自然


2008年12月30日联合国第63届大会决定将2011年作为国际化学年(IYC2011),委托联合国教科文组织(UNESCO)和国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)负责以“化学——人类的生活,人类的未来”为主题在全世界范围内安排,庆祝化学取得的成就和化学为人类文明进步所作出的重要贡献。组织此项活动旨在“增进公众对化学重要性的认识,鼓励青年人热爱化学,憧憬化学的美好未来”。与此同时,2011年适逢居里夫人获诺贝尔奖100周年和国际化学会联合会成立100周年,借此机会,联合国也有意感谢女性对人类科学事业发展作出的贡献,强调科学研究国际合作的重要性。
作为一线教育科学工作者,深感当今社会已经完全不同于当年的“学好数理化,走遍天下都不怕”的年代,基础学科,特别是化学发展确实面临学科吸引力不强、声誉不佳的问题。这些问题产生的原因十分复杂,但公众对化学缺乏客观公正认识肯定是最主要的原因。
人们过多地将化学与环境污染、恐怖威胁、化学武器等联系起来,化学给人类带来的似乎只有这些东西。在我国,人们甚至将近年出现的三聚氰胺奶、吊白块、假鸡蛋、假化肥、假农药等重大掺杂使假事件也要归罪到化学工作者的头上。
很少有人认识到,人类赖以生存的基本粮食蔬菜供应1/3源自化学肥料和化学农药的使用。考虑到当今粮食蔬菜供求基本平衡这一事实,如果没有公众“憎恨”的化肥、农药的使用,地球将只能承载世界现有2/3的人口,或者说,我们的人均食品蔬菜摄入量将减少1/3,不难想象,那将是一个多么动乱不堪、弱肉强食的恐怖世界!同样,没有化学就没有使人类疾病得以治疗的合成药物,人类的平均寿命起码要减少一半。化学的发展,使合成纤维占据了纤维市场的半壁江山。可以毫不夸张地讲,没有化学,就没有温暖,世界也没有视觉上的丰富多彩。
大家都在讲,人类社会进入了信息化时代,人类的资源利用能力已经不限于地表,正在向地表以下、向海洋、向太空发展,但是很少有人想到这些技术进步和发展的基础是满足特别需要、具备特别性能的新材料的发现。而这些材料的创制难以离开化学学科的贡献。然而这些贡献、这些发现,并未得到国际社会应有的承认,在世纪之交评选出的激光技术、半导体技术、计算机技术、生物技术、核技术和航空航天技术这6项所谓20世纪人类社会取得的最伟大科学成就中竟然没有一项与化学直接相关就是一例。所以,难怪有人说化学学科是人类历史上遭遇最大不公的学科之一。
事实上,起源于19世纪、发展完善于20世纪的化学合成技术,应该说是20世纪人类在科学技术发现、发明方面最伟大的成就。可以这么说,没有上述六大技术,人类还不至于无法生存,而没有上世纪的化学合成技术,人类真的将会落入食不果腹、衣不蔽体、有病无药的尴尬境地。所以,从这个意义上讲,化学学科的发展与人类的生存、生存品质的改善都是密切相关的。从这个角度讲,通过设立国际化学年让公众加深对化学的认识,纠正人们对化学的偏见确实极为必要。当然,也必须正视化学学科发展中给自然、给人类社会带来的负面影响,化学工作者应该以更加强烈的责任感、使命感从事研究、从事发展,在为人类生存品质改善努力的同时,更多地考虑人类文明的可持续发展。
化学学科的繁荣、声誉的改善,关键在于化学从业人员的责任心和学科自信心。说到这一点,遗憾的是,并非所有化学从业者、学习者都关注学科发展和学科未来。在学科内部,甚至出现了非常不应有的“化学无前途说”。有人认为,百年之后,化学将不再以一门独立学科存在,这是因为有机化学、化学生物学将融入到生命科学之中,分析化学将被环境科学和生命科学所瓜分,无机化学、高分子化学将被材料学所涵盖,物理化学将加入物理学阵营,以至于著名化学家Whitesides多次呼吁要再造化学。
直至最近,Whitesides和Deutch还为英国《自然》杂志出版的国际化学年纪念专辑撰文,再次呼吁对化学进行改革。类似的呼声在国内也出现过,几年前,国家最高科学奖得主徐光宪院士、中国科学院常务副院长白春礼院士、国家自然科学基金委员会原副主任朱道本院士、国家自然科学基金委员会副主任姚建年院士、国家自然科学基金委员会化学部常务副主任梁文平先生等有识之士,曾多次就化学学科的发展和再造发表过真知灼见。
问题是,面对公众、面对年轻一代的是一线教师和一线科研人员,甚至就是正在专业成长中的研究生,这个群体的学科认识水平和学科态度更能影响社会对化学的认识、对化学的理解。因此,为了人类、为了社会、为了对学科负责,当今的一线化学工作者有责任了解化学学科的过去、化学学科的发展、化学学科的走向,从而增强学科责任感,增加学科自信心,以自身的感受和言行影响社会、影响公众。
稍懂一点科学史的人都知道,作为一门独立学科,化学诞生于17世纪后半叶。经过几百年的发展,化学逐渐走向成熟。化学研究的对象不断拓宽,化学研究的内容日益丰富,化学能够动用的研究手段日渐多样。与之相应,化学的概念也在不断演变。概括来讲,20世纪以前,化学被定义为“研究物质本性及物质转化的科学”。
不过,应当注意,那个时候人们对物质结构和物质本性的理解还是非常肤浅、非常低幼的,并不包含今天我们所了解的许多内容。例如,直到20世纪初原子结构模型提出和放射性发现之后,人们才认识到物质结构和性质的复杂性。至此,化学家才将自己研究的内容开始局限在核外电子运动层面,而且要求这种运动的外部条件不能远离标准态。这样,化学就获得了一个几乎延续到今天的定义,即:化学是一门研究物质的组成、结构和性质,以及物质间相互转化的科学。不过还要强调的是,这里所说的物质仅仅是指由原子、分子所组成的狭义的物质,而不包括核内物质和等离子体等物质和物质形态。
