Science發(fā)布2021年度十大科學(xué)突破榜單：除了AlphaFold2，還有哪些大豐收？

豐色 2021-12-17 14:20:36 來(lái)源：量子位

2021，疫情仍在全球蔓延，但今年也是科學(xué)豐收的一年，有大量關(guān)于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)、人類(lèi)史前史和物理世界的發(fā)現(xiàn)。

那么，最值得關(guān)注的十大科學(xué)突破都有哪些？

Science緊隨Nature，也公布了他們的年度榜單。

結(jié)果參考了為期兩周的網(wǎng)友投票，其中有3項(xiàng)和Nature評(píng)選出的事件一致。

下面我們一一回顧。

默克新冠口服藥可降低30%的住院、死亡風(fēng)險(xiǎn)

疫苗在抗擊新冠疫情的斗爭(zhēng)中發(fā)揮了重大作用，但今年有一個(gè)強(qiáng)有力的新選手也加入了進(jìn)來(lái)：抗病毒口服藥。

一個(gè)是來(lái)自美國(guó)制藥公司默克?(Merck)?的莫奈拉韋?(molnupiravir)。

根據(jù)該公司提交給監(jiān)管機(jī)構(gòu)的最終數(shù)據(jù)，如果在感染早期服用該藥，就可將未接種疫苗的高危人群住院或死亡的風(fēng)險(xiǎn)降低30%。

另一個(gè)是美國(guó)輝瑞公司的PF-07321332。

如果在出現(xiàn)癥狀的3天內(nèi)服用它，可將住院率降低89%。

科學(xué)家表示，抗病毒藥物不能取代疫苗接種，新藥的不確定性仍然很多，但它們的出現(xiàn)仍然至關(guān)重要，尤其是萬(wàn)一后續(xù)出現(xiàn)新的奧密克戎變體時(shí)。

首次在土壤中提取到古人類(lèi)DNA

今年，科學(xué)家們首次從洞穴中的土壤中提取到了古人類(lèi)細(xì)胞核中的DNA，他們使用這種“泥土DNA”來(lái)重建世界各地穴居人的身份。

在西班牙的Estatuas洞穴中，提取到的核DNA揭示了8萬(wàn)到11.3萬(wàn)年前生活在那里的人類(lèi)的遺傳特征和性別，并表明尼安德特人的一個(gè)譜系在10萬(wàn)年前結(jié)束的冰川期之后取代了其他幾個(gè)譜系。

在美國(guó)佐治亞州的Satsurblia洞穴兩萬(wàn)五千年歷史的土壤中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了來(lái)自以前未知的尼安德特人系的女性人類(lèi)基因組，以及野牛和現(xiàn)已滅絕的狼的遺傳痕跡。

這些發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家回答更多關(guān)于古代物種興衰的問(wèn)題。

迷幻藥物可治療PTSD

迷幻藥改變精神的能力，使人們一度對(duì)其治療精神疾病抱有很大的希望，但一直缺少大型、嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)證明。

今年這一領(lǐng)域取得了巨大勝利：5月發(fā)表在Nature Medicine上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，3,4-methylenedioxymethamphetamine?(MDMA)，也就是俗稱(chēng)的“搖頭丸”，能顯著降低創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）患者的癥狀。

76名受試者接受了三期8小時(shí)的藥物治療。兩個(gè)月后，67%的受試者不再符合PTSD的診斷標(biāo)準(zhǔn)，而這一數(shù)字在采用心理療法的對(duì)照組中只有32%。

小鼠胚胎在“玻璃瓶”中正常發(fā)育

深入研究人類(lèi)早期胚胎發(fā)育的過(guò)程可以幫助科學(xué)家了解流產(chǎn)和出生缺陷，并完善體外受精?(IVF)?方案。

但是法律、實(shí)踐和倫理方面的問(wèn)題限制了這方面的研究。

今年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了潛在的替代方案：不僅讓小鼠胚胎在人造子宮“玻璃瓶”中發(fā)育的時(shí)間從3-4天突破到了11天，還實(shí)現(xiàn)將人類(lèi)胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干（iPS）細(xì)胞重編程為類(lèi)似胚泡的結(jié)構(gòu)。

盡管這種人造胚泡不是真正的胚胎，但它可以提供一個(gè)有指導(dǎo)性的、爭(zhēng)議較少的替代方案。

人造單克隆抗體“馴服”傳染病

被稱(chēng)為單克隆抗體（mAbs）的實(shí)驗(yàn)室抗體已經(jīng)徹底改變了某些癌癥和自身免疫性疾病的治療，但它們?cè)趯?duì)抗傳染病方面的成功有限。

今年情況發(fā)生了變化，因?yàn)樗晒η秩肓薙ARS-CoV-2（也就是新冠病毒）和其他威脅生命的病原體，包括呼吸道合胞病毒（RSV）、艾滋病毒和瘧疾寄生蟲(chóng)等等。

