2020，整個(gè)世界直面不確定性和不安全感。

在科研領(lǐng)域，疫情的影響讓很多研究放慢了腳步，但關(guān)乎人類(lèi)自身、關(guān)乎尖端探索的事業(yè)從未擱置，我們依然看到這些消息振奮著人心，沖刷著認(rèn)知，澆筑著希望。

希望仍在。變局中我們前所未有地認(rèn)識(shí)到，攜手同行是這樣重要，一切的不安惶恐終究只是過(guò)客，對(duì)前行者來(lái)說(shuō)，頭頂不熄的科技之光永照星河。

1 全球加速 新冠疫苗研發(fā)

“我希望人類(lèi)在凝視深淵后會(huì)變得更聰明，意識(shí)到我們是多么的脆弱。”前牛津大學(xué)熱帶病學(xué)教授杰里米法拉說(shuō)。

新冠讓超百萬(wàn)條鮮活生命離開(kāi)了這個(gè)世界。為應(yīng)對(duì)這場(chǎng)人類(lèi)社會(huì)的重大災(zāi)難，史無(wú)前例的疫苗高速開(kāi)發(fā)和測(cè)試大幕拉開(kāi)了。截至12月10日，全球有162種候選疫苗正處于研發(fā)階段，其中52種候選疫苗已經(jīng)進(jìn)行臨床試驗(yàn)?！犊茖W(xué)》雜志稱(chēng)，“從未有如此多的候選疫苗幾乎同時(shí)開(kāi)展大規(guī)模有效性試驗(yàn)，政府、企業(yè)、學(xué)術(shù)界和非營(yíng)利組織也從未在這樣短的時(shí)間里在同一種傳染病上投入如此多的財(cái)力、人力和精力。”

突出的例子如美國(guó)制藥企業(yè)輝瑞的疫苗研發(fā)主管凱瑟林·簡(jiǎn)森帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，在破紀(jì)錄的210天里推出了一支通過(guò)臨床驗(yàn)證的疫苗;中國(guó)工程院院士、軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院研究員陳薇領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“Ad5腺病毒載體疫苗”，在全球范圍內(nèi)第一個(gè)進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)，給世界人民帶來(lái)希望。

在這個(gè)不尋常的2020，人們看到了首批獲準(zhǔn)用于對(duì)抗新冠肺炎的疫苗推出。而在馬上到來(lái)的2021年初，數(shù)種新疫苗的有效性也將變得更加明朗。

2 目前最強(qiáng)逆轉(zhuǎn)艾滋病病毒潛伏方法發(fā)現(xiàn)

談“艾”變色，根源仍是對(duì)其缺乏了解。艾滋病由人免疫缺陷病毒(HIV)引起，而HIV就是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，其無(wú)法治愈的原因，是因?yàn)槟壳暗目鼓孓D(zhuǎn)錄病毒治療，都不能徹底清除HIV感染，這種病毒會(huì)在細(xì)胞中潛伏，以此方式“躲避”免疫系統(tǒng)。

亦因此，在長(zhǎng)期病毒抑制治療后清除病毒感染一直是研究的焦點(diǎn)?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了“激活并殺死”的方法，先將病毒從潛伏的受感染細(xì)胞中驅(qū)趕出來(lái)再進(jìn)行清除?？上?，在今年以前，“激活”隱藏病毒的方法一直不算成功或有效。

2月份，美國(guó)的科學(xué)家們通過(guò)兩種方法來(lái)逆轉(zhuǎn)艾滋病病毒的潛伏，而當(dāng)逆轉(zhuǎn)潛伏法與適當(dāng)藥物相結(jié)合，顯著提高了清除該病毒的概率，這種“激活”隱藏病毒的手段，是迄今最強(qiáng)大的潛伏逆轉(zhuǎn)方法。當(dāng)然，兩種“激活”法要結(jié)合后續(xù)的“殺死”步驟才能完成清除功能，但其無(wú)疑為醫(yī)學(xué)界進(jìn)一步理解病毒維持機(jī)制打開(kāi)了一扇新的大門(mén)，讓艾滋病治療研究向前邁出了“震驚的一步”。與此同時(shí)，這項(xiàng)成果還展示了與藥理潛伏期逆轉(zhuǎn)相關(guān)的概念和技術(shù)挑戰(zhàn)。

