http://kadhoai.com.cn 2026-04-26 14:12:21 來源:中國自動化學會專家谘詢工作委員會


什麼想法會改變我們對於周遭世界以及我們與世界的關係的理解呢?英國《新科學家》雜(za)誌(zhi)最(zui)近(jin)刊(kan)發(fa)文(wen)章(zhang),羅(luo)列(lie)了(le)諸(zhu)多(duo)能(neng)夠(gou)真(zhen)正(zheng)改(gai)變(bian)世(shi)界(jie)麵(mian)貌(mao)的(de)科(ke)學(xue)進(jin)展(zhan)和(he)科(ke)學(xue)想(xiang)法(fa),近(jin)距(ju)離(li)向(xiang)我(wo)們(men)展(zhan)示(shi)了(le)哪(na)些(xie)科(ke)學(xue)進(jin)步(bu)會(hui)真(zhen)正(zheng)讓(rang)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)煥(huan)然(ran)一(yi)新(xin),同(tong)時(shi)刷(shua)新(xin)了(le)人(ren)們(men)對(dui)於(yu)世(shi)界(jie)的(de)認(ren)知(zhi)。
這些想法涵蓋生物學、生命和地球科學等10個領域,包括DNA(脫氧核糖核酸)折紙術、超級進化、大腦地圖、拓撲絕緣體等等。有些想法是天才的靈感一現;有些想法還處於最基礎的萌芽階段,但卻可能會帶來巨大的突破;而還有些想法則糾正了人們以前對於世界的認知。不管怎樣,所有這些想法都將改變科學發展的麵貌,其帶來的影響也不可估量。
地球科學
從徹底從世界消失到未來會變成死海一片,與地球有關的科學從來不乏各種有關“世界末日”即將到來的寓言。
(1)Hangenburg事件(泥盆紀與石炭紀的分界線):重返地球遠古的審判
生命發展的進程中充斥著各種大動蕩,繁榮多樣的一個紀元之後是大規模滅絕的另一個紀元。3.59億年前發生於泥盆紀晚期的大滅絕事件——Hangenburg事件,也是其中的插曲之一。
泥盆紀晚期是脊椎動物出現的關鍵時期。那時,很多原始生物滅絕;鯊魚和硬骨魚成為水域“霸主”;四足動物最終進化成恐龍和哺乳動物,統治了陸地。
這是一個漸進的變化,而變化的驅動力來自於泥盆紀2500萬年間此起彼伏的物種滅絕。不過,現在看來,與Hangenburg事件相比,這些滅絕都是“小菜一碟”,因為該事件幾乎清除了所有典型的泥盆紀物種,為新的世界秩序鋪平了道路(《美國國家科學院院刊》第107卷,第10131頁)。
這次災難的“罪魁禍首”是什麼目前並不清楚,但科學家對其重要性進行了徹底的評估,結果表明,古生物化石可以成為新思維誕生的沃土。
(2)死海:氣候變化壓倒一切
雖然我們為氣候變化給陸地生物(例如人類自身)帶dai來lai的de短duan期qi效xiao應ying而er煩fan惱nao不bu已yi,但dan全quan球qiu變bian暖nuan已yi經jing給gei世shi界jie的de海hai洋yang係xi統tong帶dai來lai了le更geng加jia隱yin秘mi的de威wei脅xie。在zai幾ji百bai年nian的de歲sui月yue中zhong,因yin氣qi候hou變bian化hua而er發fa生sheng改gai變bian的de大da氣qi所suo排pai放fang的de熱re量liang會hui慢man慢man滲shen入ru海hai洋yang,而er溫wen水shui溶rong解jie氧yang的de能neng力li遠yuan遠yuan低di於yu冷leng水shui,因yin此ci,很hen多duo海hai洋yang魚yu類lei和he其qi他ta生sheng物wu可ke能neng會hui因yin為wei缺que氧yang而er窒zhi息xi死si亡wang。
