去年12月23日出版的美国《科学》杂志公布了其评选出的2011年度十大重要科学突破，其中，一项大规模艾滋病临床试验成果被列为当年度最重要的科学突破，其他九项突破涉及行星科学、考古学、生命科学、天文学和化学等领域。
HPTN 052实验项目负责人迈伦·科恩
突破一：艾滋病防治获重大进展
《科学》杂志将HPTN 052的人体免疫缺陷病毒（HIV）研究列为2011年十大科学突破榜首。2011年5月，HPTN（HIV预防实验网）052项目称，艾滋病预防药物ARVs可降低异性伴侣间艾滋病感染率96%。领导HPTN 052实验项目的北卡罗莱纳大学HIV/AIDS研究专家迈伦·科恩（Myron Cohen）认为，这一研究成果给遏制艾滋病蔓延带来了更多的希望，“人们对这种以预防为主的HIV治疗方式很感兴趣。”
令人信服的一些新证据显示，口服抗逆转录病毒药物（ARVs）可有效预防异性伴侣间的艾滋病传染。随机抽样的研究数据表明，HIV阳性者服用了ARVs之后，艾滋病病毒传染给其HIV阴性伴侣的可能性大为降低，至少在2年多时间里效果明显。另外两项研究发现，服用了ARVs的HIV阴性者被其HIV阳性伴侣感染的可能性也大为降低。因此，ARVs的问世可望改变艾滋病防治的“游戏规则”。
那么，被称为艾滋病防治“神奇子弹”的ARVs，是否能够就此遏制全球艾滋病蔓延的趋势呢？情况也许并非那么简单。艾滋病是人类的大敌，而且其神秘莫测，诸多因素都在影响和干扰着人们对艾滋病所作的斗争：
1.确定艾滋病感染人群和高危人群本身就是一项极为艰巨的任务；2.HIV病毒在感染性最强的最初几周不易被觉察和发现，也少有人在这段时间进行检测；3.ARVs作为一种预防性的抗艾滋病有效药物，需要长期坚持服用（但大量HIV阳性者――其中大部分为无症状感染者――需要自觉并终生服用），而许多患者会因各种原因中断服用，包括药物副作用等，对于一些无症状感染者来说，坚持服用更成问题，特别是在有药物副作用的情况下；4.长期大规模使用将产生抗药性问题，来自非洲的统计数据表明，随着ARVs的逐年推广使用，耐药变异也在成比例增加；5.风险补偿问题，认为ARVs“保险”而导致更多风险行为；6.药物毒性风险，对于严重艾滋病感染者来说，ARVs的益处要远远超过其毒副作用，HPTN 052发现对早期感染者也有益处，但对于HIV阴性者来说，药物毒性却是一个重要的考虑因素；7.巨大的成本和人力资源代价是ARVs推广使用的一个巨大的阻力。
虽然ARVs不是疫苗，需要几十年坚持服用，花费昂贵且很难坚持，但由于其接近百分之百的效果，许多人还是将HPTN 052研究实验这一重大突破称之为“游戏规则的改变”。法国巴黎巴斯德研究中心滤过性病原体学家、HIV病原体的发现者并因此获诺奖的弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西（Francoise Barré-Sinoussi）指出，ARVs的问世，将“令我们对未来前景更有信心。”
作为一种预防艾滋病的有效药物，ARVs的问世增加了一种有效防治手段，对于遏制全球性艾滋病流行趋势也将起到重要作用。
“隼鸟号”飞船
突破二：小行星尘埃带回地球
2011年人类首次将另一个行星体的尘埃样本带回地球，解答了一个困扰人们数十年的疑问：为什么大多数落到地球上的陨石似乎并非来自小行星带的普通行星？日本“隼鸟号”飞船带回地球的小行星尘埃样本，是人类35年以来对行星体的第一次直接采样。研究人员对尘埃样本的分析证实，地球上所发现最常见的被称作普通的球粒陨石来自于S型小行星。