3 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙物質(zhì)起源之謎首個(gè)佐證

宇宙誕生于一場(chǎng)大爆炸。但在這一切的起點(diǎn)，理應(yīng)產(chǎn)生同樣數(shù)量的正反物質(zhì)，而如果正反物質(zhì)數(shù)量相同，它們相遇時(shí)又會(huì)彼此湮滅，僅留下光子和暗物質(zhì)。宇宙演化至今，似乎仍然由物質(zhì)在主導(dǎo)，“正反物質(zhì)不對(duì)稱(chēng)”也成為自然界最大的謎團(tuán)之一。

目前為止，最有力的說(shuō)法是中微子在這幕大劇中扮演了重要角色，今年，日本T2K中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際共同研究團(tuán)隊(duì)為這一假說(shuō)帶來(lái)了重要支持：他們首次成功讓“中微子振蕩”現(xiàn)象中決定“粒子與反粒子舉動(dòng)差異”程度的物理量取值范圍得到了限制。

這是一項(xiàng)歷時(shí)近10年的研究?？茖W(xué)家們已知中微子分為電子型中微子、繆子型中微子和陶子型中微子三種類(lèi)型及其相應(yīng)的反中微子，這些“變色龍”能在以接近光速的速度行進(jìn)時(shí)發(fā)生改變，即所謂的“中微子振蕩”。T2K團(tuán)隊(duì)從近1021次質(zhì)子打靶產(chǎn)生的中微子中檢測(cè)到90個(gè)電子型中微子和15個(gè)電子型反中微子。數(shù)據(jù)分析表明，繆子型中微子轉(zhuǎn)變成電子型中微子的概率，高于繆子型反中微子轉(zhuǎn)變成電子型反中微子的概率。

實(shí)驗(yàn)組的結(jié)論其實(shí)尚未達(dá)到可以被稱(chēng)為“發(fā)現(xiàn)”的水平。但這一結(jié)果支持宇宙中物質(zhì)起源與繆子型中微子轉(zhuǎn)變成電子型中微子有關(guān)，換句話(huà)說(shuō)，這或是我們研究宇宙物質(zhì)起源的第一個(gè)佐證，讓人類(lèi)距離解開(kāi)宇宙之謎又近了一步。

4 迄今最大規(guī)模人類(lèi)遺傳變異體目錄公布

生物學(xué)和醫(yī)學(xué)發(fā)展之迅猛，肉眼可見(jiàn)?，F(xiàn)在，科學(xué)家對(duì)很多疾病的研究可以直抵分子和基因?qū)用?，深入研究人?lèi)基因組也成為解鎖諸多重大疾病病因的關(guān)鍵。可惜的是，在人類(lèi)基因組中，絕大多數(shù)基因的功能依然未知。

揭示基因功能的一種方法，是觀察基因發(fā)生突變后的結(jié)果。這些變異體往往會(huì)產(chǎn)生不良結(jié)果，但通常較為罕見(jiàn)。大規(guī)模基因測(cè)序研究則有助于考察這些功能喪失型變異體的效應(yīng)，將能帶來(lái)對(duì)人類(lèi)生物學(xué)特征和疾病的重要見(jiàn)解。

今年6月，英國(guó)《自然》旗下雜志同時(shí)發(fā)表一系列報(bào)告，集中描述了對(duì)一個(gè)匯集了逾14萬(wàn)人樣本的數(shù)據(jù)庫(kù)——基因組聚集數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，其涵蓋從125748個(gè)全外顯子組和15708個(gè)全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)集中，鑒定出的443769個(gè)預(yù)測(cè)的功能喪失型變異體。這是人們迄今擁有的最大規(guī)模人類(lèi)遺傳變異體公開(kāi)目錄。

