美國國家科學基金會（NSF）是美國專門負責推進科學和工程事業的獨立的聯邦政府機構，它在支持全美大學和其它學術機構的基礎研究、教育和基礎設施建設方面起到了至關重要的作用，其資助的項目涵蓋除醫藥以外的幾乎所有領域。近期，NSF對天文與空間、生物學、化學與材料、計算學、地球與環境、數學、物理學、納米科學、人文與社會等12個領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，并終創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化為有益的用途。生物學家認為氧氣應用轉變的重要性，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，漸漸適應環境的變化。而生命的出現同樣影響著我們這顆行星的本質，我們現在所知的地球正是無數次生命與非生命之間的相互作用形成的結果。

地球上生物的內部化學反應一直都很積極。環境中的物質經過細胞中的生化反應轉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成的藍鯨。通過細胞中的化學反應，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，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境“共舞”，一旦環境發生改變，其中的物種也必須跟著變化，而我們所見到的終結果就是物種的分化。近年來的氣候轉變，譬如受人類活動的影響，驅使許多動植物發生跳躍式的變化。當北半球氣候變暖，很多南方的動植物都會向北遷移。個體對環境的適應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境。科學家們認為這些變化仍處于幼年時期。

新世紀是基因組學繁盛的時期。科學家們研究基因－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，如基因是如何被調控的，在生長過程中哪些蛋白質參與了復制生命過程等等，試圖搞清楚生命的特征是如何代代相傳的。

NSF的生命科學部資助科學家從事任何有關生命方面的研究。研究對象從微生物到雨林，研究內容從細胞到生態系統等各個層次驅動生命的過程，目的是理解何謂生命、生命是如何運行的、生命如何以及為何而改變等等。

比如，近NSF資助的科學家們發現在早期的微生物的后代中存在兩個攜氧蛋白，而這兩個蛋白正是我們體內攜帶氧氣流遍全身的血紅蛋白的祖先。NSF資助莫斯科Shemyakin-Ovchinnikov生物和化學研究所Vadim Mesyanzhinov和普度大學Michael Rossman領導的團隊研究T4噬菌體，資助俄亥俄大學Lawrence Witmer用神經解剖學的方法研究恐龍化石。

在設備方面，NSF投資興建了世界上*的4Pi共聚焦激光掃描顯微鏡（注：4Pi以兩個對置的顯微物鏡共焦來增加顯微鏡的孔徑）。在重大計劃上，NSF資助了擬南芥測序計劃，并推出了研究這一模式生物所有基因功能的“擬南芥2010計劃”。