执行对Itokawa小行星表面探测任务的“隼鸟号”飞船在回程途中因迷失方向进入深太空，最终飞船在灾难边缘成功获救后于2010年6月返回地球，并从Itokawa小行星上带回了直径小于100微米的尘埃粒子样本。Itokawa小行星是最大的S型小行星，其成分与地球上大多数球粒状陨石相同。由于太阳风影响导致小行星表面变化，以往对S型小行星的光谱分析认为，其不像是球粒状陨石的来源地。而“隼鸟号”飞船有惊无险的探索之旅，使得球粒状陨石来源得以确认。
尼安德特人
突破三：现代人类拥有古人类DNA
人类过去十万年的历史似乎很明确：智人在非洲崛起，然后向欧洲和亚洲迁徙，取代了尼安德特人和其他古人类。化石、石制工具和线粒体DNA研究也表明，新到来的非洲祖先没有与那些古人类杂交。
但在过去的一年里，与现代人类基因组的对照分析表明，我们的祖先确实与当地古人类有过交集。大量资料表明，如今生活在地球上的大多数人的基因中，都因这种结合而留下了古老DNA的痕迹。
2010年5月，尼安德特人基因组研究表明，欧洲人和亚洲人继承了尼安德特人2%～6%的核DNA；12月，科学家公布了西伯利亚丹尼斯洞穴人的基因组。随后的研究表明，居住在东南亚的一些人继承了5%丹尼斯人的核DNA，以及4%～6%尼安德特人的核DNA。有两个研究小组还在澳大利亚土著人中发现了丹尼斯人的DNA。
2011年，在非洲南部出土的一具200万年前的化石遗骸，为智人崛起之初的那段晦暗不清的人类历史打开了一个窗口，在这具早期智人的化石中，研究人员发现了南方古猿的DNA痕迹。然而，目前依然不能确定的是：南方古猿究竟是我们的直接祖先，还是曾经共同生活在这个世界的许多已经灭绝的古人类之一。
光合蛋白结构图
突破四：发现光合蛋白结构
几十亿年来，植物利用阳光、水和二氧化碳合成其生长所需的营养物质。在光合作用初始阶段，一种叫做光合系统II（PSII）的蛋白质利用太阳能量将水分裂成氢原子和氧原子。如果没有这种光合作用，现在地球上也许只有海底热液口的几处生态系统。
2001年，德国研究人员首次观察到了PSII的内部结构，并绘制了初步图谱（比较模糊，无法准确观察其核心的原子排列）。随着PSII结构图谱的进一步完善，2011年日本研究人员捕捉到了精细完整的光合蛋白结构，包括其核心部分的四个锰原子、五个氧原子和一个钙原子。
光合蛋白结构不仅对地球生命极为关键，还将成为人类打开清洁能源之门的钥匙。如今之所以人类社会几乎完全依赖于化石燃料，是因为我们不具备植物那种将阳光转化为化学能的能力，尽管我们可以利用太阳能电池发电，但无法大规模储存电能。
研究人员在2011年确定了几种重要蛋白质的晶体结构，而PSII蛋白质结构无疑是其成为生命催化剂的关键，它对过去和现在地球生命的重要性是无可置疑的，这一结构发现的同时还将开启清洁能源之门，帮助我们更好地塑造地球的未来文明。
最原始化学成分气体云
突破五：天文学家发现太空原始气体
想象一下，宇宙大爆炸之初，在数十亿年的时间里，狂暴的宇宙物质席卷了宇宙的每一个角落。然而，2011年的两项新发现表明，宇宙中还存留有未被触及的原始区域，令天文学家对宇宙中恒星的构成重新思考。
2011年11月公布的一项发现称发现了原始氢气云，其化学成份与宇宙大爆炸后最早几亿年间的最古老的气体云的成份相同――天文学家通过Keck望远镜探索遥远宇宙时，追踪到大爆炸后只有20亿年宇宙中的原始气体云。通过光谱分析，他们发现这些原始气体云中只有氢和比其较重的同位素氘。
