《環球科學》2011年十大科學新聞評選

　　“十大科學新聞”評選是《環球科學》(《科學美國人》雜志中文版)每年一度的重頭戲，也是本年度全球各大科學領域的重大事件進行的一次全面盤點。經過專業編輯和專家團隊的商討，《環球科學》初步挑選出了30條候選新聞，接受網友的點評和投票。

　　1、超光速粒子挑戰愛因斯坦相對論

　　9月23日，歐洲核子研究中心公布了一份研究結果，科研人員在讓中微子進行近光速運動時，其到達時間比預計的早了60納秒(1納秒等于十億分之一秒)，對此，研究者認為，這可能意味著這些中微子是以比光速快60納秒的速度運行。

　　這項研究名叫OPERA(Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus)，是由歐洲核子研究所的超級質子同步加速器產生高強度、高能量的μ子中微子束，向730千米外的意大利格蘭薩索國家實驗室(LNGS)傳送，以便檢測檢測中微子振蕩現象。研究者讓粒子束以近光速運行，并通過最后的運行時間和距離來判斷中微子的速度。中微子束在兩地之間的地下管道中穿梭。

　　根據愛因斯坦狹義相對論，光速是宇宙速度的極限，沒有任何物質可以超越光速。如果此次研究結果被驗證為真，意味著奠定了現代物理學的基礎將遭到嚴重挑戰。

　　不過，歐洲核子研究中心隨后在一份聲明中表示，這個結果的潛在影響巨大，急需其他實驗的獨立測量進行重復實驗，接受更廣泛、更嚴謹的考驗，這才能最終驗證或反駁是否真的存在超光速粒子。

　　11月17日，格蘭?薩索國家實驗室的研究人員發布了新的實驗數據，確認了9月23日公布的結果。該實驗的參與者、德國漢堡大學的卡倫?哈格納表示，實驗的精確性得到了改進，統計分析更為可靠了，并且由OPERA里的不同小組進行了重復。

　　然而，OPERA之外的科學家仍然表示懷疑。他們寄希望于由一個獨立的實驗來進行重復。其中最受期待的是美國費米實驗室“主注入器中微子振蕩搜尋”(簡稱MINOS)實驗。針對OPERA的最新結果，費米實驗室發表聲明說，該實驗室正在升級有關系統，2012年初應該可以獲得相關結果。

　　2、世界人口超過70億

　　10月31日，根據聯合國人口基金的預測，世界人口在這一天達到了70億。在全球70億人口中，有18億是10歲到24歲的年輕人。如果目前的生育率保持不變，本世紀中期世界人口將突破90億，此后人口增速將會放緩，到本世紀末超過100億。

　　聯合國人口基金的統計顯示，世界人口從10億增長到20億用了一個多世紀，從20億增長到30億用了32年，而從1987年開始，每12年就增長10億。

　　由于文化普及和婦女社會地位的提高，全球育齡婦女的平均生育率到21世紀已顯著下降，但龐大的人口基數仍會使人口數量迅速上升。

　　人口激增意味著人類對自然資源的需求激增，糧食、水資源、宜居土地的供給將承受更大的壓力，這些需求又將向生態環境傳遞更大壓力；人口激增也意味著人類對社會資源的需求激增，教育、醫療、就業、養老等問題，將考驗著每一個國家。

　　3、“蘋果”創始人喬布斯去世

　　美國時間10月5日，蘋果董事會主席、聯合創始人史蒂夫?喬布斯逝世，享年56歲。蘋果公司網站發布的消息說：“蘋果失去了一位富有遠見和創造力的天才，世界失去了一個不可思議之人。” 1975年，喬布斯與斯蒂夫?沃茲尼亞克組裝了世界上第一臺個人電腦，這臺個人電腦后來被稱為蘋果Ⅰ號機。1976年，喬布斯與沃茲等人成立了蘋果公司，并在1977年4月推出了蘋果Ⅱ號機，它以小巧、操作簡便等特點抓住了用戶的心。喬布斯先后領導締造了麥金塔計算機、ipad、iPod、iTunes Store、iPhone等諸多知名數字產品。

　　喬布斯的生涯極大地影響了硅谷風險創業的傳奇，他將美學至上的設計理念在全世界推廣開來。他對簡約及便利設計的推崇為他贏得了許多忠實追隨者。喬布斯與沃茲尼亞克共同使個人計算機在70年代末至八十年代初流行開來，他也是第一個看到鼠標的商業潛力的人。在將近40年的職業生涯里，他引進了幾種范式轉移的發明，并在此過程中重塑了整個行業。

　　無論是在科技界還是商業界，喬布斯都是無可爭議的領袖人物，他的去世，引起了全球的強烈關注。

　　4、首款石墨烯集成電路誕生

　　美國IBM公司的科學家研制出了首款由石墨烯圓片制成的集成電路，向開發石墨烯計算機芯片前進了一步。科學家們認為，這項突破可能預示著，未來可用石墨烯圓片來替代硅晶片。研究成果發表在6月10《科學》雜志上。

