希望與未來
——美國《科學(xué)》雜志公布2020年十大科學(xué)突破評選結(jié)果

當(dāng)?shù)貢r間2020年12月17日，美國《科學(xué)》雜志公布了其評選出的2020年十大科學(xué)突破，不出意外，新冠疫苗的研發(fā)居于榜首，另外9項研究則囊括艾滋病、室溫超導(dǎo)、CRISPR治療遺傳性疾病、全球變暖等多個領(lǐng)域。

《科學(xué)》雜志在文章中表示，盡管2020年全球多國飽受新冠肺炎疫情重創(chuàng)，但科學(xué)家們?nèi)越弑M所能開展研究，而這些研究成果，正是疫情中綻放出的希望之光，將指引著他們未來做出更大貢獻。

新冠疫苗點亮希望之光

2019年年底，新型冠狀病毒以驚人的速度席卷全球。當(dāng)全世界陷入恐慌之時，2020年1月12日，中國科學(xué)家向世界公布了新冠病毒的基因組，為全世界科學(xué)家尋找應(yīng)對新冠肺炎疫情的辦法奠定了基礎(chǔ)，研制新冠疫苗的工作也拉開了序幕！

此后，多名科學(xué)家紛紛投身于新冠肺炎疫苗的研制工作！截至2020年12月10日，全球有162種候選疫苗正處于研發(fā)階段，其中52種候選疫苗已經(jīng)進行臨床試驗，有些疫苗已經(jīng)公布了三期臨床試驗的結(jié)果。此外，2020年與新冠病毒相關(guān)的研究論文激增。截至2020年12月中旬，在同行評審期刊上發(fā)表的論文超過20萬篇，而在非同行評審期刊上發(fā)表的文章更多。

CRISPR技術(shù)打敗了鐮狀血細胞

直至現(xiàn)在，全球各國仍在為遏制新冠肺炎疫情而努力，超160萬條鮮活生命的離開也凸顯了人類的脆弱。同時也警醒人類，只有齊心協(xié)力，科學(xué)才能夠發(fā)揮出最大作用。

英國惠康基金會主席、前牛津大學(xué)熱帶病學(xué)教授杰里米·法拉說：“我希望人類在凝視深淵后會變得更加聰明，意識到人類是多么脆弱，這也將激勵整整一代人投身科學(xué)事業(yè)?！?/p>

CRISPR首次成功治愈兩種遺傳性血液病

2012年，顛覆性的基因編輯工具CRISPR橫空出世，它賦予研究人員編輯農(nóng)作物和動物的強大力量，為科學(xué)研究和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來新一輪革命，成為《科學(xué)》雜志2015年十大科學(xué)突破之一，并摘得2020年諾貝爾化學(xué)獎的桂冠。

2020年，這一“基因魔剪”再次向世界展示了其“魔力”：首次成功治愈β地中海貧血和鐮刀型細胞貧血癥這兩種遺傳性血液病。

為治療3名鐮狀細胞病患者，研究人員從每名病人身上采集了不成熟的血細胞——血干細胞，然后用CRISPR靶向沉默一個“關(guān)閉”開關(guān)——這個開關(guān)在成人體內(nèi)會停止胎兒形態(tài)血紅蛋白的產(chǎn)生，而這種血紅蛋白可對抗鐮狀突變的影響。在病人接受化療清除病血干細胞后，經(jīng)CRISPR處理過的細胞被重新注入患者體內(nèi)。

開展試驗的兩家公司2020年12月報告稱，這些患者17個月前接受治療，現(xiàn)在正產(chǎn)生大量胎兒血紅蛋白。此外，這些公司為7名正常輸血治療β地中海貧血的患者提供這種治療后，這些病患就不需要輸血了。

研究人員指出，這種新療法可與向干細胞中添加血紅蛋白DNA治療這兩種疾病的基因療法相媲美。

科學(xué)家種族偏見的抗議活動

2020年五六月份，反對種族偏見的抗議在美國愈演愈烈，不僅普通民眾，就連科研人員也參與其中。2020年6月10日，全球有5000多名科學(xué)家罷工，聲援在美國發(fā)生的Black Lives Matter（BLM）抗議活動。兩家著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》和《自然》與他們一起停止營運。

全球變暖趨勢日益明晰

40多年前，全球頂尖氣候科學(xué)家齊聚美國馬薩諸塞州，試圖厘清一個簡單的問題：如果人類繼續(xù)排放溫室氣體，地球會變得多熱？最基本的氣候模型顯示，如果大氣中的二氧化碳含量比工業(yè)化前翻一番，地球最終將變暖1.5℃～4.5℃。

2020年，來自世界氣候研究計劃署的25名科學(xué)家將氣候敏感區(qū)間縮小到2.6℃～3.9℃之間。這項研究排除了一些最壞的情況，但它幾乎確認氣候變暖會淹沒沿海城市，加劇極端熱浪，使數(shù)百萬人流離失所。

研究人員期待這些清晰的前景激發(fā)人類的行動！大氣中的二氧化碳含量已達到百萬分之四百二十，離560ppm的翻番點已過半。因此，除非人類在氣候變化問題上采取更積極的行動，否則人類可能在2060年達到這一閾值。

