科學十年回望（2）

科學十年回望（2）
知識通訊評論第100期

微型時間機器再訪古代生物

在過去十年裡，功能強大的新興X射線掃描和三維電腦模型已經改變了人們對骨骼、牙齒和貝殼的分析。然而，更具革命性的事情已在進行中：這是一種新型分析，能揭示骨骼證據無法提供的生物體解剖適應性，如恐龍羽毛的顏色或長毛猛獁象如何耐寒。

在過去十年裡，功能強大的新興X射線掃描和三維電腦模型已經改變了人們對骨骼、牙齒和貝殼的分析。然而，更具革命性的事情已在進行中：這是一種新型分析，能揭示骨骼證據無法提供的生物體解剖適應性，如恐龍羽毛的顏色或長毛猛獁象如何耐寒。

對史前世界的新觀點有賴於這樣的認識：諸如古DNA和膠原蛋白這樣的“生物分子”可以生存數萬年並且能提供有關滅絕已久的植物、動物和人類的重要資訊。

在過去十年裡，這一領域的發展出人意料。一九九七年，位於德國萊比錫的馬普學會進化人類學研究所的一個研究小組首次測序了一個尼安德特人的DNA片段，被譽為一個重要的里程碑。在過去的十年裏，這些分子讓歷史變得豐富多彩：古基因顯示一些尼安德特人是紅頭髮、白皮膚；被稱為黑色素體的含色素古細胞器揭示了中華龍鳥的絨尾巴是栗色的。

 

揭示滅絕已久生物的秘密生活或許對當今世界也有現實意義。一些研究人員希望利用古DNA把遺傳多樣性重新引入到像北極熊這樣的瀕危種群中。如果他們能成功，那麼滅絕已久的生物的分子可能會幫助挽救活著的生物。

——吉本斯（Ann Gibbons）

中國科學院南京地質古生物研究所所長、研究員楊群評論

古DNA研究始於上世紀八○年代，上世紀九○年代古DNA探索向遠古化石研究滲透，研究者對遠至數千萬年乃至上億年的中生代和第三紀化石進行了分析測試，並有一批似化石DNA的成果報導。

近十年來古DNA領域取得重大進展，主要得益於DNA測序技術的突破和電腦資訊技術的高速發展；從早期只能測定古代標本中的線粒體DNA小片段，到整個核基因組序列的獲得。最有影響的研究成果是西伯利亞猛獁象和歐洲尼安德特人的全基因組序列的測定，後者被評為二○一○年度全球十大科技新聞。

古DNA研究領域的重大突破為研究人類不同種群的起源和演化、晚更新世以來的生物地理區系演化及其與環境的關係、早期人類農耕、馴養過程等開啟了一個全新的視窗；不僅如此，古基因組學開闢了從基因水準探討滅絕生物的各種功能（比如尼安德特人的語言功能）及其演化特徵、可望將古代生物的多樣性資訊引入現代瀕危生物中，以實現生物保護的目標。

中國在古DNA研究領域有些有益的嘗試，尤其在考古領域、第四紀研究以及DNA實驗埋藏等方面，有些重要探索，但是還沒有形成規模和突破傳統的影響力。古DNA研究對於中國考古學、第四紀古生物學和古人類學的發展和突破，是一個至關重要的方向。

人體微生物獲得遲到的尊重

自從十九世紀以來，人類一直在與細菌作戰，用抗生素、疫苗和良好的衛生習慣來防治疾病，結果是成敗參半。在過去的十年裏，人類對體內和體表的微生物和病毒的看法有所改變。人體每十個細胞中就有九個是微生物。僅僅腸道中就有多達一千餘種細菌，它們帶來的基因數是我們自身DNA承載的基因數的一百倍。

一些微生物使我們生病，但大部分與我們共生，把人體當作家。它們被統稱為人類微生物群系。同樣，一些病毒在人體內定居下來形成病毒巨集基因組，人們剛開始瞭解其對人類健康和疾病的影響。

在過去的十年裡，我們已經開始看到微生物的基因如何影響我們從食物中攝取能量，以及微生物和病毒如何幫助免疫系統做好準備。認為人類與其細菌和病毒元件是緊密交織在一起的看法具有廣泛的意義。

 

微生物群系和病毒巨集基因組的概念十年前還不存在。如今，研究人員有理由期望，有朝一日他們能夠通過調控身體裡的病毒和微生物來改善健康、治療疾病。

——潘尼斯（Elizabeth Pennisi）

上海交通大學生命科學技術學院教授趙立平評論

微生物組的概念對很多人來說還比較陌生，它是指生活在人體內的所有微生物的總和。人體的微生物組的細胞數量是人自身細胞的十倍之多，而中國深圳華大研究院等單位的大規模測序結果表明，人體微生物組編碼的基因總量是人自身基因總量的一百倍之多。上海交大等單位的研究表明，被高脂膳食破壞的腸道微生物組可能是引發肥胖、糖尿病等疾病的關鍵因素；受中國“藥食同源”思想的啟發，他們找到一些了可以優化菌群結構，預防代謝性疾病的膳食干預方法。中國科學家在國際頂級刊物發表的論文和在該領域重大國際會議上做的大會報告表明，中國的微生物組研究在國際學術界已經擁有一席之地。

(本文原刊《科學新聞》雙周刊）