapier

GUAN Yi

10.3969／j.issn.0253－9608.2012.05.010