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《自然》杂志盘点2013年科学那些事儿

作者:教学论文
出处:www.lunrr.com
时间:2020-06-26
作者:张章资料来源:中国科学日报发布时间:2013年

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你应该知道2013

《自然》杂志2013

美国政府关门,致命病毒,台风和陨石-2013年的许多科学新闻和好莱坞灾难电影一样接近,但同时也有很多好的时刻。太空探索达到了一个新的高峰。神秘的人体器官研究获得了丰厚的投资。干细胞治疗和艾滋病治疗取得了很大进展。《自然》杂志评估了2013年人们应该知道的科学事件。

宇宙之谜

今年最大的宇宙发现之一是“没有发现”。美国南达科他州里德市桑福德地下研究中心的大规模地下氙实验(LUX)没有发现任何落到地球上的暗物质粒子。然而,它严重限制了暗物质粒子的质量及其与可见物质的相互作用。美国罗格斯大学理论物理学家马修斯特拉斯勒(Matthew Strassler)表示,人们现在正在达成共识,即过去三年实验中发现的暗物质线索可能只是统计波动。

探测宇宙膨胀的一个更好的方法可能是研究它对CMB光子偏振变化的预测效果。这个微妙的信号还没有被探测到,但是南极望远镜在7月份捕捉到的第一个相关偏振信号让天文学家充满了希望。另一个南极望远镜,冰块探测器,今年已经从宇宙射线中探测到高能中微子,开启了中微子天文学的新时代。

政府关门

美国政府研究基金的下降在10月达到新高(美国研究基金自2010年以来下降了约16.3%)。当时,由于政治紧急政策,美国政府被“关闭”了16天。拨款已经停止;大型望远镜、美国南极站和大多数联邦实验室都关闭了;政府维护的重要数据库离线。许多政府研究人员被宣布为“不重要”,法律禁止他们返回办公室和实验室,甚至检查官方电子邮件账户。关闭后,政府机构被积压的赠款和错过的最后期限压得喘不过气来。

除了美国的痛苦,来自其他国家的消息也令人鼓舞。欧盟已经协商了2014-2020年的研究预算(约800亿欧元,约1100亿美元)。剔除价格因素,这一数字比2007年至2013年的相关预算高出27%。韩国、中国、德国和日本的科研经费持续增长(英国和法国几乎没有变化)。其中,日本对科学研究的慷慨投资是因为它清楚地知道科学投资将带来快速的商业增长。同样,美国共和党政客也要求国家科学基金会调整其资助方向,以实现“国家利益”。“大脑的十年”4月,美国总统巴拉克奥巴马宣布了一项大脑创新计划,该计划令该国的神经科学家感到兴奋和困惑。现在,这些感觉仍在涌动:尽管没有明确的方向和资金目标,绘制大脑地图的提议已迅速演变成破译新大脑技术的重大发展。

连同欧盟用超级计算机模拟人脑的十年计划,奥巴马的计划反映出神经科学已经逐渐从分子和细胞研究转向研究神经网络如何产生思想、记忆和行动。“10年前,我们开始对更广泛的脑循环进行精细的机械分析是不可思议的。”美国布兰代斯大学的神经科学家伊芙马尔德说。

钙敏感染料是帮助实现这些梦想的技术进步之一。研究人员使用这种染料捕捉脊椎动物整个大脑中神经细胞激活的第一张图像。这个大脑来自透明的年轻斑马鱼。

此外,CLARITY极大地促进了绘制大脑结构图的努力。CLARITY是一种化学治疗方法,它可以使不透明的组织更清晰,并且可以在没有大量脑切片的情况下显示神经回路。传统的神经解剖学方法也被用于大脑大项目。大脑是人类大脑的第一个图谱。研究人员首次使用3D打印技术构建人脑3D模型,展示脑细胞结构的细节。此外,科学家可以通过用光刺激遗传修饰的海马神经元来给小鼠引入错误记忆,这表明对神经信号的精确控制不再遥远。

征服病毒

虽然脊髓灰质炎在三个国家只是一种地方性疾病,但2013年的现实表明根除这种疾病的努力并非一帆风顺。尽管这种病毒在巴基斯坦和尼日利亚这两个受影响的国家的地理范围正在缩小,但进一步的努力正面临一系列困难,这两个国家的脊髓灰质炎疫苗工作人员已经被暗杀。第三个受影响地区阿富汗南部没有发生新病例。