另一项研究是在银河系光晕环带中发现了“金属”（比氦重的物质），其含量大约只有太阳1/10 000，可以说这是一颗几乎不含金属的恒星，就像宇宙最早的恒星那样。研究认为，宇宙大爆炸后大约3亿年时的最早的恒星都是由较轻的物质构成的，随着一代代恒星的诞生和死亡，加入了越来越多的重元素，宇宙的整体化学构成也增添了越来越多的金属成份。
如今，我们周围的恒星、行星和星际气体中都含有许多重元素。这一发现同样出乎人们的意外，天文学家一直认为只有相当比例含量的金属才能形成低质量的恒星。理由是，金属是帮助气体云冷却浓缩为恒星的必要条件之一。
这两项发现表明，宇宙最原始的气体云经历了数十亿年的时间，仍然存留在宇宙某些地区，甚至还从中新诞生了一些不含金属成份的质量较小的恒星。
人体肠道内的微生物群落
突破六：人体微生物、饮食和疾病关系新发现
过去几年中的许多研究揭示，我们体内的微生物种类之多令人惊讶。人体微生物的类型因人而异，甚至因身体部位不同而不同，即使是双胞胎体内的微生物也不尽相同。一直以来，研究人员为搞清楚这些微生物与人体的关系以及对人类健康的影响伤透了脑筋。
2011年欧洲的一个研究团体在这一研究领域取得了重大进展，发现了人体微生物存在的普遍模式。他们对欧洲人的肠道微生物与日本人和美国人的测试结果进行比对后发现，每个人体内都有一种起主导作用的细菌群落：拟杆菌、普氏菌属或瘤胃球菌属。在分别对包括154名美国人和85名丹麦人在内的更多样本进行检测后，发现同样也呈现这三种模式（与年龄、体重、性别和国籍无关）。这三种类型人体微生物在能量处理和维生素产生方面都各有不同，由此对人类宿主的健康产生影响。
另一研究小组则发现，人体主要微生物的类型与饮食有关。例如，拟杆菌性喜富含肉类的食物，而普氏菌属则更青睐于素食。但无论哪种类型的微生物，饮食影响只能维持10天左右，这表明只有长期的饮食习惯才能对其产生影响。
小鼠实验表明，饮食对每一种菌群的数量会产生影响，有助于进一步弄清楚饮食、微生物和疾病之间的关系。另外几项研究还为人体微生物对疾病、身体和免疫系统发育的影响提供了线索。所有的这些研究结果表明，人体微生物并非外来入侵者，它们是形成我们独特个体所不可分割的一部分。
开发出有效疟疾疫苗是可能的
突破七：RTS,S疟疾疫苗开发成功
一项大规模疟疾疫苗研究显示，新开发的RTS,S疟疾疫苗可大幅减轻疟疾患儿的痛苦，尽管尚不清楚这种免疫效果的持续时间，也许能持续数年。由于该疟疾疫苗较为昂贵，是否能被实际应用于最需要的非洲地区以及由谁来买单，没有人知道这一点。
另一种乐观的观点认为，尽管疫苗本身并不能消灭疟疾而且普及范围也较小，但至少是一种希望，即在初步的成功之上，研究人员有望开发出更好更廉价的疟疾疫苗。RTS,S疟疾疫苗III期临床实验的初步结果于2011年10月公布，并成为本年度十大科技进展之一。
这项得到比尔·盖茨基金会2亿美元资助的临床实验，在加纳、莫桑比克等七个国家的11个试点区对15 000名以上非洲儿童进行了临床实验。世界卫生组织建议在2015年之前普及这种疟疾疫苗，虽然这种疫苗给深受疟疾之苦的人们带来了希望，但还须付出几年的努力和几百万美元的代价，在疟疾防治领域内，每迈出一步都是极为艰难的。
对“太阳系”研究取得巨大进展
突破八：发现太阳系外奇怪行星系统
