單細胞尺度的生命探索

在一個假想的宇宙中，你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一組行星，每一顆行星上都有自身的復(fù)雜文明，有眾多文化截然不同的國家。你面對一項令人膽怯的任務(wù)，要探索每顆行星，繪制國家的邊境，描述不同文化的特征。你在和同事商討這項挑戰(zhàn)時，構(gòu)思出一個替代方案。你可以將每顆行星分割成眾多小塊，給每個小塊加上標(biāo)簽，以便鑒別，然后你派出許多小型探測器，讓它們在隨機地點著陸，傳回數(shù)據(jù)。接著就利用標(biāo)簽信息，采用計算機自動整合信息，生成詳細的地圖集和旅行指南?！犊茖W(xué)》雜志評選出的“2018年度突破”表彰這種“標(biāo)簽-分析-整合”方法在生物學(xué)最為基礎(chǔ)、最迷人的過程（單個細胞組成復(fù)雜有機體的這項看起來堪稱奇跡的轉(zhuǎn)變）中的應(yīng)用，這種研究方法提供了關(guān)于細胞類型存貨清單的豐富信息，為日后的許多研究打下基礎(chǔ)。

這個成就建立在約翰·蘇爾斯頓（John Sulston）與同事們榮獲2002年諾貝爾獎的研究工作上，他們通過以顯微鏡逐個察看細胞的辛苦方式，觀看秀麗隱桿線蟲幼蟲成熟的過程，繪制出這種線蟲的發(fā)育圖。它揭示了最終產(chǎn)生精巧結(jié)構(gòu)的細胞分裂的序列，而那些精巧結(jié)構(gòu)又導(dǎo)致了重要進程的表征。有了今時今日的科技，尤其是大規(guī)模DNA并行測序技術(shù)和先進熒光顯微術(shù)的助力，構(gòu)成秀麗隱桿線蟲的細胞被再一次繪制出基因圖譜，其中運用的“標(biāo)簽-分析-整合”方法基于每個細胞內(nèi)的基因表達模式。這種方法已經(jīng)被用來繪制越來越復(fù)雜的有機體的細胞解剖圖譜。它的優(yōu)勢在于，定義了每一種細胞類型的基因表達信號，也提供了與每個細胞的生物化學(xué)與生物學(xué)特征相關(guān)的基礎(chǔ)信息。其中所產(chǎn)生的大而豐富的資料集，以及這項勢必會生成更多數(shù)據(jù)的技術(shù)，一起構(gòu)成了發(fā)育生物學(xué)中激動人心的突破。

建立在核酸基礎(chǔ)上的技術(shù)造就了2018年的一些有力競爭者，其中包括鑒證科學(xué)中結(jié)合基因序列和其他數(shù)據(jù)庫的先進方法、早期智人繁衍習(xí)慣的闡明以及基于核糖核酸（RNA）的療法領(lǐng)域大家長久以來一直期待的進展。一系列技術(shù)也促成了對于細胞內(nèi)組織原則的重要概念性進展。那些闡明大型生物分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到更小的分子上，結(jié)果讓分析化學(xué)取得引人注目的進步。探險揭示了地球古代歷史?，F(xiàn)在看來，從有著數(shù)億年歷史的化石中獲知的奇特生命形式是現(xiàn)代動物的遠祖，而不是那些滅絕了的生物家系的先祖。在格陵蘭島的冰蓋下面發(fā)現(xiàn)的一個巨坑很可能是一次大型隕星撞擊造成的。另一種來自宇宙的訪客高能中微子的一個來源被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它可能來自那類中心存在巨大黑洞的星系。

科學(xué)界的其他事件強調(diào)了文化議題。MeTooSTEM運動已經(jīng)引來對于科學(xué)界內(nèi)性騷擾事件的不少關(guān)注。下一步的進展至關(guān)重要，關(guān)系到能否允許所有性別的個體繼續(xù)他們的訓(xùn)練和事業(yè)，而不用面對“性騷擾大體上不受管束”的這種現(xiàn)實。11月底，中國科學(xué)家宣布基因組受到修改的嬰兒出生，在我看來，這種做法違背了長期以來的許多倫理準(zhǔn)則。這也提醒了我們，科學(xué)成果無論有多么激動人心，多么充滿潛力，在應(yīng)用時都必須保持對國際倫理規(guī)范的適當(dāng)關(guān)切與尊重。最后，我們受到地球變化的氣候帶來的挑戰(zhàn)。帶來大量降雨、引發(fā)其他事件的強大風(fēng)暴發(fā)生得越來越頻繁，這說明采取適當(dāng)行動的極大緊迫性。我們必須通力合作，跨越地球上的邊界和文化差異，采取有效的措施，阻止有害的氣候變化。

——思羽譯自Science