【Science】十 年 见 解 总 结

发炎露出黑暗的一面

不久前，发炎的作用曾经很清楚：它是身体治疗者的助手，在免疫细胞修复因外伤或感染而受损的组织时短暂出场。如今，那不过是马后炮。发炎还有更大的用场。在过去的十年中，人们已经广泛接受了这样一个事实：发炎是杀死几乎我们所有人的慢性疾病背后的推动力，如癌症、糖尿病和肥胖症、阿尔茨海默氏病、动脉硬化。在这方面，发炎露出其狰狞面目，摒弃其帮忙者的一面，使病人病情加重。

切菜时不小心切了手时，身体会迅速反应。白血细胞迅速降临、消毒伤口，组织修复工作开始。这种发炎反应也有其缺点，造成发肿、发红和疼痛。（事实上，“发炎”的英文单词来源于拉丁语动词inflammare，意思是放火。）但毫无疑问，急性发炎起的都是积极作用，是好几千年前演化而来的对创伤的反应，使我们健康、让我们活着。

发炎的阴暗面于20世纪90年代开始出现。研究人员在研究显然毫无关联的疾病时发现，免疫细胞在病灶聚集。动脉硬化是因脂肪斑块在动脉里堆积造成的，是首批入选的疾病之一。20世纪80年代，美国西雅图华盛顿大学已故的罗素?罗斯（Russell Ross）在动脉硬化组织中观察到了巨噬细胞；这些白血细胞是发炎的标志。慢慢地，随着越来越多的人对动脉组织进行分析，越来越多人同意发炎应答参与进来的观点。有T细胞。有干扰素伽玛，这是免疫系统生成的，部分地为了其发炎工作。还有基因变异体，它是由冰岛的deCODE公司发现的，这些变异通过加重斑块的发炎使人们容易患心肌梗塞。今年4月份，《自然》杂志上发表的一篇文章描述研究人员利用一种新的显微镜技术发现了血管中微小的胆固醇晶体在小鼠患病早期引发炎症。

其他情况提供了类似故事情节。1993年，哈佛大学的一个研究小组发现，肥胖小鼠的脂肪组织在大量生产一种传统的炎症蛋白。十年后，一篇接一篇的文章揭示出巨噬细胞侵入啮齿类动物和人的脂肪组织与他们多么肥胖之间的关联。进入炎症故事的新角色包括炎症神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。不过这里，发炎究竟是疾病的原因还是来凑热闹的不是很清楚。

在大多数与炎症有关的慢性疾病中，发炎似乎只是加重疾病而并非病因。例如癌症，过去十年里发表的论文指出，肿瘤和发炎症共同作用制造灾难：肿瘤扭曲健康组织，导致组织修复，从而促进细胞增殖和血管生长，帮助癌症扩散。尽管是肿瘤细胞的基因突变引发癌症，但是有证据显示，周围组织的炎症帮忙诱导这些细胞的癌变。

癌症患者出现炎症的原因至少部分与炎症的一般病因一样：组织损伤。在其他疾病中，炎症的出现更为神秘。例如，在神经退行性疾病里，有一些因神经元丢失造成的组织损伤，会刺激炎症，但也有证据显示，炎症帮助杀死神经元。炎症似乎也推动2型糖尿病的两个成分：胰岛素抵抗和产生胰岛素的胰腺?细胞死亡。

就肥胖症来说，现在还不清楚为什么炎症会渗透脂肪组织。但是，一些理论正在出现。其中一个理论提出一个错误的免疫应答：肥胖症患者的脂肪细胞新陈代谢不正常，免疫系统认为脂肪细胞需要帮助，于是派巨噬细胞前去救援，尽管巨噬细胞只起破坏作用。

证明炎症加重任何疾病的最可靠的办法是阻止发炎并检验这样做是否有帮助，这样的实验正在进行中。2007年，瑞士苏黎世大学医院的马克?多纳斯（Marc Donath）和他的同事们描述了一个2型糖尿病临床试验的结果，这个试验曾被认为毫无道理。70名患者分别接受安慰剂或阿那白滞素（anakinra）。阿那白滞素是一种偶尔用于治疗类风湿关节炎的药物，它抑制白细胞介素1。白细胞介素1是一种促炎细胞因子，既促进发炎的蛋白质，2 型糖尿病患者的?细胞中发现有该细胞因子。在多纳斯的小规模研究中，药物阿那白滞素有助于控制病情，这个结果发表在《新英格兰医学杂志》上。因为长期用阿那白滞素治疗糖尿病不是一个好选择，所以，几家公司正在竞相开发替代品。