然而,脊髓灰质炎病毒继续导致零星病例爆发,索马里报告了180多起病例。饱受战争蹂躏的叙利亚也开始爆发脊髓灰质炎,野生脊髓灰质炎病毒在以色列南部徘徊,在中东造成大规模疫苗接种,试图防止病毒在该地区生根。

此外,今年出现了一个新的敌人:H7N9禽流感病毒。今年4月,H7N9在中国的爆发迅速得到控制。在这一事件中,报告了143例确诊病例,其中45例死亡。科学家一直在密切监测,以防止冬季再次爆发这非常困难,因为这种病毒不会在家禽中引起明显症状,所以病毒的宿主还不完全清楚。

人们也没能战胜中东呼吸综合征冠状病毒。该病毒于2012年9月首次被报道。此后,出现了稳定的发病率。截至12月12日,在中东和欧洲发现了185例确诊或疑似病例,其中74例死亡。研究人员批评沙特阿拉伯在追踪感染途径和动物来源方面缺乏进展,病例数量似乎仍在增加。

终极任务

作为美国宇航局历史上最成功的项目之一,开普勒太空望远镜即将结束。行星猎人开普勒在五月失败前的结果将被铭记:它定位了3500多个太阳系外行星。然而,当开普勒的第二个金属反应轮停止工作时,科学家们放弃了扩展其任务的梦想。

其他太空任务表现更好。美国宇航局的好奇号探测器继续在火星上行走,超过4.5公里。如果这些探索对这颗红色星球来说还不够,印度和美国在11月发射了火星轨道飞行器。12月,中国第一辆月球车玉兔成功登陆月球。

美国宇航局的航海家号全是灰尘。经过36年190亿公里的旅行,旅行者1号终于穿越了星际空间的边界。这个过程可能发生在2012年8月,但是直到今年,项目科学家才说探测器已经穿过了日光层。旅行者1号的下一步将是向豹子星座的一颗恒星漂移,这将需要大约40,000年的时间。

基因专利

近20年的美国专利运营在6月逆转了方向。该国最高法院宣布,“自然产生的”人类基因不能获得专利。这一决定的后果仍然清晰可见。最高法院于6月13日宣布了最终判决,剥夺了医学诊断公司Myriad Genetics关于BRCA1和BRCA2基因的专利。提起诉讼的患者、医生和研究人员认为,专利中声称分离的BRCA1和BRCA2基因含有天然产物,因此无效。

法院判决后不久,几家公司开始低价进行BRCA1/2测试。但是总部位于犹他州盐湖城的麦利亚德起诉了六家公司,声称他们还拥有保护测试技术的其他专利。影响仍在扩大。10月,一家联邦法院引用了麦利亚德的先例,剥夺了希格诺的一项专利。立法者要求专利审查员比以往任何时候都拒绝更多的自然产品专利,如基因和细胞。

波动的大气

除了一项由90多个国家签署的具有里程碑意义的减少汞排放的条约外,大规模的环境协定在今年的政治议程中处于次要地位。没有人希望看到国家倒退。然而,日本已经宣布,它将放弃最近减少碳排放的承诺。加拿大退出了《联合国防治荒漠化国际公约》,9月上台的澳大利亚新政府决定取消与环境变化相关的机构和碳税。然而,这并不全是坏消息。至少欧盟同意结束过度捕捞,并将其限制在科学家认为可持续的水平。

五月份,大气中二氧化碳的浓度暂时超过400ppm(百万分之一),这在人类历史上是第一次。在9月份发布的最新报告中,政府间气候变化专门委员会警告说,气候变化正在“过去几十年到1000年”改变自然环境,并将影响数十亿人。台风海燕以创纪录的风速展示了大气的破坏力,尽管人们还没有证实全球变暖在这里扮演了什么角色。

然而,希望仍然很小:近年来,美国和欧洲的排放量正在缓慢下降,全球可再生能源产量达到5000兆瓦,超过了中国电力消费的总估计值。

该研究还关注了过去15年全球平均气温上升的显着放缓。根据今年8月发布的一项研究,“错过的”高温储存在深海中,地表加热将很快开始。然而,11月份的一项研究指出,这些明显的遗漏仅仅是因为全球温度数据库没有完全覆盖北极地区。

