12月17日,美国《科学》杂志17日公布了2015年十大科学突破。那么,究竟有哪些新成果入选呢?

1.“基因剪刀”

近年来,研究人员常用一种叫做CRISPR的强大“基因组编辑”技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。CRISPR基因组编辑技术过去两次入选《科学》年度十大突破,今年“晋升”到头号突破。

这项来源于细菌的基因技术被科学家形象地称为“基因剪刀”。CRISPR是生命进化历史上,细菌和病毒进行斗争产生的免疫武器,简单说就是病毒能把自己的基因整合到细菌,利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务,细菌为了将病毒的外来入侵基因清除,进化出CRISPR系统。

CRISPR正在生物医学研究领域引起一场巨变。不像其他基因编辑手段,它使用起来廉价、迅速且简单,并因此席卷全球实验室。研究人员希望利用它调整人类基因以消除疾病,创造生命力更加顽强的植物,并且消灭病原体。

今年,CRISPR技术在多个方向迈出意义重大的一步。首先,成功打造“基因驱动”系统。今年11月,美国科学家宣布利用这种系统研制出一种携带抗疟疾基因并能将该基因传给后代的转基因蚊子。其次,中国中山大学黄军就等人今年4月披露,首次利用CRISPR技术成功修改人类胚胎的一个基因,阻止这一基因上的突变导致地中海贫血症。第三,哈佛大学研究人员利用CRISPR技术一次性敲除猪细胞中62个逆转录病毒基因,从而扫清猪器官用于人体移植的重大难关。

《科学》杂志说,由于CRISPR有着精确、成本低及操作简便等特点,许多科研机构都开始开发利用这项技术,它“将会给许多领域带来持久的兴奋和乐观”,势必“对研究产生革命性影响”。

 

2.“新视野”号抵达冥王星

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今年7月14日,经过9年半共计50亿公里的飞行之后,美国航空航天局的“新视野”号探测器(New Horizons)终于抵达冥王星,成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。“新视野”号的主要任务是探测冥王星及其最大的卫星卡戎(冥卫一)和探测位于柯伊柏带的小行星群。考察冥王星任务结束后,“新地平线”号会继续向离地球更远的宇宙空飞行。

 

3.脑内也有淋巴管

美国弗吉尼亚大学医学院的研究者们在《自然》杂志上发表了一项结论惊人的研究。他们确认,大脑会通过淋巴管道与免疫系统直接联结。在旧有的认识中,淋巴管道并不存在于脑部,这项新发现将颠覆几十年来书写在教科书上的结论。

这一意外发现对解释老年性痴呆、自闭症和多发性硬化形成的原因提供了重要信息。如老年性痴呆,脑内累积一些蛋白质团块。有可能是因为淋巴管无法有效清除,才导致这些蛋白在大脑中累积。这些淋巴管看起来随年龄改变,因此可能与大脑衰老过程有关。

  

4.用酵母合成鸦片类止痛药

数千年来,人们使用酵母来发酵葡萄酒、酿造啤酒和发酵面包。而美国斯坦福大学的研究人员,通过遗传改造酵母,来产生止痛药,这一突破预示着,我们可以用一种更快和可能更便宜的方法,来生产许多不同类型的植物类药物。

他们重新设定了面包酵母的遗传机制,这样,这些快速生长的细胞可在三到五天的时间内,把糖转换成氢可酮。氢可酮及其化学同系物,都是鸦片类药物。如果用传统的方法,从合法的种植罂粟的农场开始,要花费超过一年的时间才能生产一批药。

 

5.量子纠缠状态被证实

量子纠缠是一种量子力学现象,是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象。纠缠是关于量子力学理论最著名的预测。它描述了两个粒子互相纠缠,即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态。其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化爱因斯坦拒绝接受这种“幽灵般的远程效应”,因为这与他提出的没有任何物质的运动速度可超过光速的理论产生冲突。

新南威尔士大学的研究小组使用放置在硅芯片中的一个电子和一个磷原子的原子核,实现了量子纠缠,实验取得了2.70的观测值,可信度超过96%。研究人员还表示,以这样高的“分数”通过贝尔实验,是人们能对量子计算机操作实现完全控制的最有力证明,特别是用量子纠缠实现纯粹量子类型的计算机代码。

 

6.地幔柱存在证据被找到

 

有关地幔柱是否存在40多年来,地质科学家一直在讨论地球的热点区域,即数百个火山区域向地表凸起,看起来就像有一些高温物质从地下持续向上推动地表或是由于地幔柱造成的。地幔柱即从距离地表3000公里的地核附近产生的柱状熔岩流。

通过利用精尖技术获取到史无前例的地震记录细节,美国加州大学伯克利分校的研究人员发现了28处地幔柱的证据,其中大多数位于火山热点区域下方,从地心持续、垂直上涌。研究人员表示:“如果我们的成像结果合理,那么我们已经解决了争端。地幔柱确实存在。”此次新研究成果利用了一种叫作地震X线断层摄影术的技术。

 

7.研制成功埃博拉疫苗

经过初步临床实验分析,一种由加拿大卫生部研制的埃博拉疫苗对预防埃博拉病毒感染非常有效,2000多名埃博拉病毒密切接触者在接种疫苗后无一人染病。如果后期实验能继续保持这样的成绩,这种疫苗将能帮助结束埃博拉病毒在西非的传播。

这种埃博拉疫苗名为“VSV-EBOV”,也称“加拿大疫苗”。最初由加拿大卫生部开发,而后疫苗许可所属公司与默克公司达成全球独家许可协议,确定由其负责研发、生产和分发这一试验性疫苗。

 

8.重现心理学研究

今年一项重现100项心理学研究发现的雄心勃勃的计划刚刚结束,但实验数据有些令人担心。数据表明仅有39 项公开发表的研究可以再现。

实际情况比这一高比例的数字更加琐碎。对于61项未能再现的研究,科学家认为其中24项至少产生了与原始实 验“比较类似”的结果,尽管它们并没有达到预先设定的视为成功再现的标准。

这个名为“可再现性项目:心理学”的研究项目是一批旨在通过合作,再现此前发表的研究成果的一个最大检测项目,因为此前有报告指出当前存在许多学术欺骗和错误统计分析,另一个原因是人们对经典心理学的研究 结论是否坚实也产生了许多热议。

 

 

9.新古人种化石

南非金山大学的人类学家2015年9月于一处洞穴新发现的原始人骨骼化石,共发现骨骼化石1550多块,其中包括头骨、颚骨、牙齿和指骨,它们分别属于该物种的幼年、成年及老年个体。南非研究人员将这个新人种命名为“纳莱迪人”。

此次发掘现场位于斯泰克方丹古生物化石区,它是世界上埋藏古人类遗迹最丰富的地区之一,这里发现的人类先祖化石约占全球总数的一半,为探索人类起源提供了大量重要依据。纳莱迪人此前不为人知,这一发现有助于进一步了解人类的起源和进化。

 

10.早期美洲人来自亚洲

学术界对于美洲原住民何时出现以及从何而来一直存在争议。一个国际研究团队通过基因分析发现,美洲原住民祖先大约在最后一个冰河时代从西伯利亚来到美洲,之后又分化为北美原住民和南美原住民两个不同种群。

美英等国科研人员组成的研究团队采用了迄今最全面的美洲原住民基因数据。研究发现,美洲原住民祖先在最后一个冰河时代的高峰期,即大约2.3万年前,取道当时连接亚洲与美洲的白令陆桥,从西伯利亚进入阿拉斯加。