2018十大科學(xué)突破技術(shù)

　　2018年即將過(guò)去，2018年12月20日，美國《科學(xué)》雜志評選出一年一度的十大科學(xué)突破（ScienceBreakthrough）技術(shù)。奪得2018年度頭號突破突破的是“單細胞基因活性分析技術(shù)”。一起來(lái)看看，點(diǎn)亮科學(xué)史的這些新里程碑：

　　斑馬魚(yú)胚胎細胞譜系

　　1.追蹤單細胞發(fā)育譜系

　　從希波克拉底時(shí)代開(kāi)始，生物學(xué)家就困惑于單細胞胚胎是如何發(fā)育成擁有多種器官和億萬(wàn)細胞的成體。現在，通過(guò)結合多種技術(shù)，生物學(xué)家可在單細胞尺度上揭示各個(gè)基因何時(shí)啟動(dòng)并誘導細胞分化。首先，研究者從活體中分離出數千個(gè)完整細胞；之后，使用測序技術(shù)獲得各個(gè)細胞的基因表達情況；最后，利用計算機或細胞標簽，重建這些細胞的時(shí)間與空間關(guān)系。這些技術(shù)能夠無(wú)比細致地為我們呈現生物體和器官是如何發(fā)育的。德國柏林馬克斯·德?tīng)柌紖慰耍∕axDelbrück）分子醫學(xué)中心的系統生物學(xué)家尼古勞斯.拉杰夫斯基（NikolausRajewsky）說(shuō)，這項“三部曲”技術(shù)“將改變接下來(lái)十年的研究”。如今，世界各地的研究團隊正在應用這些技術(shù)研究人體細胞如何在發(fā)育過(guò)程中成熟，組織如何再生，以及細胞在疾病中發(fā)生哪些變化。

　　2.冰河時(shí)代的“沖擊”

　　2018年11月，科學(xué)家使用飛機雷達發(fā)現封存在千米厚的冰蓋下方一個(gè)31公里寬的隕石坑希亞瓦沙（Hiawatha）。希亞瓦沙火山口是地球上最大的25個(gè)隕石坑之一。雖然不像6600萬(wàn)年前在墨西哥滅絕恐龍的隕石希克蘇魯伯（Chicxulub）一樣具有災難性，但希亞瓦沙可能對全球氣候產(chǎn)生了巨大的影響：它突然爆發(fā)，融化的冰川水將會(huì )涌入北大西洋，可能會(huì )阻礙通往歐洲西北部的暖流，從而使溫度驟降。這項發(fā)現可能為新仙女木事件（YoungerDryas），即在冰河世紀后的一次持續千年的降溫事件，提供了新的啟示。

　　3.古人類(lèi)的混血兒

　　一塊來(lái)自生活在5萬(wàn)多年前女性的骨頭碎片，揭示了兩個(gè)已滅絕的人種之間的驚人聯(lián)系：在西伯利亞的一個(gè)洞穴中，研究者從發(fā)現的骨骼中提取古DNA，顯示該女性的母親是尼安德特人，而她的父親則是一丹尼索瓦人。此前，研究人員知道尼安德特人、丹尼索瓦人和現代人類(lèi)，至少偶爾會(huì )在冰河時(shí)代的歐洲和亞洲進(jìn)行雜交，這一最新的發(fā)現，是尼安德特人和丹尼索瓦人之間相遇的親密見(jiàn)證。

　　4.細胞如何對內含物進(jìn)行管理

　　細胞內的各組分是如何協(xié)調的，以至于能夠在正確的時(shí)間和地點(diǎn)行使功能？科學(xué)家逐漸意識到，這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是液滴（Liquiddroplet）。從2009年開(kāi)始，研究人員發(fā)現許多蛋白質(zhì)能夠分離或濃縮成離散的液滴，特別是當細胞對壓力作出反應時(shí)。此前的研究顯示，細胞核中的蛋白質(zhì)液滴能夠沉默特定的染色體區域。2018年，《科學(xué)》雜志的三篇論文指出了這種液相分離的更大作用：驅動(dòng)DNA轉錄為RNA的蛋白質(zhì)，可濃縮成附著(zhù)在DNA上的液滴，它們揭示了一項基本的生命活動(dòng)奧秘：基因的選擇性表達作用。當相分離過(guò)程出現錯誤時(shí)，蛋白質(zhì)液滴可變成固化的凝膠，從而形成神經(jīng)退行性疾病（如肌萎縮側索硬化癥）中出現的各種聚集體。