当然,今天的情况又发生了变化,化学的研究内容已经远远超越了上述狭义的物质范畴,等离子体化学、天体化学、核化学已经成为现代化学的重要组成部分。
由此可见,化学学科自诞生之日起就一直处在不断发展变化之中,以至于在美国化学会第215届年会上,与会人员提出以M打头的6个单词或短语来定义化学:Molecules,Materials,and Matter;Make it,Measure it,and Model it。很显然,前3个单词是讲化学研究的对象,即化学不但研究分子和一般概念上的材料,还要研究无所不包的物质;后3个词组是指制备、测量和模拟。
在此,需要特别注意的是,之所以用“Make”而不用化学工作者常见的“Synthesis”,主要原因是化学学科发展到今天,合成只是化学工作者创造新物质的一种途径,借助超分子化学原理,通过组装单元之间的非化学键作用形成有序聚集体和结构构成了化学工作者创造新物质的另一条途径。因此,当今化学学科创造新物质以“合成+组装”为特征,而不仅仅局限于合成。同样,定义中使用了“Measure”而不是常见的“Analysis”,原因同样是“分析”的内容大大拓展了,不再局限于原来的定性、定量、波谱和衍射分析了,依靠各种观察手段进行的形貌分析变得愈来愈重要了。“Model it”是化学工作者借助数学和计算机科学与技术发展成就而发展起来的一套新的化学研究手段,即模拟和仿真研究。
不难看出,这一定义尽管不怎么符合常规概念叙述办法,但确实比较完整地反映了化学学科发展的现状。
事实上,针对化学学科的发展,还有人将化学定义为“研究生命和非生命物质结构与结构转化的科学”,也有将化学定义为“研究信息的分子储存和超分子加工的科学”。尽管这些定义还远未被科学界接受,但确实不无道理。最近,诺贝尔奖获得者、超分子化学之父Lehn在对化学学科历史发展和化学进化现象深入分析的基础上,又提出了动态建构化学(Constitutional Dynamic Chemistry)和适应性化学(Adaptive Chemistry)概念,以期强调化学学科内容的动态性和化学学科对客观世界认识的不断穷尽特点。可以说,化学概念的不断发展部分反映了化学学科的发展活力。
今年是百年一遇的国际化学年,化学工作者应该像《自然》杂志编辑所建议的那样,承担起学科的公共责任,借此机会宣传学科,宣传化学对其他众多学科的支撑作用,让公众了解“化学就是未来,没有化学就没有未来”、“化学不能代替一切,但没有化学肯定没有一切”这些基本的道理。
人类社会发展到今天,正面临资源日渐枯竭、能源供应日渐不足、环境品质日渐蜕变等前所未有的困难,在解决人类社会发展面临的这些根本性问题过程中,任何学科都无法替代化学学科的作用。我们有充分理由相信,化学的明天一定会更加美好。
(作者系陕西师范大学校长、材料与科学学院教授)
《科学时报》 (2011-2-14 A1 要闻)
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[科学时报 潘锋 高长安报道]脉络学说构建及其指导血管病变防治研究高峰论坛暨《脉络论》首发式2月13日在京举行,卫生部副部长、国家中医药管理局局长王国强,中国工程院医药卫生学部主任杨胜利院士等出席论坛。由中国工程院院士王永炎主审、中国工程院院士吴以岭主编,全面阐述中医脉络理论原创研究成果的《脉络论》专著,集中反映了由吴以岭领衔,包括中国医学科学院阜外医院、北京中医药大学等国内8家科研院所共同承担的“973”项目“脉络学说构建及其指导血管病变防治基础研究”的原创性研究成果。
由于历史的原因造成“经脉”与“经络”概念长期混淆,致使数千年来关于血脉及脉络病变的大量理论和治疗方药缺乏系统的整理研究,更未能形成系统的脉络学说。该“973”研究首次形成了对血管病变包括急性心肌梗死、脑梗死、糖尿病血管并发症等重大疾病防治具有指导价值的系统理论——脉络学说。研究人员提出,中医经脉包括经络与脉络,脉络学说与经络学说既相互联系又相对独立,共同形成了完整的经脉理论;提出脉络学说的核心理论——营卫承制调平,总结出了心脑血管病、心律失常、慢性心力衰竭中医病机特点和用药规律;通过大量的基础研究和临床研究,揭示了营气与血管内膜、卫气与血管外膜的相关性,并通过循证医学评价证实通心络胶囊治疗急性心梗无复流,参松养心胶囊治疗心律失常的显著疗效。
近年来,急性心脑血管事件及糖尿病微血管并发症成为严重危及患者生命的重大疾病,上述疾病微血管损伤机制成为临床疗效的瓶颈。以脉络学说为指导提出的缺血区微血管保护——脑梗死治疗新策略,为脑梗死治疗开拓了新的思路和途径。糖尿病微血管病变是导致糖尿病肾病、周围神经病变和眼底病变的主要原因,实验研究证实,通络干预可有效治疗糖尿病微血管并发症,显示出脉络学说对此类重大疑难病防治研究的重要指导价值。
《科学时报》 (2011-2-14 A1 要闻)
