科學技術是把雙刃劍

關 毅 （本刊特約記者）

科學技術是把雙刃劍

關 毅 （本刊特約記者）

作為收獲的季節，秋天也讓全世界的科學家們看到了希望?！昂闷妗碧柣鹦翘綔y器的成功著陸，無疑預示著人類對地球以外的宇宙的探知即將邁上一個新臺階；而作為“人類基因組計劃”后基因研究領域又一重大進展——“DNA元件百科全書”（ENCODE）的問世則代表著人類對于自身的認識又加深了一步。但同時我們也應看到，握在手中的果實并非個個都讓人滿意——轉基因玉米致癌所引發的爭議便讓我們清醒地認識到，科學技術有時也可能是一把雙刃劍，孰是孰非只有等待時間來檢驗。

“好奇”號在火星成功著陸

6輪機器人在蓋爾隕石坑開始發現之旅

“輪子、輪子！”“這是輪子！”加利福尼亞州帕薩迪納市，在美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）的一間控制室內，當火星科學實驗室的成員看到“好奇”號火星車在這顆紅色星球安全著陸幾分鐘后發回的第一張圖像出現在大屏幕上時，人們興奮地歡呼著，熱烈地擁抱著，許多人甚至喜極而泣。“好奇”號著陸團隊負責人Allen Chen感嘆道：“這真是難以置信！”而這張圖像注定會加載一個具有歷史意義的注釋：美國太平洋夏令時2012年8月5日22點32分，“好奇”號火星車攝于火星表面。

盡管這并不是一張美麗的照片——它是由位于火星車后端的一部照相機拍攝的，但它清清楚楚地向人們展示了，“好奇”號的輪子已經牢牢地壓在了火星的土壤上。在遠處，彎曲的地平線正在向它“招手”。

經過8個月的飛行，在以不到1 m／s的速度降落至火星表面之前，“好奇”號經歷了九死一生的“恐怖7分鐘”下降，從而實現了火星探測歷史上最“軟”的著陸。這一壯舉證明，這套復雜的著陸系統真的像廣告所說的那樣“安全有效”。

900 kg重的火星車降落在蓋爾隕石坑的底部，這個154 km寬的隕石坑大小與科威特面積相仿，“好奇”號將在這里開始它對火星過去的宜居環境的探索。

一個關于安全著陸的指示幾乎立即通過火星奧德賽衛星——一架具有11年歷史的負責中繼探測器遙控數據的軌道飛行器——傳送至澳大利亞堪培拉的大型射電天線。

在隨后舉行的新聞發布會上，該項探測任務的負責人站在一個講臺前，同時“好奇”號發回的第二張圖像被投射到他們身后的屏幕上——這是由位于火星車前端的照相機拍攝的一張照片，展現了夕陽映照下的“好奇”號的身影?！斑@是火星上的一處新地點的一張新圖像，”NASA的工程師Adam Steltzner說，“而對我來說，至少，這是回報。”

這意味著在8次嘗試中，NASA的探測器已經7次成功著陸于火星表面。

攜帶10種“科學武器”的“好奇”號相當于一個標準的野外地質學家，其能力足以令此前的任何火星著陸器相形見絀。以核燃料钚提供動力的“好奇”號在火星表面的連續行駛能力和機動能力都更強。

在“好奇”號之前，所有火星著陸器都沒有安裝可提取巖石內部樣本的工具，“好奇”號一改這種狀況——它可以利用機械臂末端的鉆頭鉆入巖石內部取樣。此外，“好奇”號的任務也更復雜，它將測量火星巖石和泥土中不同化學元素的豐度，評估火星表面的輻射環境及其對未來登陸火星宇航員的危害，探索火星是否具有適宜生命存在的環境，尋找行星變化的線索。

“好奇”號項目總投資達25億美元，是迄今最昂貴的火星探測項目，也是NASA的“旗艦項目”，重要性與哈勃太空望遠鏡相當。根據奧巴馬政府公布的新太空戰略，美國將以火星為太空探索的新目的地。NASA計劃到2030年代中期，將宇航員運送至火星軌道。

