2017年十大科學突破

對于空間科學而言，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大事件并非易事。但盡管如此，美國的科學期刊《Science》還是給出了自己的答案，公布了2017年全球十大科學突破。

12月21日，國際知名的科學期刊《Science》公布了其評選出的2017年全球十大科學突破。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日將被載入天文學史冊，因為它標志著一個全新時代的開端。在這一天，天文學家們宣布他們首次同時透過光學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”（multi-messenger astronomy）。

這次雙中子星合并事件是由設在美國的“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立觀測到的，并隨后由設在地面和太空中的超過70臺望遠鏡進行了追蹤觀測。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，而光學波段的望遠鏡觀測則能夠給出更多的細節(jié)信息，包括確認了這種中子星合并機制是產(chǎn)生宇宙中很大一部分重元素的機制，比如說黃金。因此可以說，這一發(fā)現(xiàn)確認了我們都是由中子星物質(zhì)組成的。這項發(fā)現(xiàn)是我們借助多信使天文學手段能夠取得何種進展的第一項證明。

No.2 原子級的生命科學研究

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。

在科學史上，冷凍電鏡是一項十分罕見的技術(shù)創(chuàng)新——一方面，他已經(jīng)獲得了科學界的最高獎項諾貝爾獎；另一方面，這項技術(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，麻省理工學院理論物理學家丹尼爾·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?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。這項發(fā)現(xiàn)從實驗上驗證了40多年前物理學家提出的理論，完成了那些大型探測裝置多年來未實現(xiàn)的目標。

No.4 30萬年前的智人化石

智人（Homo sapiens）是生物學分類里人屬中的一個“種”，是目前全人類共有的生物學名稱。學術(shù)界一直無法確定智人出現(xiàn)的確切地點和時間。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。不少觀點認為人類起源于東非。

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只有一個特定位點發(fā)生突變。

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

No.6 生物學預印本興起

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

No.7 將癌細胞“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)癌細胞的DNA，無差別地進行治療。今年5月，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準了一種名為pembrolizumab的藥物。此前，該藥物已被批準用于治療黑色素瘤和少數(shù)幾種其它的腫瘤。現(xiàn)在，它已經(jīng)可以治療兒童和成人的任何包含錯配修復缺陷的晚期實體腫瘤。endprint

FDA的這項批準對于癌癥治療領(lǐng)域意義非凡。事實上，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胞癌變，藥物pembrolizumab都能根據(jù)突變的DNA鎖定包含錯配修復缺陷的癌細胞，并進行治療。

No.8 一個新的猩猩物種

今年11月，科學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，由普林斯頓大學和緬因州大學的研究人員領(lǐng)導的一個小組宣布，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，當時大氣中的二氧化碳濃度在300 ppm以下，遠低于今天的400 ppm，這與此前一些間接測量的結(jié)果并不一致，還有待科學家的進一步研究。

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動神經(jīng)元變性導致肌無力、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）