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2010年下旬,河南安阳曹操墓真伪之辩正酣。而一则来自上海的重磅消息更是引发了多方关注。复旦大学现代人类学教育部重点实验室宣布,向全国征集曹姓男性DNA样本,拟用基因组科学的手段验证出土的头骨是否为曹操本人。
一下子,基因组科学成为热门,这一话题“落入寻常百姓家”。
事实上,伴随着2000年人类基因组框架图和2003年人类基因组完成图的发表,近十年来,DNA测序技术继续高速发展,基因组科学极大地推动了生命科学的发展,并一直受到各国政府和学术组织高度重视。
2010年,基因组科学研究更是取得了重大进展。在美国《科学》杂志评出的当年十大科学进展中,涉及基因组科学的共有3项——尼安德特人基因组、外显子组测序、下一世代的基因组学。这也从一个侧面反映了该项科学在2010年的蓬勃发展。
多个重要物种基因组图谱完成
2010年,期待已久的大豆基因组序列终于测通。
当年1月,来自美国农业部、美国能源部联合基因组研究所等单位的研究人员联合在《自然》宣布,该研究团队利用“全基因组鸟枪测序法”对大豆基因组的11亿个碱基进行测序,公布了第一张豆科植物完整基因组序列图谱。这也是目前利用全基因组鸟枪测序完成的最大植物基因组。
“这是大豆研究一个重要的里程碑。”美国能源部大豆生物技术国家中心主任Gary Stacey博士认为。
伴随着该图谱的绘制完成,作为世界上主要油料来源的大豆,其基因组科学研究进展又获新突破。
2010年11月,由香港中文大学、华大基因研究院、农业部基因组重点实验室、农业科学研究院等单位宣布,他们对17株野生大豆和14株栽培大豆进行了全基因组“重测序”,总共发现了630多万个SNP(单核苷酸多态性位点),建立了高密度的分子标记图谱,并作为封面故事刊登于《自然—遗传学》杂志。
“这是世界上首次大规模获得野生和栽培大豆群体基因组数据。”华大基因研究院徐讯博士告诉《科学时报》记者。
精确的大豆基因组序列图谱和其全基因组大规模遗传多态性分析,为大豆遗传性状的鉴定提供了便利,而有关其他物种基因组的研究也不遑多让。
最牵动国人神经的基因组图谱绘制,莫过于国宝大熊猫。
由深圳华大基因研究院、中国科学院昆明动物研究所、中国科学院动物研究所、成都大熊猫繁育研究基地和中国保护大熊猫研究中心等单位共同完成的《大熊猫基因组测序和组装》,于1月21日以封面故事形式在国际权威杂志《自然》上发表,并获评2010年中国十大科技进展。
该项研究表明,大熊猫有21对染色体和2.4亿对碱基,包含基因2万多个,并且其基因组仍然具备很高的杂合率。“这同时也标志着基于短序列的基因组测序、拼接和组装技术获得了重大突破。”徐讯指出。或许,这项研究进展将让人类更早地知道大熊猫的“黑眼圈”之谜。
此外,在过去的12个月里,先后有包括中国在内的多国研究人员在《自然》《科学》等杂志上报告完成了苹果、青蒿、黄瓜、寄生性金小蜂、蚂蚁、蚜虫、珍珠鸟等多个重要物种的基因组图谱。
今后,基因组测序规模将越来越大。记者从华大基因研究院获知,仅仅2011年,就可能有土豆、绵羊、牦牛、几种鸟类等多项物种的基因组图谱陆续绘制完成。
基因组科学揭示人类变迁
本文开头提到的“利用曹姓DNA鉴定曹操头骨”并非国人专利。据英国《每日邮报》报道,比利时学者曾对希特勒家族的39位亲属进行DNA检测,来证明希特勒的族裔。
这些工作的开展,借助的正是“基因留有祖先深刻烙印”这一事实。
而以基因为研究目的的基因组科学,恰恰使描述人类及动物变迁等地理基因组学和人类学研究成为可能。
2010年,世界各地的科研人员在该方面研究均有较大进展,我国科学家的研究也同样呈现多点开花局面。
2009年12月15日,美国《国家科学院院刊》刊载的中国科学院院士、中科院昆明动物研究所研究员张亚平等人的文章称,通过对680份藏族人群线粒体DNA样本分析表明,现代藏族人的绝大部分母系遗传组分,可能追溯至新石器时期以来迁入青藏高原的中国北方人群。
2010年,来自复旦大学的研究人员也对西藏地区居民进行了“基因普查”。研究人员推测,西藏居民可能最早来自北亚人群,接近蒙古和贝加尔湖区域等地区的北方人群。而国家计划生育研究所和北京基因组研究所的最新研究结果则进一步揭示,藏族先民可能是经横断山脉向上游迁徙,最后抵达青藏高原。
发现还不止于此。同样是2010年,华大基因研究院对我国藏族、汉族人群常染色体EPAS1基因进行分析,研究结果刊于美国《科学》杂志。这项研究初步推测出该基因在青藏高原世居藏族人和平原汉族人中出现分离的年代。
除了在藏族人类学领域取得了重要成就,科学家在2010年仍大有收获。如果佐以社会学的相关研究,基因组科学或将在人类学研究领域获得更大的空间。
另一项关于古人类的基因组学研究更在2010年震惊世界,并同时位列多个不同机构评选的世界十大科学新闻。
2010年5月6日,多家国际著名机构在《科学》杂志上发文表示,研究人员通过DNA两轮靶向序列捕获的测序新技术,实现了分别对3个古代尼安德特人头骨化石片段DNA的测序。
尼安德特人在进化学上是与我们最为接近的亲族。它们出现在大约40万年前,分布遍及欧洲和西亚,并于3万年前灭绝。
研究表明,所获得的基因组序列图占其整个基因组中的60%之多,而现代人具有约1%~4%尼安德特人的基因。