　　IBM公司托馬斯?沃森研究中心科學家林育明領導的團隊制造的這塊集成電路建立在一塊碳化硅上，并且由一些石墨烯場效應晶體管組成。這種生產過程也可用于其他類型的石墨烯材料，包括將化學氣相淀積(CVD)石墨烯膜合成在金屬膜之上，也可用于光學光刻以改善成本和產能。最新的石墨烯集成電路混頻最多可達10G赫茲，而且其可以承受125攝氏度的高溫。該研究團隊認為，這塊集成電路還可以運行得更快，屆時，由這類集成電路制成的芯片可以改進手機和無線電收發兩用機的信號，未來，手機或許能在一般認為無法接收信號的地方工作。

　　5、德國爆發腸出血性大腸桿菌疫情

　　5月中旬，一種被稱為EHEC(腸出血性大腸桿菌)耐抗生素細菌導致的疫情在德國北部集中暴發。一周之內，德國16個州中的15個州中發現了超過1000例EHEC確診或疑似病例。據稱，“當前的疫情超過了任何一次歷史上的狀況，EHEC從沒有在德國如此集中暴發。”

　　疫情很快蔓延到歐洲許多國家和美國。根據世衛組織的6月3日公布的報告，截至到6月2日，疫情共造成1823人染病，18人死亡。全世界已經有12個國家(除德國外，還包括奧地利、丹麥、法國、荷蘭、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、英國、捷克和美國)出現了腸出血性大腸桿菌病例。更令人擔心的是，此次流行的EHEC亞型是經過變異的耐抗生素細菌，疑似超級細菌。

　　最初該病菌被認為來源于西班牙產黃瓜，后經嚴密調查，德國國家疾病控制中心羅伯特-科赫研究所等多家機構6月10日在柏林表示，他們已確認造成此次腸出血性大腸桿菌(EHEC)疫情的源頭是下薩克森一家工廠生產的豆芽。

　　7月26日，羅伯特-考赫研究所宣布，感染腸出血性大腸桿菌的最后一位病人出現在三周前，計入病情潛伏期、診斷期以及病源調查所需時間之后，可以肯定地認為該病菌已不再具備傳染性，表明這場在德國持續了月余的疫情已經結束。這場疫情最終導致德國范圍內50人死亡。

　　6、中國發射“天宮一號”

　　2011年9月29日，中國首個目標飛行器天宮一號(Tiangong-1或Heavenly Palace 1)在酒泉衛星發射中心發射，由長征二號FT1火箭運載。

　　天宮一號設計在軌壽命兩年。由于天宮一號是空間交會對接試驗中的被動目標，所以叫“目標飛行器”(Target spacecraft，天宮一號的主要任務之一，即為實施空間交會對接試驗提供目標飛行器)。而之后發射的神舟系列飛船，將稱作“追蹤飛行器”，入軌后主動接近目標飛行器。

　　天宮一號的發射標志著中國邁入中國航天“三步走”戰略的第二步階段(即掌握空間交會對接技術及建立空間實驗室)，同時也是中國空間站的起點，標志著我國已經擁有建立初步空間站，即短期無人照料的空間站的能力。天宮一號在壽命末期，將主動離軌，隕落南太平洋。

　　2011年11月1日，中國再次發射“神舟八號”無人飛行器，飛行器升空后，在太空中與“天宮一號”成功完成兩次對接，標志著中國成為了世界第三個掌握空間對接技術的國家。

　　7、日本大地震引發核危機

　　3月11日，本東北部海域發生里氏9.0級地震并引發海嘯，地震和海嘯造成15500余人遇難，5300余人失蹤。另外，地震和海嘯造成日本福島第一核電站1~4號機組接連發生核泄漏事故，大量放射性物質泄漏到外部，日本各地均監測到超出本地標準值的輻射量。

　　日本原子能安全委員會根據測定值推算的結果顯示，從3月12日上午6時至24日零時止，福島第一核電站外泄放射性碘的總量約為3萬萬億～11萬萬億貝克勒爾，這個數值已經相當于國際評價機制的6級“重大事故”水平。而部分地區的土壤核污染水平，已與1986年的切爾諾貝利事故相當(被定性為最高等級7級的“特大事故”)。2011年4月12日，日本原子能安全保安院根據國際核事件分級表將福島核事故定為最高級7級。是國際核事件分級表(International Nuclear Event Scale)中第二個被評為第七級事件的事故。

　　8、NIF成功模擬出核聚變反應的實驗條件

　　美國物理學家組織網3月16日(北京時間)報道，美國國家點火裝置(NIF)項目的科學家最近攻克了核聚變反應點火裝置中的兩個關鍵難題：類似太陽的極端高溫以及均勻、使標靶不會失形的壓力。

