临床和实验医学杂志

【www.zhuodaoren.com--演讲稿】

临床和实验医学杂志(共10篇)

临床和实验医学杂志（一）：

动物实验是医学研究常用的方法和手段,在人类疾病的调查和防治研究等诸多方面发挥着巨大作用.目前,国内外公认实验动物质量的标准化与否直接影响着科学研究水平的高低,实验动物水平应当与科学研究的水平相匹配.因此,人们愈来愈重视实验动物的标准化问题.但是,医学研究论文中对实验动物应用状况的描述尚未引起人们足够的重视,而描述的状况既从一个侧面反映了实验动物应用的情况,也反映了科研论文的规范化程度〔1〕,并进而影响论文的质量和交流.作者通过对《中华医学杂志》、《中华内科杂志》、《中华结核和呼吸杂志》、《中华病理学杂志》、《中华肿瘤杂志》、《中国病理生理杂志》、《中国应用生理杂志》、《解放军医学杂志》、《第三军医大学学报》和《第四军医大学学报》1991～1996年各期刊载的呼吸系统疾病论文为例进行调查,并随机抽检了《Respiration Physiology》、《European Respiratory Journal》、《American Review of Respiratory Disease》及《American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine》中应用实验动物的文章.填写问卷,依文献计量学方法进行统计分析,结果如下：
1.10种杂志文献中呼吸疾病所占数量有明显差异,平均占总量的12.93%.其中《中华结核和呼吸杂志》中呼吸疾病占80.31%,《中华内科杂志》中占11.57%,《中华肿瘤杂志》中占10.11%,《中国病理生理杂志》中占9.55%,比例较高.《中华病理学杂志》中占7.96%,《中华医学杂志》中占4.81%.《中国应用生理杂志》中占5.54%.而《第三军医大学学报》中占3.73%,《解放军医学杂志》中占2.31%,《第四军医大学学报》中占2.53%,比例较小.
2.约有1/4的研究论文是通过动物实验进行研究工作的,几乎涉及呼吸系统的各种疾病,主要以阻塞性肺气肿、肺原性心脏病、支气管哮喘、呼吸衰竭、肺癌为主.几种杂志不平衡,《中国病理生理杂志》所占比例高达75.25%,《中国应用生理杂志》所占70.27%,比例较高,《第四军医大学学报》为62.07%,《第三军医大学学报》为48.00%,《中华医学杂志》为32.76%,《解放军医学杂志》为18.52%,《中华结核和呼吸杂志》为13.15%.而《中华内科杂志》和《中华肿瘤杂志》较少,分别为7.74%和8.60%.这与各杂志刊文的侧重点有关.
3.理想的动物模型应是规范化的,能够准确地重复再现.为此,应严格控制影响因素,力求一致性.影响复制的因素可分为两大类：动物因素和环境因素.动物因素包括遗传因素、性别、年龄、疾病因素.环境因素包括营养、气候、理化、居住因素.因此,研究论文中对这些因素均应描述.调查中发现文章标题作为研究核心,有39.08%的文章没有注明实验动物的种名,有些文章应用了不规范的俗名,如“大白鼠”、“小白鼠”等.24.43%的文章没有交代实验动物的品系、品种.57.47%的文章既不记叙实验动物的来源,也不交代其遗传背景.性别、年龄和体重因素,分别有31.32%、99.13%和13.79%的文章无记叙.一些文章实验动物的数目偏少,不足以达到统计学的要求.有11.78%的文章甚至未提实验动物的数目.当然,近交系动物可以突破统计学上的要求,但也必须满足一定的数目.
4.动物实验的条件：98.56%的文章根本不提及饲养方式,99.14%的文章对实验环境未记叙,仅有1篇文章(占0.29%)提到了实验动物的合格证.有5篇文章是应用裸鼠进行的实验,其中仅1篇提及动物实验条件.
5.动物实验的处理方式：为不影响实验结果和操作者安全,以及减少动物模型处理因素的干扰作用,对实验动物进行恰当处理是必要的.调查中发现,57.76%的文章未记述麻醉剂,72.41%的文章未记述处死方式.有较多的文章写着“处死后……”,但未谈如何处死.有86.78%的文章叙述了施加实验因素时所采用的方式,有61.49%的文章记述了所用动物模型的制法或依据,考虑到了采用不同的模型处理的结果会完全不同,如何实施实验因素的方式是应当记叙的,但该调查中发现竟有13.22%的文章未谈及.
6.动物实验设计的问题：动物实验设计也应当参照并遵守临床实验设计的三大原则〔2〕：随机化、重复、对照.根据实验动物的情况,有时还应当在最后采用双因素方差分析.调查发现,45.40%的实验未随机分组,19.54%的实验未设对照,全部文章均未使用双盲法或采用双因素方差分析.因此,在实验设计上尚有值得改进的地方.
客观地讲,目前我国应用实验动物的水平与发达国家(如美国,日本)还有一些差距,因为实验动物的应用情况,受到国家相关的政策法规、经济发展水平及科学技术水平等多重因素的影响.从随机抽检的文章〔3～5〕中可以看出,国外几种与呼吸疾病相关的杂志对实验动物的描述具有以下特点：(1)品种、品系描述清楚；(2)强调来源；(3)体重明确；(4)等级明确；(5)饲养环境和实验环境明确；(6)性别明确；(7)有对饲养方式的描述(如饲料类型、营养水平、照明方式、温度、湿度要求)；(8)所用动物数量准确；(9)对动物的健康状况的描述详细；(10)对动物实验的处理方式有单独清楚的交代；(11)全部有对照,部分采用了双因素方差分析.当然,国外杂志有些文章也有不足,比如对动物年龄描述不够明确,也未见使用双盲法.发达国家目前动物检测工作有专门的机构,可以保证试验结果的可靠性.
随着实验动物质量不断提高,动物实验条件的不断改善,动物实验应用领域也愈来愈广泛.但是,许多动物实验研究论文中往往将试剂生产地、产品批号等描述十分详细,而对实验动物的条件却记述很少,甚至一些学术水平很高的科研论文,对实验动物方面的记述也很简单.这种状况应当引起广大科技人员的重视.

临床和实验医学杂志（二）：

对照有空白对照 安慰剂对照 实验对照 自身对照 标准对照
随机的方法有完全随机化和分层随机化
三要素是受试对象 处理因素 实验效应
临床试验要注意使用盲法 医学伦理问题 多中心实验和临床试验的评价
任务来源不太确定 应该有各种基金来源的 比如自然基金

