美国《科学》杂志1997年12月19日刊评选出了1997年十大科学成就。这是《科学》杂志第九次在科研领域根据其对科学和社会进步的影响评出的十项重大进展。十大科学成就原名年度分子，但从去年被定义为；对科学理论或实践或对科学的社会应用产生重大变革的个别发现，这一定义与过去相比，含义更为广泛。

克隆技术

—年前，很少有人会猜想到1997年最惊人的成就会是一只小羊。但在2月下旬，一只7个月大的小羊——多利，吸引了大家的目光，这只咩咩叫的白鼻子小羊是第一只从成熟体细胞克隆得到的哺乳动物。一般认为，成熟体细胞不能发育成为另一成熟动物，但多利羊的出现，使人们对胚胎发育、克隆技术及其应用有了新的理解。

和其他成就一样，克隆技术是几十年来多个领域进展的结晶。羊生殖生物学、基因操作和细胞培养等领域的进步为多利羊的出现铺平了道路。其中最重要的技术是核移植，就是把一个完整的细胞核转移到一个移去自身细胞核的卵细胞中。从1952年在青蛙上进行实验开始，研究胚胎发育的人员已花了40年的时间来完善这项技术。他们把胚胎细胞或蝌蚪细胞的细胞核转移到青蛙的卵细胞中，成功地得到了蝌蚪甚至青蛙。但提供DNA的青蛙越老，所得克隆发育正常的可能性越小。如果供体细胞来自成蛙，克隆则不能发育到蝌蚪期之后。在模式哺乳动物小鼠中，结果更令人失望，研究人员只能从很早的胚胎发育时期（2-4细胞期）克隆得到可以成活的小动物。于是大多生物学家开始认为成熟细胞不能形成完整的动物，尤其是小鼠。只有卵细胞才具有这一特殊功能，他们称之为全能性。

但苏格兰爱丁堡附近的罗斯林研究所的一个研究小组怀疑以前的失败是由于供体的DNA处于和受体卵细胞不同的细胞周期中。1996年，他们宣布用核移植技术产生了两只来自胚胎细胞的克隆羊。接着，他们又从胎羊成纤维细胞得到了克隆羊。然后，他们与一个地方生物技术公司合作，试图做一件人人都认为不可能的事情：从成熟体细胞克隆羊。他们使用了来自一只6岁母羊乳腺的培养细胞，使它们饥饿，迫使其大多数基因进入生活状态，研究人员希望这样可以与受体卵细胞的细胞周期相配。乳腺细胞核一旦转移到卵细胞内，某些未知因子就“诱骗”6岁细胞的失活DNA返回过去，使它又成为全能的并指导卵细胞发育成羊。在277个这样的卵细胞中，只有一个产生出了健康的活体：多利羊。很清楚，克隆不过是像孪生的个体一样，而并非真正的完全相同。多利并不是用于克隆它的母羊的确切复制品。因为它既未在其子宫中发育，也未获得其线粒体细胞器中的基因。

核移植实验正在许多别的物种中进行，但迄今为止，还没有人能从成熟体细胞生产出第二只动物，克隆技术专家指出，多利羊亲代细胞的性质尚不能确定，它有可能是一个干细胞，能够发育成为几种不同的组织。但即使如此，成熟体细胞具有全能性也为替换缺失或损坏的细胞提供了一条可能的简便途径。

克隆技术在实践上很重要，因为它可用于创造大量的生产有用蛋白的相同动物。第一批这种动物——两只带有人Ⅸ因子蛋白（在一些血友病患者中用于帮助凝血）的转基因羊已被克隆。它也可能用来生产其他经过遗传修饰的牲畜，如更好的遗传病动物模型、动物器官供体和更瘦、生长更快的牲畜等。克隆的意义更为深远，它为癌症、发育甚至衰老的研究开辟了一条新的途径。它也带来了激烈的伦理学争论，在中国、美国、瑞士和其他国家引起了禁止克隆人类的呼吁。但不管是欢迎还是恐惧，1997年的克隆技术使科学家和公众一起重新思考有关生命的基本观念，并反对滥用我们正在增长的操纵生命未来的能力。确实，现在还不能准确地预测克隆技术的发展方向。虽然开始的反应是一致反对克隆人类，但已有人认为这种克隆说不定哪天可以为不育夫妇遗传后代，从而占有一席之地。不管研究向哪个方向发展，公众都好像要求对如何应用克隆技术有一个说法。生物学家、伦理学家和其他人将围绕这一羊圈中的新生事物思考很长时间。