　　NIF的目標是實現聚變反應，最終用來生產可持續的清潔能源。目前的商業核電站都是用核裂變來發電，核聚變迄今還無法用于大規模商業核電站中。與核裂變相比，聚變反應能產生同樣巨大的能量但核廢料卻更少。NIF科學家們正在研究的是一種慣性約束聚變(ICF)，即在高能激光熱量和壓力條件下的聚變。在最近的實驗中，NIF科學家用一種直徑2毫米的塑料小球將192束激光聚集在含氦元素的塑料球上，所產生的巨大熱量中近90%轉換為X射線，使溫度達到360萬攝氏度。在這一溫度下，2毫米直徑的塑料球各向均勻收縮為只有1/10毫米。研究結果發表在《物理評論快報》上。

　　NIF副主管愛德華?莫斯表示，新實驗已經模擬出聚變反應發生的實驗條件，比以前更加切實可行，并有望在明年上半年進行真正的演示。

　　9、原子間單量子能量交換首次實現

　　美國國家標準研究院物理學家首次在兩個分隔的帶電原子(離子)之間建立了直接運動耦合，實現了原子之間的單量子能量交換。實驗利用了一種單層離子勢阱，并將其浸在液氦浴中冷卻到零下269℃。離子之間相隔40微米，漂浮在勢阱表面。勢阱表面裝有微小電極，讓兩個離子靠得更近，以便產生更強的耦合作用。超低溫度可以抑制熱量，避免擾亂離子行為。研究人員在勢阱上放了震蕩脈沖來檢測鈹離子頻率。研究人員還用激光制冷減弱兩個離子的運動，再用兩束反向紫外激光束將一個離子進一步冷卻到靜止狀態，調節勢阱電極間的電壓，就開啟了耦合作用。經測量，離子的能量交換每155微妙僅有幾個量子，而達到單個量子交換時頻率更低，間隔為218微秒。從理論上講，離子之間這種能量交換過程能一直持續，直到被熱量打斷。

　　在未來的量子計算機中，上述技術可用于解決量子系統的復雜問題，破解當今使用最廣的數據加密編碼。不同位置的離子直接耦合可以簡化邏輯運算，有助于校正運算過程錯誤。該技術還可能用于量子模擬，以解釋復雜量子系統如高溫超導現象的原理機制。

　　10、屠呦呦獲拉斯克臨床醫學獎

　　9月12日，2011年度拉斯克獎的獲獎名單揭曉，中國科學家屠呦呦獲得臨床醫學獎，獲獎理由是“因為發現青蒿素——一種用于治療瘧疾的藥物，挽救了全球特別是發展中國家的數百萬人的生命”。這也是至今為止，中國生物醫學界獲得的世界級最高大獎，離諾獎僅一步之遙。

　　上世紀60年代初，全球瘧疾疫情難以控制。1967年，中國正處于文革時期，毛主席和周總理下令，聯合研發抗瘧新藥。1967年5月23日在北京召開“全國瘧疾防治研究協作會議”，“5?23”就成了當時研究防治瘧疾新藥項目的代號。1969年，39歲的屠呦呦加入“5?23”。她從整理歷代醫籍開始，四處走訪老中醫，編輯了以640方中藥為主的《抗瘧單驗方集》，繼而組織鼠瘧篩選抗瘧藥物。經過200多種中藥的380多個提取物篩選，最后將焦點鎖定在青蒿上。屠呦呦認為，很有可能在高溫的情況下，青蒿的有效成分就被破壞掉了。她改用乙醚制取青蒿提取物。1971年10月4日，經歷了190多次的失敗之后，在實驗室里，屠呦呦終于從中藥正品青蒿的菊科植物的成株葉子的中性提取部分，獲得對鼠瘧、猴瘧瘧原蟲100%的抑制率。

　　11、 “引力探測器B”證實廣義相對論兩項關鍵預測

　　5月4日，美國航天局發布消息稱，該局2004年發射的“引力探測器B”(Gravity Probe B)的測量結果已經證實了愛因斯坦廣義相對論的兩項關鍵預測：地球的自轉會牽引并扭曲地球周圍的時空，出現短程線效應(geodetic effect)和慣性系拖曳效應(frame dragging)。

　　廣義相對論認為，引力是因質量的存在而引起的時空彎曲，引力場的存在會改變時空幾何學規則。這一理論有兩項重要預測，即時間和空間不僅會因地球等大質量物體的存在而彎曲，大質量物體的旋轉還會拖動周圍時空結構發生扭曲，這就是“短程線效應”和“慣性系拖曳效應”。