来自马普研究所的Svante Paabo兴奋地表示:“尼安德特人基因组序列首个版本的获得,完成了人类长期以来的一个梦想。我们首次发现了将我们与其他所有生物区别开来的基因特征,包括那些在进化过程中距离我们最近的亲族。”
中国的发现也同样令人振奋。中国科学院院士、中国农业大学教授李宁等成功提取出距今已有9000年历史的猪骨化石DNA,通过测序研究发现,其是经过驯化的家猪,这将中华民族的家畜驯化史推到万年层面。
或许,在今后的基因组科学研究中,有关人类历史学的观点将不断更新。
下一世代测序技术令人翘首
古DNA的成功测序和组装依赖于测序技术的进步。同样,有别于前两代的下一世代测序技术也在2010年的基因组科学研究中“小荷已露尖尖角”,并入选世界十大科学进展。
下一世代测序技术,是基于纳米孔的单分子读取技术,可以直接读取序列信息,简便快捷;反观之前的两代技术,则需要荧光或化学发光物质的协助, 通过读取整合到DNA链上的光学信号而间接确定。
虽然该测序方法仍有基因组覆盖不完整等缺陷,但并不影响其风生水起。
例如,斯坦福大学的生物工程师Stephen Quake等研究人员在《自然—生物技术》发文称,他们利用一台新开发的单分子测序仪,对其本人的基因组进行了测序,仅耗时4个星期,试剂费约48000美元。
与此同时,离子激流公司的下一代硅芯片测序仪也获得突破。利用该技术,科学家们于2010年在《科学》杂志上公布了3个低成本的完整人类基因组序列。
就此,英国纳米孔公司总裁发表评论说,这一技术预示了基因测序领域的跳跃变化,或许今后不超过1000美元就可以完成一个基因组测序。
中科院基因组研究所副所长于军告诉《科学时报》记者,基于现在的经验曲线,即使目前广泛运用的第二代测序技术,也可能在一两年内实现“千美元基因组”的设想;但是对于“百美元基因组”的设想可能还有一段路要走,急需革命性技术的出现。
然而,我们已然看到了希望。2010年4月6日,日本大阪大学产业科学研究所的川合知二和谷口正辉宣布,新一代DNA测序技术的可行性首次通过验证。
这篇发表在《自然—纳米技术》上的文章显示,研究者通过电测方法,利用只有1纳米的超短距离电极,成功地测量出构成DNA的1个核酸碱基分子中流动的电流,成功识别了核苷酸。
令人欣喜的是,科学家们并没有“喜新厌旧”。“不同代的测序技术并不互相排斥,尤其是化学原理不同的基本技术,它们在具体应用方面存在功能上的互补性,将长期共存。”于军强调。
在测序技术快速发展的2010年,中国科学家同样不甘落后。
据了解,中科院的基因组研究所及半导体所联合开发、具有部分自主知识产权的第二代测序仪预计在今年3月下线,这不但能打破国外测序仪公司的垄断,还将大大降低我国基因组测序的成本。
此外,中科院基因组研究所已和浪潮集团成立了联合实验室,将共同研发第三代基因测序仪,预计第一台样机于2013年问世。
毫无疑问,新一代的测序技术必将对人类的未来生活产生深远影响。
测序分析理念迎来突破
随着新一代测序技术的广泛使用,测序速度将越来越快,成本则大大降低。但是,测序产生的大量数据却会给后期的生物信息分析带来巨大压力。
“我认为生物信息分析是在基因组测定过程中最关键的一项技术。”华大基因研究院副院长王俊曾这样表示。
不过,就在2010年,基于基因组的生物信息学分析研究也取得了丰硕成果。
当年10月, 中科院基因组研究所、中科院上海生科院植物生理生态研究所等单位在《自然—遗传学》杂志发表文章。研究人员结合第二代测序技术和自主开发的基因型分析方法,构建了高密度的水稻单体型图谱,并对籼稻品种的14个重要农艺性状进行全基因组关联分析, 确定了这些农艺性状相关的候选基因位点。
同样来自《自然—遗传学》等杂志的文章还显示,伦敦帝国理工学院的研究人员也通过多次全基因组关联分析,发现了多个包括糖尿病、冠心病在内的与现代热点疾病相关的基因。
事实上,研究人员还表示,对两个毫不相干的人进行“全基因组关联分析”对比,或许能够得出许多有用的研究信息,但如果辅以家庭遗传关系,那么测序数据会更加准确。
《科学》杂志在2010年3月发表文章称,美国首次为一个四口之家进行了全基因组测序。由于有家庭遗传背景关联,研究人员更精确地锁定了与米勒综合征相关的4个基因。
“家庭测序将成为今后基因研究和疾病治疗方面的一个新工具。”于军表示。
随着研究的深入,一项世界最大的表观遗传学研究项目也已启动。据了解,华大基因研究院与伦敦国王学院TwinsUK团队将通力合作,对5000对双胞胎的基因组的化学修饰进行深入研究。
除了对测序结果分析方法及样本选择的拓展,2010年,研究人员还对测序理念和方式进行了全新尝试。
2010年5月,刊于《自然—遗传学》的一篇杂志文章称,科学家们使用基因组定向捕获工具——安捷伦的SOLiD,成功捕获了4个患病婴儿的外显子组并测序成功;而华盛顿大学医学院的研究人员也在《科学》上表示,他们利用外显子测序,找到了一种恶性眼疾的关键基因。
毫无疑问,这项备受各方关注、位列世界十大科学进展的技术将会越来越多地应用于更多疾病研究,用来寻找包括癌症在内的多重疾病的致病基因和易感基因。
于军评论说,与全基因组重测序相比,外显子组测序相对经济、高效。它只需针对外显子区域的DNA即可,覆盖度更深、准确性更高。
而公共数据库提供的大量外显子组数据,更是为科学家更好地解释研究结果提供了便利。
显而易见,在未来,基因组测序分析理念将随着测序技术的升级而不断变革。
 