　　5.法醫系譜學(xué)走向成熟

　　2018年4月，美國警方宣布他們逮捕了一名史上最撲朔迷離懸案的嫌疑人。金州殺人案（GoldenStateKiller）是上世紀七八十年代在加利福尼亞州發(fā)生的一系列強奸和謀殺事件。警方利用犯罪現場(chǎng)回收的DNA，通過(guò)公共家譜DNA數據庫鎖定了金州殺手的親屬。此后，警方利用這一策略破解了20余起其他懸案，開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域：法醫系譜學(xué)（Forensicgenealogy）。在金州殺人案中，當局使用了一個(gè)公共的、簡(jiǎn)潔的在線(xiàn)DNA數據庫：GEDMatch。它由德克薩斯州和佛羅里達州的兩個(gè)業(yè)余系譜學(xué)家運行，任何人都可以提交DNA測試結果。調查人員將犯罪現場(chǎng)的DNA圖譜上傳到數據庫后，找到了嫌疑人的幾個(gè)遠房親屬。于是他們與一位系譜學(xué)家合作，使用公共記錄建造大型家庭樹(shù)，最終將證據指向了73歲的約瑟夫·詹姆斯·德安吉洛（JosephJamesDeAngelo）。他的年齡和位置與部分罪行相匹配，并且測序顯示犯罪現場(chǎng)DNA與德安吉洛的車(chē)門(mén)把手的DNA相匹配。有學(xué)者表示，大約有60％擁有歐洲血統的美國人在數據庫中有表親或血緣關(guān)系更近的親屬匹配。一旦數據庫擁有300萬(wàn)個(gè)用戶(hù)資料，即使他們從未測過(guò)DNA，就可用類(lèi)似的方法找到超過(guò)90％的白人。

　　6.原始世界的分子窗口

　　2018年9月，來(lái)自澳大利亞國立大學(xué)的研究人員利用氣相色譜及質(zhì)譜等方法在震旦紀（又名埃迪卡拉紀，距今6.35-5.41億年前)的狄更遜水母(Dickinsonia)化石中找到了膽固醇樣分子的痕跡，這是動(dòng)物生命的標志，表明至少一部分震旦紀生物是地球上最早的動(dòng)物之一。10月，另一研究團隊在來(lái)自6.6億到6.35億年前的巖石中發(fā)現了一種現今只有海綿制造的分子，這表明海綿這種形式的動(dòng)物可能比已有最古老的化石早進(jìn)化了一億年。

　　7.基因沉默藥物獲批上市

　　一種基于RNA干擾（RNAi）技術(shù)讓基因沉默機制的藥物，2018年獲得了美國FDA批準。早在20多年前，RNAi技術(shù)就已被發(fā)明，但RNA分子過(guò)于脆弱，且難以將它們引導到正確的組織中，因此難以轉化為藥物。直到2008年，總部位于馬薩諸塞州劍橋市的AlnylamPharmaceuticals公司提出了解決方案：一種脂質(zhì)納米顆粒，可保護基因沉默的RNA并將其運送至肝臟。他們希望它可通過(guò)阻止因蛋白質(zhì)折疊錯誤，來(lái)治療一種被稱(chēng)為遺傳性轉甲狀腺素蛋白淀粉樣變性的罕見(jiàn)疾病，該蛋白質(zhì)的累積會(huì )導致心臟和神經(jīng)損傷。改進(jìn)后的配方在人體試驗中起了作用，并成為靜脈注射藥物Onpattro，2018年贏(yíng)得了美國和歐盟監管機構的批準，并以每年45萬(wàn)美元的定價(jià)進(jìn)入市場(chǎng)。