　　“引力探測器B”的主要裝備是4個超高精度的回轉儀。當“引力探測器B”在距離地球約640千米的極地軌道上開始運轉時，4個回轉儀自轉軸同時對準遙遠恒星——IM Pegasi。如果地球引力不影響時間和空間，那么回轉儀自轉軸將一直指向初始方向。實際觀測結果是，受地球引力拖曳，回轉儀自轉軸方向發生了可測量的細微偏移，從而證實了愛因斯坦的理論。這項研究成果發表在《物理評論快報》上。

　　美國航天局天體物理學家威廉?丹奇說：“這項成果對理論物理學具有長期影響，將來要想挑戰愛因斯坦的廣義相對論，就必須獲得比‘引力探測器B’觀測結果更精確的數據。”

　　12、3-D結構晶體管首次問世

　　5月4日，英特爾公司宣布在晶體管發展上取得了革命性的重大突破——3-D結構的晶體管首次問世，三柵極(Tri-Gate)3-D晶體管設計成功實現了22納米制程技術的突破。

　　在三柵極3-D晶體管中，傳統的2-D平面柵極被從硅基體垂直豎起的3-D硅鰭狀物所代替。鰭狀物的每一面都安裝了一個柵極，而不是像2-D平面晶體管那樣，只在頂部有一個柵極。更多的控制可以使晶體管在“開”的狀態下讓盡可能多的電流通過，而在“關”的狀態下盡可能讓電流接近零，同時還能在兩種狀態之間迅速切換。據悉，與之前的32納米平面晶體管相比，22納米三柵極3-D晶體管在低電壓下可將性能提高37%，在相同性能的情況下電量消耗將減少50%，而其造價僅提高2%~3%。這一驚人的改進意味著它們將是小型手持設備的理想選擇。

　　對于這項成果，英特爾創始人之一、摩爾定律的提出者戈登?摩爾的評價是：“在多年的探索中，我們已經看到晶體管尺寸縮小所面臨的極限。今天這種在基本結構層面上的改變，是一種真正革命性的突破，它能夠讓摩爾定律以及創新的歷史步伐繼續保持活力。”

　　13、超級雜交水稻畝產首次突破900公斤

　　9月18日，農業部專家組在湖南省隆回縣驗收超級稻大面積畝產的初步結果發布，“雜交水稻之父”袁隆平院士指導的超級稻第三期目標畝產900公斤高產攻關獲得成功，創造了雜交稻世界新紀錄。

　　中國超級稻育種計劃分三期實施。第一期是大面積示范畝產700公斤，已在2000年實現；第二期畝產800公斤，于2004年提前一年實現；目前，袁隆平和他的團隊攻關的900公斤是第三期目標。由袁隆平研制的“Y兩優2號”，在湖南省邵陽市隆回縣羊古坳鄉雷峰村18塊試驗田(共107.9畝)試種，百畝試驗田收割驗收結果表明，畝產達到926.6公斤。

　　袁隆平并不滿足于此，他為自己提出了第四期超級稻計劃：到2020年實現超級稻大面積示范畝產1000公斤。“1000公斤是奮斗目標，從理論上講超級稻的產量遠不止于此。”

　　14、中國科學家提出生物進化動力新假說

　　在5月20日的《科學》雜志上，復旦大學生命科學學院的蘇志熙等提出生物進化動力新假說，認為“偏向性突變是導致后生動物進化過程中酪氨酸丟失以及復雜酪氨酸激酶調控網絡形成的主要原因”，這一假說修正了目前生命科學領域的權威觀點——“后生動物進化過程中酪氨酸丟失是自然選擇作用的結果”。

　　后生動物是相對于原生動物而言的，原生動物是動物界中最低等的一類真核單細胞動物，一切由多細胞構成的動物都稱為后生動物。研究發現，“酪氨酸激酶調控網絡”對后生動物進化有重大作用。在生命起源中，“酪氨酸激酶調控”只在“多細胞動物”中進行，絕大部分單細胞生物中沒有“酪氨酸激酶調控網絡”，而隨著多細胞動物復雜性的不斷增加，酪氨酸激酶調控網絡的演化越來越復雜，因此，酪氨酸激酶網絡調控已被科學界公認是導致多細胞動物復雜性演化的重要機制。2009年《科學》雜志刊文提出的假說認為，在后生動物進化過程中，生物體受到自然選擇作用，選擇性地丟失蛋白質中的酪氨酸， “通過去除潛在的有害磷酸化位點這一機制來適應酪氨酸激酶信號通路的復雜性進化，從而促進了多細胞動物本身的復雜性的進化，如演化出各種不同的細胞類型，組織，器官等”。

　　蘇志熙等經過嚴謹的實驗研究后提出的新假說認為，后生動物進化過程中，基因組DNA“組成成分”向高GC(鳥嘌呤和胞嘧啶)含量的偏向性突變是導致酪氨酸丟失的主要原因，而這種非選擇性的酪氨酸丟失過程才是促使酪氨酸激酶信號通路以及相應的后生動物機體復雜性進化的原始動力。

