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《自然》盘点年度十大科学事件

作者:水利工程
出处:www.lunrr.com
时间:2020-01-06

作者:宗华资料来源:科学网发布日期:2015/12/21 83336:336025

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《自然》年度十大科学事件清单

从气候变化到基因编辑伦理,研究人员在2015年解决了许多难题。他们也有重要的发现,包括冥王星上的冰山,量子奇形怪状的证据,以及细胞中分子机制的细节。

通往巴黎之路

今年,世界开始认真对待气候变化。随着12月在法国巴黎举行的联合国气候峰会,工业化国家和发展中国家首次承诺控制或减少温室气体排放。

今年,越来越多的国家承诺在气候峰会前减排184个国家,人们对巴黎会议将成为遏制全球变暖努力的历史性转折点的乐观预期也在增加。此次会议是在11月巴黎恐怖袭击导致安全措施升级之际举行的,会议于12月12日达成了一项里程碑式的协议,得到了195个国家的批准。它要求各国承诺减少温室气体排放,并将变暖控制在2℃以下。各国将在2018年评估其进展,并从2020年开始每五年审查一次气候承诺。

12月初,当全球碳计划的研究人员报告2015年全球碳排放将减少0.6%时,气候谈判者得到了一些令人惊讶的好消息。

在前往巴黎的途中,世界上最大的碳排放国中国和美国帮助创造了势头。中国宣布启动碳排放总量控制和交易系统。经过多年的犹豫不决,美国总统巴拉克奥巴马做出了一个象征性的举动:他拒绝了从加拿大向美国炼油厂输送石油的“keystone XL”输油管道。

甚至教皇弗朗西斯也参与其中。6月,他发布了一份关于环境的教皇通谕,并在9月份访问北美期间发表讲话,警告气候变化的危险和遏制气候变化的迫切需要。教皇访问后在美国进行的两项调查显示,他帮助提高了人们对气候变化这一重要问题的接受度。

然而,与工业化前相比,各国的气候承诺可能无法将变暖控制在2℃以内。在越过这个临界点后,许多科学家认为世界将会经历与变暖相关的生态和经济混乱。与工业化前的水平相比,目前全球平均地表温度高1℃,2015年可能是有记录以来最热的一年。

冥王星和其他

矮行星主宰了太阳系的探索。2015年,冥王星和谷神星的小世界首次被宇宙飞船造访,并产生了许多令人兴奋的图像。谷神星位于火星和木星之间的小行星带的中心。

当新视野号宇宙飞船于7月14日飞越冥王星时,后者成为了聚光灯的焦点。世界呈现出由冰山、氮冰川和平坦寒冷的平原组成的地质仙境。冥王星表面的复杂性让包括首席研究员艾伦斯特恩在内的许多行星科学家感到惊讶,并提出了许多重要问题,例如是什么引发了地质活动,从而创造了冥王星。

自三月以来,谷神星以更渐进的速度出现在世界面前。当时,它的引力把美国宇航局的黎明号宇宙飞船拖进了轨道。这个黑暗、富含水分的天体被证明有许多秘密,包括金字塔形的山峰、反射光的盐水晶亮点,以及清晨阳光中笼罩在一些火山口上的神秘薄雾。

欧空局的罗塞塔航天器继续围绕彗星67P/丘柳莫夫-格拉西门科运行。它的“菲莱”着陆器在2014年11月颠簸着陆后被认为已经死亡,但在今年6月突然“回家”。此后,它在7月份陷入沉默,这可能是永久性的。今年,分析罗塞塔数据的研究人员报告说,氧气正从67P彗星中涌出,橡胶鸭的形状可能是两个较小彗星低速碰撞的结果。

美国宇航局的火星大气和挥发性进化探测器首次传输了太阳风如何随着时间推移从火星大气剥离的详细测量数据。到达土星系统十一年后,美国国家航空航天局的卡西尼号飞船证实,恩克拉多斯表面下埋藏的海洋延伸至整个星球,使其成为寻找外星生命的一个有吸引力的地方。

可定制的基因编辑

很少有方法能像精确、易用但仍有争议的CRISPR Cas9基因组编辑系统那样快速到达前沿。今年4月,中国科学家报告说,这项技术被用于编辑不可行的人类胚胎。这引起了研究者和生物伦理学家在各种评论和会议上的争论,讨论这项技术是否应该应用于人类胚胎甚至基础研究。12月初在华盛顿举行的人类基因组编辑国际峰会上,辩论达到了高潮。来自20多个国家的近500名伦理学家、科学家和法律专家参加了会议。组织者在会议结束时发表声明:这些工具还没有准备好编辑人类胚胎基因组,但是声明并没有要求直接禁止基础研究。

