Science2009年度十大科学进展

　　1.始祖地猿
　　
　　一具罕见的骨架拉开时间的帷幕，向我们揭示了人类最早的祖先那令人惊讶的身体构造及其生存环境。
　　在人类的进化史中，只有少数个体化石为人们所熟知，其中包括：来自德国尼安德谷的尼安德特人(Neandertal)，这是首次发现的古人类骨架；南非的汤恩小孩(Taung child)，该发现在1924年首次揭示了人类祖先在非洲生活过：以及著名的露西(Lucy)，其部分骨架进一步揭示了人类演化过程中的一个关键阶段。2009年。在这个小小的阵容里又增加了一个新成员：在埃塞俄比亚的阿法尔洼地发现的阿尔迪(Ardi)，这是迄今为止所知最早的人类祖先骨架，一同被发现的还有同一物种的其他至少35个个体化石。
　　从1974年发现露西以来，研究人员一直想搞清楚露西的祖先长什么样子、在哪里生活以及怎样生活。露西属原始人族，其大脑与黑猩猩的差不多大小，但是在320万年前她就能像现代人一样直立行走了。然而，即使是露西所属物种——阿法南猿(Australo!oithecus afarensis，又名阿法南方古猿或南方古猿阿法种)的最早成员，其生存的时间也在人类与黑猩猩最后的共同祖先生存年代的数百万年之后。人类起源篇章的第一幕仍旧缺失。
　　现在有了阿尔迪，这个生活在440万年前的女性原始人为人们了解过去那个模糊不清的阶段提供了新线索。阿尔迪的发现者将她的物种命名为始祖地猿(A／dipithecus ramidus，又名拉密达猿人)，这个名字来源于阿法尔语中含义为“根”和“地”的两个词。用来描述在地面生活的、靠近人类系谱源头的类人猿。虽然有些人类化石更加古老，但阿尔迪是迄今为止所发现的古老化石中最完整的。阿尔迪的骨架共有125块，除了大部分头骨和牙齿以外，还包括骨盆、手、臂、腿及脚部的骨骼(生活在4700万年前的早期灵长类动物艾达(Ida)的化石也很完整，虽然在2009年最初宣布她的发现时人们曾宣称她是人类的直系祖先。但后来发现并不是这样)。
　　当研究人员在1994年发现了阿尔迪人种的首批化石后，这些化石很快就被认定是继露西之后所发现的最重要的化石。但是研究人员的激动和兴奋并没有持续多长时间，因为阿尔迪骨架的破碎情况非常严重：比较大的骨骼已被压碎了而且非常容易破损，这使得一个多学科小组花费了15年时间来挖掘阿尔迪，并用数码手段消除变形并分析其骨骼。
　　2009年10月，人们期待已久的阿尔迪骨架终于在《科学》杂志印刷版和网络版刊登的11篇文章中面世(详见2009年10月2日《科学》第60～106页)。阿尔迪的发现者提出她属于一个新的人族，该族包括现代人和人类祖先，但不包括其他现存类人猿的祖先。他们指出，阿尔迪独特的身体构造不同于现存的类人猿以及露西等后来的人族。相反，阿尔迪揭示出了古人类身体构造的变化，正是这种变化奠定了直立行走的基础。
