《科學》雜志:2015年10大年度科學發現

《科學》雜志:2015年10大年度科學發現

2015-12-19 15:26:28  知識分子
本文作者:葉水送

發表時間:2015-12-19 15:26:28作者:葉水送來源:知識分子字體大小:A+  A-

 

《科學》雜志:2015年10大年度科學發現

 

北京時間12月18日,《科學》雜志評選出的年度十大科學發現終于出爐。備受關注的CRISPR基因編輯技術“從過去數年陪跑,今年終于登上年度科學發現的桂冠,拔得頭籌”。茲詳細介紹如下。

 

《科學》雜志:2015年10大年度科學發現

 

1 強大的CRISPR技術

2007年,一家酸奶公司發現一種細菌擁有抵御病毒的特殊防御機制。2012年,細菌的這種機制就被科學家闡述清楚,2013年這一領域快速增長。它被視為分子生物學的一個奇跡,事實上,它并非僅對生物學家產生革命的影響,這個世界同樣也會隨之而改變。這就是基于CRISPR系統的基因編輯技術。

早在2012年和2013年,《科學》雜志就已將CRISPR納入到年度10大科學發現的榜單中,不過它屬于陪跑“角色”。隨著近些年來一系列的重要科學發現,CRISPR基因編輯技術備受注目,其中最重要的兩項研究是:修飾物種的基因,以減少其數量或減少其攜帶的疾病(如蚊子等),以及人類胚胎細胞的基因組編輯,它們的出現都給現有的科學秩序提出嚴重挑戰。胚人類胚胎細胞基因修飾工作由中山大學學者完成,該研究亦成為12月份在華盛頓召開的國際人類基因編輯峰會(International Summiton Human Gene Editing)的一個重要導火索。

基因編輯技術其實并不很新鮮,胎細胞基因修飾工作由中山大學學者完成,該研究亦成為12月份在華盛頓召開的國際人類基因編輯峰會(International Summiton Human Gene Editing)的一個重要導火索。

基因編輯技術其實并不很新鮮,此前的技術有ZFN和TALENs。目前已經有幾家公司利用基因編輯技術用于臨床治療,相比去前面兩項技術,CRISPR基因編輯技術簡單很多,以至于“每個分子生物實驗室都在想做CRIPSR基因編輯技術”。非營利組織Addgene,目前已經發布了50000種質粒,這是一種環狀的DNA,里面包含CRISPR系統中兩種關鍵的部件:向導RNA(Guide RNA),能與特殊DNA片段結合;另外一個重要組分是DNA剪切酶,通常將其稱為Cas9。CRISPR系統的最早發現者之一、加州伯克利分校的分子生物學家Jennifer Doudna表示,“它就像PCR技術,一個潛藏在工具箱里的工具”。CRISPR系統擁有如此強大的能力,以至于科學家很容易地創造出基因型完全不同的生命體。

  

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2 矮行星之年

2015年,是矮行星之年。今年3月份,黎明號探測器(Dawn)進入谷神星(Ceres)軌道,谷神星是太陽系中最小的矮行星。7月份,新視野號(New Horizons)探測器與冥王星擦肩而過,它的主要目標是探測冥王星及其最大的衛星,以及位于柯伊柏帶(Kuiper belt)的小行星群。

 

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3 肯納威克人的骨架

從一開始,人們就對所謂肯納威克人(Kennewick Man)的遺骸爭論不休。1996年,人類學家在華盛頓州哥倫比亞河肯納威克海岸發現了它,它距今有8500年。人類學家討論它與現在美洲土著居民的關系。但當地土著居民卻認為這是他們祖先的遺骸,要求將其歸還給他們,需厚葬之。2004年,美國政府開始資助研究者對這幅骨架進行研究。今年研究結果出來了,分子生物學家基因測序的結果是,肯納威克人的DNA與華盛頓地區5個土著部落均有關,更重要的是,它從基因組層面證實了現在的美洲土著居民是15000年前從白令海峽遷徙過來的亞洲人的后代。這一證據有力地駁斥了那些認為美洲土著居民是后期遷徙過來亞洲人的后裔以及歐洲人后裔的觀點。

 