高昂的成本和在必須在采用注射劑的需要使許多人還沒(méi)法從中受益，但隨著價(jià)格下跌、注射劑取代輸液以及更有效的mAb進(jìn)入市場(chǎng)，它們有希望成為傳染病武器庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)武器。

核聚變能達(dá)到“能量平衡”

核聚變?yōu)樘?yáng)和其他恒星提供能量，長(zhǎng)期以來(lái)一直被視為解決地球能源問(wèn)題的方法。但要達(dá)到所需的壓力和溫度——相當(dāng)于太陽(yáng)核心溫度的10倍——是出了名的困難。

美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）8月份的一個(gè)結(jié)果讓科學(xué)界自己都感到驚訝，他們產(chǎn)生了一個(gè)達(dá)到了能量平衡的核聚變反應(yīng)，即反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過(guò)了點(diǎn)燃它所需的激光能量。

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院這一領(lǐng)域研究中心的聯(lián)合主任Steven Rose教授表示：“這是慣性聚變自1972年開(kāi)始以來(lái)最重大的進(jìn)展?！?/p>

火星內(nèi)核被揭秘

巖石行星的內(nèi)部是一種時(shí)間機(jī)器：其稠密的內(nèi)核、粘性地幔和硬化的地殼可以揭示它是如何合并、攪動(dòng)和沉淀成今天這個(gè)樣子的。

此前，人類(lèi)只能進(jìn)入兩個(gè)這樣的時(shí)間艙：地球，以及阿波羅任務(wù)期間的月球。

現(xiàn)在，NASA的InSight著陸器上的儀器首次通過(guò)“火星地震”揭開(kāi)了火星埋藏的秘密：它有一個(gè)薄地殼、一個(gè)淺地幔和一個(gè)異常大的金屬液核——從距離火星表面下方大約1500公里處開(kāi)始，剛好是火星半徑的一半。

接下來(lái)的3大科學(xué)事件則同樣登上了Natue的年度科學(xué)榜單，我們按照得票數(shù)從低往高排序。

μ子磁性超出預(yù)計(jì)，或顛覆粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型

在美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的這個(gè)環(huán)內(nèi)，μ子像指南針一樣在一個(gè)精確到十億分之三十的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)。

它的磁性超出了理論預(yù)測(cè)，雖然只相差0.1%，但卻可能讓物理學(xué)界50年來(lái)奉為圭臬的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型被顛覆。

這就是今年轟動(dòng)物理界的大事件。

進(jìn)一步了解：
粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型錯(cuò)了？電子“表哥”磁性超出理論預(yù)計(jì)，物理學(xué)家找到未知粒子存在證據(jù)

CRISPR可直接應(yīng)用于體內(nèi)

基因編輯工具CRISPR在2020年首次獲得臨床勝利。

當(dāng)時(shí)它似乎可以治愈患有兩種遺傳性血液疾病、鐮狀細(xì)胞病和β-地中海貧血的人，不過(guò)這些治療都是在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中進(jìn)行的：從患者體內(nèi)取出有缺陷的造血干細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行編輯，然后將這些細(xì)胞重新注入患者體內(nèi)。

今年，科學(xué)家們更進(jìn)一步，直接在體內(nèi)使用CRISPR進(jìn)行基因編輯。

在一項(xiàng)小型研究中，該操作減少了一種有毒的肝臟蛋白質(zhì)，并改善了遺傳性失明患者的視力。

進(jìn)一步了解：
注射“基因剪刀”治療罕見(jiàn)遺傳病，患者28天內(nèi)無(wú)明顯不良反應(yīng)，諾獎(jiǎng)得主很激動(dòng)

榜單之首：AlphaFold2

毫無(wú)疑問(wèn)，不管是Nature評(píng)選還是Science評(píng)選，2021年度最大的科學(xué)突破就是AlphaFold2。

在此之前，復(fù)雜度遠(yuǎn)超人們想象的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，只能在通過(guò)艱苦的實(shí)驗(yàn)室分析來(lái)確定。

而成功預(yù)測(cè)人類(lèi)98.5%蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的AlphaFold2，無(wú)疑是計(jì)算機(jī)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域當(dāng)之無(wú)愧的重大突破。

現(xiàn)在，研究新冠病毒的科學(xué)家也在使用AlphaFold2來(lái)模擬奧密克戎變體棘突蛋白突變的影響。

進(jìn)一步了解：

巨大沖擊！AlphaFold2再登Nature，從業(yè)者都懵了：人類(lèi)98.5%的蛋白質(zhì)，全都被預(yù)測(cè)了一遍

以上。

除了十大年度科學(xué)突破，Science還評(píng)選出了三大breakdown科學(xué)事件，它們分別關(guān)于希望渺茫的氣候目標(biāo)、引發(fā)憤怒的阿爾茨海默病藥物，以及相關(guān)科學(xué)家們?cè)谛鹿谝咔橐庖?jiàn)分歧上受到排斥和攻擊的事件。

更多詳情，請(qǐng)戳原文：

https://www.science.org/content/article/breakthrough-2021#section_climate