探索者号胜利登陆火星

谈到火星探索，到达那里就完成了任务的一半。从太空时代到1997年初，共派遣了19次飞行任务，有一半以上失败了。自1976年来，没有一次飞行能够接触到火星的土壤。所以在今年7月4日，当“火星探路者”号登陆器发回第一幅机器人在另一星球漫步的图像时，这一天一片欢腾。但“探路者”号不仅仅是一项惊人的技术成就，它还从红色行星一个令人感兴趣的部分带回了丰富的科学信息，并且代价很小，作为国家航空航天局的第一个“更快，更节省，更好”的探索飞行任务，“探路者”号打破了探索火星注定失败和代价高昂的历史。登陆吸引了全世界的观众，并证明美国航空航天局在太阳系探索中尝试采用新的较小规模的方式是正确的。

考虑到“探路者”号小题大做的火星登陆方式，它的技术成功就更令人印象深刻。以前的登陆器依靠昂贵的火箭首先进入环绕目标的轨道，但“探路者”号是在一层简单的隔热板后直接进入大气层，还在超音速飞行时就弹出一个降落伞，然后开始用上面的雷达寻找地面。几乎是在最后一秒钟，飞行器发射出它的3个小的返回卫星，并将降落伞从登陆器释放。登陆器包裹在气袋内，在最后30米以自由落体方式垂直下落，然后弹跳直至停止——正面向上。

当这个漫游者开始送回资料时，在有线新闻电视网上实时播放和在国际互联网上几乎是实时播放的彩色火星风景图像吸引了人们。对地理学家来说，图像还显示了10亿年前的洪水的痕迹，它曾雕刻出了远处的山峦，堆积了近处的巨石，还在地面上留下数以米计的波痕。对一些岩石所作的成分分析表明其中硅的含量惊人，提示在火星历史上地质力量曾对岩石进行了再加工。还发现了可能由流水侵蚀形成的圆形鹅卵石，进一步表明火星表面在它的历史早期较为温暖潮湿，此时，生命有可能会开始形成。

加州帕萨迪那喷气推进实验室的飞行任务工程师在3年发展规划时间内完成了所有的工作，仅用了不到2.7亿美金。如此节省与过去越大越好的宇航器设计模式形成鲜明的对比，例如到土星的“卡西尼”号耗资33亿美金。“探路者”号是国家航空航天局希望进行的一系列大型探索计划中的第一次成功。接下来，I月5日，“月球勘探者”号将被发射到环绕月球的勘测轨道中。

同步加速器与物质结构

X-射线和紫外线用于揭示物质的原子结构已有很长时间了，但大家都认为1997年是新一代运动场大小的同步加速器的丰收年。它能产生至今最亮的光束，从单个原子的水平揭示物质的结构秘密——不管是活的还是无生命的、今年，世界上最大的同步加速器Spring-8在日本的Nishi-Harima投入使用；第二大同步加速器，伊利诺州Argonne的高级光子源已圆满运行了一周年。

世界各地的同步加速器在物质结构领域获得了惊人的突破性进展。最精彩的包括：一个国际小组使用法国Grenoble的欧洲同步加速器辐射装置（ESRF）来产生核小体核心颗粒的分子水平图，为研究该蛋白核酸复合体如何把数米长的DNA卷入每个细胞提供了新的线索。一个瑞士和法国小组使用ESRF光速来揭示细菌视紫质的结构。它是一种膜蛋白，晶体很小，以前探测其结构的尝试都失败了。牛津大学的一个小组揭示了至今最大的X-射线晶体——蓝舌病病毒的结构，该病毒由1000个以上的独立蛋白组成。

尽管取得了这样出色的结果，美国的预算困难仍然危及到了一台叫高级光源的新紫外线同步加速器。但从世界范围来看，同步加速器并没有显示出趋缓的迹象——另外26台正在运转之中。

