从小核糖核酸、中微子、基因组、宇宙、阿秒物理、对温度的味觉、冻结图像、清晰的星空、视网膜接受器及人类最早的祖先，《科学》杂志回顾——
小核糖核酸溅起大浪花
几十年来，人们一直认为核糖核酸分子只会按照脱氧核糖核酸的指令把遗传信息传递到蛋白质中去。但最近的一连串发现表明，一类被称为小核糖核酸的分子能够在细胞控制的许多方面起作用。它们能够控制DNA，让其停止基因的复制或者改变基因显现的水平。引人注目的是，在某些物种中，截断的核糖核酸分子会逐个塑造基因组。甚至有迹象表明，某些小核糖核酸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。
这些令人吃惊的壮举是由长度范围在21至28个核苷的短核糖核酸完成的，它们的作用直到最近才被人们注意。长期以来，核糖核酸主要被当作一种基本而又迟钝的从细胞核向核糖体运送基因代码的分子和细胞的蛋白质工厂，核糖核酸在蛋白质合成过程中帮助DNA按照正确的顺序来组装氨基酸。
核糖核酸可能是一个多面手的征兆出现于上个世纪90年代早期，当时生物学家们已经确认在植物细胞中某些小核糖核酸可能会取消各种基因的表达。后来在动物细胞中，这种现象也得到了确认。但直到1998年才真正认识到这种分子的力量。那一年，华盛顿卡内基研究所的安德鲁 · 法伊尔（Andrew Fire）、麻萨诸塞大学伍斯特医学院的克雷格 · 迈尔罗（Craig Mello）和同事们把几段双股核糖核酸注入到蠕虫的体内。人们熟知的单股核糖核酸在U形弯曲处会向回缠结，从而使得两列互补的序列并排而行，这样就形成了双股核糖核酸。让研究人员感到惊讶的是，双股核糖核酸首先戏剧性地把帮助产生核糖核酸的基因给抑制住了。这种抑制行为后来在苍蝇以及其他生物体上也被发现了，并且被称为核糖核酸介入（RNAi），证明了核糖核酸分子是某些基因抑制现象的幕后指使者。
另一个至关重要的进展发生在2001年。当年纽约冷泉港实验室的格里高利 · 汉侬（Gregory Hannon）和他的同事们识别出一种名为“小礼帽”的酶，这种酶能够通过把双股核糖核酸剁成小块来产生小核糖核酸分子。这些小核糖核酸根据产生它们的不同基因类型分成两类：微型核糖核酸（miRNAs）和小冲突核糖核酸（siRNAs）。
要产生RNAi，小核糖核酸必须把传送DNA序列给核糖体的信使RNA降解。这种降解发生的准确过程人们并不知道，但是科学家们相信，在这个过程中小礼帽把小核糖核酸释放给一种被称为RISC的酶的联合体了，而这种酶的联合体利用小核糖核酸的序列通过互补序列识别并且降解信使RNA。
这种降解过程抑制了基因向蛋白质的表达。虽然抑制表达可能听起来并不特别有用，但是生物学家们现在相信，在植物体内，RNAi充当了基因组的“免疫系统”，它保护着基因组不让有害的DNA或者病毒侵害它们。2002年，人们还从动物体中找到了类似的线索。在研究基因功能的实验室里，RNAi现在已经普遍地代替了基因“撞击”。双股核糖核酸被用于抑制基因的表达并不是通过删除一个基因这样一个费力的过程来实现的。
2002年最令人眩目的发现发生在秋天的四篇检测核糖核酸冲突怎样帮助指引一个奇特而又普遍的遗传现象——实验胚胎学的论文中。实验胚胎学涉及到基因表达的变化，这种基因表达的变化至少持续一代，但是它们并不是由DNA编码变化而引起的。
近年来，研究人员已经发现一类实验胚胎学规则是通过调整染色质的形状导致的。染色质是由许多束DNA和某些构成染色体的基本蛋白质所组成的复杂物质。通过改变形状（或者变得疏松或者变得致密），染色质能够改变基因的表达结果。然而是什么促使了这种形状的改变仍是一个谜。
不过，科学家们对两种不同生物体内的RNAi进行了严密的监视，他们惊讶地发现，对RNAi负有责任的小核糖核酸很大程度上控制着染色质的形成。小核糖核酸在控制染色质形成的过程中，能够通过某种不太明了的机制永久地关闭或者删除DNA片断，而不是仅仅暂时地抑制它们的活动。
