2015年十大科學(xué)突破

    12月17日，美國《科學(xué)》雜志17日公布了2015年十大科學(xué)突破。那么，究竟有哪些新成果入選呢？

    1.“基因剪刀”

    近年來(lái)，研究人員常用一種叫做CRISPR的強大“基因組編輯”技術(shù)對生物的DNA序列進(jìn)行修剪、切斷、替換或添加。CRISPR基因組編輯技術(shù)過(guò)去兩次入選《科學(xué)》年度十大突破，今年“晉升”到頭號突破。

    這項來(lái)源于細菌的基因技術(shù)被科學(xué)家形象地稱(chēng)為“基因剪刀”。CRISPR是生命進(jìn)化歷史上，細菌和病毒進(jìn)行斗爭產(chǎn)生的免疫武器，簡(jiǎn)單說(shuō)就是病毒能把自己的基因整合到細菌，利用細菌的細胞工具為自己的基因復制服務(wù)，細菌為了將病毒的外來(lái)入侵基因清除，進(jìn)化出CRISPR系統。

    CRISPR正在生物醫學(xué)研究領(lǐng)域引起一場(chǎng)巨變。不像其他基因編輯手段，它使用起來(lái)廉價(jià)、迅速且簡(jiǎn)單，并因此席卷全球實(shí)驗室。研究人員希望利用它調整人類(lèi)基因以消除疾病，創(chuàng )造生命力更加頑強的植物，并且消滅病原體。

    今年，CRISPR技術(shù)在多個(gè)方向邁出意義重大的一步。首先，成功打造“基因驅動(dòng)”系統。今年11月，美國科學(xué)家宣布利用這種系統研制出一種攜帶抗瘧疾基因并能將該基因傳給后代的轉基因蚊子。其次，中國中山大學(xué)黃軍就等人今年4月披露，首次利用CRISPR技術(shù)成功修改人類(lèi)胚胎的一個(gè)基因，阻止這一基因上的突變導致地中海貧血癥。第三，哈佛大學(xué)研究人員利用CRISPR技術(shù)一次性敲除豬細胞中62個(gè)逆轉錄病毒基因，從而掃清豬器官用于人體移植的重大難關(guān)。

    《科學(xué)》雜志說(shuō)，由于CRISPR有著(zhù)精確、成本低及操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，許多科研機構都開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用這項技術(shù)，它“將會(huì )給許多領(lǐng)域帶來(lái)持久的興奮和樂(lè )觀(guān)”，勢必“對研究產(chǎn)生革命性影響”。

    2.“新視野”號抵達冥王星

    今年7月14日，經(jīng)過(guò)9年半共計50億公里的飛行之后，美國航空航天局的“新視野”號探測器（New Horizons）終于抵達冥王星，成為首個(gè)探測這顆遙遠矮行星的人類(lèi)探測器。“新視野”號的主要任務(wù)是探測冥王星及其最大的衛星卡戎（冥衛一）和探測位于柯伊柏帶的小行星群?？疾熠ね跣侨蝿?wù)結束后，“新地平線(xiàn)”號會(huì )繼續向離地球更遠的宇宙空飛行。

    3.腦內也有淋巴管

    美國弗吉尼亞大學(xué)醫學(xué)院的研究者們在《自然》雜志上發(fā)表了一項結論驚人的研究。他們確認，大腦會(huì )通過(guò)淋巴管道與免疫系統直接聯(lián)結。在舊有的認識中，淋巴管道并不存在于腦部，這項新發(fā)現將顛覆幾十年來(lái)書(shū)寫(xiě)在教科書(shū)上的結論。

    這一意外發(fā)現對解釋老年性癡呆、自閉癥和多發(fā)性硬化形成的原因提供了重要信息。如老年性癡呆，腦內累積一些蛋白質(zhì)團塊。有可能是因為淋巴管無(wú)法有效清除，才導致這些蛋白在大腦中累積。這些淋巴管看起來(lái)隨年齡改變，因此可能與大腦衰老過(guò)程有關(guān)。

    4.用酵母合成鴉片類(lèi)止痛藥

    數千年來(lái)，人們使用酵母來(lái)發(fā)酵葡萄酒、釀造啤酒和發(fā)酵面包。而美國斯坦福大學(xué)的研究人員，通過(guò)遺傳改造酵母，來(lái)產(chǎn)生止痛藥，這一突破預示著(zhù)，我們可以用一種更快和可能更便宜的方法，來(lái)生產(chǎn)許多不同類(lèi)型的植物類(lèi)藥物。

    他們重新設定了面包酵母的遺傳機制，這樣，這些快速生長(cháng)的細胞可在三到五天的時(shí)間內，把糖轉換成氫可酮。氫可酮及其化學(xué)同系物，都是鴉片類(lèi)藥物。如果用傳統的方法，從合法的種植罌粟的農場(chǎng)開(kāi)始，要花費超過(guò)一年的時(shí)間才能生產(chǎn)一批藥。

    5.量子糾纏狀態(tài)被證實(shí)

