塑造2015那些事儿

发布时间:2015-12-21

《自然》盘点年度十大科学事件

从气候变化到基因编辑伦理,研究人员在2015年解决了很多棘手的问题。他们还作出了重要发现,包括冥王星上的冰山、量子怪诞性的证据以及关于细胞内分子机制的细节。

通往巴黎之路

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

在这一年里,承诺减排的国家日益增多——到气候峰会召开时已达到184个,对巴黎会议将在抑制全球变暖努力中成为历史性转折点的乐观期待也在增加。这场在因11月巴黎恐怖袭击而导致安保措施升级的情况下召开的会议,在1212日达成了一项获得195个国家批准的里程碑式协议。它要求各国承诺减少温室气体排放,并且使变暖保持在远低于2℃的范围内。各国将在2018年评估其进展,并且从2020年开始每5年重新审视它们的气候承诺。

12月初,当“全球碳计划”的研究人员报告称,全球碳排放在2015年会减少0.6%时,气候谈判代表便获得了一些令人惊喜的好消息。

在通往巴黎的道路上,全球最大碳排放国——中国和美国帮忙创造了动力。中国宣布将启动碳排放总量管制与交易制度。而在多年的犹豫不决后,美国总统巴拉克·奥巴马作出了具有象征性的举动:对从加拿大输送石油到美国炼油厂的“拱心石XL”管道说不。

甚至教皇弗朗西斯也参与进来。6月,他发布了一份关于环境的教皇通谕,并在9月到访北美期间作了演讲,就气候变化的危险和抑制气候变化的迫切需要发出警告。教皇到访后在美国开展的两项调查显示,他帮助提升了将气候变化视为一个重要问题的接受度。

不过,各国的气候承诺或许将无法使变暖保持在和工业化前相比不超过2℃的范围内。越过这一临界点后,很多科学家认为,全球将经历同变暖相关的生态和经济混乱。同工业化前水平相比,目前全球平均地表温度已高出1℃,而2015年可能将成为有记录以来最暖和的一年。

冥王星及其他

在对太阳系的探索中,矮行星占据了主导地位。2015年,冥王星和谷神星的微小世界破天荒第一次接受了宇宙飞船的到访,并产生了很多激动人心的图像。其中,谷神星位于火星和木星之间的小行星带中央。

当“新视野”号宇宙飞船在714日飞过冥王星时,后者成为聚光灯的焦点。这个世界呈现出一片由冰山、氮冰川和平坦、寒冷的平原构成的地质仙境。冥王星表面的复杂性让包括首席研究员Alan Stern在内的很多行星科学家大为吃惊,并且引发了很多重要问题,比如是什么诱发了地质活动,从而创造了冥王星。

3月开始,谷神星以更加渐进的步伐展现在世人面前。当时,它的引力将美国宇航局(NASA)的“黎明”号宇宙飞船拖入其轨道。这个黑暗、富含水的天体被证实拥有很多秘密,包括金字塔形的山峰、反射光线的盐结晶亮斑,以及在初晨的阳光中笼罩着一些火山口的神秘阴霾。

欧空局的“罗塞塔”飞船继续在67P/楚留莫夫—格拉希门克彗星附近环绕。它的“菲莱”着陆器在201411月一次颠簸的着陆后被认为已经死去,但在今年6月却突然“打电话回家”。此后的7月,它陷入沉寂,而这或许是永久性的。今年,分析了“罗塞塔”数据的研究人员报告称,氧气正从67P彗星上涌出,而橡皮鸭的形状可能是两颗较小彗星之间低速碰撞的结果。

NASA的“火星大气与挥发演化”探测器首次传送了关于太阳风如何随着时间的流逝剥离掉火星大气层的详细测量数据。在到达土星系统的11年后,NASA的“卡西尼”号宇宙飞船证实,一片埋藏在土卫二地表下的海洋延伸到整个星球,使其成为寻找地外生命的诱人地方。

可定制的基因编辑

很少有一种方法像精准、便于使用但仍颇具争议的CRISPR Cas9基因组编辑系统那样,如此迅速地走到台前。4月,中国科学家报告称,利用此项技术编辑了不能存活的人类胚胎。这激起了研究人员和生物伦理学家在各种评论和会议中关于该技术是否应该用于人类胚胎甚至是基础研究的争论。这场争辩在12月初于美国华盛顿举行的人类基因编辑国际峰会上达到高潮。此次会议汇集了来自20多个国家的近500名伦理学家、科学家和法律专家。主办方以一份声明结束了此次会议:这些工具尚未作好被用于编辑人类胚胎基因组的准备,但声明并未呼吁直接禁止相关基础研究。

