你应该知道的2013—《自然》杂志盘点科学那些事儿

发布时间:2013-12-24

美国政府关门、致命病毒、台风和陨石——2013年的许多科学新闻直逼好莱坞灾难电影,但同时也有大量美好时刻。空间探索攀上了一个新高峰,神秘人类器官研究获丰厚投资,干细胞疗法和艾滋病治疗有了长足进步。《自然》杂志盘点了2013年人们应该知道的那些科学事件。

宇宙的奥秘

本年度最大的宇宙学发现之一是“没有发现”。位于美国南达科他州里德市桑福德地下研究设施的大型地下氙实验(LUX)没有发现任何飞落地球的暗物质粒子。但是,它对暗物质粒子的质量及与可见物质相互作用的特性作了严格限制。美国罗格斯大学理论物理学家MatthewStrassler表示,现在人们正在达成这样一个共识:过去3年的实验中发现的暗物质线索,可能只是统计波动。

3月发布的欧洲空间局普朗克卫星收集的宇宙微波背景(CMB)结果显示,无论暗物质是什么,它都占宇宙总物质的84%。普朗克的图像也强有力地支持了宇宙膨胀假设。该理论认为在大爆炸后,宇宙迅速扩大。

探测宇宙膨胀的一个更好的方法可能是研究其对CMB光子极化变化的预计影响。这种微妙的信号尚未被探测到,但是南极望远镜7月捕捉到的首个相关的极化信号,让天文学家满怀希望。另一架南极望远镜——冰立方探测器,今年则从宇宙射线中探测到了高能中微子,揭开了中微子天文学新纪元。

政府关门

美国政府科研经费的下滑幅度在10月达到了新高(从2010年起,美国科研经费已经下降了约16.3%)。当时,政治紧急政策致使美国政府“关门”16天。拨款停止;大型望远镜、美国南极站和大部分联邦实验室关闭;由政府维护的重要数据库脱线。许多政府研究人员被宣布为“不重要”,并且法律禁止他们回到自己的办公室和实验室,甚至查阅官方邮箱账号。关门事件结束后,积压的拨款工作和错失的截止日期让政府各机构应接不暇。

除了美国的痛苦外,其他国家的消息则让人振奋。欧盟对2014~2020年研究预算(大约800亿欧元,约合1100亿美元)进行了协商。扣除物价因素外,这一数字比2007~2013年间的相关预算增加了27%。韩国、中国、德国和日本的科研经费在持续增长(英国和法国几乎没有变化)。其中,日本对科研的慷慨投入是因为它清楚地知道,科学投入将带来快速的商业增长。无独有偶,美国共和党政客也要求国家科学基金会调整资助方向,以实现“国家利益”。

大脑的十年

4月,美国总统巴拉克·奥巴马公布了脑创新计划,这让该国神经系统科学家既兴奋又困惑。现在,这些感觉依然汹涌澎湃:尽管还没有明确的方向和资金目标,绘制大脑图谱的提议迅速演变成一个破译大脑新技术的大发展。

连同欧盟斥资10亿欧元的用超级计算机模拟人脑的10年期项目,奥巴马的项目反映出,神经系统科学已经逐渐从分子和细胞研究,转向研究神经元网络如何产生思想、记忆和行动。“现在开始能做一些有关更大范围脑循环的精细、机械分析,这在10年前是不可思议的。”美国布兰迪斯大学神经学家EveMarder说。

在帮助实现这些梦想的技术进步中,钙敏感染料是其中之一。研究人员使用这种染料在一个脊椎动物完整的大脑中捕捉到了神经细胞激活的首个图像。这个大脑来自透明的斑马鱼幼鱼。

另外,CLARITY极大推动了绘制大脑结构图的努力,CLARITY是一种化学处理方式,能让不透明组织更清晰,且能不需要大量脑片就显示出神经回路。传统的神经解剖学方法也被用于BigBrain项目。BigBrain是首个人类大脑图集,研究人员利用3D打印技术首次建成人类大脑的3D模型,显示出了脑细胞结构的细节。而且,科学家能通过使用光刺激经基因改良的海马神经细胞为老鼠引入虚假记忆,这表明精确地控制神经信号不再遥远。

征服病毒

虽然小儿麻痹症现在只是3个国家的地方性疾病,但是,2013年的现实表明,消灭这种疾病的努力并非一帆风顺。尽管在两个发病国家——巴基斯坦和尼日利亚,该病毒的地理范围在缩减,但是更进一步的努力面临一系列困难,这两个国家的小儿麻痹症疫苗工作人员遭到刺杀。第三个发病地区——阿富汗南部地区——则没有出现新的病例。

