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【Science】十 年 见 解 总 结
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《科学》的新闻工作人员暂时放下报道工作，回顾了过去十年里的一些伟大的想法以及使这些想法变为现实的技术。
十年前，卡尔?戴瑟罗斯（Karl Deisseroth）遇到了困难。作为一名心理医生和神经科学家，他想知道不同的大脑回路是如何影响行为的，以及精神分裂症和抑郁症患者的大脑中是什么出了岔子。但他的研究工具太粗糙了：插入大脑中的电极会刺激其附近过多的脑细胞。因此，2004年，戴瑟罗斯和他的学生们发明了一种新工具。他们把一个光激活藻蛋白基因植入小鼠的大脑，基因随后进入神经细胞。通过用激光刺激这些细胞，这些研究人员能够控制特定神经回路的活动并研究神经回路的影响，精确到毫秒。
这项技术被称为光遗传学，迅速席卷了这个领域。如今，上百个实验室的上千名科学家用光遗传学来探测大脑是如何工作的。他们已经研究了大脑奖赏通路上的哪些细胞会被可卡因劫持，以及深度脑部刺激如何减轻帕金森氏病的症状。现在用这项技术能解决的问题不计其数。
在科学各个领域，戴瑟罗斯的故事不断重演：一个巧妙的新工具引发了一连串的新见解。在当前的十年结束之际，《科学》的新闻记者和编辑暂时放下了每周的报道工作，用更宏观的眼光整理了自新千年之初以来改变了科学的十个见解，编就了这个专栏。当然，这项总结只涵盖了这十年内发生的科学进步的一小部分，其他还有很多都值得我们刊登出来。
但是，首先，我们要感谢让这些见解成为可能的一些工具。在这十年中，收集、分析、储存和传播信息的新方法已经改变了科学。比以往任何时候相比，研究人员做了更多的观察、建立了更多的模型、使更多的实验自动化，创建了一个数据饱和的世界。互联网已经改变了交流科学的方式，并给非科学工作者提供了参与研究的新机会。全新的领域，如网络科学，正在出现。随着研究人员认识到需要很多不同的头脑和专业知识来解决有关生活、土地、宇宙的复杂问题，科学本身也变得更网络化 ——更多的合作、更跨学科。 看见与感觉
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在这十年中，有很多最有用的新工具，如光遗传学，是传感和成像领域的进展。 冷冻电子断层摄影术聚焦细胞组成部分，使科学家获得整个细胞组织的原子水平的细节。这项技术用急速冷冻细胞的一系列二维切片构造一个三维图像，是一个需要大量计算机处理的过程。
2002年，活体扫描双光子共聚焦显微镜技术被应用于观察完整的淋巴结，实时显示出完整组织里的免疫细胞，从而彻底改变了免疫学。这项研究打开了认识免疫细胞之间及与身体之间相互作用的大门，改变了研究人员对免疫反应的理解。
在新显微镜技术的帮助下，2000年以来，发育生物学领域也取得了巨大飞跃。如今，研究人员能让样本活着，用更持久的荧光标签来跟踪特定细胞。他们可以观看跟踪细胞分裂和移动的电影来跟踪整个器官和整个动物的发育。其他显微技术已经能够避开光学的一个根本极限，来观察比只有光波长一半的衍射极限还小的蛋白质和和细胞的精细结构。
我们不仅可以看得更好更清楚，还可以看人类难以去到的地方。比如在火星上：“勇气号”和“机遇号”火星车比早期飞船迈出了一大步：它们在火星上的漫游范围以千米计而不是以米计，能装载更强大的仪器来分析岩石的化学和物理性质。它们的观察结果改写了火星上水的历史。再近一点的，与海洋表面无任何联系的鱼雷机器人在墨西哥湾寻找石油、在南极洲冰川架下的水域探索。遥控飞机有些与模型飞机一般大小，有些与军事侦察机“捕食者”和“老鹰”一般大小，常规地观测阳光穿过云层，或在飓风之上飞过。数千个远洋漂浮物发回了关于水的性质以及水流的数据。这些移动传感装置与陆地和海上的固定装置不久将全天候监测地球的状况，使生态和环境科学的数据与天文学和粒子物理学一样丰富。 不可或缺的机器
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当然，处理这些空前的数据洪流的关键是功能越来越强大、价格越来越便宜的计算机。受益最多的是基因组学领域。十年前，测序一个人类基因组要好几年、好几百人、好几百台机器、无数小时的样本制备产生一个一个被破译的DN***段。有些研究人员支持霰弹法：把整个基因组打成碎片，同时测序，一起组装；但是当时的计算机都无法完成这个任务。提出建议者不得不制造出一个巨大的超级计算机，辛苦地编程使其能完成这项任务。现在，全基因组霰弹法测序成了必需品，高效的软件也比比皆是。在过去的五年中，新的“下一代”测序技术让测序效率更高。如今，一台机器一个多星期内就能破译三个人类基因组。
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作者:admin@医学,生命科学 2011-01-13 13:47
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