这些消息来自于几个独立的小组。席夫 · 格里沃尔（Shiv Grewal）、罗伯特 · 马蒂内森（Robert Martienssen）以及他们在冷泉港实验室的同事们拿缺少RNAi的分裂酵母细胞与正常细胞进行比较。当酵母细胞分裂时，它们的染色体从扭结中解脱并且移动到细胞的另一侧。研究人员大多已经知道这种细胞的分裂是由一种被称为异染色质的、紧紧包裹在一起的染色质束所支配。异染色质环绕着着丝点，而着丝点是染色体“腰部”的DNA区域。生物学家发现了它们的突变异种细胞——这些未察觉到小核糖核酸的突变异种细胞不能够正确地在它们的着丝点处以及酵母体中的其他控制交配的DNA区域中形成异染色质。这暗示着没有小核糖核酸，细胞的分裂会发生错误。科学家们认为，在健康的酵母细胞中，小核糖核酸会挤进细胞的分裂过程，并以某种方式促使异染色质各就各位去完成它们的任务。这就使得DNA接受不同的蛋白质从而抑制了基因的表达。
与此同时，弗吉尼亚卫生系统大学的大卫 · 阿利丝（David Allis）和同事与纽约罗切斯特大学的马丁 · 格罗夫斯基（Martin Gorovsky）等人，则把注意力集中在一种不同的生物体（即一种被称为四膜虫的单细胞纤毛虫）上。生物学家们非常珍惜四膜虫，是因为它们存储传递给后代的DNA的细胞核与包含它们活着时所表达的DNA的细胞核不同，这使得区分各种基因组变得非常容易。研究人员发现在四膜虫体内，当一个细胞分裂时，小核糖核酸对删除还是改造某些DNA序列具有决定权。RNAi似乎正以与异染色质相似的结构为目标，而只有在这个时期，DNA片段或者被丢弃或者被移动到别处。然而这一机制仍旧不清楚。
这两组实验或许首先可以解释为什么小核糖核酸会存在。在酵母和四膜虫体内，小核糖核酸的狂热活动都集中在基因组区域（着丝点），这些区域都含有转位子产生的重复的DNA。转位子是能够围绕基因组跳动的DNA位，它们可以把自己嵌入不同的地点；有时，它们会挤进转录器中导致疾病。虽然大体上还是推测，但是看来小核糖核酸可能在生命历史中的极早期就开始演化以帮助维护基因组的稳定。
研究人员目前正在探索RNAi在疾病中所起的可能作用。RNAi已经被用于引导干细胞的植物版本——分裂组织，所以有些生物学家相信，RNAi或许可以帮助产生在人或者其他哺乳动物的干细胞变成某种组织时所遵循的途径。如果情况真的是这样，那么RNAi就将成为操纵干细胞的基本工具。并且如果在人体中小核糖核酸对细胞分裂的影响与它们在酵母和四膜虫体内所起的作用一样，那么转录过程中的一个小差错都将导致癌症的产生。
虽然还没有变为现实，但是小核糖核酸和RNAi的非凡前景已经在这个领域中撕开了一个大大的裂口，把核糖核酸推到了舞台的中心。已经揭开核糖核酸隐藏才能的科学家们现在正希望把它们派上用场。
捕获中微子
神秘而又被误解的中微子终于得到了它们应得的尊重。多少年来，中微子一直在粒子记录纸上隐姓埋名。电子、μ介子、τ介子和夸克已经被分析很多年了，它们的性质也已经被测量和仔细剖析。但是中微子呢？在一些年以前甚至没有人知道它们是否具有质量。从根本上讲，它们还是未知的东西。
在过去十年中，物理学家们终于证明中微子具有质量，从那时起，一连串疾风骤雨般的实验开始对中微子的那些难以琢磨的性质进行了测量。
2002年，在萨德伯里中微子观测台（SNO），一项利用镍矿深处的装满1000吨重水的球形装置所进行的实验，给太阳中微子之谜盖棺定论。太阳中的核反应可产生数量极大的电子型中微子，但是所有的观测表明，大约只有三分之一的中微子真正来到了地球。