一些海洋裏已經出現了無氧的“死亡地帶”,包括位於墨西哥灣的一個上千平方公裏的區域,計算機模擬結果表明,在未來的2000年內,氣候變化將使這塊區域的總麵積增加7倍。(《自然•地理科學》,第二卷,第105頁)。
即使我們不關心魚類,那些魚因為缺氧而騰出來的空間也可能成為能夠排放氧化亞氮的細菌生存的“溫床”,氧(yang)化(hua)亞(ya)氮(dan)同(tong)樣(yang)是(shi)一(yi)種(zhong)強(qiang)大(da)的(de)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)。研(yan)究(jiu)這(zhe)種(zhong)反(fan)饋(kui)過(guo)程(cheng)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)的(de)嚴(yan)重(zhong)程(cheng)度(du)並(bing)製(zhi)定(ding)出(chu)應(ying)對(dui)策(ce)略(lve)將(jiang)是(shi)氣(qi)候(hou)科(ke)學(xue)家(jia)們(men)在(zai)未(wei)來(lai)幾(ji)年(nian)的(de)當(dang)務(wu)之(zhi)急(ji)。
(3)海洋觀測:給海洋“通電”
地(di)球(qiu)上(shang)的(de)海(hai)洋(yang)非(fei)常(chang)遼(liao)闊(kuo),未(wei)被(bei)開(kai)墾(ken)的(de)地(di)方(fang)充(chong)滿(man)了(le)謎(mi)團(tuan)。海(hai)洋(yang)在(zai)氣(qi)候(hou)變(bian)化(hua)中(zhong)到(dao)底(di)扮(ban)演(yan)什(shen)麼(me)角(jiao)色(se)?地(di)震(zhen)如(ru)何(he)在(zai)海(hai)底(di)俯(fu)衝(chong)區(qu)內(nei)發(fa)生(sheng)?海(hai)底(di)地(di)震(zhen)釋(shi)放(fang)出(chu)的(de)能(neng)量(liang)為(wei)什(shen)麼(me)能(neng)夠(gou)占(zhan)全(quan)球(qiu)地(di)震(zhen)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)的(de)90%?海底和海底以下的生命是什麼樣的?
缺乏數據是解決上述問題和其他問題的“攔路虎”,但一個新項目應該可以改變這種狀況。科學家們的海洋觀測行動摒棄了以往基於船隻遠征帶回數據的傳統做法,而采用了給海洋“通電”的新方案,通過傳感器組成的網絡,將美國沿海區域、yuanzhitaipingyanghedaxiyangdehaiyangbiaomianhehaidichuanlianqilai,chuanganqishoujidaodekexueheshipinshujutongguohulianwangbujinfasongdaoshiyanshi,haifasonggeixuexiaohejiating。
這項工作自從去年開始一直在有條不紊地進行。接下來,與海洋的實時互動將成為我們探索地球最後邊界的突破口。
(4)地球工程:更多幹預是解決地球疾病的辦法?
