每一年,《科學(xué)(Science)》雜志都會(huì)評(píng)選年度十大科學(xué)突破。今年除了十大年度科學(xué)突破(runners-up)外,還增加了三個(gè)年度科學(xué)事故(breakdowns)的評(píng)選項(xiàng)目。
十大年度科學(xué)突破
單個(gè)細(xì)胞分離并逐個(gè)測(cè)序
究竟單個(gè)細(xì)胞是如何發(fā)育成具有紛繁的器官和數(shù)十億細(xì)胞的成年動(dòng)物的? 至少?gòu)南2ǹ死椎臅r(shí)代開始,生物學(xué)家就被單個(gè)細(xì)胞是如何發(fā)育成具有多個(gè)器官和數(shù)十億細(xì)胞的成年動(dòng)物這一成就所震驚。
現(xiàn)在,技術(shù)的發(fā)展使科學(xué)家能夠追蹤生物和器官的發(fā)育最精密的細(xì)節(jié)演變——對(duì)細(xì)胞逐個(gè)進(jìn)行。
推動(dòng)這一進(jìn)步的技術(shù)是從生物體中分離出數(shù)千個(gè)完整細(xì)胞,有效地對(duì)每個(gè)細(xì)胞中表達(dá)的遺傳物質(zhì)進(jìn)行測(cè)序,并使用計(jì)算機(jī)或標(biāo)記細(xì)胞,重建它們?cè)诳臻g和時(shí)間上的關(guān)系。德國(guó)MaxDelbrück分子醫(yī)學(xué)中心的系統(tǒng)生物學(xué)家Nikolaus Rajewsky說,這項(xiàng)技術(shù)三重奏“將改變未來十年的研究”。
僅在今年,就已經(jīng)有相關(guān)論文詳述了扁蟲、魚類、青蛙和其他生物如何開始制造器官和附屬物的研究。世界各地的團(tuán)體正在應(yīng)用這些技術(shù)研究人類細(xì)胞如何在一生中成熟、組織如何再生、以及細(xì)胞如何在疾病中發(fā)生變化。
來自遙遠(yuǎn)星系的信使:中微子
在南極冰川的下面,一個(gè)叫做中微子( neutrino)的幽靈留下了耐人尋味的軌跡。通過研究,發(fā)現(xiàn)它來源于一個(gè)“耀變體”,距離地球大約40億光年。這一結(jié)果將幫助我們以全新的方式研究宇宙中最遙遠(yuǎn)、最強(qiáng)大的能量源。
在南極以下一立方千米深的冰層里裝著用光探測(cè)器,用以記錄由中微子觸發(fā)的微弱閃光。這個(gè)巨大的探測(cè)器被稱為IceCube,之前已經(jīng)記錄了許多中微子,有些來自銀河系外,但沒有一個(gè)被固定在特定的宇宙源上。然后,在2017年9月22日,中微子與冰中的核相撞,光傳感器很好地確定了它來自的方向。
研究人員非?隙ǎ跈z測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的blazar是中微子的來源,這是中微子望遠(yuǎn)鏡第一次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)超星系源。在歡迎這第一位訪客之后,IceCube團(tuán)隊(duì)正在等待更多信號(hào)。
更快速的分子結(jié)構(gòu)解析方法
科學(xué)家通過電子晶體學(xué)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)較小尺寸晶體中有機(jī)小分子的結(jié)構(gòu)解析。 它幫助人們探索較小有機(jī)分子的精確形狀。采用新工具簡(jiǎn)單快速,并且適用于微小樣本,在此領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從無到有的突破。利用電子晶體學(xué)技術(shù)研究人員可以更快速的解析分子,加速藥物的發(fā)明發(fā)現(xiàn)。
冰河時(shí)代遺跡,星撞地球新發(fā)現(xiàn)
科學(xué)家通過飛機(jī)雷達(dá)發(fā)現(xiàn),1萬3千年前,這顆小行星像一團(tuán)核彈一樣撞上了格陵蘭島的西北部,立即蒸發(fā)巖石,并在北極上空發(fā)出沖擊波。隕石殘骸撞擊后,產(chǎn)生了一個(gè)開口31km左右的火山,隱藏于冰川之下。11月科學(xué)家們報(bào)告了這一驚人的發(fā)現(xiàn)。