　　8.新技術(shù)數分鐘內可確定分子結構

　　2018年10月，兩個(gè)研究小組同時(shí)發(fā)表論文，揭示了在幾分鐘內確定小有機化合物分子結構的新方法。研究人員通過(guò)用電子束替換X射線(xiàn)來(lái)改進(jìn)衍射技術(shù)，電子束瞄準目標生物大分子的片狀2D晶體堆疊而成的微小3D晶體。他們向旋轉臺上的微小3D晶體發(fā)射電子束，并跟蹤每次輕微旋轉時(shí)衍射圖案的變化情況。該技術(shù)可在幾分鐘內產(chǎn)生來(lái)自微觀(guān)晶體的分子結構。新技術(shù)非常適合用于繪制激素和潛在藥物等小分子結構，將對新藥的合成和發(fā)現、分子探針設計，以及研究和追蹤疾病等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。

　　9.遙遠星系的信使

　　近年來(lái)，多信使天文學(xué)開(kāi)始使用稱(chēng)為宇宙射線(xiàn)和引力波的高速粒子對宇宙進(jìn)行觀(guān)測。而今年，另一位“信使”加入了這個(gè)行列：中微子，一種微小、幾乎沒(méi)有質(zhì)量的粒子，非常難以觀(guān)測。為了捕獲這種系外粒子，研究人員在南極下方制造了一塊一立方公里的冰塊，用光探測器裝飾，以記錄由中微子引發(fā)的微弱閃光。這個(gè)巨大的探測器被稱(chēng)為冰立方（Ice-Cube），之前已記錄了許多中微子。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(lái)自的方向。2018年7月，研究人員報道，美國宇航局的費米伽瑪射線(xiàn)太空望遠鏡在檢測到中微子的幾天后，發(fā)現了一個(gè)非常明亮的耀變體。這是中微子望遠鏡第一次檢測到中微子的星系外來(lái)源。

　　10.#MeToo大有作為

　　直到最近，科學(xué)中的性騷擾一直被低估并且在很大程度上被忽視。6月，美國國家科學(xué)院、工程和醫學(xué)院發(fā)布了一份關(guān)于科學(xué)、工程學(xué)和醫學(xué)領(lǐng)域女性性騷擾報告。報告表明，超過(guò)50％的女教職員工以及20％-50％的學(xué)生，曾遭受性騷擾，包括最普遍的形式——語(yǔ)言和非語(yǔ)言的性別歧視。2018年，一些機構采取了行動(dòng)。9月，美國國家科學(xué)基金會(huì )(NSF)表示，大學(xué)必須告知資助者在騷擾調查期間或被判犯有性騷擾罪，可能會(huì )得到來(lái)自NSF的“有針對性的嚴重后果”。同月，美國科學(xué)促進(jìn)會(huì )(AAAS)也通過(guò)了一項政策，根據該政策，AAAS研究員一旦被確認是性騷擾者，將會(huì )剝奪這一終身榮譽(yù)。

　　“科學(xué)崩壞”事件之一——基因編輯嬰兒

　　除了年度突破，《科學(xué)》雜志還評選出2018年“科學(xué)崩壞”事件。

　　第一個(gè)損害科學(xué)的事件是全球氣候變暖，災難性天氣頻發(fā)，但遺憾的是，世界各國政策應對不利，行動(dòng)遲緩。

　　第二個(gè)，在面臨缺少資金、遭到當局忽視的多年后，有著(zhù)200年歷史的巴西自然博物館在今年9月焚毀，成為很多研究者的傷痛。

　　最后一個(gè)是基因編輯嬰兒事件。

　　《科學(xué)》雜志介紹，今年11月，賀建奎宣稱(chēng)利用基因編輯技術(shù)讓一對夫婦生出能抵抗HIV病毒的雙胞胎女?huà)搿Ｄ壳斑€不清楚這些修改是否真的能保護她們免受HIV病毒感染，也不清楚有什么潛在的好處值得他們冒這些風(fēng)險，因為還有其它已經(jīng)過(guò)驗證的預防HIV病毒感染的方法。這項試驗不僅倫理審查有問(wèn)題，而且也隱藏在秘密之中進(jìn)行，只是在有計劃的公關(guān)失敗后，消息泄露而被外界熟知。此舉不僅打破了胚胎試驗的國際共識，也違反了中國的法規。正是由于這些原因，該事件被評為2018年年度“科學(xué)崩壞”事件。

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