根據英國皇家學會的定義,地球工程指的是“通過故意大規模地改變地球的環境,來應對氣候變化”。它包括兩個方麵:一是將進入大氣層的太陽光反射回太空;二是消除空氣中的二氧化碳並將二氧化碳儲存到地下。
關於第一個方麵,將能夠反射太陽光的硫鹽酸氣溶膠注入上層大氣中是一個相對便宜、簡單、快(kuai)捷(jie)的(de)選(xuan)擇(ze),火(huo)山(shan)爆(bao)發(fa)事(shi)件(jian)已(yi)經(jing)證(zheng)明(ming)這(zhe)種(zhong)辦(ban)法(fa)很(hen)有(you)效(xiao)。但(dan)如(ru)果(guo)不(bu)同(tong)時(shi)大(da)幅(fu)減(jian)少(shao)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)的(de)排(pai)放(fang),這(zhe)樣(yang)的(de)項(xiang)目(mu)就(jiu)必(bi)須(xu)無(wu)休(xiu)止(zhi)地(di)進(jin)行(xing)下(xia)去(qu),因(yin)為(wei)一(yi)旦(dan)項(xiang)目(mu)暫(zan)停(ting),地(di)球(qiu)的(de)溫(wen)度(du)就(jiu)會(hui)急(ji)劇(ju)上(shang)升(sheng)。它(ta)也(ye)會(hui)幹(gan)擾(rao)給(gei)幾(ji)十(shi)億(yi)人(ren)亞(ya)洲(zhou)人(ren)帶(dai)來(lai)雨(yu)水(shui)、給亞洲農田帶來“甘露”的季風。這些未知的因素使國際之間難以就這些措施達成協議。
相比較而言,二氧化碳捕獲和存儲技術(CSS)在政治上的分歧似乎微乎其微。但這些技術與注入氣溶膠技術相比還不成熟,而且也比較昂貴,其好處可能需要更長時間才能顯現。
牛津大學紮伊爾德商學院科學、創新和社會研究所主任史蒂夫•雷(lei)納(na)表(biao)示(shi),這(zhe)種(zhong)二(er)分(fen)法(fa)是(shi)地(di)球(qiu)工(gong)程(cheng)問(wen)題(ti)的(de)核(he)心(xin)。地(di)球(qiu)工(gong)程(cheng)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)代(dai)表(biao)著(zhe)科(ke)學(xue)與(yu)自(zi)然(ran)關(guan)係(xi)的(de)一(yi)個(ge)全(quan)新(xin)領(ling)域(yu),但(dan)我(wo)們(men)也(ye)應(ying)該(gai)謹(jin)慎(shen)行(xing)事(shi),牢(lao)記(ji)之(zhi)前(qian)忽(hu)視(shi)核(he)能(neng)、忽視轉基因作物帶來的危害。
(5)地球掃描:地球下麵是什麼?
相xiang比bi於yu地di球qiu內nei部bu,我wo們men對dui外wai太tai空kong的de了le解jie更geng多duo。但dan地di質zhi學xue家jia現xian在zai可ke以yi聽ting到dao整zheng個ge地di球qiu最zui微wei小xiao的de震zhen動dong發fa出chu的de隆long隆long聲sheng。分fen析xi這zhe些xie震zhen動dong的de速su度du和he強qiang度du可ke以yi夯hang實shi我wo們men對dui地di底di的de了le解jie。
例如在北美洲開展的USArray(台陣)項目就是其中一個雄心勃勃的計劃,旨在探測北美大陸的結構、變形及演化過程。滾動台陣由400個寬頻帶地震台站組成,以從西向東滾動的方式掃過整個北美大陸內部,它揭示了黃石國家公園地下的超級火山如何從地底1000公裏深處的熾熱地幔中獲取熱量。還有其他項目展示了印度大陸如何支撐起整個喜馬拉雅山脈。
2011年,科學家們將登上日本一艘名為“地球號”deshenhaizuanjingchuan,tamenxiwangtongguozuankaiyikuaibodedayangdikedaodadiqiudediman。ruguogaijihuaqudechenggong,womenjiangshoucizhijietancedaoyanshiruhezaidimanzhongxunhuanbingtongdimanhunhezaiyiqi,yijidimanzhekoufantengdedaguoruherangbankuaixingchengbingzuizhongxingchengdiqiubiaomiande。suoyouzhexiedoushiyuwomenzhegeweizhixingqiuyouguandezhongyaowenti。