临床和实验医学杂志（三）：

临床和实验医学杂志（四）：

五项能改变医学史的生物科技重大突破
据美国大众机械杂志报道,随着科学技术的日新月益,近年来生物医学技术也得到快速发展,比如：从唾液可检测出癌症,打一针即能沿着身体脊髓生长出新的神经组织等.目前这些世界上最新的生物医学技术已模糊了生物学和科学技术之间的界线,它们共同的目标是帮助恢复、提高人类的生活质量,以及延长人类的寿命.
1、抗腐微生物细菌
生存在牙齿上的细菌能够将糖转化为乳酸,而乳酸可以腐蚀牙釉质导致牙齿被蛀坏腐蚀.位于美国佛罗里达州的ONI BioPharma公司最新研制一种新型菌株,叫做“SMaRT”.它不会产生乳酸,却会释放出一抗菌素,可以杀死这些自然导致腐蚀的细菌.牙医只需在牙齿上涂上一层SmaRT,即能实现避免牙齿被蛀蚀.目前在临床测试阶段,牙齿涂抹这种抗腐微生物细菌后便能够永远保持健康.
2、人造淋巴结
来自日本RIKEN研究院的科学家已成功研制出人造淋巴结,它可以生成免疫细胞用于对抗感染,虽然人造淋巴结有朝一日可以代替患病淋巴结,但目前人造淋巴结只能当成特意定制的免疫促进剂.医师用特殊的细胞填充淋巴结能够很好地治疗某些疾病,比如：癌症和艾滋病.
3、哮喘传感器
据统计,哮喘病患者占美国急诊患者的四分之一,但目前由美国匹兹堡大学科学家最新研制的一种哮喘传感器能够将哮喘就治人群数量直线下降.该传感器是一个手持型设备,外层是涂有一层聚合物的碳纳米管,该纳米管比人体头发直径还要细10万倍.它能够在短短1分钟内直接分析出人体呼出的一氧化氮气体数量,据悉,一氧化氮气体是哮喘发作之前在肺部形成的一种气体.
4、唾液即能检测出癌症
之前医生所采用的活组织检查已过时,目前由美国加利福尼亚州大学洛杉矶分校的研究人员最新设计一种检测装置,仅需要提取患者的唾液样本即能探测出该患者是否患有癌症,十分便捷有效.与癌细胞相关的蛋白质能够对这种检测装置的色样产生响应,一旦该装置发现有癌细胞存在,便释放出荧光线,可用显微镜进行探测到.加利福尼亚州大学洛杉矶分校工程师Chih-Ming Ho强调称,我们可以使用类似的方法,通过唾液便能对多种疾病进行有效诊断分析.
5、生物起搏器
电子起搏器能够挽救人的生命,但是长期使用电子起搏器会导致其硬件磨损最终使该仪器无法使用.目前,多家大学的研究人员正在致力研制一种不需要电池的起搏器,这种生物起搏器注入心脏受损区域,可实现在干细胞中基因表达.该起搏器能够更好地适应患者的生理状况.经过实验这种生物起搏器能够减缓实验狗的心脏跳动速率,直至达到正常跳动速率,而且并不出现任何并发症现象.【临床和实验医学杂志】

临床和实验医学杂志（五）：

（1）胚胎发育过程：受精卵→桑椹胚→囊胚→原肠胚→幼儿．
（2）胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程．胚胎移植的生理学基础：a．胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致；b．哺乳动物的早期胚胎形成后处于游离状态；c．受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应；d．供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性不受任何影响．
（3）胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞．根据题干信息“皮肤细胞经过基因直接重组，后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞”可知，利用病毒分别将四个基因送入皮肤细胞，促使普通的皮肤细胞产生变化，最后成为带有胚胎干细胞性质的细胞，称为诱导式多能性干细胞（iPS）．这样获得的干细胞的研究，其最大突破就是在不破坏胚胎的前提下提取可以复制成器官或组织的细胞，不仅避开了长期以来有关生物技术的伦理（道德）问题方面的争议，也使其来源更加广泛而方便．在基因工程中，这四个基因称为目的基因，所利用的病毒称为载体，在基因工程中常用的工具酶有限制性核酸内切酶和DNA连接酶．
（4）通过体细胞核移植技术，从患者身上取出体细胞，将其细胞核植入去核的卵母细胞，从而获得早期人类胚胎，然后再从中培育“患者自身的”胚胎下细胞供医学临床使用的技术叫做治疗性克隆．中国政府对生殖性克隆人研究所持态度的“四不原则”是：不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人的实验．
故答案为：
（1）桑椹胚、囊胚、原肠胚　　　　　　
（2）供体     受体    a．胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致；b．哺乳动物的早期胚胎形成后处于游离状态；c．受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应；d．供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性不受任何影响
（3）早期胚胎或原始性腺   胚胎干细胞    目的基因   载体   限制性核酸内切酶和DNA连接酶   　伦理（道德）问题
（4）“治疗性克隆”不赞成、不允许、不支持

临床和实验医学杂志（六）：

已发,应该是你要的

临床和实验医学杂志（七）：

刚果红试纸遇到碱性溶液变蓝,遇酸性、中性溶液不变色；即可用来指示溶液的酸碱性
PS：
医疗作用　　
美国哈佛医学院的科学家在23日出版的《自然》杂志上报告说,一种常用于医学实验的染料刚果红,能够阻止脑部一些异常蛋白质积聚,防治“亨廷顿氏舞蹈病”.
　　亨廷顿氏舞蹈病是一种遗传疾病,通常在30至50岁时发病,病人的细胞错误地制造一种名为“亨廷顿蛋白质”的有害物质.这些异常蛋白质积聚成块,损坏部分脑细胞,特别是那些与肌肉控制有关的细胞,导致患者出现不可控制的颤搐,并能发展成痴呆.
　　刚果红是医学实验中的一种常见的细胞标记染料.研究人员对亨廷顿氏舞蹈病患者脑部切片进行检查时,通常用刚果红对之进行染色.刚果红能附着在异常蛋白质上,清晰地显示出蛋白质块的积聚区.
　　哈佛医学院科学家进行的脑细胞组织培养实验表明,刚果红染料不仅能附着在异常蛋白质块上,还能减缓蛋白质的积聚过程,用刚果红处理过的脑细胞不易死亡.带有亨廷顿氏舞蹈病基因的实验鼠,接受刚果红染料注射后,也较少产生神经功能障碍.
　　科学家表示,这一发现为治疗亨廷顿氏舞蹈病提供了新思路,但还需进一步研究改进才能将这种方法用于临床.刚果红还被用于标记阿尔茨海默氏症、克雅氏症等脑病样本中的异常蛋白,因此它也可能有助于防治这些疾病.