雷達(dá)圖像顯示Hiawatha火山形成時(shí)間離我們相當(dāng)近,大概10萬年前,Hiawatha火山口是地球上最大的25個(gè)火山口之一。Hiawatha現(xiàn)象可能對(duì)全球氣候產(chǎn)生巨大影響,雖然不像恐龍滅絕的影響那樣災(zāi)難性,但沖擊導(dǎo)致的融水涌入北大西洋,可能通過停止向歐洲西北部帶來溫暖的電流輸送帶而使溫度驟降。
揭發(fā)科研圈性騷擾的#METOO#運(yùn)動(dòng)
科研圈里的這些破事一直為人詬病,因?yàn)楹艽蟪潭壬闲则}擾都被忽視了。2018年當(dāng)事人變的勇敢了一些,他們站出來指控嫌疑人,直至有美國(guó)院士被開除。而且,美國(guó)國(guó)家科學(xué)院發(fā)布了一份系統(tǒng)性防治此類事件的報(bào)告。
具體來說,今年6月,美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程學(xué)院和醫(yī)學(xué)院發(fā)布的這份報(bào)告,內(nèi)容涉及學(xué)術(shù)科學(xué),工程學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的女性性騷擾,這具有里程碑意義。
兩個(gè)大學(xué)根據(jù)最新數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是,超過50%的女教職員工和20%至50%的學(xué)生遭受性騷擾。今年,一些機(jī)構(gòu)采取了行動(dòng):對(duì)相關(guān)涉事施暴者做出解雇處理,或者崗位調(diào)整。
地球上第一位混血兒
在西伯利亞的一個(gè)洞穴里,研究人員發(fā)現(xiàn)了一具5萬多年前的女人骨頭碎片。分析表明,她的母親是尼安德特人(Neanderthal),她的父親是丹尼斯人(Denisovan)。她或許是現(xiàn)發(fā)現(xiàn)最早的混血兒,而不是所稱為的另一種類的古人。迄今為止,這一發(fā)現(xiàn)是最直接來表明在遺傳上存在不同的古代人類可以進(jìn)行婚配并產(chǎn)生后代的證據(jù)。
醫(yī)療新技術(shù)助警方破案
科學(xué)家通過公開的DNA數(shù)據(jù),協(xié)助美國(guó)警方破獲了上世紀(jì)70-80年代發(fā)生于加州的一系列兇殺案,這些“金牌殺手”終于被捉拿歸案!這些DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在公開的數(shù)據(jù)庫中,利用現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)手段可以識(shí)別并找出可疑的匹配型。
這是一個(gè)驚人的發(fā)展,他們通過將從一個(gè)犯罪現(xiàn)場(chǎng)回收的DNA譜上傳到公共家譜DNA數(shù)據(jù)庫來識(shí)別親屬。此后,執(zhí)法機(jī)構(gòu)利用這一策略破解了大約20起其他陳年冷案件。這開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域:法醫(yī)家譜。
基因靜默藥物被批準(zhǔn)
美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)首次批準(zhǔn)了基因沉默類藥物投入臨床。該藥物的發(fā)明應(yīng)用了諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的技術(shù),可以治療導(dǎo)致神經(jīng)損傷的罕見遺傳性疾病。
名為patisiran的藥物可用于治療遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性(hATTR)——其中突變的蛋白質(zhì)在體內(nèi)積聚,影響心臟和神經(jīng)系統(tǒng)重要功能的發(fā)揮。
這是RNA干擾(RNAi)技術(shù)——通過改變RNA(核糖核酸)分子傳遞的信息來阻止基因表達(dá),不讓其產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