“人類基因組計劃”后基因研究領域又一重大進展

ENCODE書寫人類百科全書

一項大型國際計劃顯示，與青少年在學校掌握的知識相比，人類基因組——一個人的遺傳信息總和——包含有更多的蛋白質編碼基因。當研究人員決定在20世紀90年代晚期對人類基因組進行測序時，他們專注于尋找那些用來確定全部生命所需蛋白質的傳統基因。每個基因都被認為是一個DNA的離散片段；而其 DNA堿基——作為DNA模塊的一些眾所周知的“字母”分子——的順序被認為能夠編碼一個特定的蛋白質。但讓這些破譯人類基因組的科學家感到驚訝的是，他們發現，這些編碼蛋白質的基因加起來還不到基因組的3%。這在數十億的其他堿基中幾乎是沒有任何意義的。

然而如今一項由美國資助的項目“DNA 元件百科全書”（ENCODE）發現，許多這樣的堿基都在人類生物學中扮演著一個重要角色——例如，它們有助于確定一個基因何時開啟和關閉。并且，這種調節決定了一個細胞如何成為腎臟細胞，而另一個細胞如何成為腦細胞。耶魯大學生物信息學家Mark Gerstein表示：“與基因相比，基因組中的情況要復雜得多?！?/p>

這個項目的真知灼見正在幫助研究人員了解遺傳和疾病之間的聯系。領導ENCODE分析的英國茵格斯頓歐洲生物信息學研究所的生物信息學家Ewan Birney表示：“我們正在以一種方式影響疾病研究，而這在以前將是很難實現的。”

這是“人類基因組計劃”之后國際科學界在基因研究領域取得的又一重大進展。這兩個計劃之間也有承上啟下的關系，在人類基因組計劃基本完成的2003年，國際科學界創建了ENCODE計劃。它也是一個大型國際合作項目，有多個國家和地區的32個研究機構參與。

作為ENCODE的一部分，32家機構對147個細胞類型進行了計算機分析、生物化學試驗，以及測序研究，旨在搞清構成基因組的30億個堿基中每個都在做些什么。參與ENCODE的442名科學家在9月5日出版的Nature上報告說，基因組中大約80%的基因在生物化學上都是活躍的，換句話說，它們都有某種確定的功能。這些DNA堿基有的作為影響基因活性的蛋白質著陸點，有的則能夠轉化為RNA鏈從而自行實施功能，例如基因調控。（RNA通常被認為是一種有助于合成蛋白質的中間信使分子，但ENCODE發現，許多RNA都是一種終極產物，且不用來合成蛋白質。）

ENCODE的研究結果正在改變科學家對基因的認識。它發現大約76%的基因組DNA都會被轉錄為一種或另一種RNA，這比研究人員之前的預測要多得多。這些DNA包括將近21 000個蛋白質編碼基因（研究人員一度曾估計人體有超過10萬個這樣的基因）；與8 800個小RNA分子及9 600個長鏈非編碼RNA分子有關的基因——每個至少有200個堿基的長度；被劃為假基因的11 224個DNA鏈——現在知道這些“死亡”基因在某些細胞類型或個體中真的很活躍。此外，嘗試確定這些基因的起點和末端，以及編碼區域，揭示了基因能夠部分重疊，并且具有多個起點和末端。

這項計劃在人們的DNA中發現了400萬個位點，它們的作用相當于控制基因活性的開關。這些開關距離被它們調控的基因或近或遠，并作用于不同細胞類型的不同結合體上，從而賦予每個細胞類型以獨特的基因組身份。