如果中微子具有质量，那么它们可以改变它们的“味”（从电子型中微子变成τ介子型中微子或者μ介子型中微子），这样就可以解释丢失的电子型中微子了。SNO的观测断然显示，情况就是这样。4月份，科学家通过探测分裂的氘原子，已经测得所有三种中微子（电子型中微子、τ介子型中微子和μ介子型中微子）的丰度。当把它们与探测器所探测到的太阳电子型、τ介子型和μ介子型中微子相加，他们发现总数正好与核反应所产生的中微子数目相吻合。电子型中微子在来到地球的旅途中改变了“味”。
基因组与健康
2002年的DNA测序成就应当证明是对发展中国家的恩惠。两个国际性组织对疟疾发起了猛烈的进攻。疟疾每年要夺去300万人的生命，而其中主要集中于热带非洲。这两个组织分别破译了传播最致命的寄生虫和蚊子的基因组序列。随着得到疟蚊以及疟原虫基因组序列的图谱，生物医学的研究者们希望找到更好的方法去与这种破坏性的热带疾病作斗争。
广大发展中国家还可以从水稻基因组测序的快速进展中获益。4月份，一家私人公司和一个中国小组独立发表了分别在日本和中国有大量消费的稻米品系的基因组序列。12月份，国际水稻基因组测序项目发表了一个更加完美的日本梗稻基因组序列图谱，日本梗稻的两个染色体现在都已发表。
在这过去的一年里，测序者们还对其他大型基因组序列进行了详细的考察。一个美英合作小组已经完成并且分析了一幅高品质的家鼠基因组图谱；一个美国公私合作小组还拼凑了一幅老鼠的图谱。这两个基因组序列的获得将会覆盖两种最重要的研究用动物。研究人员现在已经知道了日本河豚鱼的基因组中的DNA序列，日本河豚鱼的基因组是所有已知脊椎动物基因组中最小的。两种被囊类动物的DNA也已经被破译。这些序列应当能够为我们提供关于脊椎动物是怎样进化的线索。
宇宙的扭曲
尽管宇宙微波背景（CMB）的绝对温度不超过3度，但它确实非常非常热门。2002年，天文学家和物理学家看到了宇宙开端这个故事的结尾部分。
新泽西州贝尔实验室的阿诺 · 彭奇亚斯（Arno Penzias）和罗伯特 · 威尔逊（Robert Wilson）于1965年发现的CMB是宇宙在大爆炸开始后的40万年时所留下的遗迹，在那个时候自由流动的核子和电子终于被冷却，从而形成了原子。正当电子在它们的轨道上安家的时候，从物质囚笼中释放出的高能光线开始向外流动。经过140亿年的伸展和削弱，CMB表现为一种微弱而又无处不在的静静地来源于太空所有区域的微波。
在2000年和2001年，太空以及地基微波望远镜得到了CMB中涨落的非常精细的照片。这些涨落不仅揭示了宇宙的过去而且还启示了它的未来。这些涨落不仅导致了我们今天所见星系的结块聚集，而且它们还揭示了宇宙的曲率。按照这个曲率的值，我们的宇宙将永远膨胀下去，而不会在一次大塌缩中重新崩溃。5月份，位于智利安第斯山脉顶上的微波望远镜观测到了涨落的“峰”值（它是涨落的特征图案）。令人惊叹的是，观测的结果比以前用其他望远镜看到的值要小。
2003年1月，其他物理学家期望能得到微波各项异性探测器（MAP）所发回的第一个结果。MAP是一个按轨道飞行的卫星，它将在这个10年结束之前一直对CMB中的涨落进行观测。但是今年真正的CMB胜利是芝加哥大学的角度尺度干涉仪小组第一次探测到了CMB的极化，这一微弱信号的发现预示着对CMB的研究翻开了新的一页。它可能会通过显示宇宙诞生过程中由引力波所导致的微小瘢痕来揭示当宇宙的年龄还远远小于一秒时宇宙所处的状态。
阿秒物理
2002年，激光物理学家成功地拍摄了一部短片，在这部片中每一帧画面都是在几百个阿秒内拍到的，一阿秒是一亿分之一秒的一百亿分之一。人们期望这一新的高速摄影技术能够派生出一个新的致力于追踪围绕原子核运动的电子的电影流派。
激光物理学家锤炼他们的高速摄影技术已经有很多年了。但是大部分都利用激光的超短脉冲（类似于闪光灯所发出的光脉冲）去冻结运动中的物体。研究人员现正在利用这一技术去捕获化学反应中分子打破和缝合化学键时所留下的斑点，化学反应中化学键的打破和缝合历时相当短，大约处于1至100飞秒（1飞秒等于10-15秒）的量级上。