但是小儿麻痹症病毒继续导致病例的零星暴发,索马里地区报告了超过180个病例。受到战争破坏的叙利亚也开始暴发小儿麻痹症,并且野生脊髓灰质炎病毒在以色列南部徘徊不去,致使中东地区大范围接种疫苗,以试图阻止病毒扎根该地区。

另外,今年还出现了一个新敌人:H7N9禽流感病毒。4月,中国暴发的H7N9疫情被迅速控制,在这次事件中,共有143例确诊病例,其中45人死亡。科学家一直在密切监督,以防冬季再次暴发——这项工作十分困难,因为这种病毒不会引起家禽出现明显症状,因此该病毒的宿主尚未全部知晓。

人们也没能征服中东呼吸系统综合征(MERS)冠状病毒。该病毒首次被报道于2012年9月。之后出现了一个稳定的疾病发生率,到12月12日,185例确诊或疑似病例,其中74人死亡,且患者出现在中东和欧洲。研究人员批评沙特阿拉伯在追踪感染路径和动物源方面缺乏进展,病例数量似乎仍在增加。

终极任务

作为美国宇航局(NASA)历史上最成功的项目之一,开普勒空间望远镜走向终结。行星猎人开普勒在5月出现故障前产生的结果将让人们铭记:它定位了超过3500颗太阳系外行星。但是,当开普勒第二个金属反作用轮停止运转后,科学家放弃了扩大其任务的梦想。

其他太空任务表现更好。NASA“好奇”号火星车继续在火星漫步,并超过了4.5公里。如果对于这颗红色星球而言,这些探查还远远不够的话,印度和美国在11月发射了火星轨道飞行器。12月,中国首辆月球车“玉兔”号成功登陆月球。

NASA的“旅行者”号全部归于尘埃。在经历了36年、190亿公里的旅行后,旅行者1号最终穿过了星际空间边界。这一过程可能发生在2012年8月,但是直到今年,项目科学家才表示该探测器已经穿越日球层。旅行者1号下一步将漂向鹿豹座中的一颗恒星附近,大约需要4万年时间。

基因专利

近20年的美国专利操作在6月调转了方向。该国最高法院宣称,“自然存在”的人类基因不能申请专利。该决定的余波显然依然能够感受到。最高法院于6月13日作出终审判决,剥夺医疗诊断公司Myriad遗传公司所持有的BRCA1和BRCA2基因的专利权。提起诉讼一方的患者、医生和研究人员认为,该专利中声称被分离的BRCA1和BRCA2基因,包含一种自然产物,因此无效。

法院判决下达后不久,数家公司以低价启动了BRCA1/2测试。但是总部位于犹他州盐湖城的Myriad公司起诉了6家公司,声称它还持有保护该测试技术的其他专利。相关影响还在扩大。10月,一家联邦法院援引Myriad公司的判例,剥夺了美国希格诺公司的一项专利。立法者要求美国专利审查员拒绝比以往更多的基因和细胞等天然产品的专利。

波动的大气

除了一个已有超过90个国家签署的减少汞排放的标志性条约外,大型环境协议在今年的政治议程中分量很低。没有人希望看到各国出现倒退。然而,日本宣布放弃减少碳排放的近期承诺。加拿大退出联合国防治荒漠化国际公约,9月新上台的澳大利亚政府决定撤销环境变化相关机构和碳税。不过,并非全是坏消息。至少欧盟同意结束过度捕捞,将捕捞限制在科学家认为可持续的水平上。

5月,二氧化碳的大气浓度暂时超过400ppm(百万分之一),这在人类历史上大约是第一次。政府间气候变化专门委员会在9月最新发布的报告中警告称,气候变化“在过去数十年到1000年中”正改变着自然环境,将影响数十亿人口。台风海燕以破纪录的风速展示着大气的破坏性力量,尽管人们还未证实全球变暖在这里扮演了怎样的角色。

但是,依然有小小的希望:近年美国和欧洲的排放在缓慢下降,全球可再生能源生产达5000兆瓦——超过了中国电力消费的总预计值。

研究还集中于在过去15年中全球平均气温上升的明显减缓。今年8月发布的一项研究认为,“漏掉”的高温被贮藏在深海中,并且表面加热将很快开始。但是11月的一项研究则指出,这些明显的遗漏只是缘于全球气温数据库并未完全覆盖北极地区。