ENCODE獲得了迄今最詳細的人類基因組分析數據。關于這項研究的論文有6篇發表在Nature上，還有24篇發表在《基因組研究》雜志及《基因組生物學》雜志上。兩篇附加的論文則發表在9月5日的Science網絡版上。在一個數據庫中，ENCODE已經創建了一張圖譜用以展示所有不同堿基所扮演的角色。資助ENCODE的馬里蘭州貝塞斯達市國立人類基因組研究所的項目主管Elise Feingold表示：“它就像人類基因組的谷歌地圖?！崩霉雀璧貓D，一個人可以選擇不同的視圖來查看景觀的不同方面。同樣，在ENCODE圖譜中，一個人也能夠從染色體水平放大單個堿基，并且查看這些堿基是否會產生RNA，或是否為DNA調控蛋白質的結合位點之間切換。

新化石敲定200萬年前人類神秘祖先身份

“魯道夫人”終獲物種地位

經過40年的搜尋后，研究人員終于可以為40年前在肯尼亞發現的一個神秘的人類祖先賦予一幅新的面孔。這一發現可以讓科學家更好地了解這個在我們的智人祖先于約200萬年前出現后不久便已存在的謎一般的物種。它同時表明，203萬年至178萬年前，在非洲大裂谷，至少有幾個古人種與直立人同時存在，并且他們可能不得不適應以不同的方式共存。

自從古人類學家Meave Leakey于1972年在科比福拉第一次看到這個陌生的人類祖先新種的頭骨化石后，她和其他科學家便一直在徒勞地找尋該物種的其他成員。（科比福拉是位于非洲圖爾卡納湖東部的著名化石床，從20世紀60年代開始，在這里陸續發現了幾個不同的人類祖先屬種。）這具200萬年歷史的頭骨具有一個很大的腦，從而使他成為智人的一員。但是他長而扁平的面部以及其他特征與同時期的另外兩種早期智人相去甚遠，因此許多研究人員認為他屬于一個新的物種——魯道夫人。然而也有學者質疑他是否屬于一個新種，或者僅僅是能人——距今230萬年至140萬年生活在東非——的一個與眾不同的成員。如今供職于肯尼亞圖爾卡納盆地研究所和美國紐約州立大學石溪分校的Leakey表示：“他總是一個異類。”

Leakey說，化石獵人于2008年發現了一個幼體從巖石中突出且保存完好的面孔中部和牙齒化石，這“真讓人感到興奮”。來自德國萊比錫市馬普學會進化人類學研究所的合著者Fred Spoor表示，其面部看起來就像是最初的魯道夫人頭骨——被稱為 KNMER1470——的一個小一點的“袖珍版”，并且也生有異乎尋常的平臉，這與在能人中發現的更為突出的上頜截然相反。同時其較小的尺寸也排除了一些老觀點，即魯道夫人的頭骨總是比能人的頭骨大，或者更大的標本來自于男性而較小的來自于女性。

隨著2009年發現的一個非常完整的下頜化石，研究小組對于這一難于捉摸的物種有了更進一步的認識。（1470并不具有下頜。）頜骨和新面部揭示了魯道夫人生有一個與眾不同的U型上顎，連同朝向頜骨前端的犬齒，而不是像能人那樣在V型上顎中生有兩邊對齊的犬齒。Spoor說，這意味著兩個物種之間的一個發展中的重要差異，而不是一個物種的變異。

據8月9日出版的Nature報道，這些新化石全部發現于科比福拉的卡拉瑞嶺，這里距離發現1470頭骨的化石床不足10 km，并且也位于發現能人和直立人化石的相同地區。一些研究人員依舊認為，1470和新的化石可能是能人的相同類群（或生物組）的成員，這是因為能人的化石發現得很少，因此，“我們仍然并不了解能人?！泵绹永Ｄ醽喆髮W伯克利分校的古人類學家Timothy White這樣說道。

轉基因玉米致癌論引爭議

近來，法國一研究報告稱某轉基因玉米導致實驗鼠患癌的消息鬧得沸沸揚揚。對此，不少業內專家以及一些歐盟國家的農業部長均認為，轉基因玉米致癌論“言之過早”。本次事件背后的一些利益糾葛以及研究程序問題也有待于進一步厘清。