　　并非所有的古人类学者都认为始祖地猿是人类的祖先，甚至有人认为始祖地猿不属于人族。但是没人对这个新证据的重要性表示异议。迄今为止。仅有6具年代在-100万年以上的人族不完整骨架化石公开发表过。骨架的意义远大于来自不同个体的零碎骨头；它不仅能使我们仔细研究整个动物，而且就像罗塞塔石碑(Rosetta Stone)一样可以帮助我们解密更多的不完整化石。正如预期的那样，研究人员开始对阿尔迪的身体构造和她与其他灵长类动物的关系展开辩论，但他们都同意阿尔迪和其物种的其他标本提供了大量新的、令人吃惊的数据，这有助于我们回答有关人类演化的一些最根本的问题，其中包括：我们怎样识别人类大家庭中最早的成员?直立行走是如何演变而成的?我们与黑猩猩最后的共同祖先长什么样?从现在开始。研究这些问题的人可以用阿尔迪作为参考。
　　
　　实体证据
　　阿尔迪最令人惊讶之处在于她不是南方古猿与长得像黑猩猩和大猩猩的共同祖先之间的过渡物种。阿尔迪身高120厘米，身体和大脑的尺寸略大于黑猩猩；而且她比露西生存的年代更早。但阿尔迪的发现者称，她长得并不像非洲类人猿，更不像我们已知的更早类人猿的零碎骨头。
　　当研究人员研究了阿尔迪的脸和牙齿后，他们发现了一些可以把地猿属与所有后来的人族物种(包括露西和现代人)联系起来的衍生特征。例如，阿尔迪的口鼻不像黑猩猩那么突出。即使阿尔迪种的男性也没有像黑猩猩那样匕首般锋利的大犬齿。她的颅底前后距离短，与直立行走者的一样，而不像四足类人猿的那么长。
　　此外，阿尔迪的发现者根据她的骨盆确定她的确是直立行走，这是长久以来定义人类的一个重要特征。例如，她骨盆的上部边缘比现存类人猿的短且宽，这就降低了她的重心，使她在行走时可以用一条腿平衡。但是阿尔迪并不像人类或露西那样行走自如。她的骨盆对攀登和直立行走都很有利，使她成为“官能”两足动物，她的发现者这样谈到。
　　阿尔迪极为完整的手脚骨更证实了这一点。据发现者说，阿尔迪的腕关节不像非洲类人猿那么僵硬，手掌的骨头短，这表明她并不像黑猩猩和大猩猩那样用脚趾关节行走，也不像它们那样在树枝之间荡来荡去。但是阿尔迪的脚比黑猩猩更僵硬，这表明她的脚不但用来在地上直立行走，也用来在树枝顶端小心攀爬走动。事实上，阿尔迪的手指长且弯曲，脚趾大且对生，这表明她可以抓紧树枝。
　　如果真是这样的话，那表明我们的祖先在林地里生活的时候就已经开始直立行走，而不是像我们过去认为的那样在比较开阔的草地上生活时才开始直立行走。这个国际发现小组为了重现阿尔迪迈出第一步的场景而不遗余力，他们从阿拉米斯(Aramis)和附近的化石层中收集了15万个动植物化石标本，包括大象、鸣禽和千足虫。该小组用辐射测量法测出含有化石的沉积物来自于440万年前，于是得出结论：阿尔迪生活在一个遍布天然林地的古老冲积平原上。她在朴树、无花果树和棕榈树上攀爬，与猴子、库杜(kudu)羚羊以及孔雀生活在一起。
　　
　　与人类的关系
　　如果根据脸、头骨和牙齿的特征来定义人族的话，那么表面上看阿尔迪属于人族。很多读过地猿属资料或是看到过这些化石石膏模型的研究人员都同意这一点。但是自从露西被发现以来，直立行走一直是确定一个物种是否属于人族的黄金定律。在灵长类动物中，只有人类和人类的近亲习惯性地两足行走。在这一点上。阿尔迪算不算人族还不好说。
　　作为阿尔迪直立行走关键证据的骨盆破碎且不完整，其一部分被称为“爱尔兰炖肉”；有外部研究人员希望能检查阿尔迪骨骼复原过程。但是，阿尔迪的发现者指出，他们得出阿尔迪能直立行走的结论是依据她脚部的特征和原始骨盆保存最完好的那部分，而不是依据复原的部分。