各方眼中的基因组科学
正如上文所述,在已经过去的2010年里,全世界每个月几乎都有两到三个家族全基因组和外显子组测序被用于检测疾病的基因突变。
由此可以看出,基因组科学离人们的生活越来越近。英国医学研究临床科学中心的分子遗传学家Tim Aitman表示,基因组测序在未来的10年到20年内将更加普及。
在美国,尽管其食品与药品管理局严格控制私人基因组公司的产品,但随着基因组测序费用的不断降低,越来越多的医生开始利用全基因组或外显子组测序技术进行诊断。
基因组科学带给普通患者治愈疾病的希望,那么对科学研究又会有怎样深远的影响?
《自然》杂志对超过1000名生物学家的一项调查显示,几乎所有生物学家都在一定程度上受到人类基因组计划的影响。
绝大部分人认为自身的研究获益于人类基因组的测序, 其中46%的人认为影响巨大;同时,有接近1/3的人几乎天天都使用到基因组;甚至有69%的受访者表示,是人类基因组计划改变了他们的职业和研究方向。
“对于像我这样的年轻研究者,没有基因组,很难想象将如何工作。” 一位受访者如此表示。
除了能够对生命科学领域的研究快速推进,各国政府都在期待基因组科学的进一步发展。
2008年初,一项被称为“千人基因组”的计划由来自英国桑格研究所、美国国立人类基因组研究所、中国华大基因研究院等多家机构共同启动。据称,科学家们将对全球至少2000个人类个体的基因组进行测序,从而生成一个庞大的、公开的人类基因变异目录,来寻找基因与人类疾病间的秘密关系。
在2010年,非洲也宣布加入基因组革命。同年,世界各国政府和组织纷纷推出了最新的基因组计划,其中就包括基因地理计划、英国10K计划等。此前,中国对人和水稻基因组研究计划的实施也引起世界瞩目。
“近来中科院基因组研究所与沙特王国阿卜杜拉阿齐兹国王科技城合作开展的椰枣相关基因组研究计划,也标志着中国基因组科学在国际上的重要地位。”于军非常自豪。
过去的一年,基因组科学的发展一日千里。人们有理由相信,在DNA测序技术飞速发展的引领下,中国和世界基因组科学将走向更加辉煌的未来。
《科学时报》 (2011-2-14 A1 要闻)
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继2010年11月,全球最大医药公司之一瑞士罗氏(Roche )宣布退出RNA干涉(RNAi)研究领域、裁减6%的员工后,今年2月,美国辉瑞公司(Pfizer)宣布,到2012年,公司将削减15亿~20亿美元的研究和开发经费。辉瑞是世界巨型制药企业之一,公司2010年研发经费高达93亿美元,2011年的研发经费降到85亿美元,2012年的预算则在65亿~70亿美元之间。
据最新出版的《科学》杂志报道,工业界观察家认为,这种经费的大幅削减反映出当今许多大型制药公司面临的不确定性:公司在药物基础研究领域应该发挥怎样的作用,或者希望发挥什么样的作用?一种日益增长的趋势是:在需要时,它们会到外面去购买这种科研结果。
除了预算的方向性转移,2月1日,辉瑞还宣布计划关闭位于英国三文治城的一家工厂,这家拥有2400名员工的工厂曾经研制出著名药物万艾可(Viagra),其中的几百名员工将转移到其他地方,而另外一些则会被介绍给外部合作者。此外,辉瑞还将削减位于美国康涅狄格州格罗顿办公室的1100个职位,将它的450个职位转移到马萨诸塞州剑桥市的办公室。
这一撤离计划震惊了英国政府。英国议会宣布将对这一决定进行调查。
辉瑞公司创建于1849年,2009年的销售额位居世界第一,公司拥有业界最大的制药研发组织。辉瑞全球研究开发公司研究总部位于康涅狄格州格罗顿市。从2007年开始,辉瑞开始逐渐关闭部分研究实验室,比如,2007年,公司宣布在2008年前关闭或出售位于爱尔兰的Loughbeg API工厂的计划;完全关闭位于美国密歇根州安阿伯市、日本名古屋和法国安博瓦兹的研究实验室,削减2160个职位。
杰弗里·埃尔顿是瑞士诺华公司前执行官,现任美国一家个性医药公司的首席执行官,辉瑞的新计划让他感到吃惊:“与美国政府一样,英国政府也大力投资于基础研究,但英国的私人生物技术企业却比美国同行要小。”他认为辉瑞不仅重视神经科学等领域,而且不再强调内科医学中的大分类法,他将这种削减研究行为的哲学称为“更少科学,更多商业”。他说:“现在,大疾病分类法已经很难在法规机构获得通过。”
《科学》的文章认为,也许,希望与外界特别是学术界科学家合作,可以解释为什么辉瑞会关闭在英国的工厂。与在英国的计划相反,辉瑞将增加在美国马萨诸塞州剑桥市的研究职位,剑桥市是小生物技术公司的密集区,又与人才荟萃的大学毗邻而居。从20世纪90年代开始,几乎所有的重要制药公司都在剑桥市或其周围开设办公室。辉瑞曾与加州大学旧金山分校医学院和纽约的几所医学院谈过伙伴合作事宜。
《科学》的文章指出,商业成为辉瑞公司的当务之急有几个原因。在美国,它治疗胆固醇的巨型炸弹药物立普妥(Lipitor)的专利保护期将于今年底结束,公司的股票已从十年前每股50美元降至去年的15美元。事实上,因为过去几年中只生产了少数几种新药,整个制药业都面临财政压力,这种形势甚至让有高度希望值的研究也受到影响:去年11月,在过去3年中为RNA干涉研究投资4亿美元后,罗氏公司退出了这一研究领域。
