《科学》杂志公布2020年十大科学突破

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新冠疫苗点亮希望之光《科学》杂志公布2020年十大科学突破

图片说明:疫苗为人类带来希望之光。

2019年末发现的新型冠状病毒以惊人的速度席卷全球,在这一共同敌人面前,全球各国科学家团队纷纷投身于新冠肺炎疫苗的研制工作。截至12月10日,全球有162种候选疫苗正处于研发阶段,其中52种候选疫苗已经进行临床试验,有些疫苗已经公布了三期临床试验的结果。此外,今年与新冠病毒相关的研究论文激增。截至12月中旬,在同行评审期刊上发表的论文超过20万篇,而在非同行评审期刊上发表的文章更多。

这场疫情也警醒我们,只有齐心协力,科学才能够发挥出最大作用。英国惠康基金会主席、前牛津大学热带病学教授杰里米法拉说:“我希望人类在凝视深渊后会变得更加聪明,意识到人类是多么的脆弱,这也将激励整整一代人投身科学事业。”

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CRISPR首次成功治愈两种遗传性血液病《科学》杂志公布2020年十大科学突破

图片说明:CRISPR技术打败了镰状血细胞。

2012年,颠覆性的基因编辑工具CRISPR横空出世,它赋予研究人员编辑农作物和动物的强大力量,为科学研究和生物医学领域带来新一轮革命,成为《科学》杂志2015年十大科学突破之一,并摘得今年诺贝尔化学奖的桂冠。  

今年,这一“基因魔剪”再次向世界展示了其“魔力”:首次成功治愈β地中海贫血和镰刀型细胞贫血症这两种遗传性血液病。  

为治疗三名镰状细胞病患者,研究人员从每名病人身上采集了不成熟的血细胞——血干细胞,然后用CRISPR靶向沉默一个“关闭”开关——这个开关在成人体内会停止胎儿形态血红蛋白的产生,而这种血红蛋白可对抗镰状突变的影响。在病人接受化疗清除病血干细胞后,经过CRISPR处理过的细胞被重新注入患者体内。  

开展试验的两家公司12月报告称,这些患者17个月前接受治疗,现在正产生大量胎儿血红蛋白。此外,这些公司为7名正常输血治疗β地中海贫血的患者提供这种治疗后,这些病患就不需要输血了。  

研究人员指出,这种新疗法可与向干细胞中添加血红蛋白DNA治疗这两种疾病的基因疗法相媲美。

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“精英控制员”控制艾滋病病毒《科学》杂志公布2020年十大科学突破

图片说明:HIV将自己寄生在宿主的DNA内。

与所有逆转录病毒一样,艾滋病病毒(HIV)会将其遗传物质整合到人类染色体内,在那里创造出“储存库”,免疫系统无法检测到,抗逆转录病毒药物也无能为力。  

尽管如此,HIV藏身于何处会产生不一样的结果。今年,一项针对64名HIV精英控制者进行的研究表明,在没有使用抗逆转录病毒药物的情况下,他们体内的病毒载量仍然非常低,这揭示了病毒在整合到基因组中位置的重要性。  

研究人员称,虽然对这些“精英控制者”的新认知不会直接导致治愈艾滋病,但它开启了一种新策略,可以让其他感染者在没有治疗的情况下活几十年。

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全球变暖趋势日益明晰《科学》杂志公布2020年十大科学突破

图片说明:全球变暖途径日益清晰。  

40多年前,全球顶尖气候科学家齐聚美国马萨诸塞州,试图厘清一个简单的问题:如果人类继续排放温室气体,地球会变得多热?最基本的气候模型显示,如果大气中的二氧化碳含量比工业化前翻一番,地球最终将变暖1.5到4.5摄氏度。  

今年,来自世界气候研究计划署的25名科学家将气候敏感区间缩小到2.6到3.9摄氏度之间。这项研究排除了一些最坏的情况,但它几乎确认气候变暖会淹没沿海城市、加剧极端热浪、使数百万人流离失所。  

研究人员期待这些清晰的前景激发我们的行动!大气中的二氧化碳含量已达到百万分之420,离560 ppm的翻番点已过半。因此,除非我们在气候变化问题上采取更积极行动,否则人类可能在2060年达到这一阈值。

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发现快速射电暴来源《科学》杂志公布2020年十大科学突破

图片说明:磁星是中子星,其磁场强度是地球磁铁的1亿倍。 

快速射电暴(FRB)是来自遥远星系的短而强的无线电波闪烁,其究竟“乡关何处”?13年来这一问题吸引了无数天文学家“竞折腰”。  

今年11月,中外科学家刊文称,他们结合多个卫星及地面望远镜获得数据认为,银河系内的一颗磁星SGR 1935+2154是今年观测到的一个快速射电暴的起源。这是人类首次确定一个快速射电暴的起源,也是首次在银河系内观测到快速射电暴。  

尽管研究快速射电暴的天文学家相信他们终于找到了一名“肇事者”,但他们仍然不清楚磁星是如何产生快速射电暴。研究人员认为,它们可能来自磁星表面附近,因为磁场线断裂并重新连接。或者它们可能来自更远的地方,因为冲击波撞击进入带电粒子云内,产生了类似激光的无线脉冲。具体是哪种情况?我们目前只能拭目以待。  

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AI首次精准预测蛋白质三维结构《科学》杂志公布2020年十大科学突破

图片说明:人工智能首次精准预测蛋白质三维结构  

50年来,科学家们一直致力于解决生物学领域最大的挑战之一:预测一系列氨基酸在“变身”为工作蛋白质时会折叠成何种精确三维形状。今年,他们实现了这个目标。  

12月1日,谷歌旗下的“深度思维”公司宣布,其新一代AlphaFold人工智能系统在国际蛋白质结构预测竞赛(CASP)上击败了其余参会选手,精确预测了蛋白质的三维结构,准确性可与冷冻电子显微镜(cryo-EM)、X 射线晶体学等实验技术相媲美。  

研究人员指出,鉴于蛋白质的精确形状决定了它的生化功能,这一新进展可以帮助研究人员发现疾病的发病原理,开发新药,甚至创造出耐旱植物和更便宜的生物燃料。

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首个室温超导体面世《科学》杂志公布2020年十大科学突破

图片说明:科学家在一种氢、硫和碳混合物上观察到室温超导性

自1911年超导首次发现以来,寻找能在室温条件下达到的超导体一直是众多科学家竞相追求的目标。  

此前研究表明,富氢材料在高压下可以将超导温度提高至零下2摄氏度左右。此次,美国科学家在最新研究中将可以实现零电阻的温度提高到了15摄氏度,但这是在2670亿帕斯卡压力下的一个光化学合成三元含碳硫化氢系统中实现的。这一发现促进了室温超导体的研究工作——这类材料可以带来重大技术变革并节约大量能源。  

今年全球各国人民一起经历了一场大疫情,正如加缪在其名著《鼠疫》中写到的:“没有真知灼见就不会有真正的善和高尚的爱”,而科学正是获得真知灼见的钥匙,也是人类打败疫情的希望。人类的科学探索之路,道阻且长,但每一步的背后,都蕴藏着改变人类命运的潜力和可能,带我们离追求的星辰大海更进一步。

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