在过去的三年里,CRISPR已经成为科学家们寻求改善动物和作物性能以及治疗人类疾病的重要工具。10月,研究人员在猪胚胎基因组中一次创造了62个新的记录编辑位点,这可能有助于恢复异种移植领域。当人们接受猪体内生长的器官时,基因修复可以降低暴露于潜在危险猪病毒的风险。通过这种低成本技术,狗、山羊和绵羊的基因也可以改变。

CRISPR也可以针对人类疾病。铭记这一目标,谷歌和其他投资者于8月向马萨诸塞州剑桥的基因组编辑初创公司艾迪塔斯制药(Aiditas Pharmaceutical)注入了1.2亿美元。该公司计划到2017年在临床试验中使用CRISPR来纠正一些视力受损患者的基因突变。

其他更成熟的基因组编辑技术已经进入临床实践。11月,英国研究人员宣布,他们已经用一种不同的系统一种叫做TALEN的酶编辑了人类免疫细胞,并将它们移植到一名1岁的白血病患者身上,这可以挽救她的生命。12月,加州桑加莫生物技术公司的科学家宣布,他们将于2016年开始人体试验,测试切割脱氧核糖核酸的锌指核酸酶。这种酶可以纠正导致血友病的基因缺陷。

疫苗的胜利

爱德华詹纳在200多年前测试了第一种疫苗,应该为2015年的进展感到自豪。对在几内亚进行的临床试验的初步分析表明,在今年4月快速投入人体试验后,RVsv-ZBOV埃博拉疫苗被发现为注射人群提供了几乎完全的保护。这种疫苗含有一种活性低的家畜病毒,经过改造后可以生产埃博拉蛋白。这是一个快速研发项目的结果,专家认为可以效仿该项目来对抗其他新出现的疾病。

然而,rVSV-ZEBOV来得太晚,对导致西非11,000人死亡的埃博拉疫情影响不大。虽然埃博拉正在消退,但它最近在利比里亚卷土重来。在两次宣布埃博拉已经根除后,该国在11月宣布了三个新病例,包括一份死亡报告。

经过近30年的讨论,世界上第一种疟疾疫苗在10月份得到了全球疫苗咨询小组的支持。今年4月,研究人员报告说,该疫苗在涉及15000多名非洲儿童的临床试验中获得了30%的保护率。该小组建议在疫苗RTS广泛使用之前,在100万名儿童中进行一次中等规模的试验。

脊髓灰质炎疫苗几乎在世界上根除了这种使人衰弱的疾病:截至12月9日,今年仅记录了66例野生脊髓灰质炎病毒病例。7月,尼日利亚庆祝第一年没有新的脊髓灰质炎野病毒感染,并于9月促使世界卫生组织将该国从脊髓灰质炎流行国家名单中删除。这为非洲在2017年宣布首次根除脊髓灰质炎奠定了基础。

最后,墨西哥批准了迄今为止第一种针对登革热病毒的疫苗。现在,总部位于法国巴黎的疫苗制造商赛诺菲希望确保疫苗被批准在拉丁美洲和亚洲的其他国家使用。

量子奇形怪状

11月,物理学家举行特别会议,出版书籍和论文,庆祝爱因斯坦广义相对论100周年。爱因斯坦也在八月成为头条新闻。当时,物理学家展示了迄今为止最令人信服的证据,证明两个物体,如亚原子粒子,可以连接或“纠缠”。这将允许一个粒子影响另一个粒子的行为,即使两个粒子相距很远。研究人员证实,他们可以在相距1.3公里的两个电子之间产生强大的纠缠。

爱因斯坦曾公开鄙视他称之为“幽灵般的远摄效应”的现象,因为它似乎打破了任何物体都不能超过光速的普遍规律。尽管爱因斯坦有所怀疑,但这种方法有朝一日可能会被用于构建高度安全、不受黑客攻击的量子网络。

“石油、天然气开发和其他人类活动”的人工地震被认为已经引发了从瑞士到印度和中国的全球地震,但没有哪一个地方像美国俄克拉荷马州这样发生过如此多的地震,这迫使科学家们渴望理解和应对它们。2009年,该州开始记录地震活动的增加。今年,俄克拉荷马州经历了迄今为止最大数量的地震目前,该州每年发生的3级或以上地震比加利福尼亚多。

4月,官员们终于承认了能源行业可能发挥的作用。俄克拉荷马地质调查局宣布,向地下油气井注入废水可能是罪魁祸首:注入数千万升液体改变了断层压力,增加了地震的可能性。

作为回应,管理石油和天然气开发的俄克拉何马企业委员会已经减少了允许在地震活动最频繁的地区修建的废水处理井的数量鉴于能源行业在该州政治舞台上的强大影响力,这是一个值得称赞的举措。