　　看过阿尔迪骨盆复原石膏的一些外部研究人员认为她确实具有与后来的人族相同的一些重要特征，比如坐骨切迹的形状和大小。但是阿尔迪的手脚都很原始。因此有些研究人员提出严重质疑：阿尔迪是否真的比其他类人猿更频繁地直立行走?她在树枝间攀爬或荡来荡去的能力是否不如其他类人猿?研究人员下一步要做的是详细地比较阿尔迪和更早类人猿的骨头，搞清楚阿尔迪独特的解剖学特征是如何影响她行动的。
　　《科学》上发表的文章提出了有力证据证明阿尔迪揭示了人类与黑猩猩共同祖先的基本身体构造。很多研究人员也对此提出异议。他们指出阿尔迪大约生活在人类与黑猩猩共同祖先100万～300万年之后，在这么长的时间内足以发生演化变迁。还有人对男性地猿缩小的犬齿的社会含义提出疑问，而国际发现小组的解释是。小犬齿意味着男性地猿间的侵略性比黑猩猩低。
　　这样的争议表明，认定这么古老的人族是否直立行走十分困难。阿尔迪是不是必须像南方古猿那样直立行走才能被接纳为人类大家庭的一员?也许虽然她用一种过渡形式直立行走，但她的脸、头骨和犬齿与后来的原始人一致就足够了?阿尔迪已经促使一些研究人员提出这样一个问题：是否习惯性的直立行走是定义人族的关键标准，也许有些远古类人猿是从头部开始演化为人族的。
　　发现人族新化石从而引起争论并导致重新定义人类的限定是有先例的。很多人曾经认为较大的大脑和使用工具与直立行走是同时出现的，但直到露西被发现她的大脑与黑猩猩大小差不多，这就证明是直立行走先出现的。
　　在研究人员思考人族的定义的同时。他们还需要搞明白阿尔迪处于人类演化树的什么位置。国际发现小组提出了一个假设：地猿属产生了包括露西在内的南方古猿属，而人们普遍认为南方古猿演化成包括现代人类的属——人属。但是他们也注意到，阿尔迪也可能属于一个已灭绝的旁系分支，与我们的直接祖先是姐妹种。随着新的研究人员加入到研究阿尔迪的行列。发现小组开始批准他们观察阿尔迪骨架复原石膏的请求，同时小组成员也将返回阿拉米斯寻找更多的化石。
　　2009年是达尔文诞辰200周年，也恰恰是2009年，研究人员最终打破了了解人类起源的400万年屏障。现在已经有大量新鲜数据和至少---一批确凿证据可以为制作人类最早祖先模型提供支持。
　　——ANN GIBBONS
　　
　　2.拓展伽马射线天空
　　
　　就像在黑夜里闪烁的灯塔，脉冲星在太空中自转的同时也会周期性地发出闪光，并以对锥状电磁辐射波横扫天空。自从40年前发现第一个脉冲星以来，天文学家通过这些神秘星体发射出的脉冲无线电波已经探测到了数百个这样的脉冲星。如今，天文学家找到了一个新的探索渠道——利用高能伽马射线光谱来寻找无线电波段无法探测到的脉冲星。这是近年来使用伽马射线进行观测所取得的进展之一。而这一进步使研究人员对脉冲星的工作原理有了更进一步的理解，同时，发现更多的新脉冲星也将有助于对引力波的探索。
　　2008年6月，美国国家航空航天局(NASA。简称美国宇航局)将费米伽马射线太空望远镜(Fermi Gamma-ray space Telescope，简称费米望远镜)发射升空，用于绘制宇宙伽马射线图。而这些观测结果也来自于费米望远镜。一个国际研究小组通过仔细分析费米望远镜升空后最初几个月收集到的数据，从而发现了16颗新脉冲星；他们还发现了以毫秒速度自转的8个已知脉冲星发出的强伽马射线脉冲，这就证明这些天体不仅在无线电波段同时也在伽马射线波段发出很亮的脉冲。此外，他们还发现了球状星团杜鹃座47(47 Tucanae)发出的高能伽马射线，这表明在这个星团里包含有多达60个毫秒脉冲星。