2001年荷兰和法国研究人员突破了阿秒壁垒。他们把超短激光脉冲对准氩原子，氩原子依次发出一列多个脉冲，每个脉冲持续的时间刚好是220阿秒。一个由奥地利、加拿大和德国组成的研究小组艰难地沿着他们的足迹采用一个相关的技术得到了650阿秒的脉冲，而这种技术比摄影时用的闪光灯还要容易。
2002年，研究人员把他们的新式阿秒闪光灯用到了原子内部的相互作用上。11月，原先小组中的奥地利和德国成员利用他们的阿秒脉冲去激发氪原子中的电子，而每一个电子激发过后都留下了一个电子空穴。于是利用其他的激光脉冲，他们能够适时地追踪电子，看到受激发的电子释放能量从而回落到更加稳定的能级上。这给物理学家们洞察原子内部的运动状况以一个崭新视角。
对温度的味觉
红辣椒的热和薄荷口香糖的凉并不仅仅是一种隐喻的说法：对某些细胞来说，味道和温度是同一回事。2002年，研究人员发现了一条对这种感觉有反应的离子通道。他们所研制的信息素至少能够在老鼠体内调谐出温暖、薄荷式的凉爽或者其他的蒸汽刺激来。
所谓的瞬时接收器势能（TRP）离子通道是指在细胞膜上迂回出入的蛋白质。经过适当地撩拨，它们会允许钙或者其他离子涌入细胞内部。在神经元中，这能够使得细胞发送一个信号给它的邻居。哺乳动物至少含有21种不同味道的TRP通道，可是它们的大多数功能我们并不知晓。
关于TRP通道会对一个化学的或者热的刺激不加区别地起反应的最早的报道出现于1997年。当时TRP通道能对高温（43℃以上）或者红辣椒、胡椒粉中的活性成份——辣椒素起反应。2002年，人们在嘴和皮肤的神经中也发现了类似的通道。当把这些通道暴露于低温（15℃～25℃）或者薄荷醇（它是使薄荷糖产生薄荷味的化学物质）之中时，它们会起反应。同时人们还发现了一种新的对热敏感（34℃）的TRP通道。这种通道集中在皮肤细胞当中，这暗示着皮肤自身能够感觉到热并且把消息传递给神经元。
正如所发现的那样，其他TRP通道中的突变是产生某些癌症和疾病（包括丧失控制镁的水平的能力等）的原因。人们对这些的以及其他TRP的功能仍然知之甚少，但是研究人员正在从对味道、对热以及对信息素感觉敏感的TRP通道中获得越来越多的信号。
冻结图像
30年前，研究人员曾设想通过电子显微图来构建三维图像；而今天，低温电子断面摄影术（cryo-ET）在克服了一系列技术困难之后，成为窥测完整细胞内部结构技术领域中的一个重大的突破。
很久以前，生物学家通过利用诸如X射线衍射之类的技术来捕捉单个蛋白质分子的结构。但是没有很好的办法得到中间尺度（5纳米左右）的细胞器官的三维图像；比如细胞中制造能量的线粒体。cryo-ET填补了这一分辨率的空白，为科学家们提供了一条联系原子尺度细节和整个细胞组织的新途径。
cryo-ET的工作方式类似于医生用的计算机断层X光摄影装置。入射的电子束产生了两维的图像，然后由计算机将其组合成三维图像。细胞被快速冷冻，而无须被固定或者破坏其细胞膜。
2002年，科学家通过cryo-ET，首次捕捉到了位于细胞膜边缘的运动中的肌动蛋白纤维图像。同时也首次捕捉到了网状肌质中的微管和接收器（负责促使肌肉收缩的化学物质的释放）的空间分布图像。现在，科研人员正在努力去建立第一幅关于真核细胞器官空间关系的详细图像。
清晰的星空
2002年，天文学家们把适应光学（AO）的承诺变成了清晰的太空新图景——AO系统通过每秒钟成百上千次弯曲镜面来消除地球大气紊动所造成的模糊。
拥有两台10米望远镜的夏威夷凯克天文台和拥有超大望远镜群（有4台8.2米的望远镜）的智利南欧天文台都采用了AO系统来观测银河系，所得到的关于星体围绕着一个看不见的物体高速运动清晰图片，是迄今为止对于存在一个巨型黑洞的最好证据。其他引人注目的AO图像包括木卫Io上猛烈的火山喷发和遥远星系的形状的全新细节。一个位于卡纳利岛的瑞典太阳望远镜利用AO系统捕捉到了最为清晰的太阳表面照片，展示了太阳黑子周围沸腾磁场的黑色条带。