过去3年里,CRISPR成为科学家寻求提升动物和作物性能以及治疗人类疾病的重要工具。10月,研究人员创下新的记录—— 一次性编辑了猪胚胎基因组中的62个位点,而这一举措可能有助于复活异种器官移植领域。当人们接受生长在猪体内的器官时,基因修复能降低对具有潜在危险的猪病毒的接触风险。通过这种低成本技术,狗、山羊和绵羊的DNA也能被改变。

CRISPR能靶向人类疾病。以此为目标,谷歌和其他投资者在8月向位于马萨诸塞州剑桥市的基因组编辑初创公司——爱迪塔斯医药公司注入1.2亿美元。该公司计划到2017年将CRISPR用于临床试验,以矫正某些视力受损患者体内的一个基因突变。

其他更加成熟的基因组编辑技术已经进入临床。11月,英国研究人员宣布,他们利用一种不同的系统——被称为TALEN的酶编辑了人类免疫细胞,并将它们移植到一名1岁白血病患者体内,而这可能拯救她的生命。12月,来自加州桑加莫生物科技公司的科学家宣布,2016年他们将开始人体试验,测试剪断DNA的锌指核酸酶。这种酶能修正一个导致血友病的基因缺陷。

疫苗的胜利

200多年前测试了第一支疫苗的Edward Jenner,应当会为2015年的进展感到骄傲。一项正在几内亚进行的临床试验初步分析显示,在今年4月被快速投入人类试验后,rVSV-ZEBOV埃博拉疫苗被发现为接受注射的人提供了近乎完全的保护。该疫苗包含一种活性很低且被改造后能产生埃博拉蛋白的牲畜病毒。这是一个专家认为能被效仿用于对抗其他新出现疾病的快速研发项目取得的成果。

不过,rVSV-ZEBOV来得过晚,以至于无法对在西非导致1.1万人死亡的埃博拉疫情产生太大影响。虽然埃博拉正在消退,但最近在利比里亚又东山再起。在两度宣称已清除埃博拉病毒后,该国在11月宣布了3起新发病例,包括一例死亡报告。

通过近30年的酝酿,全球首支疟疾疫苗在10月获得了来自一个全球疫苗咨询小组的支持。4月,研究人员报告说,该疫苗在非洲涉及1.5万余名儿童的临床试验中实现了30%的保护率。该小组建议在这种名为RTS,S的疫苗被广泛使用前,在100万名儿童中开展中等规模试验。

脊髓灰质炎疫苗使这种衰竭性疾病在全球几乎被根除:到129日,今年仅有66起脊髓灰质炎野生病毒病例得到记录。7月,尼日利亚为首次一个整年未出现新发脊髓灰质炎野生病毒感染进行了庆祝,并且促使世界卫生组织在9月将该国从脊髓灰质炎流行国家名单中移除。这为非洲最早在2017年宣布摆脱脊髓灰质炎奠定了基础。

最终,墨西哥批准了迄今首支针对登革热病毒的疫苗。现在,该疫苗生产商——总部位于法国巴黎的赛诺菲公司希望确保在拉丁美洲和亚洲其他国家获批使用此种疫苗。

量子怪诞性

11月,物理学家通过举行专门会议、出书和论文集,庆祝爱因斯坦广义相对论提出100周年。爱因斯坦还在8月登上了媒体头条。当时,物理学家展示了诸如亚原子粒子等两种物体能被连接或者“纠缠”的迄今最令人信服的证据。这将使一种粒子影响另一种粒子的行为,即便两者相隔很远。研究人员证实,他们能在两个相隔1.3公里远的电子间产生强有力的纠缠。

爱因斯坦曾公开鄙视这种被他称作“鬼魅般超距作用”的现象,因为它看上去打破了没有物体能穿行得比光速快的普遍性规律。尽管爱因斯坦对此存有疑虑,但这种方法或许有一天能被用于建造高度安全且不受黑客影响的量子网络。

人工地震

石油、天然气开发以及其他人类活动被认为触发了从瑞士到印度和中国的全球性地震,但没有一处地方像美国俄克拉何马州那样拥有如此多发的地震,并且迫使科学家急于了解、应对它们。2009年,该州开始记录到地震活动在增加。今年,俄克拉何马州经历了迄今最多的地震——目前,它每年发生的3级及以上地震远多于加州。

4月,官方人士最终承认了能源工业可能起到的作用。俄克拉何马州地质调查局宣布,将废水注入地下的石油和天然气井或许是罪魁祸首:几千万升液体的注入改变了断层压力,并且增加了地震的可能性。

作为回应,管控石油和天然气开发的俄克拉何马州企业委员会削减了拥有最多地震活动的地区内所允许建造的废水处理井数量——考虑到能源工业在该州政治领域具有的强大影响力,这是一项值得称赞的举措。

