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2018年發生了哪些科學大事

2018-12-28 17:07:00   來源:中國科技網   點擊:

“火星快車”在火星南極1.5千米的冰蓋下,首次發現了大面積的液態湖泊,人們為之歡呼;而地球的另一邊,巴西國家博物館九成藏品付之一炬,令人扼腕嘆息……在剛剛過去的2018年里,科學領域發生了哪些大事?歲末年初,各大科研機構紛紛盤點,我們也綜合梳理出這些值得被記住的科學事件。

 

單細胞基因的“飛行記錄器”

 

在美國《科學》雜志評選出的2018年十大科學突破中,單細胞基因活性分析技術突破拔得頭籌,成為年度頭號科學突破,理由是相關技術“將改變未來10年的研究”。

 

其實,單細胞基因活性分析并不是一個具體的科學發現,而是一套“三連發”的研究方法,通過細胞分離、RNA測序和標記跟蹤3個步驟,像“放電影”一樣展現胚胎細胞形成成年動物復雜組織和器官的過程。這使科學家能從單細胞水平確定哪些基因在胚胎早期發育時被開啟或關閉。“它就像飛行記錄器,讓你了解整個過程哪里出了錯,不是只看到最后的結果,這樣我們就可以提出以前不可能提的問題。”加利福尼亞大學舊金山分校干細胞生物學家喬納森·魏斯曼說。

 

2018年,科學家們推出了多種技術與單細胞RNA-seq方法結合使用,詳細描述了扁蟲、魚、蛙等生物是如何開始形成器官及其附器的,而世界各地還有眾多研究團隊正在應用這些技術,研究人類細胞是如何在其一生中成熟的、組織是如何再生的、細胞是如何在疾病中發生改變的等諸多問題。《科學》雜志在對年度突破的解讀中表示:單細胞革命才剛剛開始,單細胞RNA-seq方法會在未來10年內改變基礎生物學和醫學研究格局。

 

火星確實存在液態水

 

“沒有水,就沒有生命。”至少在目前,當人們尋找地外生命時,這仍是圭臬。

 

火星上是否存在液態水?這些年來火星探測器、著陸器陸續找出了一些證據,然而這些關于火星液態水的證據一直模棱兩可。直到2018年7月26日,《科學》雜志刊登了一項重要發現:意大利科學家通過歐洲航天局“火星快車”探測器搭載的MARSIS雷達系統,在火星南極1.5千米的冰蓋下,首次發現了大面積的液態湖泊,這片湖泊至少有數米深、直徑約20千米。

 

盡管湖泊中含有大量礦物鹽,使其很難成為常見生命的搖籃,但這仍然是火星探索旅程中的重大突破。這一發現不僅為火星生命的搜尋提供了關鍵證據,還為數十億年間火星環境的轉變提供了新線索。

 

這處水體的發現,不僅僅是增加了人們對火星上存在生命的期待。從近處來說,這對科學家利用冰蓋解讀火星氣候變化歷史十分關鍵,是未來數年天體生物學研究的科學目標。而從長遠角度來看,當人類考慮到移民外星球時,火星經常是第一選擇,液態水的發現使之變得更加可能。

 

“量子霸權”誰主沉浮

 

計算界“新秀”——量子計算潛力巨大,當前最好的超級計算機需數月或數年才能解決的問題,比如藥物開發、金融建模、氣候預報等,未來的量子計算機有望在較短時間內解決。

 

“量子霸權”被認為是量子技術發展史上的一個奇點。“量子霸權”指量子計算機的計算能力超過傳統計算機,實現對于傳統計算機的“霸權”。有觀點認為,超過50(左右)量子位后,量子計算機的能力將一騎絕塵,令傳統計算機望洋興嘆。

 

