2015年度十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)

貓亂

廉價地改變?nèi)祟惢虻?/p>

新技術(shù)出現(xiàn)

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，精確地編輯DNA片段能夠讓許多研究設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)。然而這并不是一件容易的事：人類染色體組中有30億個堿基對，要從中找到一個特定的堿基序列進(jìn)行修改，難度堪比在全中國手動搜尋一個叫張華的人。在2012年之前，分子生物學(xué)家們主要依賴兩種手段，即ZFN和TALENs。這兩種技術(shù)都必須先合成特定的蛋白質(zhì)用于標(biāo)記DNA的位置，然后把這個大分子蛋白導(dǎo)入細(xì)胞，整個過程耗時、低效、困難重重且代價高昂。這一狀況直到CRISPR/Cas9系統(tǒng)出現(xiàn)之后才有了顛覆性的改觀。整個系統(tǒng)含有兩個關(guān)鍵部分：向?qū)NA能與特定DNA片段結(jié)合，而Cas9能夠剪切DNA片段。這就像是一把自帶導(dǎo)航系統(tǒng)的瑞士軍刀，定位、剪切和重寫三個程序一步到位。更為強(qiáng)大的是，CRISPR技術(shù)能夠一次編輯多個基因，這使得在更多生物體中編輯基因成為可能，而不僅僅是依賴于小鼠、果蠅之類的模式生物。CRISPR的廉價也讓它得以迅速地產(chǎn)業(yè)化，世界上每一個分子生物實(shí)驗室都能夠方便地以數(shù)十美元的價格訂購到所需的試劑盒。2013年以來，與CRISPR相關(guān)的論文數(shù)量出現(xiàn)了爆發(fā)式增長，其中就包括中山大學(xué)黃軍就副教授有關(guān)人類胚胎基因修飾的爭議性研究。理論上來說，只要能夠確定與某個性狀相關(guān)的一個或多個基因，就能夠利用CRISPR進(jìn)行改變或替換。如此一來，致病基因可以去掉，不良性狀可以得到改觀。修飾物種甚至改變?nèi)祟惖幕?，為治愈遺傳性疾病比如囊性纖維化、鐮刀形細(xì)胞貧血癥、血友病等，帶來了一線曙光，但也無疑對現(xiàn)有的科學(xué)和倫理秩序提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

矮行星之年

7月，新視野號探測器發(fā)回的一張印著心形的冥王星照片刷爆了社交網(wǎng)絡(luò)。冥王星大概是最出名的一顆矮行星，或者也可以叫做侏儒行星或準(zhǔn)行星，也就是體積介于大行星和小行星之間、同時不是自然衛(wèi)星的一類天體。國際天文聯(lián)會于2006年決定把圍繞太陽公轉(zhuǎn)的天體分為三類：大行星、小行星和矮行星，冥王星從此退出九大行星之列。另外，黎明號探測器也在3月進(jìn)入了谷神星軌道，這是太陽系中最小的矮行星，位于火星和木星軌道之間的小行星帶。

納勒迪人：

新發(fā)現(xiàn)的一位遠(yuǎn)古近親

近30種古人類曾先后生活在地球各處，尼安德特人、能人、直立人……而今卻只有智人（Homo Sapiens）碩果僅存。9月發(fā)表的一篇論文讓我們又尋回了一位失落的遠(yuǎn)古近親：納勒迪人（Homo naledi）。2013年，兩位洞穴探險家在南非首都約翰內(nèi)斯堡西北山谷的“升星洞”發(fā)現(xiàn)了一道不足20厘米的裂隙，頭燈照亮的地面上滿是人骨。這一發(fā)現(xiàn)立刻引起了古人類學(xué)家的注意，因為洞穴恰好位于一處名為“人類搖籃”的世界遺產(chǎn)區(qū)域之中。納勒迪人的腦容量小于多數(shù)人屬物種，同時骨骼兼具了南方古猿和人屬的特征，因此科學(xué)家們尚不清楚它在進(jìn)化上處于何等位置。但從彎曲的趾骨和足弓上來看，它們很可能已經(jīng)適應(yīng)了直立行走。