這項研究發表在2012年9月19日的《食品和化學毒物學》雜志上。法國卡昂大學的研究人員對200只實驗鼠和一組對照組實驗鼠進行了長達兩年的實驗，或喂食NK603轉基因玉米，或喂食經過“農達”除草劑處理的NK603玉米，或喂食經過“農達”除草劑處理的非轉基因玉米。其中，NK603玉米和“農達”除草劑均由美國孟山都公司生產。

雜志刊登的實驗結果顯示，喂食NK603轉基因玉米的實驗鼠和接觸除草劑的實驗鼠都長出了腫瘤。尤其是雄鼠，出現肝臟受損、腎和皮膚部位長出腫瘤以及消化系統病變等問題。該研究強調，這是科學界首次對實驗鼠展開長達兩年的調查研究，此類實驗以往只持續90 d左右。

這一結論在歐洲及美國引起軒然大波，一些人對轉基因作物產生恐慌，然而更多的科學家質疑研究結果。一些歐洲國家官員也認為結論“言之過早”。

美國伊利諾伊大學食品科學名譽教授布魯斯·薩西則認為，這并不是一份單純的科學報告，而是一個精心策劃的新聞事件。人類和牲畜已經吃了很多年的轉基因谷物，但并沒有證據支持這項研究中提到的死亡率升高或患癌現象。

劍橋大學研究公眾風險認知的教授大衛·施皮格爾霍爾特說，每組實驗動物數量太少，無法得出確切結論。

還有人指出，實驗所用的老鼠類型本身易患癌。因此不應匆忙得出實驗鼠吃NK603轉基因玉米患癌的結論。

本次研究負責人、法國卡昂大學分子生物學專家塞拉利尼是法國基因工程獨立研究與信息委員會成員，多年來一直公開反對轉基因食品，曾發表多份報告質疑轉基因食品安全。2007年3月，塞拉利尼曾發表論文質疑孟山都公司MON863轉基因玉米的安全性，但歐洲食品安全局經過調查認為其研究方法缺乏科學性。

法國農業部長特凡納·勒福爾24日表示，得出有關結論確實“為時尚早”，但同時表示，實驗使用的玉米主要用作動物飼料，“因此不必過于恐慌”。德國農業部長伊爾塞·艾格納當天也指出，人們需要等待針對這項研究的更詳細調查結果。

美國孟山都公司并未立即對這項研究作出正式回應。孟山都公司法國發言人表示：“由于需要對研究報告進行評估，嚴肅評論為時過早。但300多篇動物食用研究報告證明，轉基因食物與非轉基因食物同樣安全。”

目前，歐洲食品安全局等監管機構正在對這一研究及研究條件進行評估。

3 項研究挑戰腫瘤生長傳統理論

癌癥干細胞或確實存在

很多時候，那些似乎已經被治療消滅的癌癥又會卷土重來。一些科學家將此歸罪于所謂的癌癥干細胞，它們是癌細胞的一個子集，能夠保持休眠狀態，從而逃避化療或放療，并在幾個月或幾年后形成新的腫瘤。這種想法一直存在爭論，然而，2012年8月1日發表的3篇論文提供了新的證據，表明在某些腦、皮膚和腸道腫瘤中，癌癥干細胞確實是腫瘤生長的源頭。

癌癥干細胞模式有別于認為腫瘤生長機會均等的傳統理論，后者相信，所有的癌性細胞都能夠分裂并導致腫瘤的生長及擴散。癌癥干細胞模式則認為，腫瘤生長具有更多的層次，主要由一個能夠進行自我復制的細胞子集所驅動，進而生成腫瘤所包含的其他類型的細胞。有關癌癥干細胞的最早證據源于20世紀90年代進行的白血病研究，當時科學家發現，只有一小部分癌變的血液細胞能夠在小鼠中傳播疾病，但是很難確定癌癥干細胞是否在其他組織中激發了腫瘤的生長。