这是一个总体趋势,辉瑞和它的同行都已经开始将研究和开发工作外包出去。塔夫茨大学药物开发研究中心主任肯尼思·凯提认为,制药公司这样做的部分原因是基础研究昂贵又存在失败的风险,在许多情况下,经济因素迫使大制药公司放手,让刚启动的新公司或其他小公司去勘测生物学领域的地貌,寻找有研究前景的线索。比如,2008年,总部位于纽约的礼来制药公司将动物毒性研究外包出去;从2003年开始,惠氏(2009年被辉瑞收购)开始将其临床试验数据管理外包;2007年,阿斯利康制药公司甚至决定将许多活性制药成分的生产转移到中国,活性制药成分的生产是一家公司的核心活动。
会有这样一天吗:制药公司只是纯粹的管理者而不做研究,只是在需要的时间去购买其所需要的候选药物?凯提说,当我们沿着这条路走下去时……公司很可能会开始外包,卸下更多的功能,这会冲击很多人的自我意识,他们很长时间以来一直这样认为,“我们会从实验台上拿出一种成分放到药店的货架上”。但当财政压力上升时,许多从传统的“从分子摇篮到分子坟墓”的公司将越来越少地认为有必要控制基础研究。(王丹红)
《科学时报》 (2011-2-14 A3 国际)
发表在栏目: 科学
在治疗脑梗塞时,利用药物溶解血栓是首选的治疗方法,但是发病3小时以上用该疗法可能导致脑出血。日本研究人员日前发现,一种称为血管内皮生长因子(VEGF)的蛋白质是导致脑出血的诱因,并且开发出了抑制这种蛋白质功能的方法,从而使脑梗塞发病后允许用血栓溶解疗法的时间大幅延长。
这一成果由新潟大脑研究所教授下畑亨良率领的研究小组获得,也是世界上首次弄清血栓溶解疗法导致脑出血的机制。相关论文已经刊登在了英国《脑血流与代谢杂志》(Journal of Cerebral Blood Flow. & Metabolism)上。
在治疗脑梗塞时,尽早恢复血液流动至关重要,如果是在发病3小时之内,利用治疗药物“组织纤维蛋白溶酶原激活剂”(医用缩写tPA)溶解血栓非常有效。但是如果发病3小时之后再使用tPA,就容易导致血管破裂,引起脑出血,所以只有2%至3%左右的脑梗塞患者真正能够用上这种药物。
下畑亨良的研究小组发现,使用tPA进行治疗时,会产生大量导致血管变脆的“血管内皮生长因子”(VEGF)。
着眼于这一点,研究小组向白鼠的脑血管注入血栓,人工制造出类似人脑梗塞的症状,然后将白鼠分成3组,在发病4小时后,分别向其注射tPA、具有遏制VEGF功能的抗体和tPA、能够遏制VEGF活性的药物和tPA,然后对3组白鼠进行了比较。结果发现,注射了抗体和药物的白鼠的脑出血状况被遏制,死亡率降低,作为脑梗塞后遗症的麻痹症状也减轻了,可以利用tPA进行治疗的时间大幅延长。
下畑亨良指出:“抑制VEGF的同时使用tPA,在脑梗塞发病后6至8小时也可以采用血栓溶解疗法。当然,还有必要开展临床试验,验证有关研究成果。”
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近地面50米范围内是沙尘暴发展变化最为剧烈的区域,绿洲防护林可以减少70%的沙尘水平通量,消减风速30.5%—52.9%,防风固沙林和农田防护林网对沙尘暴的阻截作用非常显著。这是甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站经过5年的观测研究获取的一组结论,该站研发的“0—50米近地面沙尘观测系统”为沙尘暴灾害防治和荒漠绿洲防护体系建设提供了新的研究方法。
这套系统由“风沙流流量监测仪”等6种自主知识产权的沙尘暴观测系统和风沙流观测仪器组成。科研人员对民勤地区沙漠、沙漠—绿洲过渡带和绿洲3种地貌的气象、沙尘、环境、土壤、植被等进行了全面监测,系统开展了沙尘暴演变过程中风场结构与变化特征、沙尘通量、气溶胶浓度、降尘结构与时空变化、不同防护体系对沙尘暴过程的影响等多方面的研究,开创了中小尺度范围沙尘空间结构新学科领域。
“以前我国沙尘暴主要由气象部门靠卫星和激光雷达高空监测,50米以下地面条件是雷达监测的盲区,更是人类活动频繁的区域。”项目组负责人赵明介绍说,这套系统为沙尘污染预测预报和防沙固沙工程提供了科学依据,解决了世界范围内沙尘暴的研究难题,在探索荒漠生态微观演变、干旱区经济模式、沙区资源可持续利用方面具有积极作用。
民勤县位于甘肃河西走廊东北部,石洋河流域下游,巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠之间,是全国四大沙尘暴策源地之一。其生态状况关乎河西走廊绿洲和祁连山冰川的稳定,对黄河流域、河套平原乃至华北地区的气候环境,有着至关重要的影响。
中国科学院院士郑晓静等专家认为,这套系统改进和完善了近地面沙尘天气野外监测研究方法,建立的风沙流定位观测数据库和沙尘样品档案库,达到国际领先水平,填补了研究空白。
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澳大利亚赤背蜘蛛