    量子糾纏是一種量子力學(xué)現象，是粒子在由兩個(gè)或兩個(gè)以上粒子組成系統中相互影響的現象。糾纏是關(guān)于量子力學(xué)理論最著(zhù)名的預測。它描述了兩個(gè)粒子互相糾纏，即使相距遙遠距離，一個(gè)粒子的行為將會(huì )影響另一個(gè)的狀態(tài)。其中一顆被操作（例如量子測量）而狀態(tài)發(fā)生變化，另一顆也會(huì )即刻發(fā)生相應的狀態(tài)變化愛(ài)因斯坦拒絕接受這種“幽靈般的遠程效應”，因為這與他提出的沒(méi)有任何物質(zhì)的運動(dòng)速度可超過(guò)光速的理論產(chǎn)生沖突。

    新南威爾士大學(xué)的研究小組使用放置在硅芯片中的一個(gè)電子和一個(gè)磷原子的原子核，實(shí)現了量子糾纏，實(shí)驗取得了2.70的觀(guān)測值，可信度超過(guò)96%。研究人員還表示，以這樣高的“分數”通過(guò)貝爾實(shí)驗，是人們能對量子計算機操作實(shí)現完全控制的最有力證明，特別是用量子糾纏實(shí)現純粹量子類(lèi)型的計算機代碼。

    6.地幔柱存在證據被找到

    有關(guān)地幔柱是否存在40多年來(lái)，地質(zhì)科學(xué)家一直在討論地球的熱點(diǎn)區域，即數百個(gè)火山區域向地表凸起，看起來(lái)就像有一些高溫物質(zhì)從地下持續向上推動(dòng)地表或是由于地幔柱造成的。地幔柱即從距離地表3000公里的地核附近產(chǎn)生的柱狀熔巖流。

    通過(guò)利用精尖技術(shù)獲取到史無(wú)前例的地震記錄細節，美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員發(fā)現了28處地幔柱的證據，其中大多數位于火山熱點(diǎn)區域下方，從地心持續、垂直上涌。研究人員表示：“如果我們的成像結果合理，那么我們已經(jīng)解決了爭端。地幔柱確實(shí)存在。”此次新研究成果利用了一種叫作地震X線(xiàn)斷層攝影術(shù)的技術(shù)。

    7.研制成功埃博拉疫苗

    經(jīng)過(guò)初步臨床實(shí)驗分析，一種由加拿大衛生部研制的埃博拉疫苗對預防埃博拉病毒感染非常有效，2000多名埃博拉病毒密切接觸者在接種疫苗后無(wú)一人染病。如果后期實(shí)驗能繼續保持這樣的成績(jì)，這種疫苗將能幫助結束埃博拉病毒在西非的傳播。

    這種埃博拉疫苗名為“VSV－EBOV”，也稱(chēng)“加拿大疫苗”。最初由加拿大衛生部開(kāi)發(fā)，而后疫苗許可所屬公司與默克公司達成全球獨家許可協(xié)議，確定由其負責研發(fā)、生產(chǎn)和分發(fā)這一試驗性疫苗。

    8.重現心理學(xué)研究

    今年一項重現100項心理學(xué)研究發(fā)現的雄心勃勃的計劃剛剛結束，但實(shí)驗數據有些令人擔心。數據表明僅有39 項公開(kāi)發(fā)表的研究可以再現。

    實(shí)際情況比這一高比例的數字更加瑣碎。對于61項未能再現的研究，科學(xué)家認為其中24項至少產(chǎn)生了與原始實(shí) 驗“比較類(lèi)似”的結果，盡管它們并沒(méi)有達到預先設定的視為成功再現的標準。

    這個(gè)名為“可再現性項目：心理學(xué)”的研究項目是一批旨在通過(guò)合作，再現此前發(fā)表的研究成果的一個(gè)最大檢測項目，因為此前有報告指出當前存在許多學(xué)術(shù)欺騙和錯誤統計分析，另一個(gè)原因是人們對經(jīng)典心理學(xué)的研究 結論是否堅實(shí)也產(chǎn)生了許多熱議。

    9.新古人種化石

    南非金山大學(xué)的人類(lèi)學(xué)家2015年9月于一處洞穴新發(fā)現的原始人骨骼化石，共發(fā)現骨骼化石1550多塊，其中包括頭骨、顎骨、牙齒和指骨，它們分別屬于該物種的幼年、成年及老年個(gè)體。南非研究人員將這個(gè)新人種命名為“納萊迪人”。

    此次發(fā)掘現場(chǎng)位于斯泰克方丹古生物化石區，它是世界上埋藏古人類(lèi)遺跡最豐富的地區之一，這里發(fā)現的人類(lèi)先祖化石約占全球總數的一半，為探索人類(lèi)起源提供了大量重要依據。納萊迪人此前不為人知，這一發(fā)現有助于進(jìn)一步了解人類(lèi)的起源和進(jìn)化。

    10.早期美洲人來(lái)自亞洲

    學(xué)術(shù)界對于美洲原住民何時(shí)出現以及從何而來(lái)一直存在爭議。一個(gè)國際研究團隊通過(guò)基因分析發(fā)現，美洲原住民祖先大約在最后一個(gè)冰河時(shí)代從西伯利亞來(lái)到美洲，之后又分化為北美原住民和南美原住民兩個(gè)不同種群。

    美英等國科研人員組成的研究團隊采用了迄今最全面的美洲原住民基因數據。研究發(fā)現，美洲原住民祖先在最后一個(gè)冰河時(shí)代的高峰期，即大約2.3萬(wàn)年前，取道當時(shí)連接亞洲與美洲的白令陸橋，從西伯利亞進(jìn)入阿拉斯加。