临床和实验医学杂志（八）：

　　2006年诺贝尔生理学或医学奖由两个美国科学家,安德鲁·法尔和克雷格·梅洛获得,以表彰他们发现了RNA(核糖核酸)干扰机制.虽然奖项名目既涉及生理学,也涉及医学,但针对本年度两位获奖者及其成果,欧美媒体无不把今年这一奖项称为诺贝尔医学奖.
　　对生物体内RNA的研究,是近年来生物学界和医学界无可争议的热点.曾有科学家形容：这是一个RNA时代的到来.而这样一个热门领域的产生,源于1998年美国人安德鲁·法尔和克雷格·梅洛在《自然》杂志上发表的一项研究成果：他们首次将双链RNA导入线虫基因中,并发现双链RNA较单链RNA更能高效地特异性阻断相应基因的表达,他们称这种现象为RNA干扰.他们的这一发现也促使后来的科学家认识到,生物体的基因转化的最终产物不仅仅是蛋白质,还包括相当一部分RNA.
　　“幕后使者”左右基因沉默
　　有人这样比喻：DNA是电影胶卷,RNA是放映机,蛋白质是在银幕上播放的电影.那么,放映的过程就是“基因表达”.
　　“安德鲁·法尔和克雷格·梅洛的重大发现,为人类对生命的研究开辟了一个非常广阔的领域.有些科学家认为,他们的这一研究成果好像宇宙学中的暗能量,是生物研究的一个全新世界.他们获得诺贝尔奖是名副其实的.”中国科学院生物物理研究所蛋白质工程实验室主任、国际人类基因组组织委员陈润生研究员评价说.
　　转基因植物和转基因动物中往往会遇到这样的情况：外源基因存在于生物体内,并未丢失或损伤,但该基因不表达或表达量极低,这种现象称为基因沉默.
　　其实早在20世纪70年代,人们就认识到了RNA会影响生物体的整个生命活动.但当时人们对于RNA的理解,还仅限于生物体的基因是由DNA(脱氧核糖核酸)通过转录形成信使RNA,随后翻译形成蛋白质才能起作用.
　　1990年,科学家为了加深矮牵牛花的紫色,将添加过量的合成色素的基因拷贝入细胞,结果事与愿违,不仅转入的基因未表达,而且自身的色素合成也减弱了,转基因的花出现了白色或全白色,当时他们把该现象称作共抑制.后来在对真菌、线虫、果蝇、老鼠等动物细胞的进一步研究中,这种现象也得到了确认.
　　陈润生说,直到1998年,科学家才真正认识到这种分子的力量.“RNA干扰”现象是在线虫试验中观察到的,安德鲁·法尔和克雷格·梅洛将外源的双链RNA加入到线虫的基因中,发现它能抑制特定基因表达相应的蛋白质,首次证明此过程属转录后的“基因沉默”,并证明了小RNA分子是某些基因抑制现象的“幕后使者”.
　　全新基因被发现
　　“许多人将这个词翻译为RNA干扰,而我更倾向于将它解释为RNA干涉.”陈润生说：“因为干涉的意思更能体现RNA是对于特定的目标基因起作用,而不是杂乱无章的.”
　　生物体的这一机制被安德鲁·法尔和克雷格·梅洛揭示之后,科学家推论,这一机制本身应是为生物体内部服务的.果然,科学家随后发现,生物体体内本身也存在这种产生双链RNA的基因,只不过一直没有被发现而已.
　　“这种RNA就叫做小RNA基因,也是生物体遗传密码的一部分.这种RNA基因实际上是内源性的.以前人们一致认为RNA最后的产物是蛋白质,这种传统意义上的由DNA产生单链RNA的基因现在通常的叫作编码基因；但小RNA基因的发现让人们认识了另外一类基因,它们的最终产物是RNA.”陈润生解释说：“小RNA就是其中一种,小RNA是双链的,较一般RNA短得多,它能对细胞和基因的很多行为进行控制,可指导染色体中的物质形成正确的结构.这些最终产物是RNA的基因叫作非编码基因.目前在高等生物体内发现的非编码基因数量越来越多.从RNA干扰现象发现对RNA调控的一套全新的机制,是这几年生物学中的重大革命.”
　　虽然小RNA的作用机制目前还未完全搞清,但在线虫、果蝇、植物细胞及动物卵细胞的研究中已证实,直接导入或转染入细胞的小RNA通过特异性的几种酶的作用,可进一步形成RNA诱导基因沉默的复合体.这些复合体能特异性地与靶向信使RNA结合并进入再循环,进而形成不断放大的瀑布式放大效应,从而使RNA干涉作用在短时间内即可迅速有效抑制有害基因蛋白质或多肽的合成.
　　RNA干扰机制的发现引导人们发现了一种全新的基因.科学家们逐渐发现,非编码基因的数量是非常大的,在高等生物体内,科学家们认为非编码基因的数量可以和编码基因相比拟.“这个发现使得我们人类对基因的研究,从只有一个蛋白质的世界,现在变成了RNA和蛋白质两个功能元件组成的两种元件世界.这让我们人类对各种生物的了解变得更加丰富,更加多样,并且能更好的说明生命的复杂性和多样性.”陈润生说.
　　科学家认为,成千上万非编码蛋白质的RNA分子组成了巨大的分子网络,调节着细胞中的生命活动,这好比宇宙中的暗物质,将为基因组和生命科学研究提供重新审度细胞及其演化过程的新思路.
　　让致病基因“沉寂”
　　RNA干扰又有什么用呢?有迹象表明,某些小RNA分子能够通过引导基因打开或者关闭来决定某一个细胞的命运,这将会对引诱细胞形成某种特定类型的组织产生深远的影响.近年的研究发现,用这种方法,可以导致相应蛋白质无法合成,从而“关闭”特定基因,控制入侵细胞的病毒.这给人们看到了治疗艾滋病和癌症的新希望.
　　陈润生认为,利用RNA干扰研究基因功能是对基因基础研究的一个便捷工具.科学家利用RNA干扰对目标基因进行特异性地表达沉默,通过观察其表达被抑制后细胞乃至生物体从形态到各项生理生化的变化来推导该基因的功能.
　　这些自身存在的RNA不但是高等动物中有,高等植物中也有.2003年科学家发现,病毒中也存在这种基因,现在几乎所有的生物中都被证明存在这样的非编码基因.
　　陈润生介绍说,目前,RNA干扰现象的后续研究实际上是朝着两个方向发展的：一是基础研究方面,继续研究在生物体内存在的RNA基因的功能、调控机制以及和蛋白质(编码基因)的关系；二是深入研究RNA干扰现象,把RNA干扰现象用到可能应用的情况,比如说医疗实践,例如用于抑制肿瘤的和其他疾病的基因.
　　“这种技术还被用于基因治疗研究,很多医学研究也正在利用这种技术,希望直接从源头上抑制致病基因,以治疗癌症甚至艾滋病等重大疾病.”陈润生说：“目前,已有研究证明在培养的哺乳动物细胞中,RNA干扰可用于抗病毒和抗肿瘤等的基因治疗.艾滋病、老年痴呆等重大疾病今后都有可能通过这种新途径被治愈.此外,对于特定疾病的诊断,以后不一定只能以蛋白质为指标, RNA也可能成为检测重大疾病的标识物.这个领域未来的前景是非常广阔的.”
　　正是由于RNA干涉技术有望从“根”上治病疗疾,致使病基因静寂关闭,所以人们自然渴求尽快应用于临床.但目前此项新技术研究大都来源于离体细胞实验,在体动物实验则刚刚开始,真正应用于人类疾病的防治尚待时日,还需要科学家广泛深入和细致持久的研究.