　　據介紹，這個成果解釋了多細胞進化過程中絕大部分的蛋白質氨基酸的變化規律，同時可能會幫助科學家更好地探究致癌的原因以及抗癌的方法。

　　15、長達兩千年氣候紀錄出爐 熱帶或經歷嚴重水短缺

　　美國物理學家組織網6月9日報道，美國研究人員對取自秘魯安第斯山脈Laguna Pumacocha湖泊底部一份長約1.8米的沉積物鉆核進行了分析，整理出了一份長達2300年的氣候記錄。在這份沉積物鉆核中，保存著許多迄今未知的地化信息和熱帶地區氣候變化的詳情。為獲得沉積鉆核中的氣候記錄，研究小組分析了其中每年層中的氧同位素(氧-18)的比例，這一比例在濕潤季節水平低而在干旱季節水平高。

　　根據該記錄建立的模型顯示，南美洲夏季季風期間的降水量自1900年以后急劇下降，在公元前300年左右降雨量變化最大，此時北半球溫度逐漸變暖。目前，隨著北半球氣溫上升，夏季的季風變得更干燥，地球上人口稠密的熱帶地區將可能經歷嚴重的水短缺；而且，南美赤道地區的降水已經到了兩千多年來的最低點。該報告發表在《美國國家科學院院刊》上。

　　16、IP地址用盡 IPv6開始試用

　　由于互聯網用戶持續攀升和全球手機上網者不斷增多，造成現有的IP地址即將“瓜分完畢”。據悉，負責管理IP地址分配的頂級機構——互聯網編號分配機構(IANA)于2月3日對外分配完最后一批IPv4系列地址，最后5個IPv4地址“大禮包”將被分配出去。現在， 既有IP地址將被完全耗盡的消息，迫使各大網站開始在研究增加地址數量的新技術應對挑戰。今后互聯網服務商可能要為注冊用戶提供IPv6地址。雖然這款全新的系統目前尚未普及，但是包括谷歌和Facebook在內的熱門網站都對此表示支持。其他規模較小的網站也將開始部署IPv6地址系統。對于只支持IPv4地址的網站而言，未來將面臨重大挑戰。

　　17、世界首個三維等離子標尺研制成功

　　6月10《科學》雜志報道，美國能源部勞倫斯-伯克利國家實驗室與德國斯圖加特大學研究人員合作，開發出了世界首個三維等離子標尺，能在納米尺度上測量大分子系統在三維空間的結構。

　　該三維等離子標尺由5根金質納米棒構成，其中一個垂直放在另外兩對平行的納米棒中間，形成雙層H型結構。垂直的納米棒和兩對平行納米棒之間會形成強耦合，阻止了輻射衰減，引起兩個明顯的四極共振，由此能產生高分辨率的等離子波譜。標尺中有任何結構上的變化，都會在波譜上產生明顯變化。另外，5根金屬棒的長度和方向都能獨立控制，其自由度還能區分方向和結構變化的重要程度。該標尺有助于科學家在研究生物的關鍵動力過程中，以前所未有的精度來測量DNA(脫氧核糖核酸)和酶的作用、蛋白質折疊、多肽運動、細胞膜震動等。

　　18、合成生物學取得多項進展

　　自從美國科學家文特爾在去年4月份創造了首個“人造生命”(參見《環球科學》2010年第7期《人造生命背后》)，合成生物學的發展開始加速，生物學家也開始朝著更高的目標邁進。今年，該領域的科學家就取得了多項重要進展。

　　今年9月，美國約翰斯?霍普金斯大學醫學院的生物學家杰夫?博伊科領導的科研團隊從頭設計，人工合成出兩個染色體片斷，并將它們插入一個活酵母菌體內，而接受了合成染色體的酵母菌仍能正常存活。文特爾的“人造生命”是細菌，屬于原核生物，而酵母屬于更高級的真核生物。博伊科的研究是世界上首次成功合成真核生物的部分基因組，標志人工合成生物基因組的研究又邁出了重要步伐。博伊科還計劃，在接下來的5年內，用人造基因組取代酵母菌的所有基因組，讓其進化出新菌株。

　　幾乎同一時間，英國格拉斯哥大學的李?克羅寧用含有金屬的巨型分子，成功地制造出了類似于細胞的氣泡，并賦予它們一些類似生命的特征。研究人員希望誘使這些氣泡演變成完全無機的能自我復制的實體，以此證明存在著完全基于金屬(無機物)的生命。

　　如果克羅寧的研究得到證實，那么存在外星生命的可能性將大大提高。日本東京大學基礎科學系的牟中原說：“很可能存在著一些并不基于碳的外星生命。比如，水星上的物質就和地球上的物質大相徑庭，可能存在由無機成分形成的生物。盡管克羅寧暫時還無法證明這一點，但他指出了一個新方向。”