生態學
如(ru)果(guo)你(ni)認(ren)為(wei)進(jin)化(hua)僅(jin)僅(jin)關(guan)注(zhu)的(de)是(shi)個(ge)人(ren)將(jiang)其(qi)基(ji)因(yin)遺(yi)傳(chuan)給(gei)後(hou)代(dai)以(yi)便(bian)為(wei)織(zhi)起(qi)一(yi)個(ge)穩(wen)固(gu)的(de)生(sheng)命(ming)之(zhi)網(wang)和(he)財(cai)富(fu)之(zhi)網(wang)而(er)做(zuo)好(hao)準(zhun)備(bei)的(de)話(hua),那(na)你(ni)就(jiu)大(da)錯(cuo)特(te)錯(cuo)了(le)。
(6)生物造成的氣候變化:地球的進化
在大約10億年前到5億年前時,地球曆史上經曆過一段奇異旅程。在這段旅程的最開始,現代真核生物繁榮昌盛,但它們僅僅隻作為單核細胞而繁衍生息;而在這段奇異之旅的終點,世界同現在的世界非常相像,到處都是巨大的植物、無脊椎動物和魚類。
生態記錄顯示,在這兩個節點之間,地球也在極端熱的時期和成為“雪球地球”(距今大約6.35億年前地球被冰雪所覆蓋)debingchuanqizhijianfengkuangdilaihuibaidang。chuantongdeguandianrenwei,zhurudalujiazhijiandepengzhuangdengdizhiguochengzaochenglezhezhongqihoudebuwendingzhuangtai。raner,xianzaiyouyuelaiyueduoderenyishidao,shengmingjinhuaguochengzhongdefankuiqizheguanjiandezuoyong。
例(li)如(ru),有(you)人(ren)會(hui)問(wen),雪(xue)球(qiu)冰(bing)川(chuan)可(ke)能(neng)是(shi)由(you)多(duo)細(xi)胞(bao)海(hai)藻(zao)和(he)海(hai)綿(mian)的(de)進(jin)化(hua)引(yin)起(qi)的(de)嗎(ma)?這(zhe)兩(liang)種(zhong)生(sheng)物(wu)可(ke)能(neng)都(dou)依(yi)靠(kao)空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)為(wei)生(sheng),它(ta)們(men)對(dui)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)的(de)消(xiao)耗(hao)減(jian)少(shao)了(le)空(kong)氣(qi)存(cun)儲(chu)熱(re)能(neng)的(de)能(neng)力(li),但(dan)是(shi),當(dang)它(ta)們(men)死(si)亡(wang)時(shi),碳(tan)也(ye)將(jiang)隨(sui)之(zhi)沉(chen)澱(dian)到(dao)海(hai)底(di)。
雪xue球qiu冰bing川chuan會hui導dao致zhi地di球qiu死si亡wang,那na麼me,地di球qiu最zui終zhong會hui通tong過guo擁yong有you直zhi腸chang子zi的de生sheng物wu的de進jin化hua產chan生sheng的de碳tan循xun環huan而er生sheng存cun下xia來lai嗎ma?有you一yi點dian令ling科ke學xue家jia既ji好hao奇qi又you疑yi惑huo,那na就jiu是shi,雪xue球qiu冰bing川chuan在zai這zhe些xie發fa明ming了le碳tan循xun環huan的de動dong物wu進jin化hua之zhi前qian就jiu廣guang泛fan地di存cun在zai,然ran而er,當dang這zhe些xie動dong物wu進jin化hua完wan成cheng之zhi後hou,雪xue球qiu冰bing川chuan從cong未wei曾zeng出chu現xian過guo。