临床和实验医学杂志（九）：

神奇微生物吃铁为生
它们食入铁锈,清理污染的下水道,并同时产生电能,这些微小的生物中可能包含着原始生命的线索.自从Derek Lovley发现一种神奇的泥土细菌以来,这个微生物家族真的带给我们许多惊奇.
Lovley早就知道,如果有一些必需的原料,比如硫酸盐、沼气等,一些微生物可以在无氧环境下生存,因此,他推测,这些微生物也可能利用铁来生存.因此,从1987年起,Lovley开始研究泥浆里的微生物,并最终从里面发现了这种“吃”金属的细菌.他从美国华盛顿附近波拖马可河中挖取富含金属的泥浆,回到实验室后,在试管里加入泥浆,放进一些醋酸盐——微生物最喜欢的食物——然后观察.最后,他注意到微小的黑色的矿物质聚集于试管的底部,存在于毛茸茸的红色的氧化铁(即铁锈)的包围当中.如果把磁石放在试管的一边,所有的铁质小片都流向磁石的那一边.这些黑色的矿物质就是磁铁矿.
这种可以降解铁锈的泥土菌,通过向铁传递电子而获得生存的能量.在这个过程中,它们把铁锈变成了磁铁矿.这种生物的代谢方式是独一无二的：它们利用食物中的金属来获得能量,就像人类利用氧气一样.磁铁矿在2百万年前是地球上储存的主要磁性矿物,因此,Lovley推测这种微生物可能是早期磁铁矿产生的主要来源.
从那以后的17年里,Lovley发现了这个细菌家族超过30多种类型,并且测出了一些基因序列.最近他又测出了这个细菌家族中一种更加神奇的细菌的基因,这种细菌能够产生电能,并且可以净化被铀污染的下水道.
“不要小瞧微生物世界的能力,”科学家们相信,自1987年Lovley的发现以来,这一系列泥浆细菌家族的发现以及其他可降解金属的细菌被不断的发现,是通向一个全新、具有独特生物代谢方式的微生物世界的开始.
“我们越来越明朗的看到,这些微生物在地球的微生物总量中占有很大的比例,他们是维护地球环境和生态进步的巨大推动力量.
自从嗜金属的泥土菌被发现以来,Lovley和他的同事们就在设想利用这种特殊的微生物来保护地下水,解决水污染的问题.因此,科学家们呼吁人们保护这些神奇的嗜铁锈微生物.
电子牧羊犬“牧放”微生物
作者：亦云
人类放牧的历史已有数千年,比如牧放山羊、绵羊、牛等.但是人类最初放牧并不是件很容易的事.后来,人们开始利用牧羊犬把牧场里的牲畜集中在一起.例如,一种叫作“博德”的牧羊犬（Border Collie）就具有独特的本领,可以很轻松地把牛羊集中起来.
那么能否找到一种很简单的方法集中微生物?其实找到微生物世界的“牧羊犬”,其意义非常重大.比如,在宇宙飞船或国际空间站上,饮用水系统如果被病菌污染将是一件很可怕的事.同样,地球上的城市供水系统也至关重要.在暴发重大疫情或有恐怖分子对供水系统进行破坏时,迅速把水里的微生物集中起来,然后进行有效处理就显得尤为重要.
“电子博德牧羊犬”初露锋芒
由美国航空航天局资助的科学家小组,正在位于美国得克萨斯州的A＆M大学里,开发一种能集中微生物的装置,他们称这种装置为“电子博德牧羊犬”.电子牧羊犬的工作原理其实很简单：一些微生物的细胞膜带电,如果在这些微生物存在的环境中加一个电场,微生物就会定向移动并最终被吸附,从而达到将微生物集中的目的.
单细胞微生物的细胞膜,把细菌和外部的微环境隔离开.目前的观点认为,细胞膜主要是由脂类分子构成的双分子膜,在这层双分子膜中镶嵌着多种糖类和蛋白质分子,这些分子共同承担着微生物细胞和外界的多种交互作用（包括能量和信息传递等）.镶嵌在脂类分子层上的各种分子的表面,都聚集着数量不尽相同的电荷,有的分子带正电荷,有的带负电荷.虽然细胞膜的酸碱度和一般的饮用水差不多,但是这些镶嵌在脂类分子层上的分子,总体上呈现出微电负性的特征,即负电荷多.因此,这些微生物必然会被正电极所吸引.
传统的微生物探测器在工作时用来盛放微生物样品的是一个容积很小的水槽,水槽的体积大概只有1升水的千万分之一.这使样品检测面临一个问题：由于所采集的样本量非常少,因此,若致病微生物已经在供水系统中广泛扩散,那么很有可能待测样本中根本没有包含致病微生物.这样,检测的结果就有可能误导人们.
苏瑞舍·佩莱教授等人设计的这种装置,每小时可以对5升循环水进行处理,这些水在被处理时要经过数百根并联的管子,每一根管子的直径大约只有1／4毫米.这些纤细的管子里设置有电极,当这些电极带正电并且有水流过时,水中的微生物很容易被吸附到管壁上.当把这些电极转换成负电极时,吸附在管壁上的大量微生物就会瞬间从管壁脱落.这样一来,便可以把需要检测的水样中的微生物聚集起来.
待检测的水经过这种装置反复循环几次后,水样中大多数细菌和病毒就能够被吸附.利用这种装置,十几升水中的微生物可以被收集在一个只有千分之一毫升的装置里,在那里自动检测装置可以对水样中微生物的数量和种类进行分析.如此一来,确定水样中是否含有病原微生物就变得轻而易举.
佩莱教授介绍说,该装置可以把水样中90％的微生物收集起来.接下来他的工作是,和同事拜斯柯克确定电极的工作强度.也就是说,多大的电场强度吸附微生物最适合.同时,用来吸附微生物的纤细管子的直径和数量也要确定.并且他们计划在1年内确定实验用的原型机.
新发现极热生命形态：在沸腾中旺盛的微生物
科学家日前发现了一种深海微生物,这种微生物比其它生物都更能耐热,它在121摄氏度的高压下仍能继续生长和繁殖.科学家将其非正式的命名为Strain 121,它是在海面以下几英里的喷涌浓缩矿物和高温海水的热液出口处发现的.目前科学家正着手探究它最大限度能承受的热量.
这个生产Strain 121微生物的出口地位于芬兰以南大约400公里的地方,这种微生物是首次发现的能在121摄氏度的高温下生长的生物有机体.
去年,马萨诸塞州大学的生物学教授德里克-拉夫力和研究者克兹姆-凯斯福从一块海底的热液出口附近采集来的植物中分离出了 Strain 121.当研究员把Strain 121放入121摄氏度高温的高压灭菌锅(这是一种以高温消毒的医疗器械)中,而令人惊奇的现象出现了,在如此高温下,Strain 121竟能继续生长和繁殖.
拉夫力说：“这个温度能够杀死所有的已知生命,而Strain 121却存活了下来,这刷新了生物可以承受的最高温度的新记录.”以前所知的生物所能承受的极限温度是113摄氏度,这个记录是由一种名为Pyrolobus fumarii的微生物创下的.
特拉华州大学的耐高温微生物研究专家克雷格-凯瑞表示, Strain 121的发现是一个令人难以置信的事情,不过他还表示,也许存在在121摄氏度以上仍能存活的微生物.
拉夫力和凯斯福所研究的Strain 121标本采集自太平洋以下2.4 公里的一个海底热液出口.起初,标本被送到拉夫力的实验室是为了离析生长在铁上的微生物,但是,他们却意外的发现了Strain 121.Strain 121并不是一个异常的生物有机体,它获取能量的方式与人类一样,人类利用氧从食物中获取能量,而它利用铁从它的食物中获取能量.
从化学角度来分析,Strain 121的呼吸作用在简化三价铁到亚铁的过程中,形成了磁铁矿,这也是大约20亿年前地球上沉积的大部分含磁矿物的来源.
尽管拉夫力是分离和培养这种喜铁微生物方面的专家,但是凯瑞说,这个任务是极难完成的,而且很少有人能达到拉夫力的技术水平.
Strain 121是太古代的单细胞微生物,它与细菌相似但并不完全等同.“太古代”顾名思义是“远古”的意思,之所以如此命名是因为太古代生物几乎是处于生命之树的根部,它们一般生活在极端环境中,比如说极热、极冷、极咸或极酸等.
目前,拉夫力和他的同事正努力找出Strain 121 的基因组的排列顺序,并试图以此弄清楚这种微生物何以能耐如此高温.不过,拉夫力说：“一般来说,支持有机体在高温下生长的因素是比较难理解的.”
华盛顿大学的微生物地球化学家简-艾米德表示,Strain 121 只是众多能耐高温微生物中的一种,他并不认为Strain 121 的耐高温能力是超常的,他说：“与现存的所有有机体一样,它需要碳、能量、水和其它的所有生物所需要的一切东西,与众不同的是,它能适应高温和含铁能量物.”
凯瑞说：“让人吃惊的是,在导致大部分已知生物死亡的高温中,Strain 121的DNA仍然结合在一起,进行复制,而其它器官仍能保持正常的运行.”按照凯瑞的说法,像Strain 121这样的微生物在遗传基因上极可能有一套适热机制,他最后说：“这些东西在地球上已经有35亿年的历史了,它们有足够长的时间去解决这些问题.”
日发现人体结石中藏有微生物
日本冈山大学泌尿科教授公文裕巳等人最近发现,人体肾结石中潜藏着带有碳灰石外壳的微生物,这种微生物制造结石核,了解这种微生物的生态情况,对查明肾结石的原因,探索新的治疗方法大有帮助.
公文教授在研究中先把肾结石粉碎,然后用过滤器排除其他细菌,用经过放射线杀菌处理的牛胎血清培养,最后从中分离微生物.到目前为止,公文教授等人已经确认了42个这种微生物特定形状的粒子,分离出来的微生物直径为万分之二毫米,大小和最大的病毒差不多.继续培养这种微生物,它们就会被直径为千分之几毫米的外壳包裹.这种微生物汲取的营养和病毒所需的营养不同,汲取营养之后能够自我增殖.
公文教授认为,各地研究机构都没有从肾结石中成功分离出这种微生物,是因为它们增殖需要的时间长,培养困难.他说,人体含有这种微生物加上生活习惯不良等复杂原因导致形成肾结石,如果查清结石形成的机理,不仅可以开发治疗结石的新方法,而且还可以开发制造牙齿或促使骨头再生的新技术.