世界上最古老的狩獵場景面世

發(fā)現(xiàn)快速射電暴來源

快速射電暴（FRB）是來自遙遠星系的短而強的無線電波閃爍，其究竟“鄉(xiāng)關(guān)何處”？13年來這一問題吸引了無數(shù)天文學(xué)家“競折腰”。

2020年11月，中外科學(xué)家刊文稱，他們結(jié)合多個衛(wèi)星及地面望遠鏡獲得數(shù)據(jù)認為，銀河系內(nèi)的一顆磁星SGR1935+2154是今年觀測到的一個快速射電暴的起源。這是人類首次確定一個快速射電暴的起源，也是首次在銀河系內(nèi)觀測到快速射電暴。

盡管研究快速射電暴的天文學(xué)家相信他們終于找到了一名“肇事者”，但他們?nèi)匀徊磺宄判鞘侨绾萎a(chǎn)生快速射電暴的。研究人員認為，它們可能來自磁星表面附近，因為磁場線斷裂并重新連接?；蛘咚鼈兛赡軄碜愿h的地方，因為沖擊波撞擊進入帶電粒子云內(nèi)，產(chǎn)生了類似激光的無線脈沖。具體是哪種情況？我們目前只能拭目以待。

世界上最古老的狩獵場景面世

2019年12月，澳大利亞科學(xué)家報告了一幅在印度尼西亞發(fā)現(xiàn)的洞穴藝術(shù)畫作，這幅作品描繪了一些類人形象狩獵豬和水牛的畫面。研究人員使用鈾系法，為這幅4.5米寬的巖石藝術(shù)作品進行了測年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其至少可追溯至4.4萬年以前，是迄今已知的最早狩獵場景。

研究人員認為，畫中出現(xiàn)半獸人可能表明，印度尼西亞的洞穴藝術(shù)早在人類首次在歐洲進行藝術(shù)創(chuàng)作之前，就表現(xiàn)了關(guān)于人與動物聯(lián)系的宗教式思考。

AI首次精準預(yù)測蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

50年來，科學(xué)家們一直致力于解決生物學(xué)領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)之一：預(yù)測一系列氨基酸在“變身”為工作蛋白質(zhì)時會折疊成何種精確三維形狀。2020年，他們實現(xiàn)了這個目標。

2020年12月1日，谷歌旗下的“深度思維”公司宣布，其新一代AlphaFold人工智能系統(tǒng)在國際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測競賽（CASP）上擊敗了其余參會選手，精確預(yù)測了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，準確性可與冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）、X射線晶體學(xué)等實驗技術(shù)相媲美。

研究人員指出，鑒于蛋白質(zhì)的精確形狀決定了它的生化功能，這一新進展可以幫助研究人員發(fā)現(xiàn)疾病的發(fā)病原理，開發(fā)新藥，甚至創(chuàng)造出耐旱植物和更便宜的生物燃料。

“精英控制者”控制艾滋病病毒

與所有逆轉(zhuǎn)錄病毒一樣，艾滋病病毒（HIV）會將其遺傳物質(zhì)整合到人類染色體內(nèi)，在那里創(chuàng)造出“儲存庫”，免疫系統(tǒng)無法檢測到，抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物也無能為力。

盡管如此，HIV藏身于何處會產(chǎn)生不一樣的結(jié)果。2020年，一項針對64名HIV精英控制者進行的研究表明，在沒有使用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物的情況下，他們體內(nèi)的病毒載量仍然非常低，這揭示了病毒在整合到基因組中位置的重要性。

研究人員稱，雖然對這些“精英控制者”的新認知不會直接導(dǎo)致治愈艾滋病，但它開啟了一種新策略，可以讓其他感染者在沒有治療的情況下活幾十年。

鳥類的聰明程度超出人們的想象

首個室溫超導(dǎo)體面世

自1911年超導(dǎo)首次發(fā)現(xiàn)以來，尋找能在室溫條件下達到的超導(dǎo)體一直是眾多科學(xué)家競相追求的目標。

此前研究表明，富氫材料在高壓下可以將超導(dǎo)溫度提高至-2℃左右。此次，美國科學(xué)家在最新研究中將可以實現(xiàn)零電阻的溫度提高到了15℃，但這是在2670億pa壓力下的一個光化學(xué)合成三元含碳硫化氫系統(tǒng)中實現(xiàn)的。這一發(fā)現(xiàn)促進了室溫超導(dǎo)體的研究工作——這類材料可以帶來重大技術(shù)變革并節(jié)約大量能源。

科學(xué)家在一種氫、硫和碳混合物上觀察到室溫超導(dǎo)性。

鳥類的聰明程度超出人們的想象

2020年發(fā)表的兩項研究表明，鳥類的聰明程度超出我們的想象。其中1項研究表明，鳥類大腦的一部分類似人類的大腦皮層——人類智力的來源。另1項研究表明，小嘴烏鴉的意識比研究人員想象得還要高，而且其或許能有意識地進行思考。

這種“感覺意識”是人類自我意識的一種基本形式，它在鳥類和哺乳動物中的存在向研究人員表明，某種形式的意識可以追溯到3.2億年前，可以追溯到我們最后的共同祖先。

2020年全球各國人民一起經(jīng)歷了一場大疫情，正如加繆在其名著《鼠疫》中寫到的——“沒有真知灼見就不會有真正的善和高尚的愛”，而科學(xué)正是獲得真知灼見的鑰匙，也是人類打敗疫情的希望。