地球內(nèi)部有什么強(qiáng)大的能量？

火山噴發(fā)、巖漿溢流，作用其后的究竟是何種強(qiáng)大的力量？地幔柱理論認(rèn)為，地幔柱就是把地心力量輸送到地表的媒介。它們就像是一個個巨大的蘑菇，一邊從地球深處升起一邊逐漸打開頭部，最終沖到巖石圈底部。沒有沖出的形成海山和海嶺，沖出地表的就成為火山爆發(fā)。有關(guān)地幔柱是否存在的爭論已經(jīng)持續(xù)了40年，一旦被證實(shí)，魏格納的板塊漂移學(xué)說將遭到前所未有的挑戰(zhàn)。最近，科學(xué)家利用改進(jìn)的地震波成像技術(shù)繪制出了迄今精度最高的地球內(nèi)部模擬圖，發(fā)現(xiàn)了28個地幔柱存在的證據(jù)，其中最大的寬達(dá)800公里，是此前預(yù)測的3倍之多。

量子糾纏狀態(tài)獲得實(shí)驗證實(shí)，讓構(gòu)建更安全反竊聽的通訊網(wǎng)絡(luò)成為可能？

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的科學(xué)家10月宣布，他們的實(shí)驗可以證明量子力學(xué)最根本的理論之一：空間距離很遠(yuǎn)的兩個物體可以發(fā)生瞬間互相作用。他們成功地把相距1.3公里的兩個電子糾纏起來，并且在它們之間傳遞信息。物理學(xué)上的“糾纏”意思是，成對的粒子雖然分離，但彼此之間仍然互相影響而不獨(dú)立。用郭光燦院士的話來說，這就好比在美國的女兒生下孩子的那一瞬間，即使遠(yuǎn)在中國的母親并不知道，她也在事實(shí)上立刻成為了姥姥，母親和女兒的血緣關(guān)系就成為了她們之間的“糾纏”。由于違背了定域?qū)嵲谡摚瑦垡蛩固故冀K不接受量子糾纏的存在，并譏諷其為“鬼魅般的超距作用”，然而如今荷蘭人的實(shí)驗已經(jīng)成功堵住了三大漏洞中的兩個。如果量子糾纏的確存在，那么測出一個粒子的性質(zhì)，就可立即判斷另一個粒子的性質(zhì)。并且，另外一個粒子似乎還能知道測量動作的發(fā)生與結(jié)果，盡管不存在任何傳遞信息的機(jī)制。研究人員更進(jìn)一步的設(shè)想，是構(gòu)建一個由鏈狀糾纏粒子環(huán)繞整個地球而形成的量子通信網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)今的互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)相比，它能夠絕對安全地共享加密密碼，并且必然能夠反竊聽。

埃博拉疫苗研制成功

經(jīng)歷了埃博拉病毒在非洲的肆虐之后，一種基于水皰性口炎病毒（VSV）的埃博拉疫苗終于由加拿大公共衛(wèi)生部門的科學(xué)家研制成功，有效性達(dá)到75%-100%。事實(shí)上針對猴子的埃博拉疫苗早在十年前就已經(jīng)存在，但由于埃博拉病毒非常罕見，每次爆發(fā)都只有幾百人感染，所以沒有制藥公司愿意投入資金來推進(jìn)人體測試。當(dāng)他們終于在2014年底將此事重新提上日程，西非已有近5000人死于埃博拉。在不斷升級的疫情逼迫下，各國政府和援助團(tuán)體才打開了自己的錢包。