美科学家发现具有成矿作用的新型微生物
美国科学家最近在威斯康星州西南部一处废弃铁矿床的深处,发现一种能够“制造”极为细长的纳米级晶体的新型微生物.这种微生物和细长微晶体的发现,为人们探索生物成矿作用的机制开启了一扇更广阔的窗口.
3月12日出版的《科学》杂志发表了这项研究成果：来自加州大学伯克利分校和威斯康星－麦迪逊大学的研究人员不仅描述了这种由微生物制造的细长晶体的结构,而且对“制造”过程进行了深入分析.
据论文主要作者、加州大学伯克利分校地球与行星科学教授Jill Banfield介绍,这种晶体的独特性主要表现在它的直径／长度比非常大：直径仅有几个纳米而长度达到10微米,相差千倍以上,与人的发丝比例接近.
另一作者、威斯康星－麦迪逊大学物理学教授Gelsomina DeStasio表示,生物成矿作用广泛存在于自然界,骨骼、牙齿、贝壳以及一些坚硬的生物材料的形成都与此有关.微生物制造晶体有多种用途.一些细菌合成磁铁矿用于导航,另一些能够降解有毒金属.但这次发现的具有如此高直径／长度比的晶体结构以往从未出现过.研究人员推测产生细长结构的原因在于微生物体内长链聚合物的影响.
为辨明形成这种晶体的具体化学过程,研究小组运用了威斯康星－麦迪逊大学同步辐射研究中心的储存环产生的X射线以及一种新型显微镜,观察微生物聚合物和晶体间的化学作用,结果发现微生物聚合物确实是生成这种细长晶体的模板——由此也揭示出这种生物成矿作用的核心.
自然界中合成物质使用模板的现象比比皆是,但是动物和微生物如何在分子水平上应用模板却一直是个谜,因为同时考察柔软轻盈的聚合物模板和它异常坚硬的矿物生成品非常困难.这次美国科学家开创性地联合运用X射线光谱和显微镜的方法,为解开这个自然之谜提供了新手段.研究人员认为,这一进展将有助于人类模拟大自然创制的材料杰作,从而开辟仿生合成的新途径.
铁管道腐蚀之谜揭开 都是微生物在作怪
美国马萨诸塞大学的两位科学家近日发现了一种以糖为食物的微生物可以用作稳定的电能供应源,尽管其一次提供的电能不多,但足以为手机等小型电子设备持续供电.其中一位科学家德雷克-罗弗雷表示：“这种微生物实际上就是一种细菌电池.”
罗弗雷是在弗吉尼亚州一座蓄水池里发现上述微生物的,他将这一微生物泡在实验室的培养液里,然后将其置于燃料电池当中,随着微生物对摄入的糖进行代谢,这一过程当中产生的电子就会在燃料电池的一个电极集结从而形成微弱的电流.罗弗雷表示：“这一微生物可以使得糖代谢产生的 80%的电子形成电流,而此前大多数利用糖代谢形成电流的微生物燃料电池只能将代谢产生的10%的电子形成电流.”
上述细菌电池有一天也许会有很多应用,例如,其可以用于远程遥控的传感器或是家用电器的遥控装置.分析人士指出,罗弗雷发现的微生物最大的特点就是形成电流的效率极高.罗弗雷说,在实验当中,上述微生物已经可以产生稳定、长期的电能,电流尽管不是很强,但已经足够支持计算器和手机等小型电子设备.罗弗雷还表示,通过对相关设备进行微小的改进将可以大大提高上述微生物产生电能的数量,他说：“当我们使用石墨而不是电极棒时,我们注意到电流的强度大约增加了3倍.”
美国发现专吃氯乙烯的微生物 利于地下水清洁
美国科学家发现一种靠吞食有毒废弃物氯乙烯为生的地下微生物.科技日报报道称,这一发现为有效清除氯乙烯这种严重污染地下水源的化学物质提供了新的可能方式.
据称,美国微生物学家弗兰克·洛佛勒花了4年时间,从密执安州的地下土壤样本中找到了这种微生物,它就是人所周知的BAV1.过去,科学家已经在利用其他一些吞食有毒废弃物的微生物来治理环境污染,但靠吞食氯乙烯为生的微生物还是首次发现.
氯乙烯是一种最常见的有毒工业化学制品,能在土壤中存在好几百年,它通常以一种更复杂的化合物形式存在于干洗剂和金属清洁剂中.据介绍,短暂接触氯乙烯能引起头昏眼花、嗜睡和头痛.长时间接触则容易罹患一种罕见的肝癌.
现在,人们主要通过把受污染的水从地下泵吸出来,撒到空气中形成细密水雾,让阳光暴晒,使化合物自然分解来清除氯乙烯和其他有机化合物.但由于有毒化学制品能够黏附在地下土壤中,用这种方法既费时费事,也无法根除所有的污染物.
报道称,BAV1的发现将进一步加速科学家利用细菌清除有毒废弃物的步伐.这项发现将帮助科学家确定分解氯乙烯的酶,如果能够找到这种酶,科学家可能借助基因工程,培育出更多能在有氧条件下生存,或能比BAV1吞食速度更快的细菌来清洁地下水源.
美科学家发现新的微生物耐热“冠军” 130度还活着
美国科学家新近发现的一种微生物,在130摄氏度下仍能存活,打破了此前微生物的耐热记录,成为迄今已知微生物中的耐热“冠军”.
华盛顿大学的海洋学家们利用遥控操作的潜水艇,在太平洋海面以下2400多米深的胡安·德富卡海脊附近发现了这种微生物.它存在于含铁和硫等矿物的热泉水中.这些自海底喷涌而出的矿液呈黑色,能直立向上形成约3至4层楼房高的“黑烟囱”.
马萨诸塞大学卡谢菲等人随后利用高压灭菌器进行的实验显示,该微生物在加热至121摄氏度时仍具有繁殖能力,24小时内数量可翻一番.不仅如此,它在130摄氏度下存活两个小时后,再重新置于103摄氏度的环境下仍能继续生长.与之相比,前世界耐热“冠军”、1997年发现的一种最多可承受113摄氏度温度的微生物,在121摄氏度高压灭菌器中过了一个小时就热死了.
科学家们将新发现的微生物暂时命名为“菌株121”.他们介绍说,这是一种太古生物.太古生物是细菌以及包括人在内的真核生物之外的第三种生命形式,通常可在极热、极冷或压强极大的极端环境下生存.
这一研究成果发表在15日正式出版的美国《科学》杂志上.这一重要发现的意义在于,它更新了科学家们对生命所能承受的温度上限的认识,有助于更深入地研究地球生命的起源和演化,也为在其他星球上寻找生命存在的迹象提供了新线索.
新发现某种程度上也改写了微生物学的教科书.100多年来,微生物学家们一直认为,高压灭菌器在121摄氏度下能够杀死所有已知微生物,并以此作为医疗消毒等的标准.
另外,科学家们在新研究中还发现,与地球表面生存的微生物不同,“菌株121”不是用氧,而是用铁来进行能量转换.他们认为,这是以前不为人知的一种崭新的生物“呼吸”方式.地球早期在较高温度环境下产生的第一批生命,或许正是通过这种方式进行新陈代谢的.
没有厂房没有污染没有垃圾 法培育出微生物制药“工厂”
法国国家科研中心和阿旺蒂斯制药公司经过11年合作,用做面包的酵母为基础,成功培育出能合成氢化可的松的单细胞微生物“工厂”——转基因酵母,这种单细胞微生物就像一座生物制药厂,可按要求生产出氢化可的松.这是迄今完成的最大、最复杂的基因工程成果,《自然生物学》杂志认为,它具有重大的工业应用价值.
氢化可的松是人体主要的类固醇激素之一,主要作用是消炎,世界制药业每年需要生产几十吨这种激素以满足医疗需求.这项研究成果具有两方面的意义：一是从技术上实现了氢化可的松生产的飞跃.目前这种产品的生产过程很长,至少需要九道工序才能完成.如今,实现这些程序所必需的酶分子由15个来源不同的基因组成,其中9个是从人、动物或植物中提取,然后嵌入酵母的.这种转基因酵母组成了一个变化很大的单细胞有机体,与细菌的不同在于,它含有多个分隔开的小室,不同的合成程序将在不同的室内进行.二是该成果具有无可争议的工业、商业和环境效益.除生产程序的简化将大大降低成本外,还具有生产过程无污染、无附带垃圾,且药品纯度极高等特点.
主持研究工作的法国国家科研中心研究员德尼•篷篷认为,这项成果是更为环保的“绿色”化学的先驱,不仅其它类固醇可采用类似工艺,其它生物工程难以实现的、合成过程非常复杂的药物也可借鉴此法进行生产,这将大大节约药物生产所需的稀有植物或原材料.
南极冰湖中发现2800多岁的微生物
美国科学家们在南极一个冰湖中新发现了至少有2800岁的藻类和细菌,并成功使这些冰冻千年的微生物“苏醒”.这一研究为将来在火星等其他星球上寻找生命提供了重要借鉴.
伊利诺伊大学的多兰等研究人员16日在美国《国家科学院学报》网络版上报告说,他们是在南极维达湖钻孔提取出的冰芯中发现这些古老微生物的.利用碳14进行年代测定的结果显示,这些微生物至少有2800年的历史.而且,这些微生物体内的DNA保存完好,这将有助于更深入地研究微生物的演化历史.
维达湖长逾5公里,所处区域年平均气温在零下30摄氏度左右.早先的研究认为,维达湖整个儿就是一个大冰块,从湖面到湖底终年处于冰冻状态,并不适合生命寄居.但多兰等人的研究显示,即使冰湖也未必是生命的“荒漠”.研究人员推测,这些古老微生物的体内可能存在某些独特的抗冻物质,使它们冰封多年后遇到液态水便能复活.
多兰小组早在1996年就对维达湖展开了勘探.除了成功“复活”古老微生物外,他们在研究中还证实了维达湖并不像早先认为的那样,全部是冰冻状态,在厚厚的冰层下,维达湖底其实存在着一个低温、超咸的液态区域.
维达湖内的冰层厚达19米,其湖底新探测到的液体比普通海水含盐量高出7倍.在地球上没有完全封冻的湖泊中,维达湖是迄今已知冰层最厚的.类似维达湖这样的生态系统还是第一次发现.研究人员推测,该湖湖底的超咸液体中可能也有生命.
这一发现将来也许可以帮助科学家们在火星上与维达湖类似的环境中寻找生命存在的迹象.多兰说：“人们认为过去火星上曾存在大量液态水,如果生命真的在这个星球上诞生,那么在火星水完全成为冰冻状态前,类似维达湖的生态系统,也许是火星生命最后的栖身之地.”

