2018年十大科学突破反映了近年来科学发展的三个动向

摘要：从测定分子结构到宇宙探索，从发现远古动物到揭示细胞的秘密，美国权威学术刊物《科学》杂志评选的2018年十大科学突破，在时间和空间尺度上拓宽着人类认知的边界，也反映了近年来科学发展的三个动向。

创新科研工具涌现

当选今年头号突破的“单细胞基因活性分析”不是一个具体的科学发现，而是一套“三连发”的研究方法，通过细胞分离、RNA测序和标记跟踪3个步骤，像“放电影”一样展现胚胎细胞形成成年动物复杂组织和器官的过程，有望在未来10年改变生物学和医学研究格局。

这是继被誉为“基因剪刀”的CRISPR基因编辑技术2015年入选头号突破后，科研工具再次登顶，表明“授人以渔”的革命性科研工具不断涌现并日益受重视。

“单细胞基因活性分析”使科学家能从单细胞水平确定哪些基因在胚胎早期发育时被开启或关闭。“它就像飞行记录器，让你了解整个过程哪里出了错，不是只看到最后的结果，这样我们就可以提出以前不可能提的问题。”加利福尼亚大学旧金山分校干细胞生物学家乔纳森·魏斯曼说。

截至目前，科学家已用这项技术观察了斑马鱼、蛙等动物如何形成器官和附器，还研究了人类细胞的发育及如何在癌症等疾病中发生改变等。

利用新工具发现分子结构也入选今年十大突破。美国、德国和瑞士科学家用电子束取代X射线“解读”小晶体，能在几分钟内测定有机物晶体三维分子结构，为新药研发打开了广阔空间。

基因数据库断案成为另一项入选的工具。美国警方将从犯罪现场提取的DNA片段与大型基因数据库比对，通过犯罪者的远亲“顺藤摸瓜”找到逃逸近40年的冷血杀手，开创了被称为“法医系谱学”的新领域。

利用人工智能预测微观结构今年没能入榜，但已被看好。随着人工智能在各研究领域投入应用，它还将持续受到重视。

从微观处发现真相

新的科研手段让科学家可以从微观层面发现真相，了解人类历史、宇宙演变并预测未来，至少有4项年度突破与此相关：

——澳大利亚科学家在一种古生物化石中发现胆固醇样脂类分子，表明化石源自生活在5.58亿年前的动物，这是地球上已知最古老的动物。这项研究也使分子古生物学覆盖的时间尺度推前了数亿年。

——近年来兴起的古DNA分析方法又有新斩获：5万多年前生活在西伯利亚地区的一个女性骨骼残骸的DNA显示，她的母亲是尼安德特人，父亲是丹尼索瓦人，为欧亚大陆古人类种群间的基因交换和迁徙提供了直接证据。

——分子层面的研究让科学家发现人类细胞运转的秘密。为何细胞中成千上万的蛋白质及其他分子能互不干扰地工作？科学家发现，它们会凝聚成小液滴，像沙拉中的油和醋一样相互分离，影响基因的表达。如果液滴凝结过程发生错误，它们可能变为胶状甚至固化，并引发神经退行性疾病。这项发现不仅揭示了生命的奥秘，还为治疗神经退行性疾病等提供了思路。

——微观粒子成为科学家认识宇宙的“信使”。去年兴起的多信使天文学，使科学家可通过光子和引力波等观测同一宇宙事件，如今“宇宙信使”又加入新成员。去年9月，位于南极的“冰立方天文台”捕捉到一个高能中微子。科学家2018年发表论文说，它来自距离地球40亿光年外的一个耀变体——中央存在快速旋转大型黑洞的巨大椭圆形星系。

学术界道德受关注

今年十大科学突破榜单将反性骚扰运动纳入其中。去年，《科学》杂志曾将科学界性骚扰列入与科学突破同时发布的“年度崩溃事件”。这表明学术界的道德问题受到重视。

2018年，多名科学家因性侵指控辞职或被解雇，包括美国加利福尼亚大学欧文分校遗传生物学家弗朗西斯科·阿亚拉、索尔克研究所分子生物学家因德尔·维尔马和曾任教于加州理工学院的天体物理学家克里斯蒂安·奥尔特等。

6月，美国国家科学院、工程院和医学院联合发布报告称，美科学界性骚扰问题严重，超过半数在大学工作的女性及20%至50%的女大学生曾遭不同程度性骚扰。尽管美国国家科学基金会和美国科学促进会等机构发布了反性骚扰政策，但很多人表示并非所有机构都有力应对性骚扰。

今年“年度崩溃事件”列第一位的是气候变化导致天灾增加而政府应对不力。入选的还包括科研资金不足导致巴西国家博物馆失修并发生火灾、人类基因编辑带来的伦理问题等。