　　通过费米望远镜所获得的成果也许仅仅只是个开始。研究人员利用他们对脉冲星特征的新认识，正在检查费米望远镜过去探测到的某些不明伽马射线源中是否有脉冲星。美国和法国的天文学家小组利用地面射电望远镜来检测费米望远镜所指出的候选天体。仅11月份一个月他们就发现了5个新的毫秒脉冲星，这种搜索技术比使用地面射电望远镜盲目地扫描天空更有针对性。
　　由于科学家们认为脉冲星放射出的伽马射线束要比其无线电波束更宽，因此从理论上来说，基于太空的伽马射线望远镜应该比地面射电望远镜更容易探测到脉冲星放出的射线。然而，最先使用费米望远镜的康普顿伽马射线天文台(Compton Gamma Ray Observatory。于1991年至2000年运行)运气不佳，他们并没有找到这些天体。造成这一结果的原因就在于费米望远镜的高灵敏度，这使它能够检测到康普顿天文台检测不到的微弱脉冲。
　　这些发现已经给脉冲星物理学带来了新的启示。就目前所知，脉冲星是快速自转的中子星，它们的强大磁场可以使粒子加速到接近光速并从两极射出。这些热物质的射流会放射出伽马射线。但是，磁场的结构是什么样的?粒子束到底从何处射出呢?一种理论模型认为射流是从中子星表面的极冠射出，但也有人认为光束来自极地上空数千公里外的太空。
　　天体物理学家经过对费米望远镜观测到的脉冲星伽马射线辐射进行分析后，得出的结果推翻了极冠模型理论。而观测资料显示，射线大部分来自于外磁层的某个位置。对脉冲星的工作原理进行如此细致的检测，仅仅通过无线电观测是不可能的，因为无线电波只占脉冲星能源总量的很小一部分，而伽马射线则占脉冲星辐射的绝大部分。
　　天体物理学家说，通过对脉冲星的观测研究，预示着我们将来会发现更多不同类型的天体。在费米望远镜探测到的1300多个伽马射线源中，包括有光芒四射的星系、伽马射线爆发和星系中心的黑洞。2009年11月，两个研究小组通过地面伽马射线望远镜并结合费米望远镜追踪宇宙射线——也就是来自太空的高能粒子——直到它们在爆炸星体中的诞生地。从而解决了一个长期以来的不解之谜(详见2009年11月20日《科学》第1047页)。新发现的这些脉冲星本身就能够帮助研究人员探测引力波。引力波可以理解为时空构成中的起落波纹，它可以使那些以最快速度自转的脉冲星的自转速率发生明显改变。
　　
　　3.脱落酸(ABA)受体
　　
　　虽然在植物的行为技能之中并不包括“战斗”或“逃跑”，但是植物体内有一种相当于人的肾上腺素的化学物质，被称为脱落酸(abscisic acid，简称ABA)。高浓度的ABA使种子保持休眠状态，有助于减少水分流失，并在条件恶劣时抑制根部和其他植物部位的生长。但是长期以来植物生物学家一直未能找到这个关键植物激素的受体，尽管多次尝试，但屡试屡败。终于在2009年5月，两个独立研究小组用不同的方法确定了同一蛋白质家族为ABA受体。到2009年深秋为止，已有另外几个研究小组证实了ABA和PYR／PYL／RCAR蛋白质之间的联系。正如该领域的一位领军人物说的：“ABA受体研究终于获得了成功!”
