来源:科学时报 发布时间:2010-12-27 9:15:14
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12月17日《科学》杂志精选

 
年度突破:第一个量子机械
 
在今年之前,所有的人造物体的移动都遵循经典力学的法则。然而,在今年3月,一组研究人员设计了一种精巧的装置,其运动方式只能够用量子力学来描述(量子力学是一组支配细小如分子、原子及亚原子颗粒的运动行为的法则)。
 
为了表彰他们的实验在概念上的创新、独创性以及它的众多的潜在用途,《科学》杂志称这一发现为2010年最重大的科学进展。
 
加州大学圣巴巴拉分校的物理学家Andrew Cleland与John Martinis设计了这一机械——一个人们可用肉眼看到的极其细小的金属半导体桨状物,并巧妙地使它按照量子规范做舞蹈动作。
 
首先,研究人员将该桨状物冷却至其“基态”(即其最低的量子力学所允许的能态,这是物理学家长期以来所追求的目标)。
 
接下来,他们将该装置的能量提高一个量子以产生一种纯粹的量子力学的运动状态。他们甚至设法将该装置同时进入到两种状态之中,因此该装置实际上同时会有一点振动及很大的振动,这种奇怪的现象在量子力学的奇怪法则中是允许出现的。
 
《科学》杂志及其发行机构(即AAAS,美国科学促进会)承认,这一首创的量子机械是2010年的年度突破。它们还将过去的这一年中的另外9个重要的科学成就汇编成今年的十大成就。该榜单将出现在《科学》杂志2010年12月17日刊的一个新闻专版之中。
 
此外,《科学》杂志的新闻作者和编辑还挑选了最耀眼的10个改变21世纪科学版图的“10年洞见”。
 
数码化书籍开拓了“文化经济学”的领域
 
想象一下,一个人如果阅读每一本出版过的书,究竟可以获取多少资讯?
 
尽管要读那样多的书对任何一个人都是不可能的,但一组研究人员已经将5195769册书数码化(这大约占所有出版过的书总量的4%),而他们的计算分析为人们描绘出了一个相当生动的有关世界在过去的数百年中是如何变化的画面。
 
Jean-Baptiste Michel及其同事将这一实验称作“文化经济学”。他们说,他们的研究可为形形色色的领域提供资讯,这些领域包括语法的演化、集体的记忆、技术的采纳、对名声的追求、审查制度的效果以及历史流行病学等——在此仅略举一二。
 
这一特别的研究组成员选择将焦点放在1800~2000年间的英语语言的变化上。他们追踪的有文化变迁(如战争和奴隶制)是如何和语言学的变化(或者说我们用来描绘这些文化变迁的字词的变化)联系在一起的。
 
Michel及其同事所分析的英语字比任何字典中所含的字都要多;他们发现某些字随着时间从我们的词汇表中消失了,而另外有些字则慢慢变得流行起来。
 
他们还通过测定某人名字的出现频率来追踪一个人的名声,他们确认,人们现在要比以前任何时候都更加出名,但他们也比过去任何时候都更快地被人忘却。
 
同样地,通过分析字词和名字在不同时期在世界不同地区的出现情况,研究人员能够迅速地发现镇压的模式(例如,在纳粹德国),并显示了在将来可用来快速发现审查制度受害者的策略。
 
最后,Michel及其同事猜测,类似的文化经济学调查可披露疾病、内战、性别斗争、饮食、科学与宗教的趋势——同样地,这也只是略举一二而已。
 
解码孩童时期的脑癌
 
一项新的对髓母细胞瘤所做的基因组的分析报告说,孩童时期的脑肿瘤的基因突变比成人肿瘤的基因突变要少。
 
髓母细胞瘤是一种主要影响孩子的脑肿瘤。在人类的肿瘤中找到反复出现的基因变化可对了解某种特定类型肿瘤是如何出现的有所帮助,并在理想的情况下会激发人们产生有效治疗的想法。但到目前为止,这种“癌症基因组学”的策略仅应用于成年人的癌症。
 
如今,D.Williams Parsons及其同事对出现在髓母细胞瘤中的基因变异进行了编目登记。髓母细胞瘤是孩童时期最常见的中枢神经系统的恶性肿瘤。这些肿瘤位于小脑,而小脑是脑中控制平衡和其他复杂运动功能的部分。科学家们不确定是什么引起髓母细胞瘤的生长,但目前的研究聚焦于某些可能有关的遗传学通路。在本研究中,研究人员分析了88个孩童时期的肿瘤,他们发现这些肿瘤中的基因改变要比那些通常影响成人的实心肿瘤中的基因改变要少5~10倍。在最常变异的基因中包括了两个编码酶的基因,这些酶催化的反应是组蛋白的甲基化(组蛋白是在细胞核中DNA所缠绕的蛋白)以及影响对脑正常发育至关重要的信号转导通路的基因。
 
旧与新的必不可少的基因
 
传统观念告诉我们,那些对我们的生存来说是必不可少的基因,也是那些最古老而且在进化中得以保存的基因;但是这一观念在本星期被一则有关果蝇的研究彻底颠覆。
 
该研究披露,在所有基因中大约有三分之一的基因是必不可少的,而这与它们在何时被并入到基因组中没有关系。
 
Sidi Chen及其同事比对了12种密切相关的果蝇品种的基因组并发现了195个初期的编码蛋白基因,它们在大约300万至3500万年间逐步地进入到果蝇的基因组中。研究人员发现,这些在进化上属于新的基因中,足足有三分之一已经成为果蝇生活所必不可少的基因。
 
据Chen及其同事披露,从果蝇的基因组中删除这些基因会导致诸如器官形成和图形等不同的细胞和发育上的缺陷。在蛹期和幼虫期的果蝇对丧失这些基因显得特别敏感,因为在这些时期,失去这些基因常常会导致死亡。
 
研究人员说,现在看来,与古老基因相比,有相同比例的新的基因对我们的生存是必不可少的。他们的发现意味着新的基因为了参与某种生物的发育而会频繁且快速地演化出必需的功能。
 
(本栏目文章由美国科学促进会独家提供)
 
《科学时报》 (2010-12-27 A3 国际)
 
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