开放科学

使科学出版物和数据更加开放的动力今年继续发展。今年2月,美国宣布政府资助的研究机构的结果必须公开,但研究人员可以在结果公布后12个月内披露相关信息。相比之下,英国希望研究论文能立即发表,尽管该国将在未来几年里混合使用这两种策略。人们也讨论了这种改变的成本,以及多少“开放”的研究可能被重复使用。

与此同时,遗传学家建立了一个全球联盟,鼓励更广泛地共享基因序列数据和临床信息。在医学研究领域,英国政府已经开始进行重大重组:科学家可以共享病人的病历。监察部恢复了开放临床试验数据库的工作。欧洲药品管理局也做出了相关努力,但制药公司试图保护临床数据的诉讼使这项工作停滞不前。

抗击艾滋病

预防、治疗和治愈:艾滋病研究的三个领域正日益成为同一任务的一部分。一月份,一项研究指出早期治疗有助于保持免疫系统的完整性。今年3月,研究人员报告说,非常早期的抗逆转录病毒疗法已经治愈了一名感染艾滋病毒的婴儿。这导致世界卫生组织建议治疗应该比以前建议的更早进行。

然而,真正的障碍甚至更可怕。7月份,医生说干细胞移植似乎已经治愈了两名艾滋病患者,但是在12月份,病毒卷土重来。艾滋病毒关键蛋白的新结构为疫苗学家指明了方向。研究跟踪了人类中和抗体的发展,证明基于这些抗体的疫苗可以保护猴子免受病毒侵害。"过去的一年可能揭示了艾滋病毒的秘密。"哈佛医学院的布鲁斯沃克说。

干细胞胜利

十年前,韩国科学家黄禹锡因从克隆的人类胚胎中创造干细胞而获得了前所未有的赞誉,但后来证明这项研究是欺诈性的。今年春天,俄勒冈健康与科学大学实现了这一壮举。然而,这并没有引起太多的兴奋。

当黄禹锡伪造他的研究结果时,他希望进行治疗性克隆:制造能够匹配病人的特殊胚胎干细胞。然而,现在没有人认为克隆将被广泛需要,尽管俄勒冈研究小组负责人舒赫拉特米塔利波夫正在进行临床研究。然而,这不仅是因为害怕破坏胚胎,而且诱导多能干细胞的使用也可能得出类似的结论。

今年,日本的一项预备性研究开始招募黄斑变性志愿者。这项研究计划为志愿者移植从诱导多能干细胞中分离的视网膜上皮细胞。11月,日本批准了再生医学法,以加速诱导多能干细胞和相关疗法的发展。

与此同时,提供未经授权干细胞治疗的诊所继续与管理层玩猫捉老鼠的游戏。今年,意大利卫生部长宣布总部设在都灵的非营利基金会“耐力”将不再被允许进行人体试验。这种疗法是一种基于骨髓干细胞的治疗方法。在一定条件下,这种方法可以促进新神经元的生长,进一步治疗某些神经退行性疾病。然而,科学家认为这种方法没有科学依据。但是最终,法院裁定负责审查该疗法的科学委员会是不公平的。

身份混乱

一项关于监视和窥探的研究表明,匿名捐献者的身份可能是已知的,这也成为遗传学领域的一个话题。今年1月,美国马萨诸塞州剑桥怀特黑德生物医学研究所的计算生物学家亚尼夫埃尔利希(Yaniv Erlich)揭示了如何将数据库中的脱氧核糖核酸与公共数据进行交叉引用,以识别研究参与者。

脱氧核糖核酸分析继续揭示人类祖先的线索。例如,有24000年历史的西伯利亚男孩的遗骸表明,三分之一的印度祖先可以追溯到欧洲。尼安德特人和杰尼索夫人的基因组序列研究表明,数万年前,这些古代人类和其他未知的古代人类出现了大量的杂交后代。另一个难题是,追溯到180万年前的头骨化石表明,三个独立的原始人类中只有一个是可能的。(张章)

《中国科学报》(2013-12-24,第三版国际)

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《自然》,发布2013年年报特刊

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