科技日报记者 张家欣 人类的许多重大科学突破都源于对未知事物的纯粹好奇。曾经被认为“无用”的基础研究最终深刻改变了世界。从温泉中的嗜热菌到古细菌的基因序列，从花瓣漂白到陨石中的铅同位素……几十年后的七项重大研究取得了聚合酶链式反应（PCR）、基因编辑、RNA干扰、磁共振成像（MRI）、液晶显示、新型减肥药物和全球禁止含铅汽油等成就。他们证明，真正推动人类进步的是对科学未知的探索和坚持。嗜热酶的产生可以在生命中复制。 1966 年夏天，印第安纳大学研究生 Hudson Fritz 在黄石公园取样时发现了一种可以在几乎沸腾的蘑菇中在高温下生存的细菌春天，在70°C以上的环境中活跃生长。三年后，他和导师Thomas Brock正式描述了这种嗜热细菌，并将其命名为Thermotoga Aquaticus。 1976年，科学家从这种细菌中分离出了一种能在80℃下稳定工作的酶——TAQ DNA聚合酶。 1983年，美国生物化学家卡里·穆利斯（Cary Mullis）利用这种高温酶发明了PCR技术，使科学家能够在短时间内将极少量的DNA扩增成数百万个拷贝。正是这项技术使 DNA 检测、疾病诊断、刑事调查和事实识别变得更加容易。从新冠病毒的发现到法医DNA指纹识别，人类对生命密码的解读可以追溯到一勺温泉水样。自旋共振实验开启了医学成像的新篇章。如今，MRI 是医院最重要的成像方法之一，能够生成无创地获取人体内部的高分辨率图像。它的基础来自物理学家对原子核“自旋”特性的基础研究。 20世纪30年代，美国物理学家伊西多·拉比等人发现，磁场中的原子核会因旋转方向不同而产生能级差异，并能吸收特定频率的mga电磁波。这就是核磁共振现象。起初，这项研究仅用于化学实验室研究分子结构。 20世纪70年代，美国化学家保罗·劳特伯（Paul Lauterber）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）将核磁共振原理扩展到活体组织成像，导致MRI技术诞生，并因此获得2003年诺贝尔生理学或医学奖。现在，MRI不仅可以揭示心脏和肿瘤的微小变化，功能性磁共振成像（fMRI）也已被开发用于监测大脑活动，为神经科学开辟新途径。这种来自基础物理学的探索最终改变了现代医学诊断的方式。液晶的发现始于胡萝卜 1888年，奥地利植物学家Friedrich Reinitzer从胡萝卜根中提取了一种名为“胆固醇酯”的化合物。其中一种名为“胆固醇酯苯甲酸酯”的晶体表现出奇怪的现象。普通晶体在加热时会同时失去固态和颜色，但这种晶体在145℃时失去固态，但直到178℃才失去蓝色。雷尼策将样品寄给了德国物理学家奥地利托尔雷曼。雷曼通过显微镜发现这种物质可以流动并具有晶体的光学特性。它是一种介于液体和固体之间的新状态。他进行了系统研究，并将其命名为液晶。起初，这一发现被认为“毫无用处”。直到20世纪50年代才被美国工程师重新发现1968年，液晶的光学特性并创造出第一块液晶屏幕，液晶技术真正改变了世界。如今，液晶显示器几乎无处不在，从电视、笔记本电脑到手机和平板电脑。微生物防御机制催生了基因编辑工具 CRISPR（成簇规则间隔短回文重复），这种工具可以精确编辑基因组并开辟治疗疾病的新方法。它的发现可以追溯到1989年。当时，西班牙微生物学家弗朗西斯科·莫吉卡正在研究“地中海盐杆菌”，发现其基因组中存在一串有规律重复的短序列，序列之间散布着噬菌体DNA片段。他认为这是微生物的免疫机制：细菌可以保留病毒的遗传信息，以便在入侵者再次感染时识别并消灭它。后来，科学家证实这些序列及其相关蛋白共同构成了CRISPR系统，可以通过切割DNA来实现防御。 2012年，法国微生物学家Emmanuelle Charpentier和美国生物化学家Jennifer Downer将其改为可编程的“基因剪刀”，可以精确编辑DNA。由此，CRISPR技术诞生，开启了疾病治疗和遗传育种领域的新篇章。罗勒激素使得新型减肥药物成为当今流行的减肥和糖尿病药物，例如索马鲁肽，其背后也有意想不到的生物学灵感。它的关键线索实际上来自吉拉毒蜥，这是美国唯一壮观的蜥蜴。 1992年，科学家从其毒液中分离出一种名为“外源肽-4”的分子，该分子与人类肠激素样肽-1（GLP-1）非常相似。 GLP-1可以刺激胰岛素分泌，抑制食欲，但其在体内的寿命很短。外源性肽-4可长时间激活GLP-1受体，且功能稳定。 2008年，医学家丹尼尔·德鲁cker基于该分子领导了一项III期临床试验，该药物被命名为“艾塞那肽”。结果表明，它不仅改善了糖尿病患者的血糖控制，而且还显着减轻了体重。这一发现释放了一系列GLP-1受体的gamot激动剂，并开始了全球减肥。花色突变揭示基因沉默机制 2024 年 3 月，美国批准。美国食品和药物管理局（FDA）推出了一种名为“Fituxilan”的新药，用于治疗血友病。它属于利用 RNA 干扰 (RNAi) 机制的新药物家族。 RNAi药物的诞生历时30年，其起点是一次偶然的植物实验。 1990年，美国科学家理查德·乔根森（Richard Jorgensen）想让矮牵牛变得更加紫色，因此他在其中添加了相同色素基因的副本。结果，花瓣不但颜色变深，还变白了。这种异常现象多年来一直困扰着科学家。 11998年，美国生物医学科学家Andrew FarrdCraig Mello揭示了其分子机制：双链RNA可以引发一系列减慢信使RNA（mRNA）反应，从而抑制蛋白质合成。这就是 RNA 干扰 (RNAi)。两人荣获2006年诺贝尔生理学或医学奖。自此，一类新型基因沉默药物诞生了。测量地球年龄出乎意料地澄清了 20 世纪 50 年代，地球化学家克莱尔·帕特森 (Claire Patterson) 试图确定地球的年龄。他利用铀和钍的放射性衰变来计算陨石中铅同位素的比例，但多次因空气中的铅污染而中断。为了消除错误，他在加州理工学院建立了第一个“超洁净实验室”。最后，帕特森准确测定了陨石的成分，计算出地球的年龄约为45.5亿年。不过，这项研究还发现，现代空气中的铅含量高于自然水平，而主要来源是含铅汽油。在1963 年，他与地球化学家 Mitsunobu Tatsumoto 发表了一篇论文，表明即使是最偏远的海洋也受到铅污染，而且早期的海洋样本中铅含量较低。这一发现引发了铅行业的激烈冲突，但最终导致全球禁止铅燃料。