盡管，科學(xué)家距離鑒定出人類(lèi)全部的預(yù)測(cè)功能喪失型變異體還很遙遠(yuǎn)，但這一研究依然是我們現(xiàn)階段深入認(rèn)識(shí)人類(lèi)基因功能、發(fā)現(xiàn)新疾病相關(guān)基因的寶貴資源。

5 馬斯克發(fā)布可實(shí)際運(yùn)作的腦機(jī)接口

無(wú)論你如何評(píng)價(jià)埃隆·馬斯克，也應(yīng)承認(rèn)他一向都敢做眾人所不敢之事。8月末，他為腦機(jī)接口公司Neuralink舉行發(fā)布會(huì)，用“三只小豬”演示了可實(shí)際運(yùn)作的腦機(jī)接口芯片和自動(dòng)植入手術(shù)設(shè)備。其中一只豬已經(jīng)植入腦機(jī)接口設(shè)備兩個(gè)月并活蹦亂跳，另一只曾植入電極又取了出來(lái)，最后一只則未植入任何設(shè)備。

這次發(fā)布會(huì)引起空前關(guān)注。因?yàn)楸恢踩胄酒膶?shí)驗(yàn)豬，向全世界展示了神經(jīng)信號(hào)的讀取和寫(xiě)入，研究人員可以通過(guò)芯片傳導(dǎo)出來(lái)的信息看到豬的腦電圖。馬斯克在2016年就曾透露過(guò)其人腦與機(jī)器交互的想法，能夠看出，與去年原型首次亮相時(shí)相比，現(xiàn)在該技術(shù)與實(shí)現(xiàn)馬斯克的雄心壯志的距離要近得多。

但需注意到，Neuralink芯片成功與否，其實(shí)并不完全取決于技術(shù)，還將取決于其能否說(shuō)服人們“開(kāi)頭顱、插芯片”，并試圖“篡改”人類(lèi)自己的神經(jīng)沖動(dòng)。

不過(guò)，馬斯克本人和該公司都表明，他們主要研究方向或?qū)⑹轻t(yī)療領(lǐng)域，即利用腦機(jī)接口來(lái)幫助人類(lèi)對(duì)抗記憶力衰退、頸脊髓損傷以及癲癇、抑郁、帕金森等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。如果它們的安全性和可靠性可以讓科學(xué)家、醫(yī)生以及許許多多患者們信服，那這一技術(shù)無(wú)疑將真正造福人類(lèi)。

6 室溫超導(dǎo)在超高壓下首次實(shí)現(xiàn)

1911年，一名荷蘭物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降低至4.2K(約-268.95℃)時(shí)浸泡在液氨里的金屬汞的電阻會(huì)消失。這是超導(dǎo)現(xiàn)象，我們距離其首次被發(fā)現(xiàn)已過(guò)百年。

超導(dǎo)不僅僅意味著零電阻，還可以完全抗磁性，這讓超導(dǎo)體在傳輸過(guò)程中幾乎沒(méi)有能量耗損，每平方厘米超導(dǎo)材料上還能承載更強(qiáng)的電流?？上В壳按蠖鄶?shù)超導(dǎo)體僅在接近絕對(duì)零度的溫度下工作。正是這一限制，具有如此優(yōu)異性能的材料并沒(méi)有像許多人想象的那樣徹底改變世界。

10月，一個(gè)美國(guó)團(tuán)隊(duì)報(bào)告創(chuàng)造出一種有機(jī)源氫化物材料，首次在高達(dá)15攝氏度的溫度下觀察到室溫超導(dǎo)現(xiàn)象。此前研究表明，富氫材料在高壓下可以將超導(dǎo)溫度提高至-23℃左右。此次科學(xué)家將實(shí)現(xiàn)零電阻的溫度提高到了15℃，這是在2670億帕斯卡壓力下的一個(gè)光化學(xué)合成三元含碳硫化氫系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的。