英國牛津大學的微古生物學家馬汀•布(bu)拉(la)西(xi)爾(er)表(biao)示(shi),這(zhe)樣(yang)的(de)問(wen)題(ti)不(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)科(ke)學(xue)家(jia)的(de)奇(qi)思(si)妙(miao)想(xiang)。當(dang)我(wo)們(men)試(shi)圖(tu)探(tan)究(jiu)我(wo)們(men)自(zi)身(shen)對(dui)於(yu)地(di)球(qiu)氣(qi)候(hou)的(de)影(ying)響(xiang)時(shi),這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)給(gei)我(wo)們(men)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)思(si)考(kao)維(wei)度(du),讓(rang)我(wo)們(men)從(cong)新(xin)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)審(shen)視(shi)地(di)球(qiu)的(de)曆(li)史(shi)以(yi)及(ji)在(zai)地(di)球(qiu)上(shang)生(sheng)活(huo)的(de)生(sheng)物(wu)的(de)作(zuo)用(yong)。
(7)生命之網:不依賴發散的“樹思維”
我wo們men逐zhu漸jian開kai始shi意yi識shi到dao,細xi菌jun的de基ji因yin組zu是shi一yi個ge大da拚pin盤pan。基ji因yin可ke能neng擁yong有you不bu同tong的de來lai源yuan,不bu僅jin僅jin來lai源yuan於yu同tong一yi個ge祖zu先xian,即ji使shi同tong樣yang物wu種zhong的de兩liang個ge菌jun株zhu之zhi間jian,也ye將jiang有you一yi半ban不bu同tong的de基ji因yin。
導致這種情況的主要“肇事者”是“側生的”jiyinzhuanyi,zaijiyinzhuanyideguochengzhong,zuchengjiyindechengfencongyizhongxijunzhuanyidaolingwaiyizhongxijun,zhuanyidefangshihenduo,youdejinrulingwaiyizhongjiyindeshengcunhuanjing,suihoubeizhezhongjiyinxishou;youdetongguoxijunhuozhebingdudezuoyong。zhezhongjiyinzhuanyihuizaiwuzhongzhineifasheng,yehuizaiwuzhongzhijianfasheng,shenzhihuichuxianzaibutongmenleidexijunzhijian。youcizaochengdeyigejieguoshi,meiyouyizhongjiandandemoshikeyidingyixijunwuzhongzhijiandeguanxi。juyouzhengqide、縱橫交錯的分支的生命之樹已經被連根
拔起。達爾文的《物種起源》中曾經無數次提到這棵生命之樹,對它唯一的圖解是書中一個枝枝杈杈的結構,向人們展示一個物種如何能夠演化出更多物種。
加拿大達爾豪西大學的分子生物學家福特•杜裏特爾說,我們現在承認,如果要想理解進化的過程,我們可以不依賴發散的“樹思維”。更重要的是,科學家提出宏基因組(對環境樣品中微生物群體基因組進行分析的一種方法,強調細菌群落以及在此層麵上的功能性基因活動之間的差異)這一新概念,將使人們能夠更加清晰地洞悉縱橫交錯的生命之網中的各種關係。
(8)超進化:一切為了共同的利益而改變
zaiwomenduiyujinhuadeyanjiuzhong,guoqudebangeshijishijianhualundetianxia,nashi,kexuejiashiyonggetideziwoliyihezisijiyinlaijieshimeijianshiqing。xianzai,womenzhengmairuzhengtilundeshidai,gaililunchengrenrenleishehuiyijiduowuzhongzuchengdeshengtaixitongzaixuanzexingyalimianqiankeyizuoweiyigedanyide“超組織”來應對。
轉折點出現在上世紀70年代,生物學家林恩•馬古利斯提出,複雜的、youhedexibaoshizuoweixijunxibaogongshengdejiehetierchanshengde。xianzai,kexuejiadouzhidao,meigezuoweishengwutideshengmingdoushidangexibaogaodujihedezuzhiti,zheshirenmenhennanfourenshengwutizuzhizishennenggouyongyouleisishengwutidetexing,yinci,tamennenggouyiqijinhua。