在這種情況下,patisiran可防止細(xì)胞產(chǎn)生被稱為轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白(TTR)的突變形式的蛋白質(zhì),其導(dǎo)致淀粉樣蛋白的過量。由于它們的累積,人們可能遭受周圍神經(jīng)損傷或多發(fā)性神經(jīng)病。
“FDA的批準(zhǔn)是RNAi發(fā)展中的關(guān)鍵性一步”,來自馬薩諸塞州開發(fā)RNAi治療技術(shù)RXi Pharmaceuticals的James Cardia告訴Nature,“變革性的一刻”。
分子探索遠(yuǎn)古地球
今年,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了生活在五億年前的生物的分子痕跡,使他們對(duì)神秘世界的描繪更加敏銳。
科學(xué)家從5.58億年前狄更遜水母化石發(fā)現(xiàn)膽固醇分子,這種只有動(dòng)物才會(huì)有的膽固醇分子在化石中居然覆蓋率多達(dá)93%。這一發(fā)現(xiàn)破解了之前狄更遜水母是不是動(dòng)物的謎團(tuán)。
堪培拉澳大利亞國(guó)立大學(xué)的研究人員想知道他們是否可以從一些特殊的化石中提取化學(xué)線索,這些化石盡管已有5.5億年的歷史,仍然保留了一種看起來像有機(jī)材料的薄膜。這些化石來自俄羅斯西北部白海岸邊的懸崖,那里的巖石由于某種原因,并不具備消除這種分子痕跡的熱量和壓力。
細(xì)胞內(nèi)部管理
今年,通過大量的研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞內(nèi)部存在相分離,即細(xì)胞成分濃縮成微小的液滴。液滴在基因轉(zhuǎn)錄中起著意想不到的關(guān)鍵作用。科學(xué)家們?yōu)槿芙舛氯竽X的凝固液滴找到了切實(shí)可行的方法,尤其是在治療肌萎縮等疾病方面獲得了重大突破。
年度科學(xué)事故
氣候變化加劇自然災(zāi)害
9月12日,四個(gè)熱帶氣旋活躍在大西洋:佛羅倫薩(左),海倫(右),艾薩克(底部)和喬伊斯(中)。
在美國(guó)西部和北歐地區(qū)發(fā)生毀滅性的野火、歐洲南部創(chuàng)紀(jì)錄的熱浪、美洲和東太平洋的颶風(fēng),旋風(fēng)和洪水。對(duì)于許多人來說,這是氣候變化襲擊全世界的一年。受氣候影響的災(zāi)害越來越強(qiáng)烈,持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。正如美國(guó)國(guó)家氣候評(píng)估的最新版本在11月提出的那樣:“人類引發(fā)氣候變化的證據(jù)勢(shì)不可擋...... 和全國(guó)氣候變化的影響正在加劇。
全球首次基因編輯嬰兒
體外受精,是基因編輯的第一步。(MEDICALRF / SCIENCE SOURCE)
人類改寫自己的遺傳密碼并非易事。一位中國(guó)研究人員賀建奎在11月聲稱他使用CRISPR基因編輯技術(shù),改變了一對(duì)雙胞胎的基因組,也讓她們暴露于未知的風(fēng)險(xiǎn)之中。
外界指責(zé)他這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)名義上是保護(hù)兩名女嬰不受艾滋病的感染,但他沒有公布他的發(fā)現(xiàn),也沒有證據(jù)證明兩個(gè)嬰兒出生時(shí)因艾滋病病毒感染的蛋白質(zhì)而改變了基因。
他打破了國(guó)際上對(duì)種系實(shí)驗(yàn)以及中國(guó)法規(guī)的共識(shí)。他的這一研究被認(rèn)為是2018年的科學(xué)大崩潰之一。
巴西國(guó)家博物館災(zāi)難性燒毀
巴西擁有200年歷史的里約熱內(nèi)盧國(guó)家博物館因?yàn)榇蠡鸨粴。這象征著許多研究人員所擔(dān)心的巴西科學(xué)迫在眉睫的消亡。
由于多年的資金不足和當(dāng)局疏忽,博物館于9月2日晚被燒毀。盡管科學(xué)家們多次呼吁巴西利亞的立法者,聯(lián)邦科學(xué)部的預(yù)算在過去5年中縮減了50%以上,預(yù)計(jì)2019年還會(huì)減少10%。
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