研究可靠性评估

2015年,关于如何提高研究结果再现性的辩论从歇斯底里的绝望转向了分析和行动。

从对该方法的拙劣描述到数据分析中的缺陷,许多领域的研究人员出于各种原因竞相独立复制已发表的结果。

去年12月,由于巨大的支出和时间限制,美国生殖项目“癌症生物学”宣布,它已将复制癌症生物学领域高影响力论文的尝试从50篇缩减至37篇。

量化这个问题的努力今年也取得了成果。今年4月,另一个再现性项目团队证实,大约三分之二复制已发表的心理学研究的努力以失败告终。与此同时,一项有争议的分析估计,每年有280亿美元花在不可重复的生物医学研究生身上,这通常是由于糟糕的文档或材料缺陷。

捐助者已经做出回应。今年,包括韦尔科姆基金会在内的英国主要生物医学研究机构发布了一份报告,概述了提高再现性的策略,例如标准化实验实践。10月,美国国家卫生研究院(NIH)发布了一份重现性指南,要求财政资助审查人员在实验设计中发现可能导致错误的缺陷,并要求财政资助申请人描述他们将如何验证试剂。与此同时,今年一些科学协会抨击了另一套将于2014年实施的国家卫生研究院指南。指导方针要求作者更全面地描述他们的实验,但是许多协会认为这些规则会使论文的准备和评估变得麻烦。出版商也参与其中:作为“资源鉴定计划”的一部分,今年大约有12种期刊开始要求作者用唯一的标识符来标记他们的试剂。

关注性别歧视

今年关于性别歧视的讨论变得更加开放,这是由偶尔发生的事件驱动的,这些事件表明沙文主义仍然渗透到科学界。今年4月,英国苏塞克斯大学的进化遗传学家菲奥娜英格尔比(Fiona Ingleby)在推特上表示,杂志《科学公共图书馆·综合》拒绝了她与另一位女性同事共同撰写的一篇论文,因为评论家认为增加一两位男性作者会改善分析。该杂志随后从数据库中删除了评论者,并要求处理该论文的学术编辑离开编辑部。

今年6月,诺贝尔奖得主生物学家蒂姆亨特因在实验室谈论“与女性共事的麻烦”而受到广泛批评。他在韩国首尔的一次国际科学期刊会议上说:“你会爱他们,他们会爱你,当你批评他们时,他们会哭。”亨特两天后辞去了伦敦大学学院名誉教授的职务,他说他本打算放松一下,并“遭受了酷刑”,但大学没有让他复职。

最重要的事件发生在10月:杰佛瑞马西,一个着名的外星行星追踪者,被披露至少在过去10年里性骚扰了许多学生。在更广泛的天文学界同事的公开批评下,马西辞去了加州大学伯克利分校的职务。这一事件引发了科学界的深刻反思。一些协会正在制定或重新评估旨在防止会议和其他活动中性骚扰的政策。

分子冻结框架

由于低温电磁技术的进步,结构生物学家今年揭示了生命分子机制的前所未有的细节。研究人员可以通过快速冷冻来确定细胞蛋白质的结构,然后用电子显微镜以接近原子的分辨率对它们成像。低温电磁技术在过去三年里已经取代了x光结晶学,因为它不需要蛋白质结晶,允许研究人员分析更多的分子。

利用这项技术,生物学家今年已经详细绘制了100多个分子的结构图,包括受损或多余蛋白质蛋白酶体的恢复,以及信使核糖核酸序列在被翻译成蛋白质之前被剪接成片段。今年还见证了迄今为止最清晰的低温电磁结构一种参与糖分解的细菌酶结构。研究人员希望将这种程度的细节引入医学上重要的分子。

精确用药

长期以来,为每位患者量身定制治疗方法一直是生物医学的目标。美国总统巴拉克奥巴马(Barack Obama)在1月份宣布了“精密医学计划”(PMI),极大地推动了这一努力。该计划是一个2.15亿美元的项目,将于明年提供第一批资金。通过这个项目,国家卫生研究院及其合作伙伴将在美国收集100万人,并从健康监测电子设备中收集基因信息、健康记录甚至数据。研究人员将利用这些信息来发现疾病风险与遗传和环境因素之间的关系。

PMI敦促其他政府在大规模垂直研究上下注。奥巴马演讲后不久,加州宣布了一项300万美元的计划。与此同时,中国预计明年将启动一个大规模项目,该项目将利用中国强大的基因组测序能力。

今年冰岛展示了对大量人类基因组测序的可能性。三月份,冰岛公司“基因解码”发表了四篇文章,分析了冰岛人的2600多个基因组序列。这是单一人群中最大的人类基因组集合。它描述了与阿尔茨海默病相关的突变和Y染色体的突变率。(宗华)

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