2017年十大科學(xué)突破

對于空間科學(xué)而言，2017年是一個豐收之年，因此要想選出今年最重要的空間科學(xué)大事件并非易事。但盡管如此，美國的科學(xué)期刊《Science》還是給出了自己的答案，公布了2017年全球十大科學(xué)突破。

12月21日，國際知名的科學(xué)期刊《Science》公布了其評選出的2017年全球十大科學(xué)突破。在2017年即將告別之際，讓我們共同回顧一下，過去一年里那些難忘的科學(xué)瞬間。

No.1 雙中子星合并的引力波探測

今年的8月17日將被載入天文學(xué)史冊，因?yàn)樗鼧?biāo)志著一個全新時代的開端。在這一天，天文學(xué)家們宣布他們首次同時透過光學(xué)和引力波兩種手段觀測到同一個天文事件。這被稱作“多信使天文學(xué)”（multi-messenger astronomy）。

這次雙中子星合并事件是由設(shè)在美國的“激光干涉引力波天文臺”（LIGO）以及歐洲的“室女座”引力波觀測臺各自獨(dú)立觀測到的，并隨后由設(shè)在地面和太空中的超過70臺望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了追蹤觀測。引力波觀測的數(shù)據(jù)顯示這一事件的本質(zhì)是兩顆中子星的相撞，而光學(xué)波段的望遠(yuǎn)鏡觀測則能夠給出更多的細(xì)節(jié)信息，包括確認(rèn)了這種中子星合并機(jī)制是產(chǎn)生宇宙中很大一部分重元素的機(jī)制，比如說黃金。因此可以說，這一發(fā)現(xiàn)確認(rèn)了我們都是由中子星物質(zhì)組成的。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是我們借助多信使天文學(xué)手段能夠取得何種進(jìn)展的第一項(xiàng)證明。

No.2 原子級的生命科學(xué)研究

一張合成的冷凍電鏡圖像，它表明近年來冷凍電鏡的分辨率顯著提高。

在科學(xué)史上，冷凍電鏡是一項(xiàng)十分罕見的技術(shù)創(chuàng)新——一方面，他已經(jīng)獲得了科學(xué)界的最高獎項(xiàng)諾貝爾獎；另一方面，這項(xiàng)技術(shù)本身仍處在高速發(fā)展的階段，其影響力還在持續(xù)高速增長。

2017年諾貝爾化學(xué)獎授予了雅克·杜波切特（Jacques Dubochet）、喬基姆·弗蘭克（Joachim Frank）和理查德·亨德森（Richard Henderson），以表彰他們研發(fā)出能對生物分子進(jìn)行三維成像的冷凍電子顯微鏡技術(shù)。

No. 3 便攜式中微子探測器

1974年，麻省理工學(xué)院理論物理學(xué)家丹尼爾·弗雷德曼提出了中微子——原子核相干性彈性散射理論，認(rèn)為中微子和其它粒子一樣具有波粒二象性，它的波長會隨著粒子能量而變化。當(dāng)處于高能狀態(tài)時，中微子只與某個質(zhì)子或中子發(fā)生相互作用；而處于低能狀態(tài)時，中微子就會與包含所有質(zhì)子和中子在內(nèi)的整個原子核發(fā)生相干性作用，中微子從原子核彈回，從而發(fā)出可以檢測到的信號。

今年，研究人員利用一種重量僅僅和一臺微波爐相當(dāng)?shù)谋銛y式探測器，首次捕捉到中微子與原子核間相干性散射的信號。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了40多年前物理學(xué)家提出的理論，完成了那些大型探測裝置多年來未實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

No.4 30萬年前的智人化石

智人（Homo sapiens）是生物學(xué)分類里人屬中的一個“種”，是目前全人類共有的生物學(xué)名稱。學(xué)術(shù)界一直無法確定智人出現(xiàn)的確切地點(diǎn)和時間。很長一段時間以來，被歸為智人的最古老化石來自東非，約有20萬年歷史。不少觀點(diǎn)認(rèn)為人類起源于東非。

今年，研究人員在摩洛哥發(fā)現(xiàn)了早期人類的遺骸化石，它們距今約有30～35萬年的歷史。這些化石是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的最早的智人化石。