在這些新的研究中，3個獨立的研究團隊利用遺傳細胞標記技術追蹤了特定細胞在生長的腫瘤內部的增殖情況。比利時布魯塞爾自由大學的干細胞研究人員Cédric Blanpain表示，這種方法讓研究人員看到了“在一個腫瘤的現實生活中到底發生了什么”。他和同事在Nature網絡版上報告說，在小鼠的乳頭狀瘤（一種皮膚癌的前兆）中，大部分的腫瘤生長來自于一些細胞，后者在某些方面類似于保持皮膚健康的干細胞。

同樣于8月1日發表在Nature網絡版上的第二篇論文中，美國達拉斯市得克薩斯大學西南醫學中心（UTSMC）的發育生物學家Luis Parada及其同事報告說，在生有神經膠質瘤（腦癌的一種形式）的小鼠中，腫瘤的生長似乎來源于腫瘤中的一小部分細胞。他們發現，這些細胞在能夠消滅大部分癌癥的化療過程中保持了休眠狀態，并且一旦藥物治療停止，便能夠引發新的腫瘤。

在8月1日在線發表于Science的第三篇論文中，荷蘭烏得勒支市Hubrecht研究所的發育生物學家及干細胞研究人員 Hugo Snippert，Arnout－Schepers，Hans Clevers和他們的同事，利用具有多色腸道的小鼠研究了能夠形成腸腺瘤（腸癌的前兆）的細胞類型。這種被科學家昵稱為彩紙鼠的嚙齒動物攜帶了能夠根據腸道細胞自身來源而將其標注為藍、綠、紅或黃色的遺傳標記。研究小組報告說，腸腺瘤由表達了一種名為Lgr5＋基因的細胞發展而來，而這種基因也活躍于普通的腸道干細胞中。Snippert說：“這些腫瘤看起來就像是一幅正常組織的漫畫。”

并未參與任何一項研究的在UTSMC從事干細胞與癌癥研究的Sean Morrison表示，這種細胞追蹤技術是檢驗癌癥干細胞模式的正確方法。他說，現在有足夠的證據可以相當肯定該模式至少能夠解釋某些類型的癌癥。但是Morrison指出，這些關于乳頭狀瘤和腸腺瘤的研究著眼于癌癥前期的腫瘤。事實上，當Blanpain和同事研究患有鱗狀細胞癌（乳頭狀瘤的一種惡性產物）的小鼠時，他們發現大部分細胞正在積極地分裂，而并非僅僅是一小部分與干細胞類似的細胞。

研究人員相信，搞清哪些癌癥可能源于——或僅僅攜帶了——癌癥干細胞是今后更有效治療的關鍵。

科學家找到昆蟲光合作用首個證據

蚜蟲或具有一套基本的陽光捕獲體系

蚜蟲的生物學特性真是太奇特了——雌蚜蟲生下來就可以繁殖而無需雄性，而雄蚜蟲有時候竟然沒有長嘴，致使它們在交配后不久便會死去。而上周公布的一項研究成果又為它們的特異功能名單添加了驚人的一筆：它們竟然也能夠捕獲陽光，并按照代謝的目的使用這些能量。

蚜蟲是動物世界中唯一具有合成色素——類胡蘿卜素——本領的成員。很多動物依賴這種色素完成一系列功能，例如保持一個健康的免疫系統，或合成某些維生素，然而所有其他動物必須通過它們的食物來獲得這種色素。法國索菲亞科技園的昆蟲學家Alain Robichon和同事在《科學報道》雜志上指出，在蚜蟲中，這種色素能夠吸收來自太陽的能量，并將其轉化為參與能量生產的細胞機制。

自從2010年發現線索表明蚜蟲體內高水平的類胡蘿卜素是“自產自銷”的以來，Robichon和他的研究團隊便開始著手調查，這種昆蟲為什么要合成這種“昂貴”的代謝化學物質。

類胡蘿卜素決定了蚜蟲的色素沉著，而一只蚜蟲的顏色又決定了能夠看見它的捕食者的種類。Robichon實驗室中的蚜蟲顏色受到了環境的影響——寒冷有利于綠色蚜蟲，最佳的條件會使蚜蟲的身體變為橙色，而當種群很大且面對有限的資源時，蚜蟲便會呈現出白色。