记录时间

随着1997年的日子一天天过去，生物钟研究工作者不断用新的发现来记录时间。他们分离了几个帮助保持昼夜节律的新基因，包括首次发现的两个哺乳动物时钟基因。一个果蝇时钟基因在果蝇全身都处于活化状态，提示不仅仅是脑细胞，别的很多细胞也可以记录时间。

今年以前，只鉴定了3个时钟基因，两个在果蝇中（per和ttm），—个在面包霉中，叫做frequency（frq）；这些基因编码的蛋白浓度随阳光决定的24小时周期而起伏。去年5月份，研究者报道了面包霉中的两个新基因，White-1和2，它们能启动句的转录，从而参与了保持时钟运转的反馈机制。5月末，另一小组分离了哺乳动物中第一个时间记录基因——一个叫做Clock的小鼠基因，它好像还能调节昼夜节律。

9月，两个小组在小鼠和人中各自独立地发现了一个类似于果蝇per 基因的新基因。在人和果蝇这样迥异的物种中有相似基因，这暗示着组成时钟齿轮和发条的基因从生物历史早期起就保留下来了。1997年末，研究者发现per不仅在果蝇的脑中是活化的，在许多别的组织也有活化。这提示体内有许多独立的时钟在运转，脑只不过是众多时间记录者之一罢了，

远方的剧变

射线爆炸是宇宙中最剧烈的事件，30年来它们一直排在宇宙奥秘前十位的前列，γ-射线爆炸是几乎每天在天空中随机位置发生的高能辐射爆炸，于20世纪60年代初第一次检测到。但Γ-射线探测者不能精确地确定它们的位置和离地球的距离。一些天文学家认为爆炸是远方事件，而另一些则认为它们发生在我们自己的星系里。

2月28日，意大利-荷兰卫星BeppoSAX用两个不同的探测器同时探测到γ-射线和X-射线的爆炸。卫星上的X-射线望远镜还能捕捉到爆炸的余辉并确定其位置。从互联网上得到提醒，荷兰天文学家在金丝雀岛上的观察室里发现爆炸处有微弱的可见光，好像来自遥远的星系。

10周后的1997年5月8日，同样的现象发生了——BeppoSAX第二次探测到爆炸与一个可见光源联系在一起。这一次，美国科学家能够用建在夏威夷的望远镜来详细研究爆炸的光线，并将其距离定在几十亿光年。γ-射线爆炸好像发生在宇宙中遥远的地方，使它们成为宇宙中至今最剧烈的事件，仅次于大爆炸本身。但是什么远方灾变导致了这些爆炸呢？可能是两个密度很大的中子星发生碰撞，但真正的原因还有待来年回答。

尼安德特人DNA—瞥

自从1856年在德国尼安德峡谷发现第一具尼安德特人的骨骼以来，人类学家就想搞清楚这种强壮的人种究竟是现代人的祖先还是一个进化盲支，后来又发现了更多的尼安德特人，但仅仅骨骼还不能解开这一奥秘。

7月份，慕尼黑的一个小组宣称它从原来的尼安德特人的臂骨中得到了一小点DNA并做了分析。研究者从细胞的能量生成细胞器——线粒体的DNA中拼凑出了379个碱基对的序列。这一序列与现代人的有很大差异，支持尼安德特人并非我们的祖先，而是一个不同的灭绝品种的观点。

尼安德特人基因组只有一小部分被重建，但这是从人类中提取的最古老的DNA，有30，000到100，000年之久。它是困难重重的古DNA研究领域的一个胜利。以前，引人关注的分析琥珀中的昆虫DNA的主张未能再次出现，使很多人几乎放弃了从古化石中提取有用DNA的想法。但这一工作在一个美国实验室里再次完成了，使怀疑者也开始信服这是真的。

纳米管的改良

自从1991年纳米大小的碳管被发现以来，它就被认为是生产所有东西的良好材料，不管是未来的电子设备还是超强度物质。1996年，研究者开发了一种基于激光的方法来制造高产贵的单壁纳米管的结构和可预测的变化而受到赏识。例如，理论学家很早就预测：根据它们的结构，单壁纳米管应能成为半导体或金属，成为电子设备的关键建筑材料。科学家在1997年证实了这两个预测。发现单个纳米管是极好的导体，在其外表面用添加剂处理将会改善这种性能。一对多边形之间化学键排列的细微变化可以使纳米管变为简单的半导体电子设备，别的研究者证明他们能够通过在纳米管中填充气体或氮化镓棒来对其进行操作。