2018年,又一家科技企業接近實現“量子霸權”的目標——英特爾公司宣布,已成功設計、制造并交付49量子位超導測試芯片“Tangle Lake”。這一名字源于阿拉斯加湖泊,意指這些量子位需在極冷溫度等條件下工作,其將使研究人員能評估和改進糾錯技術,并模擬一些計算問題。

 

IBM在2017年底已宣布成功研制出一款50量子位處理器原型;谷歌也計劃很快推出49量子位產品。不過,理想很豐滿,現實卻很骨感,目前量子計算仍處于初級階段。業內人士估計,量子計算離解決工程規模問題或許還有5-7年;而要想具有商業實用價值,可能需要100萬甚至更多量子位。

 

定位宇宙“幽靈粒子”起源

 

2017年9月,來自太空的一個高能中微子橫穿南極洲“冰立方”中微子天文臺,一石激起千層浪,科學家們爭相為其追本溯源。2018年7月,數十個科研團隊在《自然》《科學》等權威科學期刊撰文稱,這個“落入凡間的精靈”可能源自一個距地球約37.8億光年的耀變體(Blazar)。

 

耀變體是由星系中央的巨大黑洞吸積大量物質而產生的劇烈天文現象。科學家稱,產生中微子的耀變體可幫助解決天文學的一個百年謎團:不時拜訪地球的宇宙射線從何而來?

 

宇宙射線是由宇宙中的“爆發事件”拋射出的帶電粒子(主要是質子),是自然界中能量最高的粒子。100多年來,科學家一直希望找到其源頭,但通過對其行進路徑進行反向追蹤不可能做到,因為在抵達地球前,其飛行路徑已被地球磁場嚴重扭轉。但無論宇宙射線起源何處,有“幽靈粒子”之稱的高能中微子都很可能與其“相依相伴”。中微子幾乎沒有質量,并可以保持穩定不變,這使其成為研究宇宙射線的極佳“信使”。中微子給科學家指出了一條穿越迷霧的路,不過,關鍵是要在它們抵達地球時捕捉到它們。

 

借助中微子尋找高能宇宙射線起源的“冰立方”天文臺此次立下大功。如果結果正確,那么,這個耀變體可能是宇宙射線首個“驗明正身”的來源。

 

首只體細胞克隆猴誕生

 

本世紀初,美國匹茲堡大學的一位科學家曾經預言,用體細胞克隆非人靈長類動物的理想是不可能實現的。事實上,自1997年克隆羊“多莉”誕生后,馬、牛、豬、駱駝等許多哺乳類動物的體細胞克隆也相繼成功,但與人類相近的靈長類動物的體細胞克隆一直沒有解決。沒有克隆猴,就很難建立模擬人類疾病的動物模型。

 

直到2018年1月,中科院上海神經科學所宣布,他們利用體細胞核移植技術,在國際上首次實現非人靈長類動物的體細胞克隆,培育出兩只克隆猴“中中”“華華”。

 

研究者們選擇了猴胎兒的成纖維細胞作為需要移植的體細胞核,去除卵細胞的細胞核之后,將取出的體細胞核注入卵細胞內,這樣的卵細胞就會受到體細胞核內信息的指示,產生和體細胞具有一模一樣遺傳信息的下一代。

 

體細胞克隆猴的成功,將推動我國率先發展出基于非人靈長類疾病動物模型的全新醫藥研發產業鏈,促進針對阿爾茨海默癥、自閉癥等腦疾病,以及免疫缺陷、腫瘤、代謝性疾病的新藥研發進程。

 

值得一提的是,《科學》雜志還選出了2018年的三件科學“憾事”,即與科學突破同時發布的“年度崩潰事件”——氣候災難加劇而政治行動停滯不前、基因編輯嬰兒挑戰倫理標準、巴西國家博物館大火沉重打擊科學文明。這三大事件警示人們,在取得成就的同時,2018年科學界的一些問題同樣值得警醒和深思。(記者 雷冊淵 整理)

 

(本文綜合自《環球科學》《科技日報》《光明日報》、果殼網等)

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