开放科学

让科学出版物和数据更开放的驱动力今年继续发展。2月,美国宣布,由政府资助的研究所得到的结果必须公开,但是研究人员可以在结果发表12个月内公开相关信息。相比之下,英国希望研究论文能够立刻公开,尽管未来几年该国将使用两种策略的混合物。人们还对这种改变的成本,以及有多少可能“公开”的研究能被再利用进行了争论。

同时,遗传学家建立了一个全球联盟,以鼓励更广泛地分享基因序列数据和临床信息。在医学研究领域,英国政府开始了重大改组:科学家能够分享患者的医疗记录。监督部门则恢复了自己开放临床试验数据库的工作。欧洲医药管理局也进行了相关努力,但是制药公司试图保护临床数据的诉讼使得相关工作停滞不前。

打击艾滋病

预防、治疗、治愈:艾滋病研究的3个领域开始越来越多地成为同一个任务的一部分。1月,一项研究指出,早期治疗能够帮助保持免疫系统完整。3月,研究人员报告称,非常早期的抗逆转录病毒治疗治愈了一个感染艾滋病病毒的婴儿。这让世界卫生组织提议,应该比之前的建议更早进行治疗。

但是,现实障碍更加可怕。7月,医生表示,干细胞移植似乎治愈了两名艾滋病患者,但是12月,病毒重新归来。艾滋病病毒关键蛋白质的新结构给了疫苗学家方向。研究追踪了人体内中和抗体的发展,证明基于这些抗体的疫苗能保护猴子抵御这种病毒。“过去一年或许揭示了艾滋病病毒的秘密。”美国哈佛医学院的Bruce Walker说。

干细胞胜利

10年前,韩国科学家黄禹锡获得了前所未有的吹捧,他从克隆人类胚胎中创造了干细胞,但之后该研究被证明存在欺诈。今年春天,美国俄勒冈健康与科学大学使这一壮举成为现实。但是,它却没有引起多少兴奋。

黄禹锡伪造其研究结果时,他希望进行治疗性克隆:制造能与患者匹配的特殊胚胎干细胞。但是,现在没有人认为克隆将被广泛地需要,尽管俄勒冈研究小组负责人ShoukhratMitalipov正在进行临床应用方面的研究。但这并非只因为担心破坏胚胎,而且使用诱导多能干细胞也可能达到相似的结论。

今年,一个日本预备性研究开始招募患有黄斑变性的志愿者,该研究计划为志愿者移植分离自诱导多能干细胞的视网膜上皮细胞。11月,日本批准了再生医学法,加速诱导多能干细胞和相关疗法的发展。

同时,那些提供未经许可的干细胞治疗的诊所继续跟管理部门进行着猫和老鼠的游戏。今年,意大利卫生部长宣布,Stamina(一家位于都灵市的非营利性基金会)将不再被允许开展人体试验。该疗法是一种基于骨髓干细胞的治疗手段,在特定条件下,此法可以促进新神经元生长,进而治疗一些神经退行性疾病,科学家却认为这种方法没有科学依据。但最终法院判决,负责审查此疗法的科学委员会存在不公正性。

身份困惑

一个有关监视和窥探的研究显示,匿名DNA捐赠者的身份可能被获悉,这也成为基因领域的一个议题。1月,美国马萨诸塞州坎布里奇的怀特海德生物医学研究所计算生物学家YanivErlich,揭示了如何将数据库中的DNA与公共数据交叉引用,以识别出研究参与者的身份。

DNA分析继续揭示人类祖先的线索。例如,具有2.4万年历史的西伯利亚男孩的遗骨表明,1/3的印第安人祖先能追溯到欧洲。尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组序列研究显示,数万年前,这些古老人类以及其他未知的古人类出现大量混血。另一个谜题是,距今180万年头骨化石显示,3个独立的古人类可能只是一个。(张章)

数学会奖项

华罗庚奖

华罗庚奖

华罗庚先生是我国著名数学家

华罗庚先生是我国著名数学家,他热爱祖国,献身科学事业,一生为发展我国的数学事业和培养人才做出了卓越贡献。

陈省身奖

陈省身奖

陈省身教授是一位国际数学大师

国际数学大师陈省身教授是美籍华裔数学家、中国科学院外籍院士。他非常关心祖国数学事业的发展,几十年来在发展我国数学事业、培养数学人才等方面做了大量工作。

钟家庆奖

钟家庆奖

钟家庆教授生前对祖国数学事业的发展极其关切

钟家庆教授生前对祖国数学事业的发展极其关注,并为之拚搏一生。为了纪念并实现他发展祖国数学事业的遗愿,数学界有关人士于1987年共同筹办了钟家庆基金,并设立了钟家庆数学奖,委托中国数学会承办。

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