　　也是在9月，美國索爾克生物研究所的的助理教授王磊(音譯)利用基因技術，修改了一種細菌的遺傳序列，成功地將非天然氨基酸(20種天然氨基酸之外的人造氨基酸)整合到細菌蛋白質的多處，制造出了新的人造細菌菌株。

　　這些合成出來的細菌在藥物研發領域擁有巨大的潛力，據此研制出的藥物擁有的生物學功能將遠超只包含天然氨基酸的蛋白質。這些分子或許也能作為基礎元件，制造從工業溶劑到生物燃料在內的任何產品，幫助解決與石油生產和運輸有關的經濟和環境問題。

　　“這是我們首次制造出一個可用的、擁有多處包含非天然氨基酸的蛋白質的細菌菌株。”王磊說，“盡管這項技術還有改進空間，但這使科學家們在生物工程學領域使用非天然氨基酸幾乎就快成為現實了。”

　　19、DNA的第7種和第8種堿基被確定

　　北卡羅來納大學醫學院生物化學和生物物理學教授張毅領導的研究團隊在在7月21日出版的《科學》雜志上撰文指出，他們找到了DNA的第7種、第8種堿基，并在人體胚胎干細胞和實驗老鼠器官染色體組的DNA中發現了這兩個堿基的蹤跡。

　　幾十年來，科學家們一直認為DNA中只包含有4種堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，這4種堿基已成為我們對基因代碼如何形成生命的認識的基礎。然而不久前，科學家們將堿基的數量擴展到了6種(第5種堿基：5-胞嘧啶甲基，第6種堿基：5-胞嘧啶甲基羥基)。現在，科學家又發現了DNA的第7種堿基5-胞嘧啶甲酰(5-formylcytosine)和第8種堿基5-胞嘧啶羧基(5-carboxylcytosine)。最新的這兩種堿基實際上都是胞嘧啶經由Tet蛋白修改后得到的“變身”。Tet蛋白是一種分子實體，其在DNA脫甲基過程和干細胞重新編程方面起關鍵作用。新堿基代表了DNA脫甲基過程中的一個中間狀態。它們可能為干細胞重新編程和癌癥研究提供非常重要的信息。”

　　20、世界上第一束生物激光問世

　　本質上，激光是一個光放大器，它通過電、化學方法或另一束激光將氣體、液體或固體中的原子或分子“激發”到一個更高的能級，而“受激”原子中的一個最終將衰變，釋放出一個光子，這個光子將會撞擊其他激發態的原子，釋放出新的光子。通過在兩個鏡面之間來回反彈，光子的數量會進一步增多。其中一個鏡面只有部分鍍銀，以便讓一些光線能夠以典型的聚焦束的形式釋放出去。

　　美國波士頓市哈佛醫學院的物理學家在一個活體細胞中復制了這一過程——綠色熒光蛋白(GFP)是關鍵所在。他們在人體腎臟細胞中插入了編碼GFP的基因，使細胞合成GFP。隨后，他們將一些產生了GFP的細胞置于兩面鏡子之間——相隔距離僅有約20微米，相當于一個細胞的寬度。

　　為了發出激光，細胞中的GFP需要被另一束激光——約1毫微焦耳的低能藍光脈沖——所激發。通常情況下，藍光只能夠使GFP在細胞中發出熒光，也就是說，隨機向所有方向發光。但是在緊密的光學共振腔內，光線被來回反彈，將GFP的發射放大為一束連貫的綠光。雖然這種激光很微弱，但能被清晰地探測到，而用于生成激光的這個細胞仍然存活。研究人員在6月12日的《自然—光子學》雜志網絡版上報告了這一研究成果。

　　生物激光最讓人著迷的地方在于，它的來源活體的。在傳統類型的激光中，產生激光的介質會隨著時間而退化，直至停止工作。然而，對生物激光而言，細胞能夠持續合成新的GFP。參加這項研究的科學家說：“我們或許能夠制造可自我修復的激光。”

　　21、“太空中存在氧分子”首次得到確認

　　美國每日科學網站8月2日(北京時間)報道，一個國際科研團隊利用歐洲航天局的赫歇爾望遠鏡，在一個恒星新生區附近發現了氧分子，首次確認了氧分子在太空中的存在。

　　NASA噴氣推進實驗室(JPL)的科學家保羅?哥德史密斯和歐空局的科學家利用赫歇爾望遠鏡的遠紅外外差接收機(HIFI)，在獵戶座恒星新生區附近發現了氧分子，且氧分子與氫分子的比例是1比100萬。