研究可靠性获得评估

2015年,关于如何增强研究成果再现性的争论从歇斯底里式的绝望转到分析和行动上。

从方法描述较差到数据分析存有缺陷,诸多领域的研究人员出于多种理由竞相独立复制已发表的成果。

12月,由于巨大开支和所需时间的限制,基于美国的再现性项目——“癌症生物学”宣布其已缩减再现癌症生物学领域高影响力论文的尝试,即从50篇减至37篇。

对该问题进行量化的努力也在今年取得成果。4月,另一个再现性项目团队证实,在复制已发表心理学研究的努力中,约三分之二以失败告终。同时,一项颇具争议的分析估测,每年有280亿美元被用于无法重现的生物医学研究生,而这通常是因为文档记录较差或者材料存在缺陷。

资助者已作出回应。今年,包括惠康基金会在内的英国主要生物医学研究机构发布了一份概述提高可再现性策略的报告,比如将试验实践标准化。10月,美国国立卫生研究院(NIH)发布了可再现性指南,要求资助评审者寻找实验设计中可能导致误差的缺陷,并要求资助申请者描述他们将如何验证试剂。同时,今年一些科学协会对从2014年开始执行的NIH另一套指南进行了抨击。该指南要求作者更加完整地描述其试验,但很多协会认为,这些规则将使论文的准备和评审变得繁琐。出版商也参与其中:作为“资源识别倡议”项目所推行举措的一部分,今年约12家期刊开始要求作者利用独特标识符标记其试剂。

聚焦性别歧视

受一些昭示沙文主义如何仍在科学界弥漫的偶然事件推动,今年关于性别歧视的讨论变得更加公开。4月,英国萨塞克斯大学进化遗传学家Fiona Ingleby在推特上称,在评审者认为加入一两名男性作者将改善分析后,《科学公共图书馆·综合》杂志拒绝了一篇她和另一位女同事合写的论文。该杂志随后将这名评审者从其数据库中去掉,并且要求处理这篇论文的学术编辑离开编辑部。

今年6月,获得诺贝尔奖的生物学家Tim Hunt因谈起在实验室中“同女性共事遇到的麻烦”而招致广泛批评。他在韩国首尔举行的一场国际性科学期刊会议上说:“你会爱上她们,她们会爱上你,而当你批评她们时,她们会哭。”两天后从伦敦大学学院荣誉教授职位上辞职的Hunt表示,他原本是带着轻松的意味,并且“已被坑苦了”,但该校并未恢复他的职位。

10月发生了最重大的事件:著名地外行星追踪者Geoffrey Marcy被披露至少在过去10年里性骚扰过多名学生。在来自加州大学伯克利分校以及更加广泛的天文学界同事的公开指责下,Marcy从该校辞职。此次事件在科学协会中引发了深刻反思。一些协会正在制定或重新评估旨在预防会议和其他事件中发生性骚扰的政策。

分子冷冻定格

多亏了一项被称为冷冻电子显微镜(cryo-EM)的技术所取得的进展,今年结构生物学家揭示了生命分子机制史无前例的细节。研究人员能通过快速冷冻细胞蛋白判断它们的结构,然后利用电子显微镜在接近原子的分辨率下对其进行成像。过去3年里,Cryo-EM抢占了X射线结晶成像的地位,因为它不需要蛋白结晶化,从而使研究人员得以分析更多分子。

利用此项技术,今年生物学家详细绘制了100多个分子的结构图,包括回收受损或多余蛋白的蛋白酶体以及在信使RNA序列被翻译成蛋白前将它们剪成碎片的剪接体。今年还见证了迄今最清晰的cryo-EM结构—— 一种涉及糖分解的细菌酶结构。研究人员希望将这种细节级别带入在医学上很重要的分子中。

让医学变得精准

长久以来,为每位患者量身定制治疗方法是生物医学的一个目标。美国总统巴拉克·奥巴马通过在1月宣布推行“精准医学计划”(PMI),极大地推动了此项努力。该计划属于一个耗资2.15亿美元、将于明年提供首批资助的项目。通过此项目,NIH和合作机构将在全美召集100万人,并且收集遗传信息、健康记录甚至来自健康监控电子设备的数据。研究人员将利用这些信息,寻找疾病风险和遗传、环境因素之间的联系。

PMI促使其他政府在大型纵向研究上下赌注。在奥巴马发表上述演讲后不久,加州宣布了一项300万美元的计划。同时,中国有望在明年启动将利用该国强大基因组测序能力的大型项目。

今年,冰岛展示了进行大量人类基因组测序的可能。3月,冰岛公司——“基因解码”发表了4篇文章,对来自冰岛人的2600多个基因组序列进行了分析。这是来自单个人群的最大规模人类基因组集合。它描述了同阿尔茨海默氏症相关的突变以及Y染色体中的突变率。(宗华)

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钟家庆教授生前对祖国数学事业的发展极其关切,并为之拚搏一生。他曾多次表示,数学事业的发展有赖于积极培养与选拔优秀的年轻数学人才,他殷切希望在我国建立基金以奖励优秀的青年数学家。

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