當研究人員測量了蚜蟲體內的ATP（三磷酸腺苷，所有生物體中能量轉移的“通貨”）水平后，結果令人震撼。與幾乎沒有這種色素的白蚜蟲相比，具有高水平類胡蘿卜素的綠蚜蟲體內攜帶了更多的ATP。此外，當把橙色蚜蟲——擁有中間數量的類胡蘿卜素——放置到陽光下時，其ATP生成將會增加，而當將其轉移到黑暗中時，其ATP含量便會下降。

研究人員于是將橙色蚜蟲碾碎并提純了它們的類胡蘿卜素，進而證明這些提取物能夠吸收陽光并傳遞這種能量。

胡蘿卜素分子在動物體內的排列方式也進一步證明了這種假設。這種色素在昆蟲角質層的深處形成了一個0到40微米的薄層，從而使其位于捕捉太陽光的一個完美的位置上。

你離太陽149 597 870 700米！

國際天文學聯合會大會修訂日地距離

沒有大張旗鼓的宣傳，但天文學家已經重新定義了太陽系中最重要的距離。天文單位（AU）——從地球到太陽的距離——終于從一個模棱兩可的估算變成了一個單一的數字。在2012年8月于中國北京舉行的國際天文學聯合會大會上以全票通過而被采用的這一新標準規定，日地距離為149 597 870 700 m——是的，不多也不少。

在天文學中，日地距離是一個歷史最悠久的數值。對日地距離的第一次準確測量發生在1672年，當時著名天文學家Giovanni Cassini在法國巴黎觀測火星，同時他的同事Jean Richer則在南美洲的法屬圭亞那觀測這顆紅色的行星?？紤]到這兩次觀測之間的視差或角度差，天文學家計算了從地球到火星的距離，并利用這一結果最終得出了從地球到太陽的距離。他們的結果是1.4億km——這與今天的數值差不了太多。

直至20世紀后半葉，這種視差測量法依然是推導太陽系中任意距離的唯一可靠途徑，天文單位也因此一直被表示為可將角度測量轉化為距離的一個基本常數組合。近些年來，天文單位被定義為：“在太陽引力作用下沿圓軌道以每天0.017 202 098 95（即所謂的高斯引力常數）弧度的角速度運動的試驗粒子的軌道半徑?！?/p>

這一定義讓德國數學家卡爾·弗里德里希·高斯的“粉絲”們歡呼不已——他的常數位于整個事件的中心，但這個天文單位給天文學家帶來了麻煩。德國德累斯頓技術大學的天文學家Sergei Klioner表示，首先，老的天文單位經常讓天文學學生感到困惑不解。但更重要的是，老的定義有悖于愛因斯坦的廣義相對論。

正如后者的名字所暗示的，廣義相對論的時空是相對的，完全取決于觀察者所處的位置；然而根據老的定義，天文單位改變了這一切。Klioner指出，日地距離在地球參照系和木星參照系之間就改變了1 000 m甚至更多。這種變化并不會影響航天器，它們會直接測量日地距離，它卻給研究太陽系模型的行星科學家造成了巨大的痛苦。

同時太陽自身也引發了另一個問題。高斯引力常數以太陽的質量為基礎，因此天文單位與太陽質量被密不可分地聯系在一起。然而太陽的質量正隨著能量輻射而減少，這就使天文單位也在緩慢發生著變化。

改進后的定義抹去了老的天文單位存在的所有問題。修訂的距離與太陽質量沒有任何關系，同時米被定義為光在真空中旅行1／299 792 458 s的距離。這是因為光速在所有的參照系中都是恒定的，從而使天文單位不再隨著觀測者在太陽系中的位置不同而發生變化。

注：封底圖片來源于 NASA／JPLCaltech，Fred Spoor／肯尼亞 國 立博物館，SIMON FRASER／SCIENCE PHOTO LIBRARY，Science和Nature網站。

（2012年9月29日收到）

（編輯：方守獅）

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GUAN Yi

10.3969／j.issn.0253－9608.2012.05.010