　　其中一个来自德国的研究小组主要把注意力集中在寻找与AB11和AB12这两种酶结合的蛋白质上(这两种酶有助于刺激ABA的活动)。他们发现了两个蛋白质，将其命名为“ABA受体调控组分”(RCAR)。另一个来自美国加利福尼亚州的研究小组，通过研究加速ABA活动的pyrabactin与何种物质相互作用，从而找到一个ABA受体。这个小组把他们发现的ABA受体命名为PYR1。两个小组发现各自找到的ABA受体都属于同一个有14个成员的蛋白质家族。
　　另外。来自中国、日本、欧洲和美国的其他研究人员也找到了证据支持这些结果。有几个小组还获得了ABA与其受体结合或ABA及受体同时与PP2C磷酸酯酶相互作用的晶体结构(要使ABA起作用必须关闭PP2C磷酸酯酶)。这些结构表明：PYR／PYL／RCAR蛋白质结成对，形成一个有“门”的袋，使ABA可以居于其中。A，BA通过改变分子对的形状使“门”关闭。并形成一个与PP2C结合的表面。
　　这些研究成果可以说是植物生物学研究甚至是更广泛领域科学研究的福音。PP2C和ABA受体都属于高度守恒的蛋白质家族，因而确定了这些蛋白质在植物中的作用后。也许就更容易搞清楚它们在其他生物体中的作用。
　　
　　4.发现模拟磁单极子
　　
　　在苏斯博士(Dr.SEUSS)著名的儿童读物《圣诞怪杰》(How the Grineh Stole Christmas，格林奇如何偷走圣诞节)中，小气的主人公怒气冲冲地说：“如果找不到驯鹿，我就自己做一个!”物理学家们为了找到长期以来一直追寻的目标粒子而采取了类似的方法，这种粒子被称为磁单极子。虽然科学家们还没有发现这种物质，但是在2009年，有两个研究小组在磁晶体内制造出了被称为“准粒子”的波纹，其行为特征与单极子类似。
　　据物理学家们所知，每个磁体都有一个北极和一个南极。但是，理论家们曾推断基本粒子只有其中一极。1931年，英国理论家保罗·狄拉克(PauI Dirac)认为，如果有这种磁单极子的存在那么就可以解释电荷的量子化问题。“大统一理论”
　　(Grand Unified Theories)也预测了磁单极子的存在。这一理论把电磁作用、弱作用力以及强作用力视为同一事物的不同方面。
　　9月份报告发现的单极子只存在于钬钛酸盐和镝钛酸盐这类被称为自旋冰(spin ice)的物质中。在自旋冰中，旋转的磁性钬离子或镝离子位于四面金字塔或四面体的四个顶角。正如氢离子在冰里的位置一样。在低温状态下，每个四面体里有两个离子的北极向内指向中心。另两个离子的北极指向外部。翻转一个离子就会产生一个有三个离子指向内部的不平衡四面体。与另一个只有一个离子指向内部的四面体。翻转更多的自旋指向，不平衡的四面体就会独立移动，这就像磁单极子一样。
　　这样的“自旋系统”给理论家和实验家提供了游戏场地。这些被观察到的磁单极子以简单的方法展示了这种系统的丰富性。
　　
　　5.健康长寿
　　
　　虽然来自复活节岛泥土中的一种细菌分泌物并不是庞塞德莱昂(Ponce De Le6n)所设想的青春之泉，但是2009年，研究人员向世人展示了一种名为雷帕霉素(rapamyein)的化合物，这种物质可以延长老鼠的寿命，这也是第一次有药物可以延长哺乳动物的寿命。
　　雷帕霉素通常是医生开的处方药，用来治疗肾癌以及减轻器官移植排斥反应。美国国家衰老研究所已经把该药物加入到可能会延长啮齿动物寿命的分子名单中。在这之后，三个试验此类药物的美国实验室开始给实验鼠喂食雷帕霉素。这些600天大的实验鼠相当于60岁的人类。在食用了富含雷帕霉素的食物之后，这些实验鼠的寿命平均延长了9％～14％。研究人员也曾经在蠕虫和果蝇身上进行试验并取得过类似的结果。但这是首次在哺乳动物身上试验成功。尤其鼓舞人心的是，虽然这些试验鼠已过盛年。但雷帕霉素仍然有效。