调节与慢性疾病有关的炎症是一个新的科学前沿，是否能成功还是个未知数。在炎症跟研究人员玩捉迷藏这么久之后，他们正在跟踪一个接一个的线索，尽量保持领先一步及时发现需要灭掉的火。

深入挖掘。　巨噬细胞是慢性病与炎症之间有紧密联系的早期线索。

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光的新奇技巧

艾萨克?牛顿出版《光学》后三个世纪的今天，这门古老的科学变得非常怪异。在过去的十年中，物理学家和工程师们开创了引导和控制光的新方法，创造了超越普通镜片分辨率根本极限的透镜，甚至制造了在某种条件下使物体隐形的“斗篷”。

这些成就大约一半来自一项新技术、一半来自一个极聪明的想法。技术是“超材料”：这种用小棒、小环或小导线组装的集合物质具有奇特的光学特性。想法是转换光学，是一个告诉科学家们如何通过调整超材料的属性以达到如隐形这种特定效果的设想。

超材料通过控制光和其他电磁波起作用。当光波进入正常材料如玻璃时，材料会改变光的电场和磁场，使光波的速度降低至某一个特定的新速度。减速度使这个新介质具有不同的折射率。这个效应解释了为什么水杯中的吸管看起来在水面处是弯的。在自然材料中，以一定角度进入的光波总是朝更往更深处的方向弯曲，标志着材料的折射率大于1。

早在1968年，俄罗斯物理学家维克托?韦谢拉戈（Victor Veselago）提出，可以设计一种具有负折射率的材料，使光波的弯曲更奇特。如果水的折射率为负数，那么放在水杯里的吸管看上去好像在自身下弯曲回来。韦谢拉戈认定，用这样的材料可以造出平的“超级透镜”（superlens），其聚焦能力比曲面透镜还强。他的这个观点沉睡了几十年。直到在20世纪 90年代末，伦敦帝国理工学院的物理学家约翰?彭德里（John Pendry）和同事们发现：碳纳米管长而细的形状有助于其吸收无线电波。

彭德里开始琢磨其他人造材料可能怎样影响电磁波。铜导线和带有缝隙的铜环能与在特定频率的电磁波产生共振，彭德里认识到通过调节这些共振，他能独立地调制一种超材料的电磁性质使其在微波段表现出负折射率。他还推测，应该能制造出韦谢拉戈说的那种超级透镜，用其可以看到比物体所反射的光波长二分之一光还小的物体。传统的透镜或其他光学仪器都无法突破这个“衍射极限”。但彭德里认识到，超材料可以通过放大极小的共振来突破这个极限，被称为渐逝波的微小共振是光在特定条件下产生的。

彭德里的想法引发了一连串的实验。2001年，彭德里与当时在美国加州大学圣地亚哥分校、现在北卡罗来纳州达勒姆的杜克大学任职的物理学家大卫?史密斯（David Smith）合作，制造彭德里提出的微波段的负折射率材料，但是他们花了好几年时间才说服科学界这种材料能工作。仅仅几年后，其他研究小组报告说取得了初步成功，造出了超级透镜（superlens）和相关设备——超超级透镜（hyperlenses）。

这之后，事情变得更奇怪。2006年5月，彭德里及同事与英国圣安德鲁斯大学的理论家乌尔夫?莱昂纳特（Ulf Leonhardt）分别报告说，超材料可以通过改变光路线避开物体让物体隐形，就像水流绕过巨石一样。短短5个月后，史密斯和他的博士后大卫?舒瑞格（David Schurig, 现在罗利的北卡罗莱纳州立大学）以及其他同事成功展示了这样一个环形隐形装置。

这个装置并不完美，它只对某个特定频率的微波起作用。真正的进步在于它背后的概念。爱因斯坦在广义相对论中提出，空间和时间（又叫时空）以改变光轨迹的方式被拉伸变形。所以莱昂纳特和彭德里想象，通过弯曲空间来控制光线绕开圆形区域，使那个圆形洞里的东西隐形。

