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揭开牵牛花完全褪色之谜
1990年,曾有科学家给矮牵牛花插入一种催生红色素的基因,希望能够让花朵更鲜艳。但意想不到的事发生了:矮牵牛花完全褪色,花瓣变成了白色。当时科学界对此感到极度困惑。8年后,美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛发现RNA(核糖核酸)干扰机制才得到科学的解释。此前,RNA只是被当作从DNA(脱氧核糖核酸)到蛋白质的“中间人”、将遗传信息从“蓝图”传到“工人”手中的“信使”。但法尔和梅洛的研究让人们认识到,RNA作用不可小视,它可以使特定基因开启、关闭、更活跃或更不活跃,从而影响生物的体型和发育等。
科学家在矮牵牛花实验中所观察到的奇怪现象,其实是因为生物体内某种特定基因“沉默”了。导致基因“沉默”的机制就是RNA干扰机制。正是因为1998年做出的这一发现,现年47岁的安德鲁·法尔和45岁的克雷格·梅洛荣获2006年的诺贝尔医学奖。
科学家认为,RNA能够充当“信使”,传递DNA(脱氧核糖核酸)上的遗传信息,将其用于蛋白质的生产合成。研究显示,向生物体内注入微小RNA片段,会干扰生物体本身的RNA“信使”功能,导致相应蛋白质无法合成,从而“关闭”特定基因。RNA干扰技术不仅是研究基因功能的一种强大工具,不久的未来,这种技术也许能用来直接从源头上让致病基因“沉默”,以治疗癌症甚至艾滋病。从这个角度来说,“沉默”真的是金。美国哈佛医学院研究人员已用动物实验表明,利用RNA干扰技术可治愈实验鼠的肝炎。
目前,尽管尚有一些难题阻碍着RNA干扰技术的发展,但科学界普遍对这一新兴的生物工程技术寄予厚望。这也是诺贝尔奖评审委员会为什么不坚持研究成果要经过数十年实践验证的“惯例”,而破格为法尔和梅洛颁奖的原因之一。
将宇宙带入“精确研究”时代
宇宙起源和命运的线索隐藏在它早期产生的微波背景辐射中。美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特凭借他们在宇宙微波背景辐射研究领域取得的成果,荣膺2006年诺贝尔物理学奖,将宇宙学带入了“精确研究”时代。他们也将在2006年12月10日的颁奖典礼上分享1 000万克朗(近140万美元)的奖金。
目前科学界普遍接受的宇宙起源理论认为,宇宙诞生于距今约137亿年前的一次大爆炸。微波背景辐射作为大爆炸的“余烬”,均匀地分布于宇宙空间。测量宇宙中的微波背景辐射,可以“回望”宇宙的“婴儿时代”场景,并了解宇宙中恒星和星系的形成过程。
虽然人们在上世纪60年代就已知道微波背景辐射的存在,但针对这种大爆炸“余烬”的测量工作一开始都是在地面上展开,进展十分缓慢。
大爆炸理论曾预测,微波背景辐射应该具有黑体辐射特性,但一直未能得到地面观测结果的确认。约翰·马瑟和乔治·斯穆特,堪称科研帅才。为两人带来诺贝尔奖的宇宙背景探索者(COBE卫星)项目始于约翰·马瑟1974年的一个提议。在提议获得美国宇航局的批准后,宇航局最初打算用航天飞机将COBE卫星送入太空。但1986年“挑战者”号失事后,美国航天飞机停飞数年,COBE卫星的发射曾一度陷入险境。马瑟和斯穆特与同事们以高超的谈判技巧,为项目组专门争取到一枚火箭,最终于1989年11月将COBE卫星送入太空。
借助COBE卫星,马瑟和斯穆特领导的1 000多人研究团队首次完成了对宇宙微波背景辐射的太空观测研究。他们对COBE卫星测量结果进行分析计算后发现,宇宙微波背景辐射与黑体辐射非常吻合,从而为大爆炸理论提供了进一步支持。这一测量结果是本世纪最伟大的发现之一,它扩展了人类对宇宙的认识。
另外,马瑟和斯穆特还借助COBE卫星的测量发现,宇宙微波背景辐射在不同方向上温度有着极其微小的差异,也就是说存在所谓的各向异性。这种微小差异揭示了宇宙中的物质如何积聚成恒星和星系。
COBE项目研究实现了对微波背景辐射的精确测量,标志着宇宙学进入了“精确研究”时代。著名科学家霍金评论说,COBE项目的研究成果堪称20世纪最重要的科学成就。在COBE项目的基础上,耗资1.45亿美元的美国“威尔金森微波各向异性探测器”也于2001年进入太空,对宇宙微波背景辐射进行了更精确的观测。
捕捉脱氧核糖核酸复制过程第一人
基因中遗传信息的转录和复制是地球上所有生物生存和发展必然经历的过程。了解基因转录在医学研究中起着决定性的作用,例如可以对致病基因进行干预,也可以创造新的抗生素。
2006年诺贝尔化学奖授予59岁的美国科学家罗杰·科恩伯格,以表彰他在有关真核转录分子基础的研究。罗杰·科恩伯格是首位在分子基础上展示真核这种生物体的细胞有成形的细胞核转录过程是如何运行的科学家。
罗杰·科恩伯格1947年出生于美国密苏里州圣路易市,他的父亲也是一位杰出的科学家,因在20世纪50年代中期用实验证明脱氧核糖核酸(DNA)的复制并分离了复制所需的酶,于1959年获得诺贝尔医学奖。
罗杰·科恩伯格是家中长子,当时只有12岁的他,曾经跟随父亲前往斯德哥尔摩参加过诺贝尔奖的颁奖仪式。目睹了父亲阿瑟·科恩伯格领受诺贝尔奖时的情景。如今,罗杰·科恩伯格已59岁,自己获得了2006年度诺贝尔化学奖。那时,他父亲阐述了基因信息是如何从母亲身上传给她的女儿的,而如今罗杰·科恩伯格的成就则是阐述了基因信息是如何从DNA被转录至信使RNA的。这种信使RNA将这些信息带出细胞核,这样它可以被用于指示构建蛋白质。
为了让人体能够存储在基因里的信息,首先要进行信息备份并传送至细胞的外层。信息备份过程被称作转录。对于所有生命来说,转录都是必需的。
科恩伯格的贡献是他制作了详细的检晶仪图片,形象地展示了真核细胞转录的整个运传情况。我们在他的图片中可以看到新的RNA反转录酶是如何演变的,和数个在转录过程中必需的其他分子的作用。这些图片是如此的详细,人们可以分清楚不同的原子,使人们可以理解转录机制和转录是如何被管理的。