美洲土著居民是誰的后裔？

1996年，考古學(xué)家在美國華盛頓州哥倫比亞河岸發(fā)現(xiàn)了一具距今約8500年前的人類遺骸?？茖W(xué)家、土著部落和美國陸軍工程兵部隊之間就骨架的歸屬打了九年官司，最終美國政府從2004年開始資助相關(guān)的科學(xué)研究。6月發(fā)表的基因測序結(jié)果表明，肯納威克人的DNA與華盛頓州的五個土著部落都有關(guān)聯(lián)。這也從基因?qū)用孀C實(shí)了，現(xiàn)今的美洲土著居民的確是由1.5萬年前跨越白令海峽遷徙過來的蒙古人種繁衍而來，而非通過南太平洋諸島到達(dá)中南美洲的亞洲人，或者是歐洲人后裔。

成癮性更小的止痛藥將出現(xiàn)？

嗎啡和海洛因這一類阿片藥物在醫(yī)療鎮(zhèn)痛方面需求很大，但復(fù)雜的化學(xué)成分導(dǎo)致它們并不像冰毒那樣容易工業(yè)合成。目前的主要來源仍然依賴植物提取，也就是罌粟種植，這讓止痛藥的價格居高不下。斯坦福大學(xué)的生物工程專家斯莫爾克（Christina Smolke）將植物、細(xì)菌和嚙齒動物的基因混合導(dǎo)入酵母菌中，成功地讓它們分泌出了蒂巴因，也就是諸多醫(yī)用阿片類藥物的前體。通過調(diào)整酵母途徑，藥物化學(xué)家可以用這個辦法進(jìn)一步生產(chǎn)出更有效、成癮性更小的麻醉劑和止痛劑。一旦生產(chǎn)效率得到優(yōu)化，止痛藥的降價就能給全世界的慢性病患帶來福音，就像乙肝疫苗和青蒿素借助轉(zhuǎn)基因酵母菌實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)那樣。但這也意味著，制造海洛因?qū)⒆兊孟褡葬勂【颇菢尤菀?。如果這些酵母菌株落到了大毒梟手中，后果將會如何呢？

大腦中也有淋巴管

道弗吉尼亞醫(yī)學(xué)院的研究人員6月發(fā)表在《自然》雜志上的論文確認(rèn)，大腦會通過淋巴管道與免疫系統(tǒng)直接聯(lián)結(jié)。這是一項改寫教科書的發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的認(rèn)知中，腦內(nèi)不存在淋巴管。這一發(fā)現(xiàn)徹底改變了醫(yī)學(xué)界對神經(jīng)-免疫相互作用的認(rèn)識，也有可能對自閉癥、阿茲海默癥、多發(fā)性硬化癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究和治療產(chǎn)生重要的影響。

心理學(xué)研究原來沒有你想的靠譜

在一個名為“可再現(xiàn)性項目：心理學(xué)篇”的大型課題中，弗吉尼亞大學(xué)的諾賽克（Brian Nosek）帶領(lǐng)來自五大洲的270多位同行，試圖檢驗發(fā)表于三份頂級心理學(xué)期刊上的100項科學(xué)研究。即使人們對心理學(xué)的不可靠程度有所認(rèn)識，最終數(shù)據(jù)還是令人大跌眼鏡：能夠重現(xiàn)的結(jié)果僅占39%。心理學(xué)領(lǐng)域有一句著名的吐槽：“用fMRI（功能核磁共振成像）來研究大腦結(jié)構(gòu)，就像是用溫度計來研究汽車的結(jié)構(gòu)?！笔艿窖芯糠椒ê脱芯繉ο蟮木窒?，目前的成果中充斥著太多的假陽性結(jié)果、小樣本實(shí)驗及弱相關(guān)性研究，這100項研究只是滄海一粟。甚至一些論文根本沒有對假設(shè)進(jìn)行仔細(xì)檢驗，而是用統(tǒng)計伎倆炮制出了想要的結(jié)果。這次的清算讓整個心理學(xué)界意識到了第三方審查的重要性，也會迫使研究結(jié)果的發(fā)表標(biāo)準(zhǔn)得到提高。