　　不过，雷帕霉素的机制却难住了科学家们。雷帕霉素的作用是抑制从蛋白质合成到细胞分裂全过程参与的TOR生化过程。然而，雷帕霉素并不能阻止导致死亡的任何具体原因：这些上了年纪的试验鼠患有各种溃疡和心力衰竭等老年病症。而且由于这些试验鼠并没有变得骨瘦如柴，因此研究人员怀疑雷帕霉素的作用机制与热量限制(CR)机制类似，而其他一些科学家则认为两者之间可能有联系。热量限制是指一种通过极端限制试验鼠和其他实验室生物的饮食来延长其寿命的方法。
　　与此同时，2009年发表的另一项研究使我们离揭开关于热量限制的一项大课题的面纱更近了一步，那就是“热量限制是否对人类有效”。首次开始将灵长类动物恒河猴(rhesus monkeys)作为试验对象是在20年前。现在这些恒河猴开始死于与年龄相关的种种原因，但是初步试验结果表明，采用热量限制法喂养的恒河猴比正常进食的同类寿命更长。
　　由于雷帕霉素会破坏免疫系统，而只有狂热者才能把热量限制法坚持下去。因此，这两种方法都不是延长人类寿命的理想方式。但是，它们也许能够引导研究人员找到更好的替代方法来延缓衰老，或者至少延长我们健康生活的时间。
　　
　　6.科学家揭示月球存在冰
　　
　　2009年，行星科学家们最终证明了像月亮一样荒芜、炽热的天体上有可能存在水冰混合物。这一发现使人们对研究亿万年之久的环境记录重新燃起了希望，从字面意义上来说，也是为人类探索太阳系的壮举加油助威。
　　月球存在冰并不是一个完全荒谬的想法。在20世纪90年代初期，科学家们通过地面雷达探测水星时就发现，水星撞击坑地表下埋藏有类似水冰混合物的东西。这种物质只在极地陨石坑下才有，因为极地陨石坑边缘的阴影使坑底永远处于黑暗中，确保了必要的永久寒冷。科学家们推断，也许经过亿万年的漫长时间，来自撞击彗星和结冰小行星的一些水被冻结在永远处于黑暗中的陨石坑里。环绕月球的雷达最终也找到迹象表明月球极地陨石坑存在冰，但是人们对这一见解仍存在争议。1998年，一台环绕月球的仪器在极地探测到高浓度的氢，这些氢有可能是埋藏于地表下水分子的一部分，即便如此，争议仍旧没有停止。
　　最后，研究人员将一个两吨重的、耗尽燃料的火箭级以每小时7200公里的速度撞击到永远黑暗、寒冷的Cabeus陨石坑里，试图使数升水涌出地面从而被观察到。耗资8000万美元的月球陨坑观测和传感卫星(LCROSS)发回了月球撞击飘升物中水汽、冰和水衍生羟基的清晰光谱特征图。
　　LCROSS还发回了月球水源的证据。LCROSS的传感器检测到与水冰混合物一起埋于地下的一氧化碳、甲烷和甲醇等分子。这些化合物正是彗星和结冰小行星上发现的同类物质，因此，月球上至少有一些地方保存了亿万年来曾碰撞月球的天体所留下的遗迹。
　　月球冰冷的水储藏也许记录了数十亿年来月球发生过的撞击。宇航员也许能饮用这种水或是用其种植食物，甚至将其分子分裂为氢原子和氧原子用来做火箭燃料。但有一个问题就是：必须有人想出办法如何在月球绝对零度以上40度的温度下进行钻探和开采作业。
　　
　　7.基因疗法回来了
　　
　　基因疗法是指通过修复DNA使发生故障的细胞功能恢复正常，它为治疗单个基因缺陷引起的疾病提供了一个精美的解决方案。自1990年起，科学家们就开始了第一例人体研究，但是该领域一直面临各种技术挑战和重重困难，也曾有一位志愿者在临床试验中死亡。但是就在2009年，研究人员报告称已经对多种破坏性疾病进行了成功治疗，这说明基因疗法终于有了转机。这些成功案例包括：