今年，一个法国和美国合作小组还发现了一种低成本的生产单壁纳米管的方法，即用简单的电弧放电，它使这些圆柱体更易于得到从而也更利于研究。但所有已知方法还不能生产成吨的单壁纳米管来作为日常所需材料，所以生产更大批量纳米管的努力还将继续下去。

另一个海洋

今年，行星学家收集的详实证据表明我们的海洋并非是唯一的。环绕木星飞行的“伽利略”号太空飞船发回了木星的卫星Europa的地表图像，图像表明它看起来好像一个冰壳漂浮在海洋上。“伽利略”号还不能得到存在一个深海的绝对证据，但刚刚发现的流态水是一可信证据，这一生命的重要成分提示在Europa的冰层下有可能存在另一海洋。

Europa海洋有种种痕迹。断层、断裂和混乱的外壳板块提示表面的冰层在被最后一次打破时厚度较薄；有一处板块好像冰山漂浮在一个现已冻结的海洋上。一些碰撞形成的巨坑好像穿破了薄冰层，形成扁平的伤痕而非带边的坑洼。

这些线索和其他线索一起，揭示Europa表面曾受过破坏。冰层仅有10到20公里厚，以下100公里或更多为液态水。大片的区域几乎没有被微小碰撞物的毛毛细雨所损伤，提示破坏是最近发生的，甚至还在进行。“伽利略”号未来14个月的深入研究可能会提供更多的证据，但最终还要靠提议发射宇宙飞船环绕这个卫星探测来寻找答案。

丰富的基因组资料

不断积累的微生物遗传学资料今年又增添了两块基石。分析基因组曾被视为空中馅饼，但现在遗传学家离这一目标越来越近了。

研究者对两种常用研究微生物的整个遗传编码作了序列测定，它们是常见的肠道细胞大肠杆菌和土壤细菌枯草杆菌。这些细菌被生物学家用于实验研究已有很长历史了，它们的基因组长度大于400万碱基对。现在，科学家们可以把经典的生理生化研究和与其中涉及的基因联系起来。

今年也是全基因组测序启动的一年。鸟枪法曾被视为非常规方法，但现在在基因组小于200万碱基对的生物中却得到了广泛应用。今年，用它获得了3种古细菌（能够适应极端环境的原始微生物）和几种病原体的基因组，后者包括导致溃疡的幽门螺杆菌和导致莱姆病的Burgdorferi疏螺旋体，还有40多种微生物基因组的工作正在进行。

这些结果既令人振奋又令人遗憾。振奋的是，有了整个基因组的对比，研究者可以把基因分为功能性家族或祖先遗留家族。生化学家正在根据这些研究寻找关键代谢途径中的新蛋白，以便解答诸如病原体如何感染宿主这样的问题。遗憾的是，即便是在常用的大肠杆菌中仍有三分之一左右的新基因尚不知道功能，这是对来年工作的一个挑战。

神经元研究进展

1997年，研究者的工作都指向寻找中枢神经系统工作机制的线索。因为总有一天，这些线索会给一些疾病带来新的疗法，此类疾病如帕金森氏病和脊髓损伤等。今年，科学家们找到了导致帕金森氏病的第一个

遗传因素。在一个大的意大利家系中，一个叫作α-synuclein的基因的突变与遗传性帕金森氏病相连锁。这一结果不仅结束了有关基因在帕金森氏病中是否起作用的长期争论，而且指出了该病的一种可能机制，它涉及到蛋白的异常加工。

产生多巴的脑细胞在帕金森氏病中死亡，对这些细胞的生物学研究也有了新发现。瑞典的一个实验室表明产生它们的正常发育及适量的多巴合成需要一个叫Nurrl的受体蛋白。

阿尔茨海默氏病也有了进展：研究者鉴定了一个新的潜在病因，即一种叫“AMY斑”的脑损伤可能会导致疾病。今年还让人们看到了受伤脊髓可以重接的希望。伦敦和圣地亚哥的一个小组发现，成熟大鼠受伤脊髓中神经纤维的生长伴随着一些功能的恢复，而以前认为这是不可能的。

[Science，1997年12月19日]