十大科学突破

p 　　每到年底，国际科学界公认的权威刊物美国《科学》杂志都会评选十大科学突破，这不仅是对年度科技大事的年终盘点，从中更能看出近些年来科学界的前沿热点研究方向。 /p p 　　今年的十大突破就反映出21世纪以来科学发展的三大趋势：一是大科学工程解决特定大科学问题作用显著 二是生命科学持续升温，一些重病难病不再是不治之症 三是预印本网站兴起改变科研成果的传播模式。 /p p 　　在今年十大突破中，有两项来自物理学领域，分别是人类首次“看到”引力波和便携式中微子探测器。 /p p 　　当选为头号突破的“看到”引力波是典型的大科学工程项目，美国在过去几十年为此累计投入11亿美元，今年的论文仅署名作者就有3674人，他们来自全球953个机构。便携式中微子探测器的背后，也有着来自4个国家20多个机构的80余名科学家。 /p p 　　事实上，没有大科学工程，过去20年里物理学领域的另两大突破也难以实现。2015年获诺奖的中微子振荡发现，依靠的是日本超级神冈探测器和加拿大萨德伯里中微子观测站。而2013年获诺奖、被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的发现，是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的实验成果。 /p p 　　《科学》杂志主编杰里米· 伯格在题为《科学的大与小》的社论文章里总结道，有着明确目标的大科学计划似乎要比那些目标模糊的大科学计划更成功。发现引力波的美国“激光干涉引力波天文台”项目就是一个典型例子，它有着坚实的理论基础、明确的目标、充足的时间和资金，还有一支相当重视管理工作的优秀团队。 /p p 　　但伯格也指出，就像今年十大突破反映的那样，大量的重要发现还是来自人数较少的小型研究团队，这些团队会提出更多开放式但有时影响深远的问题。 /p p 　　“小科学项目可以探索各种各样的问题，可以在探索中视情况相对容易地调整科研方向，”伯格说，“小科学项目的一些发现能为需要更多协调的大科学项目奠定基础。事实上，广义相对论的发展、干涉仪的发明以及黑洞和中子星概念的提出与发现，都是带来今年头号突破成果的必要条件。” /p p 　　四项生命科学成果中，除了冷冻电镜技术外，另三项分别是基因疗法、精准基因编辑和广谱抗癌药，多多少少都与基因有着关联，反映出围绕基因做文章是当前一大热点。统计数据表明，全球迄今已开展约2400种基因疗法的临床试验。 /p p 　　而在美国，今年一下子有三种基因疗法获得批准，其中两种治疗癌症，一种治疗遗传病。美国食品和药物管理局局长斯科特· 戈特利布评价说，基因疗法正处于一个“转折点”，“我相信基因疗法将成为治疗甚至治愈许多重病难病的支柱”。 /p p 　　生物学预印本兴起的入选也许出乎许多人的意料。预印本是指未经同行评审就上传至公共平台供人查阅的论文草稿，其好处是第一时间发表，有助跟同行及时交流，快速获得反馈。 /p p 　　而传统的学术刊物在发表论文前大多要经过同行评议，其好处是文章质量有保证，但审稿过程一般较漫长，需要数月甚至数年时间，以至于“论文发表出来时，所有的兴奋通常已消失殆尽(《科学》杂志语)”。 /p p 　　最早的预印本网站是1991年建立的阿奇夫论文预印本网站，主要针对物理学，如今70%的粒子物理论文都先以预印本方式发表。近30年后，生物学领域的预印本也开始兴起。2013年上线的bioRxiv网站现在每月上传论文近1500篇，今年该网站还获得了美国陈-扎克伯格倡议公司的资金支持。 /p p 　　《科学》杂志说，许多期刊已允许作者把他们提交的论文先以预印本方式发表，还有一些编辑甚至到bioRxiv上寻找可供发表的论文。欧美许多研究资助机构也出台政策鼓励使用预印本。同时，预印本还能帮助年轻科学家迅速建立学术记录。这些都表明，预印本已带来“科学传播文化的重大变化”。 /p p 　　有意思的是，今年火得不行的人工智能研究并未入选，这可能在情理之中，因为人工智能的产业化才刚刚开始，人们看到的更多是这个领域的潜力。 /p p 　　另外，量子通信和量子计算技术也没有上榜，这同样可以理解，因为它们距实际应用仍有距离。不过，中国量子卫星项目首席科学家潘建伟入选2017年英国《自然》杂志十大科学人物，彰显出量子技术正受到科学界的高度关注。 /p p /p