理论家们随后认识到，可以通过具有特定电磁波特征的超材料体填充没有变形的空间来模仿空间这种极端的伸展。他们给出了用于制造这种转变的数学理论。原则上来讲，这个理论让研究人员能够以他们想要的几乎任何方式来弯曲光线，但前提是先制造出相应的超材料。

奇迹继续发生。2008年，研究人员制造出了一个在某个波长范围内工作的微波斗篷。同一年，加州大学伯克利分校的物理学家张翔和同事们造出了第一个在三维空间起作用的隐形斗篷设备。相关的隐形斗蓬已被造出，可在红外线和可见光下工作。

很难说这些成就将带来哪些发展。令哈利波特迷失望的是，要制造一个在可见光波长内让人体大小的物体隐形的斗篷，成功的希望不大。但微波段的超材料设备可能有很多的实际用途。转换光学的观点是如此美好，如果不用它造出一些有用的东西，似乎是对灵感的极大浪费。

现在你可以看见它了。　超材料让光线绕过物体成为可能，创造出一个人为的视觉盲点（见下图）。一张磁盘状的超材料对微波起作用（见左图）。

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科学与政治面对面 气候学家倍感压力

大多数见解都来得突然，令人惊讶：比如一个新理念的突发，或是找到一个问题漂亮的解决方案。过去十年在气候科学领域的主要见解则完全不同。40年来，研究人员一直在努力回答三大问题：世界气候是否在变暖？如果是的话，人类活动是气候变暖的原因吗？自然过程有可能控制气候变暖吗？在过去的几年里，气候科学家最终达成一致意见，给出了确定的答案：是，是，不可能——正如他们曾经猜想的。

曾有过惊讶，而且是不好的。温室气体增加对海洋和极地冰的影响比模型所预测的更快。然而，面对减少碳排放这个明显的补救措施，世界各国都不愿意。甚至在美国，虽然气候科学的结论越来越强，但是强烈的政治抵制迫使气候科学家们不得不为自己的公信力和动机辩护。

这个突如其来的逆转让研究全球变暖的科学家们遭受了意外打击。自从1979年以来，他们在一个又一个组织的支持下发布了有关温室效应这门科学研究现状的评估报告；1990年，新成立的联合国政府间气候变化专门委员会（United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change, 简称IPCC）成为全球气候研究的领头者。IPCC在1995年发布的第二份评估报告委婉地宣称“权衡正反两方面证据表明”人类在影响全球气候。到 2007年，IPCC已达成了一个牢固的科学共识：气候变暖是“确定无疑的”，主要原因“非常可能”是人类，自然过程“非常不可能”削弱这个过程。 IPCC研究过程的广度和深度似乎淹没了小小的、但广为人知的反对声音。

世界各地的最新进展放大了这个讯息。20世纪80年代到90年代，大多数研究人员认为，温室气体增加预计到21世纪中晚期才会产生较大的影响。但是到了当前这个十年的中期，北极海里的冰在夏季明显消失，冰架分裂成碎片，格陵兰岛和南极西部冰川冲进海里。飓风卡特里娜淹没了新奥尔良，而当时科学家们正在争论温室气体会怎样加剧飓风和增加其发生的次数。到当前这个十年底的时候，甚至海洋酸化也已经是一个观测到的事实。2006年4月，《时代》杂志的一个封面故事把全球变暖当作一个确定的事实，并提出直接而严峻的警告：“要担心。要很担心。”

但是，强大的国家所作的却不是如此。作为2000年总统候选人，乔治?沃克?布什曾承诺要控制二氧化碳排放；但是当上总统后，他迅速背弃了自己的诺言，拒绝签署《京都议定书》，而在这三年前已经有187个国家通过了这个有关限制排放的条约。接着几年里，布什政府做了不少工作，试图更改几分气候科学报告的结论，从而淡化气候变化可能产生的影响，导致本国的立法机关和海外的谈判者多次都未能通过综合国家法规或国际法规。欧洲通过了限额交易制度，取得了初步成功，但甚至世界野生动物基金会都说，“迹象显示，直到现在该制度对欧洲的长期投资决策都没有任何影响。”