用微生物造可降解塑料
也许不久的将来,无论是手提兜,还是装水果、蔬菜的塑料袋你都可以放心地扔进垃圾桶,不用再刻意进行分类,也不必担心它们对环境产生什么样的污染,因为这些提兜和塑料袋是用科学家新近开发出的新一代生物降解塑料制成的.
生物降解塑料是将微生物作为能量贮存体,存贮植物、动物脂肪或糖原.这种利用微生物生产的生物降解塑料实际上是一种聚酯化合物.德国明斯特大学微生物学家称,目前自然界只有少数几种微生物不能生产聚酯,绝大多数微生物可为人所用.能生产聚酯化合物的微生物到处都有,它们生活在土壤里,吸附在球状植物的根部、污水处理池及海洋里,它们犹如一座座“微型塑料加工厂”.
让微生物生产聚酯化合物的前提是要为它们提供足够多的有机物质.它们先将有机物质吃掉转变成微型球体,然后存入体内.研究人员从这些微生物身上取出微型球体,用溶剂溶解或用酶化解即可获得“生物塑料”.这种生物塑料的基本物质是天然脂肪酸.
通常,利用生物反应器生产的多聚物成本太高,无法用来生产酸奶盒、奶酪袋等日常包装材料.德国曾利用普通方法开发出可生物降解的化妆品瓶,但因成本过高而一直没有找到用户.现在,让微生物生产廉价的可生物降解塑料从技术上来讲已经获得成功,最急需解决的是产量问题.
用这种微生物获得天然脂肪酸的办法不仅能用来生产塑料袋,还能生产兼容性很好的生物制剂,尤其是脂肪酸聚合物.因为这种天然脂肪酸可在人体内缓慢释放,剩余部分也只是脂肪酸,不会产生副作用.从它的物理特性来说,它完全可以与人工合成材料相媲美.科学家已经对该材料进行了试验,用这种材料制成心脏瓣膜支架.他们认为,将来还可以用其制作骨钉及安全药剂.不过,迄今这种生物聚酯的临床应用之路尚未找到.
微生物的用途广泛.科学家相信,可利用这些微小的生物体产生各种聚合分子,也许能为人们提供自然界生物环境中所没有的基本物质.总之,用微生物生产生物降解塑料为人类解决全球白色污染问题找到了一条光明之路.
微生物解人类能源问题
美科学家以人造微生物制作高效氢燃料
美国科学家克雷格·文特尔和汉密尔顿·史密斯目前正率领一个研究小组利用人工方法制造微生物,并计划利用这种微生物作为高效的储氢材料.这种人造微生物的特别之处在于,它并不存在于目前的自然界中,科学家们仅仅在其体内植入了仅够维持其生命的必需基因,因而其体内的基因数目在已知生物中是最少的.
领导这项研究的文特尔和史密斯都是美国著名生物学家,前者因支持利用鸟枪测序法对人类基因组进行测序而蜚声全球,后者则是1978年诺贝尔生理学（或医学）奖得主.
在这项计划中,研究人员将利用基本化学物质来合成生殖支原体（Mycoplasma genitalium）细胞中唯一染色体的DNA,然后利用放射方法杀死其遗传物质,并利用人工制造的DNA来取代它.生殖支原体细胞的酶和RNA的功能将得到保留,但其整体的基因结构将是人工合成的.
这项研究与转基因技术有根本的区别.前者是用完全人工合成的基因组代替天然的基因组；而后者是从天然存在的基因组中剪切掉一个基因,或在其中移植入另一种生物的某个基因.
文特尔说,他们的计划只不过是他和其他科学家1995年在马里兰州罗克维尔进行的研究的继续.当时,科学家们为一种名为生殖支原体的细菌进行了测序.生殖支原体是已知的最简单、基因组最小的微生物,它只有一个染色体、517个基因,而人类的每个细胞中有23对染色体,约有3万个基因.在逐步确定生殖支原体内一些并非必需的基因后,科学家们开始系统地减少其体内的基因数目,并希望以此确定生殖支原体的生命存在究竟需要多少基因.1999年,科学家发表报告将数目限定在265至350之间.
文特尔表示,这项研究的目的是为了“构建”一种能够用来制作氢燃料的细菌,或者一种能够吸收和存储二氧化碳的微生物.他认为,他们的研究将使科学家能够在分子水平上了解到,单个细胞究竟最少需要多少基因才能完成生长和繁殖过程以及如何利用人工方式制造基因.文特尔和史密斯的研究得到了美国能源部提供的一笔总额为300万美元的资助.
文特尔承认,这项研究涉及的技术,从理论上来说有可能用于制造新的致病细菌,甚至用于研制生物武器.另外,人工制造新生物的研究是否符合科学伦理,在一些科学家中也引起争论.但文特尔声称,他们将慎重考虑该公布哪些研究细节,而且在实验中也会采取特定措施,例如去除与生殖支原体感染人类能力相关的基因,以确保研究的安全性.