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4 心理學的再生

心理學目前正深陷數年前發表的上百篇頂級期刊論文的危機之中,在這些論文中充斥著太多的假陽性結果、少樣本數量的實驗以及弱相關性研究。事實上,早在2011年,研究者就關注了這種現象。2015年,心理學家開始對這些論文丑聞進行清算,今年8月份,270名心理學家重新審視了100項發在這一領域頂級期刊的研究,通過建立新的研究模型以及同行評議,他們得出了一個令人震驚的結論:僅有39%的研究的實驗結果能夠被驗證。這讓心理學家意識到未來這一領域發文章必須科學嚴謹,實驗結果可重復,只有這樣心理學才是一門嚴謹的科學。縱然此次心理學家拿自己開刀,但是它帶來的契機是心理學的轉變或再生。

 

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5 新人種重現天日

2015年,人類又迎來一位新成員,一個由60名科學家組成的國際研究小組,在南非一處叫Rising Star洞穴中發現了一個新人種Homo naledi。該洞穴位于南非首都約翰內斯堡市西北處,研究者共發現了1500塊化石,它們屬于15個個體。

Homo naledi的分類學地位目前研究者并不清楚,它也許不屬于現代人所處的屬“Homo”。雖然新人種身高與現代人相近,而且通過其手臂的骨頭鑒定,應該已開始直立行走,但是它們在其他特征上顯得很原始,長而小的腦袋,彎曲的手指以及奇特的拇指,從而顯示它們很有可能仍會在樹上活躍,尤其是當遇到捕食者的時候。

 

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6 深層地幔流研究漸熱

40多年來,科學界一直爭論熱柱究竟是由地幔深處向上流動而成還是由淺一些的巖漿層構成的。通過全波型斷層掃描技術發現,起源于地核向上流動的地幔柱已被檢測出的確存在。科學家已檢測到28股從地核涌來的熱柱,熱柱有800千米的厚度,這是理論預測值的三倍。也許我們需要重新思考,有關地核如何冷卻降溫的學說了。地球物理學家希望新技術最終能揭露地球內部的其他細節,例如海洋地殼俯沖的板塊和深埋在地幔深處的“墓地”。 

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7 抗擊埃博拉的疫苗

由世界衛生組織(WHO)領導的埃博拉疫苗終于研發出來了。盡管2014年,制藥公司研發抗擊埃博拉藥物以及疫苗的熱情空前高漲,但是藥物研發的結果卻并不讓人滿意。不過這一情況,在2015年得到了扭轉。

由加拿大公共衛生部門(Public Health Agency of Canada)科學家研制的抗埃博拉藥物,去年被制藥公司默克(Merck)收購,該藥物當時在猴子身上起了作用。收購之后,默克公司對該藥物繼續研究,在今年由世界衛生組織領導的臨床研究中,該藥物取得令人振奮的結果,7月31日,該研究發表在《柳葉刀》(TheLancet)雜志上,研究稱這種疫苗的有效性達到75-100%。另一種由葛蘭素史克公司研發的疫苗則難以證明其有效程度。縱然埃博拉已離我們遠去,但是這種疫苗在下一次埃博拉疫情爆發時使用,也許能避免西非悲劇的重演。

 

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8 酵母菌生產阿片類藥物

一群美國生物學家將植物、細菌和嚙齒動物基因混合導入酵母菌中,利用改造過的酵母菌成功合成蒂巴因(the baine),一種罌粟麻醉劑,它是諸多醫用阿片類藥物的前體。通過調整酵母途徑,藥物化學家可以合成更有效、成癮性更小的麻醉劑和止痛劑。

不過,新技術暫時還不夠完美:目前生產一劑止痛藥要耗費20000升工程酵母。研究人員正在想辦法提高工程酵母的效率和產出,優化它們的生化過程,以生產處安全、更有效的藥物。

 

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9 大腦中的淋巴管道

美國弗吉尼亞大學研究顯示,大腦內也存在免疫系統的淋巴管道,這項新發現將顛覆幾十年來教科書中“腦內沒有淋巴管”的舊概念。它將有可能對從自閉癥、阿爾茨海默綜合癥以及多發性硬化癥等一些神經系統疾病的研究和治療產生重要的影響。

 

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10 貝爾無漏洞實驗確認量子詭異特性

今年8月,荷蘭代爾夫特技術大學的物理學家羅納德·漢森(Ronald Hanson)領導的團隊報道他們實現了第一例可以同時解決探測漏洞和通信漏洞的貝爾實驗,證實相距1.3公里的成對電子之間存在“量子糾纏”,否定了愛因斯坦的隱變量理論。

這一實驗結果并沒有讓物理學家們感到驚訝,但它所實現的距離1.3公里兩個固態量子比特之間的量子糾纏制備,為未來實用化的全量子互聯網奠定了重要技術支撐。

備注:本文所有圖片來自Science雜志。

責編:微科普

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