  雌蜘蛛一边与雄蜘蛛交配,一边将其裹入腹中;雄蜘蛛不但不反抗,还主动送上门当食物。这种奇特的行为并不是今天才为人所知。但是,这种行为的原因一直都未能找到一个合理的解释。

  然而,加拿大科学家梅狄安娜·安德雷在学术界享有极高声誉的美国《科学》杂志上刊登了她的研究成果,揭开了这一奇特行为的秘密。

  在电影中,蜘蛛从来都不是讨人喜欢的角色。要么相貌丑陋,张牙舞爪地挥着八只脚,挂着陈腐的网,从天而降,惹得胆小的女主角连连尖叫;要么凶残至极,仅靠几滴毒液就杀人于无形之中。想象着它们张着毛茸茸的节肢,悄无声息地躲在某个角落里,好似恶棍一样移动,不少人的汗毛都要竖起来了。

  可在美女梅狄安娜·安德雷的实验室里却养满了各种各样的蜘蛛。蜘蛛只吃活物,为了养活蜘蛛一家老小,安德雷每周要给它们运来2000多只蟋蟀。没食物吃时,蜘蛛也会同类相残、吞下同类,为了避免它们相互残杀,梅狄安娜还得给每位蜘蛛都配上一个小笼子。

  作为与蜘蛛打交道的人,安德雷每天都生活在蜘蛛的王国里,用它们做各种各样的交配实验,当然最令她高兴的事,就是看着小蜘蛛破卵而出。

  见证蜘蛛绝恋的秘密

  安德雷白天休息,夜晚出动,从早上十点钟工作到第二天凌晨两三点。她在泥土地里匍匐着找寻蜘蛛网,像个传记作家,与她的蜘蛛传主相处。她知道一号雌蛛的窝在哪,二号雌蛛有几个卵囊,哪只雄蛛终于找到意中人,哪只还是光棍一个。

  要命的是,赤背蜘蛛体型小,要观察它们的一举一动,得紧贴地面正对蛛网。要是不小心被咬了,剧毒会进入体内,中招者肌肉紧缩,疼痛难忍,冷汗不止,重可致命。

  安德雷坚信所有的冒险都是值得的,只要她能解开这一进化谜题:为什么雄蜘蛛甘愿牺牲自己?她用颜料标记雄赤背蛛,看它们怎么找到雌蛛的网,却发现大部分雄蛛在找到另一半之前就离开了这个世界。

  像其它种类的雄蛛一样,它们成熟后就不吃不喝,只能靠之前储存的能量过活,根本经不起长途跋涉的折磨。瘦小的赤背雄蛛呆在自己的网内倒也挺威风,一旦远离避风港,蚂蚁都敌不过。最终,只有20%的雄蛛能成功到达雌蛛的蜘蛛网———安德雷相信:正是因为机会来之不易,为了后代繁衍,雄蛛才甘愿献出自己的生命。

  当雄赤背蜘蛛将输精器官插入雌蜘蛛体内时,会以前肢为支点倒立,让身体悬挂在雌蛛嘴边。它一边注入精液时,比它身体大200倍的雌蛛一边开始咀嚼它的尾部。更奇妙的是,雄蛛有逃命的机会。它有两个交配器官,其中一个输精完毕后,可以虎口逃生,捡回一命。但是在20分钟内,雄蛛通常会重返雌蛛网,进行第二次交配,这一次,雌蛛再也不会嘴下留情。

  那为什么雄蛛要采取自杀式奉献呢?留得青山在,不愁没柴烧啊?由于雌性赤背蜘蛛将精子储存在特殊的器官里,安德雷将该器官取下,想通过实验手段干预赤背蛛的交配时长。

  在显微镜的帮助下,安德雷用切片数出交配后雌蛛接收到的精子数,发现交配时长与输送的精子数密切相关——与雌蛛进行两次交配的雄蛛,比起只交配一次的雄蛛要多输送1000多条精子。原来,为了这1000多条精子,为了整个种族的延续,雄性蜘蛛不惜献出自己的生命——这对羸弱的雄蛛而言是最划 算的选择,因为,它不能保证有力气会活着找到另一只雌蛛交配。

  研究蜘蛛,研究生命

  研究赤背蜘蛛的交配行为带给安德雷的不仅是功成名就,还有对生命及进化的深刻理解。

  “物竞天择,适者生存”,达尔文的进化论演变成的格言挂在每个得意或失意的人口中,却鲜有人懂得背后的牺牲与隐忍。在安德雷看来,整个进化历程就是繁衍与死亡书写的历史,两大主题在赤背蛛“雄性献祭”的行为中体现得淋漓尽致。

  安德雷经常问自己,要是雄性赤背蜘蛛有意识,将自己伸进雌蛛口中的时候,究竟在想什么?

  也许很简单,它想:“很好,一切都按计划来吧。”

  类似无意识的个体类似机械地重复着同样的奉献,却构成了绝对的生命长河。安德雷觉得自己的使命就是探求背后的进化机制,就像她接受电视采访时说的那样:“学习,观察及理解我们这个错综复杂的世界是件美妙的事情。”

  野地考察很辛苦,有时一呆就是几个月,但她常对学生说:“科学研究是一项严肃而又艰苦的工作,但你要在工作中寻找乐趣。”

  她就是这么个苦中作乐的人,当她与同是研究蜘蛛的丈夫结婚时,蜜月旅行竟是野地考察。

  现在安德雷在加拿大的多伦多大学任教,大部分时间呆在实验室里,与数不清的蜘蛛为伴。看着小蜘蛛像一团棉球破卵而出,朋友都说恶心,她却很喜欢。

  她再也不是当初那个见到蜘蛛吓得大呼小叫的女孩了。从胆小鬼到蜘蛛女王,安德雷走过了一条不平凡的道路,路上留下了她对未知世界的执着探索。

  赤背雄蛛的小诡计

  雌性赤背蛛常在蜘蛛网上释放一些化学物质吸引雄蛛,后者登堂入室后,担心竞争者半途现身搅局,先忙的事不是与雌蛛交配,而是破坏雌蛛网上化学物质浓烈的部分。雌蛛不乐意了,那可是她的大本营,吃喝拉撒都离不开。于是,雄蛛求爱时,雌蛛一边应付着,一边忙着补它的网。

  更令人叫绝的是,雄性赤背蛛能自行决定发育进程。它能从周围的环境中感受到附近有没有异性和情敌。如果雌蛛很多,而竞争者很少,它不着急长大。一般雄蛛需要10-15天实现性成熟,但要是情况危急,雌蛛要被情敌抢走了,它10天内迅速早熟。

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  近日,研究人员在东帝汶寻找巨鼠化石过程中,意外发现1万多年前的人脸石刻。

  法新社11日报道,研究人员在东帝汶莱纳·阿拉洞发现一些岩石上刻有风格化人脸图案,其中一人戴太阳状环形头饰。

  按法新社说法,这是人类首次在东帝汶发现类似古代石刻,也是这一地区发现的唯一一组更新世人脸石刻作品。更新世结束于大约1.2万年前。

  除人脸石刻外,研究人员在莱纳·阿拉洞发现其他一些人类留下的远古艺术品,有些艺术品的创作年代可追溯至3万年前。澳大利亚联邦科学与工业研究组织去年宣布在这一洞穴内发现一种巨鼠的遗迹,这种巨鼠体如小狗,如今已灭绝。