临床和实验医学杂志（十）：

关于宇宙、关于地球、关于我们自身,有太多的谜题等待我们去挖掘.但哪些是最重要的未解之谜,我们距离找到答案还有多远?2005年7月1日,在纪念美国《科学》杂志创刊125周年之际,科学家们总结出了125个迄今我们还不能很好回答的问题,重中之重有25个.
■宇宙篇：
1、宇宙是由什么组成的?
一个脱口而出的答案是：由那些亮晶晶的星星组成的.但在最近几十年中,科学家越来越发现这个答案是不正确的.天文学家认为,组成恒星、行星、星系——当然还有我们——的物质,或者叫普通物质,只占宇宙总质量的不到5％.他们估计,另外25％,可能是由尚未发现的粒子组成的暗物质.剩下的70％呢?天文学家认为那可能是暗能量——让宇宙加速膨胀的力量.暗物质和暗能量的本质是什么?科学家正在用加速器和望远镜寻找这些问题的答案,如果找到了,其意义肯定是宇宙级的.
2、我们在宇宙中是唯一的吗?
45年前,天文学家弗克·德雷克首次启动了探寻地外文明的奥兹玛计划——用巨大的天线（射电望远镜）接受外星文明发射的信号.45年过去了,天文学家的努力仍然在继续着.然而,即使是迄今为止规模最大的“凤凰”计划,也还没有找到任何来自外星文明的无线电信号.
■地球篇：
3、地球内部如何运作?
40多年以前,一场地球科学的革命发生了.板块构造学说更新了关于地球自身的知识.但是关于地球内部构造的问题,仍然沿袭着革命之前的知识.科学家在这40年中所做的,就是把这个鸡蛋模型——分为地壳、地幔和地核进一步细化.借助于越来越先进的地震波成像技术,科学家正在研究地球这个庞大机器的运作过程.但是要掀起另一场科学革命,可能还需要半个世纪.
4、地球温室将变得多热?
尽管大气的二氧化碳浓度肯定会在这个世纪继续增加,尽管这种增加肯定会带来全球变暖,但是变暖的程度仍然不太确定.科学家一般认为,这个世纪二氧化碳浓度的加倍会带来1.5℃～4.5℃的升温.但是这不够精确.科学家正在发展新的数学模型,试图让数字更令人信服.
■数理化篇：
5、物理学定律可以被统一起来吗?
苹果落向地面、一道闪电划过长空、核电站反应堆里的铀原子衰变同时放出能量,超级加速器击碎质子：这几种现象代表着自然界中四种基本力的作用,也就是引力、电磁力、弱力和强力.宇宙间所有的物理现象都可以用这四种基本力进行解释.但是科学家并不满足.有没有可能把这四种力统一成为一种?上个世纪60年代,物理学家发现弱力和电磁力是可以统一起来的,它们是一种事物的不同侧面,统称电弱力.但是其余两种力是否可以和它统一起来?
6、在量子不确定性和非定域性之下,还有更深层次的原理吗?
量子理论已经诞生了100年有余,它产生了令人信服的应用成果,但是它也带来了反直觉：量子力学的不确定原理指出我们无法同时精确地获得一个物体的动量和位置.而非定域性让两个处于量子纠缠态的粒子的纠缠态同时崩溃,而不管它们相距多远.爱因斯坦就说过,尽管量子力学给他留下了非常深刻的印象,但是“一个内心的声音告诉我,它还不是真实的东西.”
7、我们能把化学自我装配推进多远?
在某种意义上,化学家是最喜欢发明的一群人,因为他们总是不断制造出新型的分子.尽管今天的化学家已经能制造出很复杂的化学结构,他们能让这项工作变得既简单又复杂吗?也就是说,让“原料”原子自己“装配”成复杂的结构,就像生命所表现出来的那种自我装配的特性.已经有一些化学自我装配的实例,例如制造类似细胞膜的双层膜结构.但是更高级的自我装配,例如自下而上地制造集成电路,仍然是一个梦想.
8、传统计算的极限是什么?
有些事看上去很简单但是解决起来很复杂,例如一个推销员要走遍相互连接的几个城市,那么怎样走才能实现总路程最近?城市数量的增加会让最强大的电子计算机也感到畏惧.上个世纪40年代,信息论之父香农提出了信息（以比特方式存在）储存和传递所遵循的物理规律.任何传统的计算机都不能超越这个规律.那么,在工程上,最终我们能造出多么强大的计算机?不过,非传统的计算机可能并不受到这些限制,例如近年来兴起的量子计算机.
■生物篇：
9、意识的生物学基础是什么?
17世纪的法国哲学家有一句名言：“我思故我在”.可以看出,意识在很长时间里都是哲学讨论的话题.现代科学认为,意识是从大脑中数以亿计的神经元的协作中涌现出来的.但是这仍然太笼统了,具体来说,神经元是如何产生意识的?近年来,科学家已经找到了一些可以对这个最主观和最个人的事物进行客观研究的方法和工具,并且借助大脑损伤的病人,科学家得以一窥意识的奥秘.除了要弄清意识的具体运作方式,科学家还想知道一个更深层次问题的答案：它为什么存在,它是如何起源的?
10、什么控制着器官再生?
有一些生物拥有非凡的修复本领：被切断的蚯蚓可以重新长出一半身体,而蝾螈可以重建受损的四肢……相比而言,人类的再生本领似乎就差了一点.没有人可以重新长出手指,骨头的使用也是从一而终.稍可令人安慰的是肝脏.被部分切除的肝脏可以恢复到原来的状态.科学家发现,那些可以让器官再生的动物,在必要的时候重新启动了胚胎发育时期的遗传程序,从而长出了新的器官.那么人类是否可以利用类似的手法,在人工控制下自我更换零部件呢?
11、一个皮肤细胞如何能变成神经细胞?
在上个世纪中期,生物学家把青蛙的体细胞核放入青蛙的去核卵细胞里,结果制造出了克隆蝌蚪.最近几年,关于人类胚胎干细胞的研究正在热火朝天地进行——把人的体细胞核放入卵细胞中,科学家期待着制造出各种各样的人类体细胞,例如神经细胞、成骨细胞、心肌细胞等等.尽管科学家已经取得了一些成功,他们仍然对于这种体细胞核移植技术能够成功的原因知之甚少.的确,去核的卵细胞在这个过程中扮演着至关重要的角色——可是具体机制是什么?
12、一个体细胞是如何变成整株植物的?
在某种意义上,植物似乎比动物有更大的灵活性.植物的体细胞不需要繁琐的体细胞核移植技术,就能重新变成植物胚胎细胞.科学家很早就已经开始利用植物的这种性质.用一小块植物组织,在实验室里就能培养出可以供一片森林使用的幼苗.但是为什么植物细胞有这样的灵活性?科学家已经发现了一些线索,例如植物的生长素在这个过程中起到的作用.
13、生命是如何以及在哪里起源的?