　　先天性黑蒙症(Leber's congenital amauro-sis，简称LCA)。这是一种导致患者在婴儿期失明的罕见遗传疾病。美国和英国的研究人员给黑蒙症患者的一只眼睛注射一种携带外来基因的无害病毒，该基因编码是一种制造感光色素所必需的酶的编码。在第一批临床试验中，所有12名部分失明患者的感光能力都有改善。其中4个孩子重获视力。并能够进行体育活动。在学校也不再需要使用学习辅助器材(另一个研究小组用类似的方法使先天红绿色盲的松鼠猴恢复了全色视觉)。
　　X连锁肾上腺脑白质营养不良症(X-linked adrenoleukodys~ophy，简称ADL)。这是一种大脑疾病，通常会导致男童在青春期前死亡。此种疾病是由于制造维持神经髓鞘蛋白质的基因有缺陷造成的。一个法国研究小组往患有此病的2个7岁男童血细胞里注入一个纠正基因，有些细胞开始制造缺失的蛋白质并且看起来转移到了他们的大脑。两年后，ADL典型的渐进性脑损伤已经停止了。这次试验也是第一次用失效的HIV病毒把基因带入细胞，该病毒导致癌症的可能性比过去用的载体小。
　　“泡泡男孩”病，又名严重联合免疫缺陷症(severe combined immunodeficieney。简称SCID)。这种病是由于缺乏一种名为腺苷脱氨酶的酶而引起的。2009年1月，意大利研究学者公布了一项为期8年的试验成果，试验对象为儿童患者。10名患者中有8名不再需要进行酶替代疗法，他们过上了正常人的生活；而且他们中没有发现基因疗法的严重副作用(治疗一种相关疾病——X连锁SCID的基因疗法恢复了19名婴儿的免疫系统，但是他们中有5名患上白血病，其中1名死亡)。
　　对其他遗传病的临床试验结果将很快公布。研究人员准备采用更安全的新载体进行更多试验。
　　
　　8.石墨烯研究取得新进展
　　
　　材料科学的研究往往进展缓慢，但是对石墨烯的研究却进展神速。2004年，英国研究人员发现了一种简单方法，可以从石墨块上剥离一个原子厚度的碳原子层，自此，众多研究学者开始竞相研究这一极薄膜。2009年，在这方面的研究达到了一个新高度：研究人员有了一连串的新发现，其中包括制造出大张石墨烯薄膜以及用其研制全新器件的新基本理论和方法。
　　石墨烯的魅力很大程度上在于它传导电子的方式。其近乎完美的原子秩序(六边形细铁丝网状的碳原子晶格)能让电子以超快速度通过。物理学家可以利用石墨烯的这个特性作为试验台，用于检测量子力学的某些不寻常特征。例如：不久前。纽约和新泽西州的两个研究小组各自证实了石墨烯的电子显示出分数量子霍尔效应(Hall effect)。霍尔效应中的电子就像只有一个分数电荷的粒子一样共同行动。几十年前，这一行为特征就在一些多层半导体材料中被发现过，但是从未在石墨烯这样一种简单材料中发现过。
　　简单性也支配着其他领域。2009年5月。美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员在报告中提到。他们在薄铜箔片上试培出1平方厘米的石墨烯薄膜。康奈尔大学的一个研究小组通过修改前者的技术，在硅晶圆上也试培出了石墨烯。这两大成果为今后制造大型石墨烯电子设备开启了一扇大门。
　　对此类设备的研究进展神速。2009年1月，IBM公司的研究人员报告称，他们已经制成了每秒钟可以开关260亿次的石墨烯晶体管，这一性能远远超过传统的硅设备。麻省理工学院的研究人员研制出了用于电子信号传播的石墨烯倍频器，这一成果有可能使通信及传感领域出现新的应用产品。另外，研究人员还研制出了很多以石墨烯为基础的器件，例如可以称量小分子的石墨烯天平，以及超高速石墨烯光电探测器。不管简单还是不简单，研究人员的工作让石墨烯研究看上去很容易。
　　
　　9.哈勃重生