在利己主義盛行的時代,群體選擇過程似乎被武斷地拒絕。但是,達爾文正確地解釋了這一點:利他主義表現的是“為了整個組織的利益”,不bu管guan這zhe種zhong組zu織zhi是shi一yi個ge物wu種zhong還hai是shi一yi套tao生sheng態tai係xi統tong,這zhe種zhong組zu織zhi或huo者zhe生sheng態tai係xi統tong都dou需xu要yao一yi個ge組zu間jian選xuan擇ze過guo程cheng來lai進jin化hua,組zu織zhi內nei的de個ge體ti選xuan擇ze會hui削xue弱ruo這zhe種zhong組zu織zhi或huo者zhe生sheng態tai係xi統tong的de發fa展zhan。
紐約州立大學的生物和人類學教授大衛•斯隆•weiersenbiaoshi,duiyuwomenlaishuo,youyizhongxiangfahenxinxian,najiushigenggaocengcidexuanzebingfeizongshiyichengbubiandibeidicengcidexuanzezhansheng,bingqie,queshiyoushihoudicengcidexuanzehuishengchu。xianzai,womenbixurenshidaozhezhongdongjiandeyiyi,yinweiqihangaifanweifeichangguang,congshengmingdeqiyuandaoshengtaixitongdejiegouzaidaozongjiaoyijirenleideshengwuwenhuajinhuadebenxingdengdeng。
(9)金融生態:建立經濟生態係統
shengtaixueshiyimennianqingdekexue,erqiechuyubuduandifazhanjinhuazhizhong。suizheshengtaixuecongyizhongmiaoshuxingdekexuezhuanbianweiyizhongjuyougengjiajianshidegainianzhichengdekexue,“自然的平衡”這一富有浪漫主義色彩的觀念已經讓位於我們對食品網絡的結構如何維持生態係統的富足這一問題更加詳細的理解。
經jing濟ji學xue也ye可ke以yi從cong中zhong受shou益yi,最zui近jin的de銀yin行xing危wei機ji使shi得de這zhe一yi點dian變bian得de非fei常chang清qing楚chu,那na就jiu是shi,越yue來lai越yue複fu雜za的de管guan理li個ge人ren金jin融rong機ji構gou中zhong的de風feng險xian的de策ce略lve仍reng然ran與yu人ren們men對dui整zheng個ge金jin融rong係xi統tong作zuo為wei一yi個ge整zheng體ti存cun在zai的de風feng險xian的de關guan注zhu不bu相xiang匹pi配pei。並bing且qie,關guan於yu經jing濟ji中zhong存cun在zai的de“自然平衡”,我wo們men仍reng然ran可ke以yi從cong許xu多duo紅hong包bao豐feng厚hou的de銀yin行xing家jia嘴zui裏li聽ting到dao,這zhe種zhong自zi然ran平ping衡heng就jiu是shi,如ru果guo從cong監jian管guan機ji構gou處chu那na兒er獲huo得de充chong分fen的de自zi由you,不bu可ke見jian的de手shou會hui有you效xiao地di產chan生sheng“一般均衡”。
牛津大學生態學家、動物係教授、2000年至2005年曾任英國首相科學顧問的羅伯特•梅表示,“銀行生態係統”簡(jian)單(dan)的(de)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)就(jiu)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)新(xin)鮮(xian)的(de)思(si)路(lu)。這(zhe)些(xie)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)會(hui)捕(bu)捉(zhuo)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)的(de)金(jin)融(rong)網(wang)絡(luo)中(zhong)很(hen)多(duo)必(bi)需(xu)的(de)動(dong)力(li),並(bing)且(qie),這(zhe)些(xie)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)也(ye)與(yu)人(ren)們(men)早(zao)前(qian)在(zai)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)複(fu)雜(za)性(xing)方(fang)麵(mian)所(suo)做(zuo)的(de)工(gong)作(zuo)具(ju)有(you)有(you)趣(qu)的(de)相(xiang)似(si)和(he)明(ming)顯(xian)的(de)不(bu)同(tong)。