No. 5 精確的基因編輯

超過60000個遺傳畸變與人類疾病有關(guān)，其中有近35000個是由于最微小的錯誤造成的：DNA只有一個特定位點(diǎn)發(fā)生突變。

今年，研究人員宣布了一項(xiàng)名為“堿基編輯”的新技術(shù)，可以糾正DNA和RNA中的這種突變。未來，這項(xiàng)技術(shù)可能會在醫(yī)療領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

No.6 生物學(xué)預(yù)印本興起

在今年，生物學(xué)預(yù)印本開始興起，數(shù)千名生物學(xué)家在預(yù)印本網(wǎng)站上發(fā)表了他們未經(jīng)審閱的學(xué)術(shù)論文。4年前，美國紐約冷泉港實(shí)驗(yàn)室推出免費(fèi)生物預(yù)印本服務(wù)器bioRxiv。在今年年初，美國和英國的一些機(jī)構(gòu)和組織發(fā)布了鼓勵印前分享的政策，使得生物學(xué)預(yù)印本的發(fā)展得到了極大的推動。這也是繼物理學(xué)之后，生物學(xué)領(lǐng)域在線發(fā)表未經(jīng)評審的論文初稿興起，科學(xué)交流方式也發(fā)生重大變化。

No.7 將癌細(xì)胞“一網(wǎng)打盡”

人類一直期待有這樣一種治療癌癥的藥物：它不是針對某個特定的癌癥發(fā)病的器官，而是根據(jù)癌細(xì)胞的DNA，無差別地進(jìn)行治療。今年5月，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)了一種名為pembrolizumab的藥物。此前，該藥物已被批準(zhǔn)用于治療黑色素瘤和少數(shù)幾種其它的腫瘤?，F(xiàn)在，它已經(jīng)可以治療兒童和成人的任何包含錯配修復(fù)缺陷的晚期實(shí)體腫瘤。endprint

FDA的這項(xiàng)批準(zhǔn)對于癌癥治療領(lǐng)域意義非凡。事實(shí)上，在不同的器官同時出現(xiàn)腫瘤比只在同一個器官出現(xiàn)腫瘤更為常見。在這之前，人們對于癌癥的治療還局限在發(fā)病器官上，哪里出現(xiàn)癌癥，就對哪里進(jìn)行治療。而現(xiàn)在，無論是在胰腺、結(jié)腸、甲狀腺，或其它十幾個組織中的任何一個的細(xì)胞癌變，藥物pembrolizumab都能根據(jù)突變的DNA鎖定包含錯配修復(fù)缺陷的癌細(xì)胞，并進(jìn)行治療。

No.8 一個新的猩猩物種

今年11月，科學(xué)家們在印度尼西亞的蘇門答臘島發(fā)現(xiàn)了一個新的猩猩物種Pongo tapanuliensis，這種物種跟蘇門答臘島以及鄰近的婆羅洲島上現(xiàn)有的兩種猩猩物種存在著基因、骨骼、牙齒等若干差異。這是自從1929年倭黑猩猩被定為獨(dú)立物種以來，人類再次發(fā)現(xiàn)的新的靈長類人科物種。

No.9 270萬年前的地球大氣

今年8月，由普林斯頓大學(xué)和緬因州大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個小組宣布，他們找到了270萬年前凍結(jié)的南極冰芯，這比此前最古老的冰芯還要早170多萬年。

在這些冰芯中，還蘊(yùn)含著一些氣泡，氣泡內(nèi)正是來自270萬年前地球大氣層的氣體——那時，冰河時代才剛剛開始。分析表明，當(dāng)時大氣中的二氧化碳濃度在300 ppm以下，遠(yuǎn)低于今天的400 ppm，這與此前一些間接測量的結(jié)果并不一致，還有待科學(xué)家的進(jìn)一步研究。

No.10 基因療法取得成功

脊髓性肌萎縮癥（SMA）是一類由脊髓前角運(yùn)動神經(jīng)元變性導(dǎo)致肌無力、肌萎縮的疾病，它屬常染色體隱性遺傳病，臨床并不少見，此前尚無特異的有效治療手段。如果不及時治療，患病嬰兒將在2歲左右面臨死亡。

今年，研究人員報(bào)告稱，他們通過在脊髓神經(jīng)元中添加一個缺失的基因，挽救了身患I型脊髓性肌萎縮癥的嬰兒的生命。與此同時，該基因可以突破血腦屏障到達(dá)中樞神經(jīng)，這對于基因療法治療其它退行性神經(jīng)疾病具有開創(chuàng)性和里程碑式的意義。（編輯/起點(diǎn)）