開(kāi)發(fā)在室溫下沒(méi)有電阻和磁場(chǎng)驅(qū)逐的超導(dǎo)材料，是凝聚態(tài)物理學(xué)追求的目標(biāo)，新成果不但打破諸多障礙，還將為許多潛在應(yīng)用鋪路。可以說(shuō)，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的找尋，人類(lèi)向創(chuàng)造出具有最優(yōu)效率電力系統(tǒng)的目標(biāo)邁出了重要一步。

7 快速射電暴在銀河系內(nèi)起源首次確定

這是一段時(shí)間僅僅數(shù)毫秒的射電脈沖。有天文學(xué)家認(rèn)為，它可能只是兩顆恒星碰撞時(shí)產(chǎn)生的噪音，另有一些人更樂(lè)意相信，這是來(lái)自外星人的信息，由高等地外文明的技術(shù)“外泄”造成。

它名為快速射電暴，自2007年第一次被發(fā)現(xiàn)以來(lái)身上迷霧一重疊一重。其物理起源未知，但能量極大，無(wú)法忽視。盡管付出了很多努力，科學(xué)家也一直在發(fā)展相關(guān)理論，但從未能理解快速射電暴背后的物理學(xué)原理，連確定起源也存在著巨大挑戰(zhàn)——它持續(xù)時(shí)間實(shí)在是太短了，天文學(xué)家很難對(duì)其定位。

而11月，英國(guó)《自然》雜志發(fā)表的3篇論文稱(chēng)，科學(xué)家首次確定了一個(gè)快速射電暴在銀河系內(nèi)的起源：多個(gè)衛(wèi)星及地面望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的這些無(wú)線(xiàn)電波的明亮脈沖顯示，它們來(lái)自銀河系內(nèi)的一顆磁星。

這是第一個(gè)探測(cè)到無(wú)線(xiàn)電波以外輻射的快速射電暴，且是第一個(gè)在銀河系中被發(fā)現(xiàn)的，同時(shí)也是第一個(gè)與被稱(chēng)為磁星的恒星殘留物有關(guān)的快速射電暴，證明了磁星可以是快速射電暴的起源。該發(fā)現(xiàn)得益于加拿大和美國(guó)團(tuán)隊(duì)對(duì)快速射電暴的持續(xù)關(guān)注，以及中國(guó)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)對(duì)這一天空區(qū)域的重要監(jiān)測(cè)結(jié)果。

8 “阿爾法折疊”精準(zhǔn)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

一個(gè)有50年歷史的老問(wèn)題，“阿爾法折疊”改變了游戲規(guī)則。

人工智能(AI)的功勞。名為“阿爾法折疊”的AI攻克了生物學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大難題：預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)如何從線(xiàn)性氨基酸鏈卷曲成3D形狀以執(zhí)行任務(wù)。

人體每一種蛋白質(zhì)都包含幾十到幾百種氨基酸，這些氨基酸的順序決定了它們之間的作用，賦予蛋白質(zhì)復(fù)雜的三維形狀，進(jìn)而決定了蛋白質(zhì)的功能。幾十年來(lái)，研究人員利用X射線(xiàn)晶體學(xué)或低溫電子顯微鏡等實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)破譯蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，但這種方法可能需要數(shù)月甚至數(shù)年，且未必見(jiàn)效。目前，在生命體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的2億多個(gè)蛋白質(zhì)中，只有17萬(wàn)個(gè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)被破解。

在今年的“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)關(guān)鍵評(píng)估”中，“阿爾法折疊”在滿(mǎn)分100的比賽中的中位分?jǐn)?shù)為92.4，預(yù)測(cè)最具挑戰(zhàn)性的蛋白質(zhì)的平均得分為87，比次優(yōu)預(yù)測(cè)高出25分。它甚至擅長(zhǎng)預(yù)測(cè)嵌入細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而細(xì)胞膜正是許多人類(lèi)疾病的核心，以往的X射線(xiàn)晶體學(xué)很難對(duì)其展開(kāi)研究。