几个世纪以来，行星科学家对行星系统的认识都是基于我们太阳系的行星系统。如今，天文学家发现了700多个太阳系之外的一些奇怪的行星完全颠覆了他们以前的认识。2011年2月，美国宇航局的开普勒天文台首次发现了由六颗巨大行星构成的奇怪行星系统，其中至少有三颗像木星那样的巨大气体星，围绕着一颗离地球约2 000光年被称为开普勒11的恒星旋转。六颗行星中的五颗离恒星极近（比水星与太阳的距离还近），另一颗稍远一些，大约相当于金星与太阳的距离。
旋转的恒星喷射出大量气体和尘埃；然而，近距离范围是如何形成这些巨大行星的，天体物理学家对此有两种解释。一种理论认为，大行星是距恒星较远的地方形成的，只是随着时间的推移渐渐向恒星靠拢；另一种理论认为，这些行星是在它们目前所在位置上形成的。但模型都无法解释五颗巨大行星为什么会离恒星如此近；或者说，在它们的位置上怎么会有足够多的固体物质形成行星。
2011年发现的奇怪行星还有HAT-P6b，一颗以相反方向围绕某个双星系统运行的巨大气体星；包括研究人员还发现了10颗在太空中自由飘浮的行星（附近没有任何恒星），这些行星可能脱离了原来形成时的恒星系统。
这些新发现的奇怪行星系统在宇宙进入相对有序状态之前，行星系统有可能经历的狂暴混乱过程提供了线索。
人工合成沸石产品
突破九：“量身定做”人工合成沸石
如果你怀疑化学的创造能力，那么请看沸石吧！这种多孔岩石首次于1756年被人们发现――由铝、硅和氧化原子晶化而形成的多孔结构岩石。在过去250年里，人们发现了40种天然沸石，科学家也合成了大约150种人工沸石。沸石用途广泛，每年有300万吨用于生产洗涤剂等各种产品，沸石还可作为催化剂和分子筛，将石油提炼成汽油，其无数的规则小孔是理想的提纯工具，包括从太空船中的空气提纯到被核反应堆事故中污染的水的处理。
但沸石也有局限性，其孔隙几乎极小，很难用于较大分子的筛选，也不易开发其超薄形态。2011年，多个研究小组的研究给沸石合成化学这一“成熟”领域又注入了新的生命力。
韩国研究人员合成了一种孔隙不一的沸石，可用于多种大型分子的催化剂。西班牙和中国的实验室将有机材料和无机材料结合在一起，根据需要引导合成拥有较大或较小孔隙结构的沸石。此外，法国和德国的研究人员还发现，无需使用昂贵的有机化合物作为结构导引材料，也可以合成大孔隙的沸石，开创了更经济的生产催化剂的途径。美国明尼苏达州的研究人员还开发出了超薄沸石薄膜，可广泛用于各种化学过滤筛选。一系列新的沸石合成奇迹，展现了化学领域长新不衰的神奇创造力。
清除身体衰老细胞
突破十：衰老细胞有望清除
科学家猜测，游荡在机体组织里的衰老细胞让人们渐渐变老。2011年，研究人员以确凿的证据表明，清除这些细胞会让我们活得更健康。
人体中的某些细胞会不断分裂，帮助机体组织经常性地“刷新”，但分裂到一定次数的细胞会渐渐衰老失去分裂能力。衰老细胞有一种“坏习惯”，会分泌一些刺激肿瘤生长和扩散的化学物质，其他“罪行”还包括损害周围组织，引发老年性炎症等。
研究人员给小鼠注射了一种清除衰老细胞的特殊药物，结果发现，这些被注射了药物的小鼠寿命虽然没有延长，但却活得更健康。研究人员在2011年12月发布的研究报告中称，清除衰老细胞可延缓白内障、肌无力和关节硬化等退行性疾病的发病时间。包括一些已经开始出现衰老的小鼠，药物注射也给它们带来了一定的益处。这一实验成果表明，如果科学家能开发出一种有效清除人体衰老细胞的药物，将令人们的老年生活更年轻更健康。
资料来源Science
责任编辑 则 鸣