　　
　　哈勃太空望远镜曾经因为老化差点被迫退休。不过2009年秋天，它又开始拍摄服役19年来最好的图像了。这完全要归功于2009年5月进行的一次维修任务，它成功地把哈勃望远镜的使用寿命延长了5年。
　　在美国国家航天航空局(NASA)前局长肖恩·奥基夫(Scan O’Keefe)宣布取消原定2004年执行的哈勃维修任务之后，美国宇航局内部就此次任务展开了长期的斗争，试图使其成行。宇航局的官员曾考虑把一个机器人送上太空执行必要的维修任务，但是很多专家认为这是一个不切实际的提议，最终是会毁掉哈勃望远镜的。直到2006年。奥基夫的继任者迈克尔·格里芬(Michael Griffin)同意NASA的宇航员对哈勃望远镜进行最后一次整修。这才让支持哈勃望远镜继续运作的人们松了一口气。
　　2009年5月，亚特兰蒂斯号(Atlantis)航天飞机上7名宇航员进入地球上空500公里的轨道、11天内共进行了5次太空行走，执行了一系列复杂而危险的操作。最后，他们完成了所有预定任务，其中包括：把2号广角相机(Wide Field Camera)换成了图像分辨率高十多倍的3号广角相机：安装了可以提高哈勃拍摄紫外光谱能力的宇宙起源摄谱仪(Cosmic Origins spectro-graph)；另外还修复了两架现有设备，分别是高级巡天相机(Advanced Camera for Surveys)和太空望远镜成像摄谱仪(Space Telescope Imaging spectrograph)。
　　9月9日，美国宇航局公布了哈勃维修后拍摄的首批照片：蝴蝶星云的壮观画面、半人马座ω球状星团以及其他星球奇观。哈勃已经开始正常工作了!如今。使用哈勃所拍摄数据进行的科学研究正在加紧进行。例如，在近几个月中，哈勃已经拍摄到地球附近漩涡星系M83的最详尽照片。这些照片应该有助于研究人员了解更多恒星在M83中心诞生的秘密。
　　
　　10.第一台X射线激光器闪亮登场
　　
　　2009年4月，一种新型光闪耀诞生。位于美国加利福尼亚州西部门洛帕克(Menlo Park)的斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)的物理学家们制造出了世界上第一台X射线激光器，这台130米长的大怪物名为直线型加速器相干光源(Linae Coherent Light Source，简称LCLS)，它通过实验室中的3公里直线粒子加速器提供动力。这台激光器是一个价值4.2亿美元应用设备的核心部分，研究人员历时3年才完成全部制造过程。而仅仅是启动它就要花费研究人员近2小时的时间。
　　虽然LCLS只是一个工具，但是它绝对称得上是一项“突破”，因为与所有以前的光源相比。它标志着质的进步。几十年来，科学家们都是使用x射线来探测材料的原子级别结构。LCLS比以往任何光源的亮度都要高10亿倍，它产生的X射线脉冲短暂到百万分之二纳秒。这种速度快到足以拍摄下化学反应过程中的停止动作图像。简单地说，LCLS是第一台结合了原子级别空间和时间分辨率的设备。同时，它还以相干量子波的形式输出x射线，这样研究人员就可以借用为传统激光器发展出来的技术进行研究。
　　自10月起，试验中开始使用LCLS。科学家们希望用LCLs测定一个分子样品中的一种蛋白质结构，或是将某种物质的所有原子除去内层电子后，看看这种物质会如何反应。鉴于被称作同步加速器的X射线源已经是结构生物学家和材料科学家的常用工具，那么这种最新式的设备LCLS又能做些什么呢。但事实是，科学家们提出：“我们可以用它来做什么呢?”。这个问题本身就表明LCLS是全新的东西。有可能会产生没人能够预见的戏剧性进