北京时间17日，《科学》网站公布了2021年度十大科学突破评选结果。让我们一起来看看今年科学界都有哪些重大成果。1人工智能预测蛋白质结构今年7月，世界知名人工智能团队深度思维宣布，已经利用AI智能软件程序——阿尔法折叠预测了人类表达的几乎所有蛋白质的结构，以及其他20种生物几乎完整的蛋白质组。AI预测蛋白质结构将实现广泛应用，提供对基础生物学的见解并揭示潜在的药物靶点。8月，中国研究人员使用阿尔法折叠2绘制了近200种与DNA结合的蛋白质结构图。11月，德国和美国的研究人员利用阿尔法折叠2和冷冻电镜绘制了核孔复合物的结构图。现在，科学家正使用阿尔法折叠2来模拟奥密克戎变体刺突蛋白突变的影响。通过在蛋白质中插入更大的氨基酸，突变改变了它的形状——也许足以阻止抗体与其结合并中和病毒。人工智能预测了两种蛋白质如何形成参与酵母DNA修复的复合体。2解锁古老泥土DNA宝库最近，科学家们从洞穴地面的土壤中解锁了一个更大的古代DNA宝库。研究人员使用这种“泥土DNA”来重建世界各地穴居人的身份。在西班牙的Estatuas洞穴，核DNA揭示了8万至11.3万年前生活在那里的人类的遗传特征和性别，并表明尼安德特人的一个谱系在10万年前结束的冰川期之后取代了其他几个谱系。在美国佐治亚州Satsurblia洞穴有2.5万年历史的土壤中，科学家们发现了来自以前未知的尼安德特人系的女性人类基因组，以及野牛和现已灭绝的狼的遗传痕迹。通过将墨西哥奇基维特洞穴中1.2万年前的黑熊DNA与现代熊DNA进行比较，科学家们发现，在最后一个冰河时代之后，洞中黑熊的后代向北迁徙至阿拉斯加。一名研究人员记录了墨西哥奇基维特洞穴中沉积物样本的位置。3实现历史性核聚变突破8月，美国国家点火装置 (NIF) 产生了一种聚变反应，这种反应产生的能量比点燃它所需的激光能量更多。NIF使用来自世界上最高能量激光的脉冲来压缩胡椒粒大小的氢同位素氘和氚胶囊。这种方法每次发射产生170千焦的聚变能量——远低于1.9兆焦的激光输入。但在8月8日记录显示，该能量飙升至1.35兆焦耳。研究人员认为这是燃烧等离子体的结果，这意味着聚变反应产生了足够的热量，可以像火焰一样通过压缩燃料传播。为了产生美国国家点火装置（NIF）的聚变反应，192束激光束会聚在一个微小的燃料芯块周围。4抗新冠强效药出现数据显示，美国默克公司的抗病毒药物莫奈拉韦可将未接种疫苗的高危人群的住院或死亡风险降低30%；而辉瑞公司的抗病毒药物PF-07321332，如果在出现症状的3天内开始服用，则可使住院率降低89%。科学家们强调，抗病毒药物不能取代疫苗接种，但它们仍然至关重要。如果新的奥密克戎变体导致突破性感染激增，它们的重要性将更加突出。美国默克制药公司的莫奈拉韦将未接种新冠疫苗的高危人群因病住院或死亡的风险降低了30%。5“摇头丸”可治疗创伤后应激障碍6单克隆抗体治疗传染性疾病今年单克隆抗体 (mAb)开始在对抗新冠病毒和其他威胁生命的病原体，包括呼吸道合胞病毒 (RSV

p 　　美国《科学》杂志17日公布了其评选的2015年十大科学突破，被业内誉为“基因剪刀”的CRISPR基因组编辑技术当选今年头号突破。《科学》杂志执行新闻编辑约翰· 特拉维斯说，这是一个“前所未有的选择”，因为这项技术过去两次入选《科学》年度十大突破，今年“晋升”到头号突破。 /p p 　　CRISPR全名为“成簇的、规律间隔的短回文重复序列”，是细菌防御病毒入侵的一种机制，2012年才被科学家发现并加以利用，成为生物医学史上第一种可高效、精确、程序化地修改细胞基因组包括人类基因组的工具。 /p p 　　《科学》杂志说，由于CRISPR有着精确、成本低及操作简便等特点，许多科研机构都开始开发利用这项技术，它“将会给许多领域带来持久的兴奋和乐观”，势必“对研究产生革命性影响”。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/77c6ffc4-c767-4b1c-af66-c33dee0d79cd.jpg" title=" 1.jpg" / br/ /p p 　　除了CRISPR基因编辑技术以外，此次公布的年度十大科学突破还包括： /p p strong 　　“新视野”探测器与冥王星“约会” /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/9db4ce4d-ac6a-4c0d-88e6-61baef7bae8d.jpg" title=" 2.jpg" / br/ /p p 　　美国“新视野”号探测器于2006年1月发射升空，长达9年多的追逐后，它于美国东部时间7月14日近距离飞过冥王星，成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。 /p p 　　 strong 脑内也有淋巴管 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/6488106d-42ee-4603-b490-52310242d5af.jpg" title=" 3.jpg" / br/ /p p 　　淋巴系统是一个网状的液态系统，能帮助清理人体废弃物并运输免疫细胞。今年，科学家在实验鼠的脑内发现连接免疫系统的淋巴管，颠覆几十年来教科书中“脑内没有淋巴管”的旧观念。 /p p 　　 strong 用酵母合成阿片类止痛药 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/2bda3b97-6414-4a3c-b2d9-e65f52d0c227.jpg" title=" 4.jpg" / br/ /p p 　　阿片类药物是止痛效果最好的一种药物，但其唯一来源是罂粟，因此其生产依赖于罂粟种植。美国科学家通过基因工程技术改造酵母，可把糖转化成蒂巴因，后者可用来生产阿片类止痛药。 /p p 　　 strong 量子纠缠状态获证实 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/cd21e7c8-f8c7-42e7-943f-fd5737221aab.jpg" title=" 5.jpg" / /p p 　　这一概念是指空间上分离的两个粒子可互相影响，无论它们之间的距离是多少。测出一个粒子的性质，就可立即判断另一个粒子的性质。爱因斯坦拒绝接受这种“幽灵般的远程效应”，因为这与他提出的没有任何物质的运动速度可超过光速的理论产生冲突。但今年科学家通过实验证实了量子纠缠状态。 /p p 　 strong 　地幔柱存在证据被找到 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/f04ba298-653c-4c36-982e-fd8c20294e1e.jpg" title=" 6.jpg" / /p p 　　有关地幔柱是否存在已争论了40年，支持者认为地幔柱把地心热量输送到地表，可解释夏威夷火山形成于地壳板块中部的原因。今年，科学家利用改进的地震波成像技术绘制出迄今精度最高的地球内部模拟图，发现了28个地幔柱存在的证据。这些地幔柱宽达800公里，是此前预测的3倍多，因此地核冷却模型可能需要修正。 /p p 　　 strong 研制埃博拉疫苗 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/579310b1-922f-4411-87c0-173df4973a6b.jpg" title=" 7.jpg" / /p p 　　埃博拉药物与疫苗的研发进展总体令人失望，但由加拿大公共卫生局等机构研发的VSV-EBOV埃博拉疫苗三期临床试验结果令人鼓舞，其保护效果介于75%至100%之间。 /p p 　 strong 　改善心理学研究 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/06954865-fc4c-4f88-8a50-5036a9c51028.jpg" title=" 8.jpg" / /p p 　　许多心理学实验结果都无法重复，而今提出的一种解决方法是“预注册”，即在做实验前就公布实验方案，最终无论结果如何都会公布结果与统计分析，从而保证实验的透明性，避免研究人员仅选择有利的那部分数据。 /p p 　　 strong 新古人种化石 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/352ff5f3-e1e1-44ad-a246-6fcdeb1c1ebc.jpg" title=" 9.jpg" / /p p 　　一个国际团队在南非某岩洞深处发掘出1500多块骨骼化石，这些化石不同寻常地混合了原始人类和现代人类的特征。科学家将这个新人种命名为“纳莱迪人”，是目前发现的最早人种之一。 /p p 　　 strong 早期美洲人来自亚洲 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/0c44f21d-9a5d-42df-b7c8-8b159b788fcb.jpg" title=" 10.jpg" / /p p 　　科研人员对一个被称为肯纳威克人的骨骼进行了基因组测序，这一骨骼距今有8500年。测序结果表明，早期美洲人从亚洲迁移而来。这一研究可能有助平息有关早期美洲人祖先的争议。 /p