這一技術(shù)成就被認(rèn)為將改變結(jié)構(gòu)生物學(xué)和蛋白質(zhì)研究的未來(lái)：實(shí)驗(yàn)學(xué)家將能使用精確結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)來(lái)理解不透明的低溫電磁數(shù)據(jù);藥物設(shè)計(jì)者也可借此迅速厘清新冠病毒等危險(xiǎn)病原體中每種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而更快研發(fā)出相關(guān)藥物。

9 “基因魔剪”首次治愈兩種遺傳性血液病

這是CRISPR基因編輯技術(shù)臨床首次證實(shí)可有效治療遺傳疾病。

鐮刀型紅細(xì)胞貧血和β-地中海貧血，是兩種常見(jiàn)的基因缺陷性疾病，其共同特點(diǎn)是由于珠蛋白基因的缺陷使血紅蛋白中的珠蛋白肽鏈有一種或幾種合成減少或不能合成，從而產(chǎn)生無(wú)效的血紅蛋白。目前常見(jiàn)的治療方法是輸血或輸入鐵螯合劑，很可惜這些方法容易出現(xiàn)中毒現(xiàn)象;利用造血干細(xì)胞移植本是一個(gè)根治之法，但匹配的捐贈(zèng)者很可能匱乏，移植后的并發(fā)癥也隨時(shí)會(huì)發(fā)生。正因此，基因治療從分子水平上糾正治病基因的表達(dá)，成為病人的新希望。

今年年底，美國(guó)研究人員宣布他們用CRISPR技術(shù)對(duì)患者的骨髓干細(xì)胞進(jìn)行基因編輯后，兩名β—地中海貧血患者和一名鐮狀細(xì)胞疾病患者，不再需要輸血。

最新的報(bào)告表明，患者的治療時(shí)間長(zhǎng)達(dá)17個(gè)月，現(xiàn)在正在產(chǎn)生大量胎兒血紅蛋白，并且再?zèng)]有經(jīng)歷過(guò)每幾個(gè)月發(fā)作一次的疼痛。這一次，“基因魔剪”實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)靶向治療，為未來(lái)基因缺陷性疾病的成功治愈提供了可能。當(dāng)然，CRISPR這一技術(shù)在疾病領(lǐng)域的應(yīng)用，才剛剛開(kāi)始。

10 中國(guó)嫦娥五號(hào)“攬?jiān)?rdquo;而歸

12月19日，中國(guó)嫦娥五號(hào)任務(wù)月球樣品正式交接。中國(guó)首次地外天體樣品儲(chǔ)存、分析和研究工作拉開(kāi)了序幕。

嫦娥五號(hào)任務(wù)是“探月工程”的第六次任務(wù)，也是中國(guó)航天迄今為止最復(fù)雜、難度最大的任務(wù)之一。其有著非常重要的意義——實(shí)現(xiàn)中國(guó)開(kāi)展航天活動(dòng)以來(lái)的四個(gè)“首次”：首次在月球表面自動(dòng)采樣;首次從月面起飛;首次在38萬(wàn)公里外的月球軌道上進(jìn)行無(wú)人交會(huì)對(duì)接;首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

美國(guó)《科學(xué)》雜志對(duì)此予以高度關(guān)注。該雜志報(bào)道中指出，嫦娥五號(hào)是中國(guó)一系列雄心勃勃探月計(jì)劃的最新行動(dòng)，它在月表著陸后，從月表鏟取一些月壤樣品，還鉆探到月表之下2米采集月壤巖芯，這些樣本將有助于科學(xué)家進(jìn)一步厘清月球的年齡，而且是“自1972年人類(lèi)最后一次執(zhí)行登月任務(wù)40多年后再次從月球帶回巖石樣本”。

本報(bào)記者 張夢(mèng)然

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