隨(sui)著(zhe)我(wo)們(men)嚐(chang)試(shi)開(kai)始(shi)建(jian)立(li)解(jie)決(jue)係(xi)統(tong)性(xing)風(feng)險(xian)的(de)金(jin)融(rong)生(sheng)態(tai)係(xi)統(tong),這(zhe)樣(yang)的(de)模(mo)型(xing)將(jiang)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)。但(dan)是(shi),顛(dian)覆(fu)根(gen)深(shen)蒂(di)固(gu)的(de)思(si)維(wei)方(fang)式(shi)並(bing)非(fei)易(yi)事(shi)。
遺傳學
討論完基因組之後,我們接下來開始討論下一個層次:互作組(interactome,基因和蛋白質的相互作用)以及表型組(phenome,某一生物的全部性狀特征)。這兩個概念是現階段的科學研究重點,這兩個領域的突破將會讓很多生物技術的奇才和許多類似“侏羅紀公園”的標題出現在報紙的頭版。
(10)1000人染色組分析項目:對人類種群進行分類
人類基因組圖譜早在10年nian前qian就jiu已yi經jing繪hui製zhi完wan成cheng,這zhe是shi一yi項xiang偉wei大da的de成cheng就jiu。但dan是shi,如ru果guo想xiang讓rang基ji因yin組zu學xue充chong分fen發fa揮hui其qi潛qian能neng,例li如ru對dui抗kang疾ji病bing,我wo們men就jiu需xu要yao知zhi道dao個ge體ti之zhi間jian有you多duo少shaoDNA序列存在差異。人類遺傳基因中的99%以上在全人類內是同樣的,因此,理解剩餘的一點點遺傳差異,就成為確認不同人對疾病的感受性、對藥物的響應能力及對環境因子的反應的差異的線索。
在接下來的5年內,我們應該可以做到。於2008年啟動的千人染色體組分析項目(1000 Genomes Project)是一個公私合作的項目,旨在繪製出人類基因組差異的詳細圖譜。項目首期有885人參與,並已於今年6月份完成,研究人員找到了大約1600萬個DNA差異,其中的一半以前沒有被發現過。據估計,可能存在著大約6000萬個這樣的差異。
整個項目將分析2500個人的基因組,這些人來自於全球27個種群,這個項目目前正在如火如荼地進行中,而且,所獲得的數據供全世界免費享用。
(11)古遺傳學:從過去獲得DNA的藍圖
我們一直認為,為已經滅絕的物種繪製出基因藍圖是一個“不可能的任務”。然而,在今年5月份,一個國際科學家團隊完成了尼安德特人的基因組測序工作,並將研究結果發表在《科學》雜誌上。什麼發生改變了呢?
基因組測序變得越來越快,也越來越便宜,一次能夠為成千上萬個基因組進行測序讓古遺傳學家可以將受損的DNA拚接在一起,並且拋棄壞掉的部分。他們也能夠從一個遠古物種的化石樣本抽取出5%的基因組,讓它同一個相關的現存物種的DNA相匹配。在過去的5年中,這種方法已經讓科學家繪製出了幾個物種的基因組,包括一個4萬年前的洞熊、一頭猛獁象以及尼安德特人。
zhexiechengguogaosulewomenhenduoguanyurenleizishendexinxi,biru,duiniandeterendejiyinzujinxingcexuhoudejieguobiaoming,xiandairenyuniandeterenfeichangkenengzaixiaofanweineifashengguojiaopei,shijiankenengshixiandairenzouchufeizhou,zaizhongdongyudaoniandeterenzhishi。yuangudeDNA序列能夠被用來複活已經滅絕很長時間的物種,正如電影《侏羅紀公園》中所描述的,這一想法非常有趣,但是,我們從來不能夠對任何事情說“從不”。
(12)蛋白質之間交互作用組:繪製出分子的複雜性
蛋白質和RNA(核糖核酸)都是一些基因編碼的分子,它們很少獨立作用。許多蛋白質同其他蛋白質之間相互聯係,或者調控它們,或者形成更大的分子機器;其他蛋白質則通過依附於特定的蛋白質序列或者將它們自身同RNA分子緊緊相連來執行一些特定的任務。
