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

豐色 2021-12-17 14:20:36 來源：量子位

2021，疫情仍在全球蔓延，但今年也是科學豐收的一年，有大量關(guān)于生物學和醫(yī)學、人類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項和Nature評選出的事件一致。

下面我們一一回顧。

默克新冠口服藥可降低30%的住院、死亡風險

疫苗在抗擊新冠疫情的斗爭中發(fā)揮了重大作用，但今年有一個強有力的新選手也加入了進來：抗病毒口服藥。

一個是來自美國制藥公司默克?(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險降低30%。

另一個是美國輝瑞公司的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，尤其是萬一后續(xù)出現(xiàn)新的奧密克戎變體時。

首次在土壤中提取到古人類DNA

今年，科學家們首次從洞穴中的土壤中提取到了古人類細胞核中的DNA，他們使用這種“泥土DNA”來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8萬到11.3萬年前生活在那里的人類的遺傳特征和性別，并表明尼安德特人的一個譜系在10萬年前結(jié)束的冰川期之后取代了其他幾個譜系。

在美國佐治亞州的Satsurblia洞穴兩萬五千年歷史的土壤中，科學家們發(fā)現(xiàn)了來自以前未知的尼安德特人系的女性人類基因組，以及野牛和現(xiàn)已滅絕的狼的遺傳痕跡。

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

迷幻藥物可治療PTSD

迷幻藥改變精神的能力，使人們一度對其治療精神疾病抱有很大的希望，但一直缺少大型、嚴格的實驗證明。

今年這一領(lǐng)域取得了巨大勝利：5月發(fā)表在Nature Medicine上的一項研究發(fā)現(xiàn)，3,4-methylenedioxymethamphetamine?(MDMA)，也就是俗稱的“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小時的藥物治療。兩個月后，67%的受試者不再符合PTSD的診斷標準，而這一數(shù)字在采用心理療法的對照組中只有32%。

小鼠胚胎在“玻璃瓶”中正常發(fā)育

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

但是法律、實踐和倫理方面的問題限制了這方面的研究。

今年，科學家們發(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)育的時間從3-4天突破到了11天，還實現(xiàn)將人類胚胎干細胞和誘導多能干（iPS）細胞重編程為類似胚泡的結(jié)構(gòu)。

盡管這種人造胚泡不是真正的胚胎，但它可以提供一個有指導性的、爭議較少的替代方案。

人造單克隆抗體“馴服”傳染病

被稱為單克隆抗體（mAbs）的實驗室抗體已經(jīng)徹底改變了某些癌癥和自身免疫性疾病的治療，但它們在對抗傳染病方面的成功有限。

今年情況發(fā)生了變化，因為它成功侵入了SARS-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法從中受益，但隨著價格下跌、注射劑取代輸液以及更有效的mAb進入市場，它們有希望成為傳染病武器庫中的標準武器。

核聚變能達到“能量平衡”

核聚變?yōu)樘柡推渌阈翘峁┠芰浚L期以來一直被視為解決地球能源問題的方法。但要達到所需的壓力和溫度——相當于太陽核心溫度的10倍——是出了名的困難。

美國國家點火裝置（NIF）8月份的一個結(jié)果讓科學界自己都感到驚訝，他們產(chǎn)生了一個達到了能量平衡的核聚變反應(yīng)，即反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過了點燃它所需的激光能量。

倫敦帝國理工學院這一領(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年開始以來最重大的進展?！?/p>

火星內(nèi)核被揭秘

巖石行星的內(nèi)部是一種時間機器：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、攪動和沉淀成今天這個樣子的。

此前，人類只能進入兩個這樣的時間艙：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“火星地震”揭開了火星埋藏的秘密：它有一個薄地殼、一個淺地幔和一個異常大的金屬液核——從距離火星表面下方大約1500公里處開始，剛好是火星半徑的一半。

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

μ子磁性超出預(yù)計，或顛覆粒子物理標準模型

在美國費米國家加速器實驗室的這個環(huán)內(nèi)，μ子像指南針一樣在一個精確到十億分之三十的磁場中旋轉(zhuǎn)。

它的磁性超出了理論預(yù)測，雖然只相差0.1%，但卻可能讓物理學界50年來奉為圭臬的粒子物理標準模型被顛覆。

這就是今年轟動物理界的大事件。

進一步了解：
粒子物理標準模型錯了？電子“表哥”磁性超出理論預(yù)計，物理學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。

當時它似乎可以治愈患有兩種遺傳性血液疾病、鐮狀細胞病和β-地中海貧血的人，不過這些治療都是在實驗室培養(yǎng)皿中進行的：從患者體內(nèi)取出有缺陷的造血干細胞，對其進行編輯，然后將這些細胞重新注入患者體內(nèi)。

今年，科學家們更進一步，直接在體內(nèi)使用CRISPR進行基因編輯。

在一項小型研究中，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。

進一步了解：
注射“基因剪刀”治療罕見遺傳病，患者28天內(nèi)無明顯不良反應(yīng)，諾獎得主很激動

榜單之首：AlphaFold2

毫無疑問，不管是Nature評選還是Science評選，2021年度最大的科學突破就是AlphaFold2。

在此之前，復雜度遠超人們想象的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，只能在通過艱苦的實驗室分析來確定。

而成功預(yù)測人類98.5%蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的AlphaFold2，無疑是計算機和結(jié)構(gòu)生物學領(lǐng)域當之無愧的重大突破。

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

進一步了解：

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

以上。

除了十大年度科學突破，Science還評選出了三大breakdown科學事件，它們分別關(guān)于希望渺茫的氣候目標、引發(fā)憤怒的阿爾茨海默病藥物，以及相關(guān)科學家們在新冠疫情意見分歧上受到排斥和攻擊的事件。

更多詳情，請戳原文：

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