　　氧是太空中第三多的元素，也是我們身處的地球的主要組成部分，在地球的大氣、海洋和巖石中無處不在，其對生命本身也具有決定性意義。天文學家猜測，其分子形式也應該大量存在于太空中，他們計劃在其他恒星形成區域繼續搜尋氧分子。

　　22、火星上的流動水證據首次被發現

　　美國航空航天局的科學家在火星勘測軌道器(Mars Reconnaissance Orbiter)傳回的圖像上發現，火星的一些山坡上有很多黑色條紋，一直延伸到山坡下方的平原。

　　這些條紋通常在相對溫暖的時期出現，圍繞著巖石，時分時合。但當冬季來臨時，線條則會消失。

　　科學家認為，這些線條可能是流動的咸水，有可能是在地下，隨季節發生形態上的變化。鹽成分會降低水的凝固點，只要鹽濃度與地球上的海水相當，那在夏天的時候，液態水是可以出現在火星上的。

　　不過，科學家也謹慎地表示，這一發現并不能成為火星上有水的直接證據。“鳳凰號”曾發現火星上有水冰，但是還從未發現過有流動液體。

　　新一代火星車“好奇號”即將發射，它將去火星尋找火星適宜生命存在的進一步證據(參見《環球科學》2011年第12期《奔赴火星》)。

　　23、距今135億年的最古老星系現身

　　4月12日，歐洲宇航局宣布，一個國際天文學研究小組最近發現了一個距今135.5億年的星系，這是已知最古老的星系。這一發現有助于揭開宇宙“黑暗時代”之謎。

　　根據目前科學界普遍認可的大爆炸理論，我們的宇宙是137.5億年前由一個非常小的點爆炸形成的。隨著宇宙的膨脹，大爆炸約38萬年后，能量逐漸形成了物質，大量氫氣彌散在宇宙中。這時由于沒有新的光源產生，宇宙是黑暗的。盡管此后逐漸有恒星、星系誕生，但他們產生的光仍然很暗，并且被彌散在宇宙中的“氫氣霧”遮掩，直到10億年后，星系越來越多，“氫氣霧”被它們產生的電磁輻射驅散后，宇宙才開始亮起來。這10億年被稱為宇宙“黑暗時代”。對“黑暗時代”的研究是當今科學前沿課題之一，而發現和研究在“黑暗時代”誕生的恒星和星系是揭開這一時代奧秘的關鍵。

　　今年1月，由美國科學家牽頭的一個國際天文學研究小組也曾在英國《自然》雜志上宣布，利用哈勃太空望遠鏡發現了最古老星系，它誕生于宇宙大爆炸最初的4.8億年，而新發現的古老星系則誕生于宇宙大爆炸最初的2億年，比前者年長2.8億年。這一星系是由法國里昂大學里昂天文臺約翰?理查德領導的研究小組發現的，他們利用美國哈勃太空望遠鏡和斯皮策太空望遠鏡發現了該星系，然后利用美國夏威夷凱克天文臺的儀器測定了它距地球的距離為128億光年，這說明該星系至少誕生于128億年前。對該星系光譜的進一步研究顯示，該星系中最早的恒星已有7.5億年歷史，研究人員因此斷定該星系誕生于135.5億年前。這一成果發表在英國《皇家天文學會月刊》上。

　　24、 磁性和超導性首次證實可共處

　　一般情況下，超導材料的導電性為100%，也會排斥周圍的任何磁場，但在9月5日出版的《自然?物理學》雜志上，科學家報道了一項讓人吃驚的發現。

　　美國斯坦福材料與能源科學研究所(SIMES)、美國能源部下屬的斯坦福直線加速器中心和斯坦福大學的科學家將一薄層鋁酸鑭放置在一個鈦酸鍶基座上。結果發現，在這兩種復合氧化物的接觸界面上，原子層變得具有磁性，同時在接近絕對零度的溫度下，電流能毫無電阻地流過界面——這表明，該原子層也具有超導性。

　　該研究的負責人、斯坦福直線加速器中心的凱瑟琳?默勒表示，科學家一直希望能找到一種方法，讓鋁酸鑭和鈦酸鍶等復合氧化物材料具有磁性，以研制出新的計算存儲設備。最新研究為科學家們“研制出具有令人驚奇新特性的新材料，以及研究磁性和超導性等在正常情況下不兼容狀態之間的相互作用提供了新的可能”。

　　英國劍橋大學的物理學家安德魯?米勒斯表示，這項研究有望讓科學家研制出新的材料類型，具有“可控的、新奇有用的導電性”。盡管要實現這一目標還有很長的路要走，但這項新發現是一個非常關鍵的里程碑。

　　25、人類祖先在320萬年前就已靠雙腳行走

　　美國密蘇里大學和亞利桑那州立大學人類起源研究所的科學家表示，他們對發掘于埃塞俄比亞哈達爾遺址的南方古猿足骨化石進行分析研究后認為，人類的祖先早在320萬年前就開始像現代人一樣用雙腳行走。

