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2018年发生了哪些科学大事

2019-01-08 09:04来源:解放日报

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  “火星快车”在火星南极1.5千米的冰盖下,首次发现了大面积的液态湖泊,人们为之欢呼;而地球的另一边,巴西国家博物馆九成藏品付之一炬,令人扼腕叹息……在刚刚过去的2018年里,科学领域发生了哪些大事?岁末年初,各大科研机构纷纷盘点,我们也综合梳理出这些值得被记住的科学事件。

  单细胞基因的“飞行记录器”

  在美国《科学》杂志评选出的2018年十大科学突破中,单细胞基因活性分析技术突破拔得头筹,成为年度头号科学突破,理由是相关技术“将改变未来10年的研究”。

  其实,单细胞基因活性分析并不是一个具体的科学发现,而是一套“三连发”的研究方法,通过细胞分离、RNA测序和标记跟踪3个步骤,像“放电影”一样展现胚胎细胞形成成年动物复杂组织和器官的过程。这使科学家能从单细胞水平确定哪些基因在胚胎早期发育时被开启或关闭。“它就像飞行记录器,让你了解整个过程哪里出了错,不是只看到最后的结果,这样我们就可以提出以前不可能提的问题。”加利福尼亚大学旧金山分校干细胞生物学家乔纳森·魏斯曼说。

  2018年,科学家们推出了多种技术与单细胞RNA-seq方法结合使用,详细描述了扁虫、鱼、蛙等生物是如何开始形成器官及其附器的,而世界各地还有众多研究团队正在应用这些技术,研究人类细胞是如何在其一生中成熟的、组织是如何再生的、细胞是如何在疾病中发生改变的等诸多问题。《科学》杂志在对年度突破的解读中表示:单细胞革命才刚刚开始,单细胞RNA-seq方法会在未来10年内改变基础生物学和医学研究格局。

  火星确实存在液态水

  “没有水,就没有生命。”至少在目前,当人们寻找地外生命时,这仍是圭臬。

  火星上是否存在液态水?这些年来火星探测器、着陆器陆续找出了一些证据,然而这些关于火星液态水的证据一直模棱两可。直到2018年7月26日,《科学》杂志刊登了一项重要发现:意大利科学家通过欧洲航天局“火星快车”探测器搭载的MARSIS雷达系统,在火星南极1.5千米的冰盖下,首次发现了大面积的液态湖泊,这片湖泊至少有数米深、直径约20千米。

  尽管湖泊中含有大量矿物盐,使其很难成为常见生命的摇篮,但这仍然是火星探索旅程中的重大突破。这一发现不仅为火星生命的搜寻提供了关键证据,还为数十亿年间火星环境的转变提供了新线索。

  这处水体的发现,不仅仅是增加了人们对火星上存在生命的期待。从近处来说,这对科学家利用冰盖解读火星气候变化历史十分关键,是未来数年天体生物学研究的科学目标。而从长远角度来看,当人类考虑到移民外星球时,火星经常是第一选择,液态水的发现使之变得更加可能。

  “量子霸权”谁主沉浮

  计算界“新秀”——量子计算潜力巨大,当前最好的超级计算机需数月或数年才能解决的问题,比如药物开发、金融建模、气候预报等,未来的量子计算机有望在较短时间内解决。

  “量子霸权”被认为是量子技术发展史上的一个奇点。“量子霸权”指量子计算机的计算能力超过传统计算机,实现对于传统计算机的“霸权”。有观点认为,超过50(左右)量子位后,量子计算机的能力将一骑绝尘,令传统计算机望洋兴叹。

  2018年,又一家科技企业接近实现“量子霸权”的目标——英特尔公司宣布,已成功设计、制造并交付49量子位超导测试芯片“Tangle Lake”。这一名字源于阿拉斯加湖泊,意指这些量子位需在极冷温度等条件下工作,其将使研究人员能评估和改进纠错技术,并模拟一些计算问题。

  IBM在2017年底已宣布成功研制出一款50量子位处理器原型;谷歌也计划很快推出49量子位产品。不过,理想很丰满,现实却很骨感,目前量子计算仍处于初级阶段。业内人士估计,量子计算离解决工程规模问题或许还有5-7年;而要想具有商业实用价值,可能需要100万甚至更多量子位。

  定位宇宙“幽灵粒子”起源

  2017年9月,来自太空的一个高能中微子横穿南极洲“冰立方”中微子天文台,一石激起千层浪,科学家们争相为其追本溯源。2018年7月,数十个科研团队在《自然》《科学》等权威科学期刊撰文称,这个“落入凡间的精灵”可能源自一个距地球约37.8亿光年的耀变体(Blazar)。

  耀变体是由星系中央的巨大黑洞吸积大量物质而产生的剧烈天文现象。科学家称,产生中微子的耀变体可帮助解决天文学的一个百年谜团:不时拜访地球的宇宙射线从何而来?

  宇宙射线是由宇宙中的“爆发事件”抛射出的带电粒子(主要是质子),是自然界中能量最高的粒子。100多年来,科学家一直希望找到其源头,但通过对其行进路径进行反向追踪不可能做到,因为在抵达地球前,其飞行路径已被地球磁场严重扭转。但无论宇宙射线起源何处,有“幽灵粒子”之称的高能中微子都很可能与其“相依相伴”。中微子几乎没有质量,并可以保持稳定不变,这使其成为研究宇宙射线的极佳“信使”。中微子给科学家指出了一条穿越迷雾的路,不过,关键是要在它们抵达地球时捕捉到它们。

  借助中微子寻找高能宇宙射线起源的“冰立方”天文台此次立下大功。如果结果正确,那么,这个耀变体可能是宇宙射线首个“验明正身”的来源。

  首只体细胞克隆猴诞生

  本世纪初,美国匹兹堡大学的一位科学家曾经预言,用体细胞克隆非人灵长类动物的理想是不可能实现的。事实上,自1997年克隆羊“多莉”诞生后,马、牛、猪、骆驼等许多哺乳类动物的体细胞克隆也相继成功,但与人类相近的灵长类动物的体细胞克隆一直没有解决。没有克隆猴,就很难建立模拟人类疾病的动物模型。

  直到2018年1月,中科院上海神经科学所宣布,他们利用体细胞核移植技术,在国际上首次实现非人灵长类动物的体细胞克隆,培育出两只克隆猴“中中”“华华”。

  研究者们选择了猴胎儿的成纤维细胞作为需要移植的体细胞核,去除卵细胞的细胞核之后,将取出的体细胞核注入卵细胞内,这样的卵细胞就会受到体细胞核内信息的指示,产生和体细胞具有一模一样遗传信息的下一代。

  体细胞克隆猴的成功,将推动我国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链,促进针对阿尔茨海默症、自闭症等脑疾病,以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病的新药研发进程。

  值得一提的是,《科学》杂志还选出了2018年的三件科学“憾事”,即与科学突破同时发布的“年度崩溃事件”——气候灾难加剧而政治行动停滞不前、基因编辑婴儿挑战伦理标准、巴西国家博物馆大火沉重打击科学文明。这三大事件警示人们,在取得成就的同时,2018年科学界的一些问题同样值得警醒和深思。(记者 雷册渊 整理)

  (本文综合自《环球科学》《科技日报》《光明日报》、果壳网等)

[责编:赵清建]

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