科学家已经发现了34亿年前的微生物的化石,在更古老的岩石上也能找到生物光合作用的痕迹.那么蛋白质和DNA——生命的两大支柱——哪一个先出现在地球上?或者一起出现?科学家认为,更可能的情况是,RNA比前两者更早出现.另一个问题是,生命在什么样的环境下起源?一种假说认为,生命最早起源于海底的热水中.如今,科学家一方面在实验室里探寻从简单有机物到可以自我复制的有机物的发展过程,另一方面,研究彗星和火星,也将为这个问题带来重要的启示.
14、什么决定了物种多样性?
这是一个充满生命的行星,但是并非每一个角落的生命都同样繁荣.一些地区居住的物种的数量超过其他地区.热带比寒带拥有更高的物种多样性.为什么会出现这种情况?仅仅是因为热带比寒带更热?科学家认为,生物和环境之间的相互作用对多样性起着关键的作用.当然,还有其他一些改变多样性的力量,例如捕食和被捕食的关系.但是,科学家首先面临的问题是如何获取关于全球物种多样性的基础数据——到底有多少种生物在那儿.
15、合作的行为如何进化?
你很容易在社会性动物身上看到利他的行为.例如蜜蜂把食物的信息传递给其他蜜蜂.人类和其他灵长类动物社会也充满了合作的行为.进化论的创立者达尔文对合作现象提出过一些解释,例如亲属之间的相互帮助,实际上会促进整个家族繁殖的可能性.如今,科学家正在寻找合作行为的遗传基础.而博弈论——一种关于竞争、合作和游戏规则的数学理论,也能够帮助科学家理解合作行为如何运作.达尔文观察到了合作的现象并做出了解释,今天的科学家希望能够让这个解释更加深入,并且希望能够回答它是如何产生的.
16、如何从大量的生物学数据中得到全景?
生命是如此的复杂,以至于几乎每一位生物学家都只能在一个很小的领域进行探索.尽管在每一个领域都产生了大量的描述性的数据.但是科学家能够从这些海量的数据中得出一个整体的概念,例如生物是如何运作的?系统生物学这门正在形成的学科为回答这些问题提供了一些希望.它试图把生物学的各个分支联系起来,利用数学、工程和计算机科学的方法让生物学更加量化.不过,现在还没有人知道这些方法是否能够最终让科学家理解生物运作的整体图景.
■人类篇：
17、为什么人类的基因这么少?
2003年,当人类基因组计划接近完成的时候,生物学家在欢呼这一成就的同时,惊奇地发现人类的基因数量比原先估计的少,是的,人只有大约2.5万个,而原来认为应该有10万个.相比之下,一种非常简单的生物——线虫也有2万个基因.拟南芥植物的基因数量比人类稍多,而水稻的基因数量则是人类的一倍.科学家认为,基因组运作的方式应该比以前认为的更加灵活和复杂,他们正在探寻这些少用基因多办事的分子机制.
18、遗传差异和个体健康在多大程度上是相关联的?
很早以前科学家就发现有些人对于某些药物的反应和其他病人不同.例如,某种麻醉用肌肉松弛剂会导致特定的人无法呼吸,最终,科学家发现这种现象的原因在于他们拥有特定的基因.这也就带来了一个问题：研究不同的人之间的遗传差异是否可以促进医学发展出更高级的治疗手段,也就是说,根据个人的DNA进行“量体裁药”?科学家已经辨认出了一批与药物相互作用的基因.但是要真正实现“量体裁药”,恐怕还为时尚早.
19、人类寿命可以延长多少?
尽管百岁老人仍然少见,人类的平均寿命（尤其是在发达国家）在过去的几十年中一直在延长.但是这种趋势能保持多久?科学家通过对实验动物的研究,发现包括限制热量摄入在内的一些方法可以显著地延长它们的寿命.但是这些方法是否可以成功地应用到人类的身上,以及能延长多少寿命呢?一些科学家认为,至少人类活到100岁可以成为家常便饭.不过,即使是这样,长寿也会带来其他的麻烦,比如社会保险.
20、什么遗传差异导致我们成为独特的人类?
随着基因测序技术的改进,越来越多物种的基因组全序列进入了科学家的数据库中,包括我们自己和数种灵长类亲戚,比如黑猩猩.我们很容易分辨出人和黑猩猩,然而在分子水平上,这种分辨却不那么容易.我们和黑猩猩的DNA差异大约是1.2％.这是一个很小的数字,但是从绝对数量上来看,这种差异意味着3千多万个碱基对的不同.到底是这3千多万个差异中的哪些,让我们在与黑猩猩“分家”之后,变得如此独特?科学家正在寻找那些让我们有别于其他灵长类物种的遗传差异,当然,还有文化、语言和技术等等超越基因的因素.
21、记忆是如何存取的?美好的记忆、悲伤的记忆,关于解方程技巧的记忆,英语单词的记忆,毫无疑问它们都储存在我们的大脑中.但是它们具体在什么部位?
上个世纪50年代,科学家发现大脑中的“海马区”在存储信息的过程中扮演着至关重要的角色——如果切除掉海马区,那么以前的记忆就会一同消失.但是海马区的神经细胞如何把信息固定下来?科学家发现一些分子参与到了记忆的形成.此外,神经细胞突触地形成也与记忆相关联.但是,科学家目前对于记忆的运作机制的了解还不够——而这一机制对于理解我们自身是非常重要的.
22、我们可以选择性地关闭一些免疫应答吗?
在今天,器官移植已经成为了一种不那么罕见的手术,但是医生和病人面对的一个大麻烦在一定程度上仍然存在：免疫排斥反应.病人的免疫系统有可能把移植的器官当作“非我族类”进行攻击,让手术功亏一篑.为了防止这种情况发生,医生要仔细挑选供体器官,而有的病人需要终身服用免疫抑制类药物——这显然不是个好主意.科学家已经找到了几种可能的方法,既让免疫系统正常工作,又不会排斥移植的器官的方法,但是要实现临床的应用,还需要很长的时间.
23、是否存在行之有效的艾滋病疫苗?
每年,仅仅美国国立卫生院就投入5亿美元用于艾滋病疫苗的研发工作.但是迄今为止还没有一种疫苗表现出实用性.怀疑者认为艾滋病疫苗永远都不会成功,因为人类免疫缺陷病毒（HIV）变化多端.而支持者认为,在猿免疫缺陷病毒上,疫苗可以产生效果,因此HIV的疫苗也可能成功.
24、什么能替代廉价的石油——以及什么时候?
没有人否认石油最终会用光.而且,石油产量可能不久就要开始下降.即便不考虑这些因素,全球变暖的危险也促使人类尽快找到替代石油的能源——太阳能?风能?核能?每一种似乎都很有潜力,但是它们都还不太成熟.
25、马尔萨斯仍然错了吗?
1798年,马尔萨斯发表了他著名的《人口原理》一书,他提出人口增长总是跟不上食品供应的增长,而只有灾难才能阻止增长.200年过去了,地球总人口增长到了60亿（是马尔萨斯时代的6倍）,但是马尔萨斯所预言的大灾难并没有发生.科学技术在很大程度上阻止了这种灾难.但是人类仍然面临着一个问题,如何保证大灾难不会在未来发生?

本文来源：http://www.zhuodaoren.com/yanjiang964235/