　　南方古猿是否具有完全發育的腳足是兩派爭論的部分問題。科學家此次發掘和研究的南方古猿足骨的第4根跖骨化石為其存在腳弓提供了強有力的證據，支持了南方古猿具有現代人行走特征的觀點。密蘇里大學卡蘿?沃德認為，腳弓出現在人類進化早期的認識顯示，人類獨特的腳足結構是人類行走的基礎。如果人們能夠了解人類進化的目標以及自然選擇如何促進人類骨骼的發展，那么現代人骨骼如何工作就能得以深刻認識。人類的腳弓對人類的祖先和現代人同樣重要。

　　26、地球歷史上最大一次生物滅絕原因揭曉——有毒煙霧云

　　大約2.5億年前，地球上海洋生命的95%、陸地生命的70%慘遭厄運，科學界稱之為“二疊紀滅絕”。這次滅絕究竟是什么原因造成的呢?加拿大自然資源委員會科學家、卡爾加里大學地球科學系客座教授史蒂夫?格拉斯比及其同事在加拿大北極區域的滅絕時代生成的巖石中找到了煤煙灰層，他們認為這個證據可以直接證明他們所解釋的大滅絕原因。

　　研究小組對他們所找到的含有特殊有機層的巖石進行了分析，發現巖層中含有大量有機物質，因此立即確認是煤灰層，其與目前發電廠所產生的煤灰別無二致。格拉斯比認為，那次的火山爆發是有史以來地球上最大的一次。大規模的火山爆發導致海量的碳燃燒，并由此產生了大量有毒煙霧云和溫室氣體。伴隨著氣溫升高，海洋里氧氣濃度下降，這些煤灰在當時給地球增加了更多的麻煩。

　　27、無需稀土的強力磁鐵問世

　　日本東北大學研究生院等科研機構團體成功開發出一種無需稀土即可獲得強磁力磁鐵的基礎技術。這種“無稀土磁鐵”的磁力可與用于混合動力車的發動機和家電的釹磁鐵磁力相匹敵，預計2025年前后該技術將走向實用化。這種磁鐵主要由鐵和氮物質合成，無需從中國進口具有供應風險的釹等稀土礦。這將意味著日本先于其他國家，首次成功合成“強磁性氮化鐵”。強磁性氮化鐵在大約40年前即被看好，由于納米合成技術成為可能，該研究取得巨大發展。

　　此次研制成功的強磁性氮化鐵所需原料由生產磁性材料的戶田工業(位于廣島縣)提供，合成技術則由東北大學研究生院的高橋研等教授開發。據悉，該研究作為獨立行政法人新能源產業綜合開發機構(NEDO)的項目，將得到豐田汽車等的協助，今后共同提高強磁性氮化鐵的耐高溫性和磁力的持久性。

　　28、基因變異大規模速查技術問世

　　人類染色體組中每個基因都由上千個遺傳密碼組成，其中一個密碼發生改變就可能造成嚴重疾病，如癌癥、囊性纖維化、肌肉萎縮或亨廷頓病等。同樣，病毒或細菌中一個微小突變也能產生耐藥性，使常規藥物失效。即使很小的基因片段都可能有上千種變化，要系統分析它們很難。

　　為了解決這個問題，美國馬薩諸塞大學醫學院的科學家丹尼爾?玻侖開發了一種名為EMPIRIC的新技術，可在一個試管中人為地讓基因產生所有可能產生的突變，然后在同一試管中，對這些可能的突變進行檢測、分析，看這些突變會引起什么后果。這種技術為系統鑒定病原體的耐藥突變、開發新型療法和新疫苗提供了一條捷徑。新方法還有助于深入理解其他一些生物問題，比如環境壓力怎樣在基因層面影響進化，何種突變可能引起遺傳疾病，如何篩查可能產生具有耐藥性的病毒變種等。

　　29、最有說服力的暗物質粒子證據或現身

　　美國科學家稱，利用費米伽瑪射線空間望遠鏡，他們已經在銀河核心處發現關于暗物質粒子的最有說服力的證據。

　　費米伽瑪射線空間望遠鏡于2008年升空，兩年多時間里，它主要掃描了銀河系的高能活躍區，即暗物質最傾向聚集之地。通過分析該空間望遠鏡傳回的數據，科學家發現了一種可能是由兩個暗物質粒子相撞、湮滅時釋放出的伽馬射線。費米伽瑪射線空間望遠鏡的掃描區域是銀河系核心直徑100光年的范圍，據推測，這里的暗物質密度可能是銀河邊緣的10萬倍。

　　費米實驗室和芝加哥大學宇宙學家丹?霍普表示，除了暗物質以外，研究人員也考慮過觀測到的伽馬射線來源于其他天文學物質，然而據已掌握的知識