这些研究要求有一个明亮的恒星或行星来为AO系统提供足够多的光来规范调整空气的紊动。然而，在望远镜上安装激光装置可以在大气高处产生人造星，从而可以在天空中的任何地方使望远镜的视野更加清晰。天文学家表明，小望远镜上的激光AO工作的非常好；在一年以内，所有的大型望远镜上也将装备激光系统。
视网膜接受器
2002年科学家发现了光是如何重新设定生理时钟的。生理时钟是人体内部的计时装置，它调节着我们每天的生理行为模式。经过对一种称为光接收器的细胞（可以把光信号传递到哺乳动物的生理时钟上）多年的搜寻，生理生物学家们发现了一条诱人的线索。他们知道，光接收器一定是在眼中，但是眼中唯一已知的光敏细胞、柱状细胞和锥状细胞则没有这个功能。2001年冬天，5个独立的研究小组在哺乳动物视网膜（直接与大脑的时钟相连）上发现了一类全新的对光有反应的细胞。
研究人员首先在小白鼠眼内视网膜中心细胞（retinal ganglion cells，RGCs）中发现了一种称为melanopsin的色素。大多数RGCs对于光是没有反应的，但是含有melanopsin的RGCs则对光有反应，从而使其成为一类全新的先前不为人所知的对光有反应的视网膜细胞。更令人惊异的是，当研究人员追踪这些细胞的连接部位时发现，它们直接与大脑中生理时钟所处的区域超交叉核（suprachiasmatic nucleus）相连结。
更新近的神经解剖学研究表明，含有melanopsin的RGC与大脑中的另外一些区域相连，这些区域控制了一系列不需要视觉成像系统的对于光的反应，比如瞳孔的收缩以及光对于睡眠和清醒状态的直接作用——这使得我们在昏暗的教室犯困，或者在不熄灯时候通宵没有睡意。
但是，技术上的困难使得研究人员们无法直接证明melanopsin在化学上对光有反应。由于没有这一证据，人们还不能马上接受melanopsin就是RGCs的捕光色素。现在，这一问题已经得到解决：研究人员表明，缺乏melanopsin的实验鼠不能正常的通过光来调节其生理时钟，这意味着melanopsin是起到捕捉和传递光信号的作用。
人类最早的祖先
仅仅10年以前，我们所知道最早的人类祖先是一个族群，其中最为有名的一员名为露茜，生活在320万年前的东非。但是在7月份，一个几乎完整的灵长类动物的头盖骨被认为是已知的为最老的原始人。大约生活在700万到600万年以前，而且其世系属于人类而非其他猿类。这一化石是由一个法国和乍得的研究小组发现的，填补了人类演化早期的一个重要空白。
直到现在，人类最早的祖先都是在东非发现的，东非因此也被称为人类的摇篮。这一名为“韬玛”（Toumay）的化石表明，非洲大陆原始人类比我们原先所认为的分布还要广，这对于最早的原始人类起源地的旧观点是一个大的挑战。
“韬玛”更像一个古猿，他的大脑与黑猩猩的相当，有很大的门牙，其双眼之间距离很宽。但是，他的犬齿以及下半部分脸庞的形状和大小都与此后出现的人类祖先的相似：有着小而不锋利的犬齿，下半部分面庞比较平，与现代猿的突出的嘴部非常不同。这些混和的特征使得发现者确信他们发现了一种新的原始人类，他们称之为萨赫勒古人（Sahelanthropus tchadensis）。
另外一个小组（他们发现了另外一个稍微年轻的化石，并且声称那就是最早的原始人）认为，“韬玛”是一种已经灭绝了的猿或者猩猩的祖先，这部分是因为没有发现那些能够表明他是直立行走的骨架。而直立行走则是古人类的一个重要特征。尽管更为详尽的分析刚刚开始，但发现“韬玛”的小组认为，只是表面看来，“韬玛”非常像古人类。
[Science，2002年12月5日]