华盛顿的新政府改变了调子，但是并没有改变方向。2008年总统大选期间，巴拉克?奥巴马承诺到2050年，要把排放总量相对于1990年削减80%；选举过后，美国众议院通过了一项法律，基本上实现了奥巴马的承诺。但是同一年，总统奥巴马在2009年12月哥本哈根重要谈判中未能通过关于限制排放的具有约束力的一个条约，之后这个法案在参议院就被否决了。

同年11月，从英国东安格利亚大学服务器中截取的科学家之间的电邮通信被公开，给气候科学带来一阵强烈的负面宣传。后来一个五个专家的小组证明了这些科学家并没有不正当的科学行为。即便如此，这次事件可能已经深深破坏了公众对气候科学的看法，而其政治影响还没有展开。上个月的美国国会选举或许暗示了将要发生的事：赢得众议院选举的大多数共和党、几乎所有共和党参议员和许多众议院候选人对气候变化背后的的基础科学提出了质疑，其中少数人指责整个领域是一个阴谋。“现在还在继续的关于气候科学和科学家的战争让布什政府看起来反而显得温和，”里克?皮尔茨（Rick Piltz）如是说，他在1995年到2005年期间任白宫气候官员，现在主管华盛顿特区的“气候科学观察”监督组织。

现在有采取行动的迹象。美国环境保护局正在准备进行削减大型发电厂排放的战斗；最近，中国、印度尼西亚、巴西和印度作出了有史以来第一个控制温室气体排放的承诺。但是，“气候鹰派”已经耽误了时间、失去了动力，而且现在很多专家认为，主导未来十年的政策讨论的将是如何适应变暖的地球，而不是减少二氧化碳排放。

现在正反面都有。　全球变暖的后果——干燥和湿润——比预期来得更早。

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以下翻译来自官网

为了庆祝本世纪第一个十年的结束，《科学》杂志的新闻记者和编辑从他们的每周报道中停了一下，以更广的视角来看自新千年的黎明以来的那些改变了科学面貌的10大科学卓见。 “十年中的10大卓见”列名如下。

黑暗的基因组: 基因常常会得到所有的荣耀。 但现在研究人员认识到，这些编码蛋白质的基因区域仅占整个基因组中的1.5%。 而其余的基因组部分，其中包括小的编码和非编码RNA —— 过去曾被当作“垃圾”而勾销 —— 现在被证明它们与其它的基因同样地重要。

精密宇宙学: 在过去的十年中，研究人员演绎出了一种非常精确的有关宇宙内容物的配方，它是由普通物质、暗物质和暗能量所组成的；他们还演绎出将所有这些放在一起的说明指示。 这些进展将宇宙学转变成为一种有着标准理论的精确科学，它现在留给其它理论的活动空间已经非常小了。

古老的生物性分子: 了解像古老的DNA和胶原质等“生物性分子” 能够经受好几万年的时间可为人们提供有关死去已久的植物、动物和人类的重要资讯，这为古生物学提供了一大裨益。 对这些极其细小的时光机器所做的分析现在已可披露骨骼上的证据所无法提供的诸如某一恐龙羽毛颜色，或长毛猛犸象如何承受寒冷气温等解剖学上的适应性变化。

火星上的水: 在过去10年中对火星所做的6次的探索已经为人们提供了清晰的证据，即该红色行星上曾经有足够的水 —— 这些水或是在火星上或是存在于火星之内 —— 以改变火星上岩石的组成及可能维持生命。 这种火星水可能存在于地球开始出现生命的时候；但即使是现在，火星上仍然有足够的湿度以鼓舞科学家们寻找火星上的呼吸着的活的微生物。

细胞重编程: 在过去的10年中，关于发育是一种单向道路的概念已被完全改变。 如今，研究人员已经知道如何将充分发育的细胞进行“重编程”，使其成为所谓的多能细胞，并使其重新获得了成为其身体中任何类型细胞的能力。 这一技术已被用于制造来自罹患罕见疾病病人的细胞系，但科学家最终所希望的是能够培养出在基因上相配的替代细胞、组织和器官。

