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  美國國家科學(xué)基金會（NSF）是美國專門負責(zé)推進科學(xué)和工程事業(yè)的獨立的聯(lián)邦政府機構(gòu)，它在支持全美大學(xué)和其它學(xué)術(shù)機構(gòu)的基礎(chǔ)研究、教育和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面起到了至關(guān)重要的作用，其資助的項目涵蓋除醫(yī)藥以外的幾乎所有領(lǐng)域。近期，NSF對天文與空間、生物學(xué)、化學(xué)與材料、計算學(xué)、地球與環(huán)境、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、納米科學(xué)、人文與社會等12個領(lǐng)域的研究熱點及其資助成果進行了評述。我們將對此作系列進行編譯報道，供參考。 

    談及生命，人們往往會注意那些充滿生氣的蝙蝠、蘑菇和草葉等，卻時常忽略那冰冷的病毒、長在面包上的霉菌，以及躲在堅硬外殼保護下休眠了幾個世紀的種子。我們不禁要追問，究竟什么才稱得上生命？  

    二十多億年以前，一種被認為是地球zui早的生命形式——單細胞有機體，為地球做出了奇妙的貢獻。在那個沒有氧氣的世界里，是這些“微”有機體改變著大氣中的氣體組分，他們制造了氧氣，使這個行星適于植物和動物的生存，并zui終創(chuàng)造出我們今天所看到的充滿活力的世界。而對于初始地球上的生命來說，氧氣是有毒的，直到微生物體中出現(xiàn)了兩個攜氧蛋白，這是血紅蛋白的祖先。這種特殊蛋白有著捕獲和轉(zhuǎn)運氧氣的功能，它們在早期的單細胞有機體中并非用于呼吸，而是起著解毒作用以便有機體生存。隨后，微生物漸漸將氧氣轉(zhuǎn)化為有益的用途。生物學(xué)家認為氧氣應(yīng)用轉(zhuǎn)變的重要性，可與生物后期的從海洋到陸地、從地面到天空、從四肢爬行到直立行走相并提。在隨后的億萬年里，微生物、植物、動物逐漸聚集于海洋和陸地，漸漸適應(yīng)環(huán)境的變化。而生命的出現(xiàn)同樣影響著我們這顆行星的本質(zhì)，我們現(xiàn)在所知的地球正是無數(shù)次生命與非生命之間的相互作用形成的結(jié)果。

    地球上生物的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)一直都很積極。環(huán)境中的物質(zhì)經(jīng)過細胞中的生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成可供有機體生存、生長、繁殖所需的原材料。細胞是生命的工廠、能源庫和圖書館，他們組成各種有生命的有機體，從單細胞細菌到由一萬億個細胞構(gòu)成的藍鯨。通過細胞中的化學(xué)反應(yīng)，有機體吸收并放大能量。通過編碼細胞中的DNA，有機體擴大了自己的種群，確保了在地球上繁衍。一些沒有生命的物質(zhì)，如晶體，它同樣會生長但卻不具備生命所必須的特征。有機體不會永遠一成不變，如果缺乏變化，地球上的生命將是一潭死水。不同的物種都在時刻與他們所處的環(huán)境“共舞”，一旦環(huán)境發(fā)生改變，其中的物種也必須跟著變化，而我們所見到的zui終結(jié)果就是物種的分化。近年來的氣候轉(zhuǎn)變，譬如受人類活動的影響，驅(qū)使許多動植物發(fā)生跳躍式的變化。當北半球氣候變暖，很多南方的動植物都會向北遷移。個體對環(huán)境的適應(yīng)更多的是為了生存和繁衍后代。同時，今天的生命也如同幾十億年前的微生物那樣，改變著地球的物理環(huán)境。科學(xué)家們認為這些變化仍處于幼年時期。  

    新世紀是基因組學(xué)zui繁盛的時期。科學(xué)家們研究基因－生命功能的信號操縱者，以及給予基因組－有機體所有形式的基因，試圖確定基因的功能，如基因是如何被調(diào)控的，在生長過程中哪些蛋白質(zhì)參與了復(fù)制生命過程等等，試圖搞清楚生命的特征是如何代代相傳的。