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  近日,科学家发现长臂猿用来相互交流的歌声中存在着地方口音,长臂猿是仅次于大猩猩的最接近人类的物种。


黑冠长臂猿,仅次于大猩猩的最接近人类的物种

  这种小猩猩(亚属长臂猿)发现于越南、老挝、柬埔寨和中国南部,这种长臂猿以其种群特异的歌声来沟通交流、确定领地以及吸引配偶。来自哥廷根德 国灵长类动物研究中心的研究人员已经发现这些歌声的结构、基因都与它们栖息的地区有着密切的关系,从而可以解答了一些有关灵长类物种进化和迁徙的问题。

  进化论生物学家范玉霆(Van Ngoc Thinh)在一次新闻发布会上解释说:“每一只长臂猿都有它自己特异的歌声,但是,和人类一样,在同一地区的长臂猿的歌声有地区相似性。”

  这项发表在英国医学委员会《进化生物学》期刊上的研究集中研究了6种冠长臂猿的歌声结构,特别注意了其中最接近的4种。研究记录了来自24个不同地区、92支猿群的400多只雄性和雌性长臂猿的歌声。

  研究称,长臂猿的歌声结构表现出一个明显的适应性改变,增强了远距离传播能力,这意味着它们已经适应了在亚洲森林中的生活环境。用慢速调制的单频带播放这些歌声,产生的声音听起来更像热带雨林的鸟叫声。

  虽然在这些歌声结构中有很多相似之处,但就个体嗓音而言,仍会存在许多差异。通过利用物种基因学对53种不同的声音进行比对分析,科学家发现其 中有4种歌声最为相似,而发出这4种歌声的长臂猿物种有着最相近的DNA,相互关系也最为亲近。同时科学家还发现来自最南边地区的长臂猿比那些在较北边越南和中国的长臂猿更相近,这就表明长臂猿的发源地在较为北边的地区,普遍向南迁徙。

  通过这些研究,科学家推断出其它灵长类的歌声和叫声可能也会有地区差异,因此,这些研究成果可以更广泛的用于识别物种关系以及确定它们的迁徙经历。

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科学分析,跳蚤可以跳跃到自身长度100倍的高空中

  科学网(kexue.com)讯 2月12日消息,跳蚤一直是人们讨厌的生物,它们会跳到你的身上令你感到痛痒,也会骚扰你的宠物猫或狗。这些可恶的跳蚤之所以能"侵犯"到你的身体,是由于它们出色的弹跳能力。据科学分析,跳蚤可以跳跃到自身长度100倍的高空中。那么,跳蚤的弹跳力为何会如此之高?近日,剑桥大学的科学家们通过研究试验,揭开了跳蚤的跳跃之谜。

  据国外媒体报道,早前的研究针对的是跳蚤的腿部性能。科学家们通过使用高速摄影装置抓拍到了跳蚤运用腿部跳上家庭宠物身上的全过程。当时已经发现了跳蚤蓄力时,腿部像是弹簧往外拉一样。当跳跃力量足够时,腿部会像弹簧一样弹射出去,将它们送入空中。但是之前的研究并未区分出,跳蚤到底是依靠足尖还是膝盖进行跳跃的?然而,最新的研究为呈现了这个问题的答案。

马尔科姆(Malcolm Burrows)教授表示,这项研究耗时数年,最终发现了跳蚤超高弹跳力的秘密。跳蚤们通过足尖蹬地的方式,让大腿形成了一个弹弓型结构。这种跳跃方式与大多数昆虫相差甚远,仅有蟋蟀等一些长腿昆虫会用这种方式进行跳跃。当跳蚤需跳往极限高度时,它们会让足尖用力与地面接触,使自身的腿部能构成一个简单的杠杆系统。这样能达到最强的跳跃力度。

  马尔科姆教授与同事萨顿(Gregory Sutton)博士合作,将豪猪身上的10只跳蚤的51次跳跃镜头拍成了短片。萨顿博士说:"它们的体型要比蚂蚱小很多,这就增加了拍摄的难度。而且其他昆虫在黑暗中不会移动,只在光线良好时,才会跳跃移动。"

  研究显示,大部分昆虫在跳跃时只有足尖和膝盖两部分接触到了地面,但是跳蚤跳跃时只有足尖接触到地面。当昆虫的大腿不再向下弯曲的时候,它们便会喷向空中。那些使用膝盖跳跃的昆虫与同时使用膝盖和足尖的昆虫的跳跃方式如出一辙。该项研究被刊登在了最新的生物实验杂志(Experimental Biology)上。

  科学家们在电子显微镜下发现,跳蚤的腿在处于极致紧压状态时,它的胫骨和足尖都成绷紧的态势。相反,膝盖却毫无用力的反应。这就证实了跳蚤下压蓄力确是依靠胫骨和足尖。为了方便获取数据,科学家们还建立了跳蚤的数据模型。虽然该研究只对豪猪身上的跳蚤进行了观察,但是跳蚤的跳跃方式都是一样的,所以并无落差。

  据科学网(kexue.com)了解,大部分家庭里的跳蚤都寄居在猫狗身上,这种跳蚤会咬人,但是并不会在人身上进行繁殖。3毫米长的跳蚤会将它们的椭圆形卵产在了猫狗身上。由于这些卵在猫狗身上容易脱落,所以它们常常会将卵放在猫狗睡觉的毛毯上。这些跳蚤幼年常不见光,它们以毛毯边上的猫血为食。一旦成年后便摆脱虫茧,寻找可寄居的宿主。一般跳蚤的生命周期只有区区30天。

  另外,如此小的跳蚤起跳速度也令人惊叹,它的跳跃初始速度约为3.82km/h(3mph),最高速度大概能达到6.8km/h(4.3mph)。

  (科学网-kexue.com 蜘蛛侠)

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