微生组: 我们对那些在人体中存活的微生物及病毒看法的重大转变使得研究人员产生了微生组的概念， —— 也就是说宿主以及生活在宿主身上或内部的其它生物的的总体基因组。 由于我们身体的90%的细胞实际上是微生物，科学家们开始了解微生物基因将会怎样显著地影响我们能从食物中吸收多少的能量，以及我们的免疫系统会如何对感染做出反应。

外行星: 在2000年的时候，科学家们只知道26颗位于我们太阳系外的行星。 到2010年的时候，这一数字已经跳升至502颗，并且还在增加。 随着新兴技术的出现，天文学家预计会在宇宙中发现大量的地球样的行星。 但迄今已经发现的较大行星的尺度和轨道，正对科学们理解行星系统是如何形成和演化的产生了***性的影响。

炎症: 还在不久之前，炎症被称作是我们愈合体系中的简单的辅助：它会短暂地出现，帮助免疫细胞对由创伤或感染所引起的组织损害进行重建。 但是现在，研究人员相信，炎症也是一种造成慢性疾病的驱动力；这些慢性疾病最终会造成我们绝大多数人的死亡，其中包括癌症、阿兹海默病、动脉粥样硬化、糖尿病及肥胖症。

超材料: 通过合成具有非常规和可调光学性质的材料，物理学家和工程师开拓了引导和操纵光线、制造可挑战分辨率根本性限制的新方法。 他们甚至已经开始创建可令一个物体无法被看见的“斗篷”。

气候变化: 在过去的10年中，研究人员已经确定了围绕全球气候变化的某些基本事实： 世界正在变暖，人类是造成暖化的原因，而地球的自然过程不太可能会减缓暖化的进程。 但是未来的十年将决定科学家和政策制订者会如何根据这一至关重要的资讯来采取行动。

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在北京时间12月17日星期五凌晨，有关《科学》杂志年度突破、十年之洞见的文章以及《科学》杂志主编Bruce Alberts的一篇相关的社论及有关的多媒体将出现在http://www.sciencemag.org/special/insights2010/ 网站上。

The Dark Genome
Since the publication of the human genome sequence in 2001, scientists have found that the so-called junk DNA that lies between genes actually carries out many important functions.
Precision Cosmology
Precision Cosmology
In the past decade, cosmologists have deduced a very precise recipe for the content of the universe, as well as instructions for putting it together, transforming cosmology from a largely qualitative endeavor to a precision science with a standard theory.
Ancient DNA
Ancient DNA
Scientists have been giving us new views of the prehistoric world in the past decade that hinge on the realization that "biomolecules" such as ancient DNA and collagen can survive for tens of thousands of years and give important information about long-dead plants, animals, and humans.
Water on Mars
Water on Mars
The past decade's half-dozen martian missions have made it clear that early in Mars history, liquid water on or just inside the planet did indeed persist long enough to alter rock and, possibly, sustain the origin of life.
Reprogramming Cells
Reprogramming Cells
By prompting a cell to overexpress a few genes, researchers have discovered in the past decade how to turn a skin or blood cell into a pluripotent cell: one that has regained the potential to become any number of cells in the body.
microbiome
The Microbiome
This past decade has seen a shift in how we see the microbes and viruses in and on our bodies, most of which are commensal and just call the human body home; collectively, they have come to be called the human microbiome.
Exoplanets
Exoplanets
Data on the 500-and-counting planets discovered outside of our solar system in the past decade are revolutionizing researchers' understanding of how planetary systems form and evolve.
Inflammation
Inflammation
Over the past decade, it has become widely accepted that inflammation is a driving force behind chronic diseases that will kill nearly all of us: cancer, diabetes and obesity, Alzheimer's disease, and atherosclerosis.
Metamaterials
Metamaterials
In the past decade, physicists and engineers pioneered new ways to guide and manipulate light, creating lenses that defy the fundamental limit on the resolution of an ordinary lens and even constructing "cloaks" that make an object invisible-sort of.
Climate Change Research
Climate Change Research
In the past few years, climate scientists finally agreed that the world is indeed warming, humans are behind it, and natural processes are unlikely to rein it in-just as they had suspected.

全文见附件

多能诱导干细胞其实都不新了~可是偶们还是没条件做~
希望一直就影响着生物界好了，别影响医学界了，又多了很多竞争~哈哈

学长真是涉猎广泛呀

科学发展好快！

伟大的科学。