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

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2020年12月17日，美國(guó)《科學(xué)》雜志公布了其評(píng)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(xiàng)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(gè)領(lǐng)域。

《科學(xué)》雜志在文章中表示，盡管2020年全球多國(guó)飽受新冠肺炎疫情重創(chuàng)，但科學(xué)家們?nèi)越弑M所能開(kāi)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(lái)做出更大貢獻(xiàn)。

新冠疫苗點(diǎn)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(shí)，2020年1月12日，中國(guó)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(duì)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(kāi)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(jìn)行臨床試驗(yàn)，有些疫苗已經(jīng)公布了三期臨床試驗(yàn)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(píng)審期刊上發(fā)表的論文超過(guò)20萬(wàn)篇，而在非同行評(píng)審期刊上發(fā)表的文章更多。

CRISPR技術(shù)打敗了鐮狀血細(xì)胞

直至現(xiàn)在，全球各國(guó)仍在為遏制新冠肺炎疫情而努力，超160萬(wàn)條鮮活生命的離開(kāi)也凸顯了人類的脆弱。同時(shí)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(guó)惠康基金會(huì)主席、前牛津大學(xué)熱帶病學(xué)教授杰里米·法拉說(shuō)：“我希望人類在凝視深淵后會(huì)變得更加聰明，意識(shí)到人類是多么脆弱，這也將激勵(lì)整整一代人投身科學(xué)事業(yè)。”

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(dòng)物的強(qiáng)大力量，為科學(xué)研究和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)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(jiǎng)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(xì)胞貧血癥這兩種遺傳性血液病。

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

開(kāi)展試驗(yàn)的兩家公司2020年12月報(bào)告稱，這些患者17個(gè)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(xì)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(jiàn)的抗議活動(dòng)

2020年五六月份，反對(duì)種族偏見(jiàn)的抗議在美國(guó)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(guó)發(fā)生的Black Lives Matter（BLM）抗議活動(dòng)。兩家著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》和《自然》與他們一起停止?fàn)I運(yùn)。

全球變暖趨勢(shì)日益明晰

40多年前，全球頂尖氣候科學(xué)家齊聚美國(guó)馬薩諸塞州，試圖厘清一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題：如果人類繼續(xù)排放溫室氣體，地球會(huì)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(lái)自世界氣候研究計(jì)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(xiàng)研究排除了一些最壞的情況，但它幾乎確認(rèn)氣候變暖會(huì)淹沒(méi)沿海城市，加劇極端熱浪，使數(shù)百萬(wàn)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(dòng)！大氣中的二氧化碳含量已達(dá)到百萬(wàn)分之四百二十，離560ppm的翻番點(diǎn)已過(guò)半。因此，除非人類在氣候變化問(wèn)題上采取更積極的行動(dòng)，否則人類可能在2060年達(dá)到這一閾值。

世界上最古老的狩獵場(chǎng)景面世

發(fā)現(xiàn)快速射電暴來(lái)源

快速射電暴（FRB）是來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的短而強(qiáng)的無(wú)線電波閃爍，其究竟“鄉(xiāng)關(guān)何處”？13年來(lái)這一問(wèn)題吸引了無(wú)數(shù)天文學(xué)家“競(jìng)折腰”。

2020年11月，中外科學(xué)家刊文稱，他們結(jié)合多個(gè)衛(wèi)星及地面望遠(yuǎn)鏡獲得數(shù)據(jù)認(rèn)為，銀河系內(nèi)的一顆磁星SGR1935+2154是今年觀測(cè)到的一個(gè)快速射電暴的起源。這是人類首次確定一個(gè)快速射電暴的起源，也是首次在銀河系內(nèi)觀測(cè)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(rèn)為，它們可能來(lái)自磁星表面附近，因?yàn)榇艌?chǎng)線斷裂并重新連接。或者它們可能來(lái)自更遠(yuǎn)的地方，因?yàn)闆_擊波撞擊進(jìn)入帶電粒子云內(nèi)，產(chǎn)生了類似激光的無(wú)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(chǎng)景面世

2019年12月，澳大利亞科學(xué)家報(bào)告了一幅在印度尼西亞發(fā)現(xiàn)的洞穴藝術(shù)畫(huà)作，這幅作品描繪了一些類人形象狩獵豬和水牛的畫(huà)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(jìn)行了測(cè)年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其至少可追溯至4.4萬(wàn)年以前，是迄今已知的最早狩獵場(chǎng)景。

研究人員認(rèn)為，畫(huà)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(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作之前，就表現(xiàn)了關(guān)于人與動(dòng)物聯(lián)系的宗教式思考。

AI首次精準(zhǔn)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

50年來(lái)，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(cè)一系列氨基酸在“變身”為工作蛋白質(zhì)時(shí)會(huì)折疊成何種精確三維形狀。2020年，他們實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。

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(guó)際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)競(jìng)賽（CASP）上擊敗了其余參會(huì)選手，精確預(yù)測(cè)了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確性可與冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）、X射線晶體學(xué)等實(shí)驗(yàn)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(jìn)展可以幫助研究人員發(fā)現(xiàn)疾病的發(fā)病原理，開(kāi)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(huì)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(chǔ)存庫(kù)”，免疫系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到，抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物也無(wú)能為力。

盡管如此，HIV藏身于何處會(huì)產(chǎn)生不一樣的結(jié)果。2020年，一項(xiàng)針對(duì)64名HIV精英控制者進(jìn)行的研究表明，在沒(méi)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(duì)這些“精英控制者”的新認(rèn)知不會(huì)直接導(dǎo)致治愈艾滋病，但它開(kāi)啟了一種新策略，可以讓其他感染者在沒(méi)有治療的情況下活幾十年。

鳥(niǎo)類的聰明程度超出人們的想象

首個(gè)室溫超導(dǎo)體面世

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

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(guó)科學(xué)家在最新研究中將可以實(shí)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(gè)光化學(xué)合成三元含碳硫化氫系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的。這一發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了室溫超導(dǎo)體的研究工作——這類材料可以帶來(lái)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(niǎo)類的聰明程度超出人們的想象

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

這種“感覺(jué)意識(shí)”是人類自我意識(shí)的一種基本形式，它在鳥(niǎo)類和哺乳動(dòng)物中的存在向研究人員表明，某種形式的意識(shí)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(guó)人民一起經(jīng)歷了一場(chǎng)大疫情，正如加繆在其名著《鼠疫》中寫(xiě)到的——“沒(méi)有真知灼見(jiàn)就不會(huì)有真正的善和高尚的愛(ài)”，而科學(xué)正是獲得真知灼見(jiàn)的鑰匙，也是人類打敗疫情的希望。