我們將這些不可思議的緊密交互作用網絡取名為蛋白質之間交互作用組,在整個20世紀,我們都沒有參透過其中的奧秘。然而,在過去的10年nian內nei,全quan基ji因yin組zu測ce序xu獲huo得de的de信xin息xi和he日ri益yi強qiang大da的de生sheng物wu信xin息xi學xue工gong具ju已yi經jing使shi我wo們men能neng夠gou產chan生sheng和he分fen析xi人ren類lei和he其qi他ta生sheng物wu的de蛋dan白bai質zhi之zhi間jian交jiao互hu作zuo用yong組zu的de圖tu譜pu。
哈佛醫學院和癌症係統生物學中心的教授馬克•維wei達da爾er表biao示shi,盡jin管guan我wo們men仍reng然ran沒mei有you完wan全quan繪hui製zhi出chu人ren類lei和he其qi他ta生sheng物wu的de蛋dan白bai質zhi之zhi間jian交jiao互hu作zuo用yong組zu的de圖tu譜pu,但dan未wei來lai這zhe些xie圖tu譜pu可ke以yi作zuo為wei新xin的de複fu雜za的de支zhi架jia模mo型xing,讓rang我wo們men研yan究jiu細xi胞bao如ru何he工gong作zuo。既ji然ran很hen多duo人ren類lei疾ji病bing可ke以yi被bei分fen子zi同tong細xi胞bao之zhi間jian交jiao互hu作zuo用yong的de混hun亂luan來lai解jie釋shi,蛋dan白bai質zhi之zhi間jian交jiao互hu作zuo用yong組zu將jiang可ke以yi大da大da地di改gai變bian我wo們men對dui人ren類lei健jian康kang的de看kan法fa,以yi及ji我wo們men應ying該gai怎zen樣yang研yan發fa藥yao物wu、采取預防措施來控製疾病。
(13)表型組:生命不僅僅指基因組
如果我們想要真正理解我們所生活的世界,那麼,僅僅依靠基因組不可能做到這一點。我們需要更好地了解“表型組”——某一生物的全部性狀特征(從基因到行為)。
這聽起來很困難,一點沒錯。想想你自己的表型組吧,其中不僅包含有很多明顯的特征,比如眼睛的顏色、體重、麵部特征等,也包含了很多不明顯的特征,比如新陳代謝的速度、個性、是shi否fou容rong易yi罹li患huan老lao年nian癡chi呆dai症zheng以yi及ji其qi他ta無wu數shu的de特te征zheng等deng。從cong你ni在zai媽ma媽ma的de子zi宮gong裏li開kai始shi孕yun育yu起qi,所suo有you這zhe些xie特te征zheng產chan生sheng於yu你ni的de基ji因yin組zu與yu你ni周zhou圍wei環huan境jing之zhi間jian的de相xiang互hu作zuo用yong。
鑒於這種複雜性,科學家於2003年首次提出了人類表型工程(human phenome project),而且,諸如“老鼠表型數據庫”等更小規模的項目也在緩慢進行中,從個性化醫療到我們如何理解基因型和表型的關係,科學將從中受益良多。
(14)DNA折紙:將生命看作一個模板
生命的組成物質非常“狡猾”:將正確的DNA堿基對放在一起,它們就可以像維可牢(一種尼龍刺粘扣,兩麵一碰即粘合,一扯即可分開)一樣互相依附。將DNA長chang長chang的de單dan個ge片pian段duan取qu出chu,然ran後hou將jiang其qi扔reng進jin一yi些xie更geng短duan的de合he成cheng片pian段duan中zhong,短duan片pian段duan上shang的de鍵jian能neng夠gou將jiang長chang片pian段duan拉la成cheng特te定ding的de形xing狀zhuang並bing且qie將jiang它ta們men緊jin緊jin地di固gu定ding在zai一yi起qi。
“DNA折紙”jishushihenduokeyirangfenziziwozuzhuangchengsanweijiegoudejishuzhongzuiyouqianjingdejishuzhiyi。kexuejiashiyonggaijishulaizhizaohenduolingrenyanhualiaoluandewuti,congchilundaojuyousuoheyaochijizhidesanweihezi。tamenxiwangzuizhongnenggoushiyongzheyangdehezilaidisongyaowu,bingtansuoshengwufenzidezhediehejiekaijizhiyiyongqilaizhizaonamijidejisuanzujian。(未完待續)