《科学》杂志2015年度十大突破出炉

2015年12月25日(农历2015年11月15日)，《科学》杂志2015年度10大突破出炉。

每一年，《科学》杂志都会评选出1项科学成绩作为年度10大科学突破之首。希格斯玻色子的发现、癌症免疫疗法、第1台量子机器、罗塞塔登陆彗星都曾夺魁，今年CRISPR基因编辑技术独占鳌首，赢得桂冠。除此之外，矮行星冥王星和新视野号、埃博拉疫苗、大脑淋巴系统等研究也在推动着科学前沿向更深层次迈进。

1、CRISPR技术独占鳌首

(CRISPR 技术帮助科学家创建各种新遗传物种)

2007年，1家酸奶公司发现1种细菌具有抵抗病毒的未曾预感到的防御机制。2012年，科学家阐明了这类细菌的作用机制；2013年，科学家迈出关键研究的第1步；去年，相干研究如雨后春笋般大范围爆发。现在，它已被认为是份子研究领域的1个奇迹，不只是科学界，全球的眼光都被这类叫作CRISPR的技术吸引。

作为2015年度10大科学突破之首的CRISPR技术，在2012年和2013年就曾两次进入《科学》年度10大突破榜单。今年它不再屈居其他研究之下，而是通过1系列显著成果独占鳌首。其中有两项成果备受注视：1是成功实现长时间以来梦寐以求的通过基因驱动消灭害虫或是携带的疾病的梦想；2是首个人类胚胎DNA编辑占据全球舆论头条。这两项研究每项都牵动着科学政策的制定，特别是后1项研究直接推动了今年12月美国华盛顿国际人类基因编辑峰会的召开。

是甚么让CRISPR显得与众不同呢?与锌指核酸酶和转录激活因子样效应物核酸酶等蛋白相比，后两种蛋白也能够精确改变DNA序列，若干家公司已在用其开发新临床疗法。但CRISPR技术相对简单，且本钱低廉很多。犹他大学锌指核酸酶领先研究专家Dana Carroll说，它带来了基因靶向医治的普遍化时期。斯坦福大学生物伦理学家Hank Greely把CRISPR技术和第1辆T型福特汽车进行对照说，和第1辆汽车相同，它(CRISPR)生产的简便性、技术的可靠性和经济上的可负担性都将改变社会。每一个份子实验室都希望进行CRISPR研究。哈佛大学的George Church说。

2、小世界迎来大年景

(新视野号传回的冥王星地表图)

今年可谓是矮行星之年。美国宇航局(NASA)的两艘空间探测器与两个矮行星之间两次邂逅的画面在天文学家眼中徐徐展开。今年3月，拂晓号探测器进入小行星带中最大的天体谷神星的轨道。7月，新视野号飞掠柯伊伯带最大的天体之1 冥王星。

科学家发现，冥王星沿着1年248年的椭圆轨道运转时存在极端差异的季节变化，剧烈温差致使其表面结冰后又融冰，从数10亿年前直到现在，这颗矮行星上的造型仍在改变进程中。其固氮表面像鳞片1样的纹理见证了在淡薄大气周期性地扩大和塌缩时，物资的升华与沉积进程。冰山从平坦的平原上拔地而起，好像漂浮的冰山1样，在古地质作用的推动下，穿过大量不坚固的氮冰，杂乱地摆设着。

距离太阳更近的谷神星也在各种作用力下成为今天的形状。这个像沥青1样黝黑的小行星的表面曾产生过猛烈撞击。在1些撞击坑中神秘的亮斑上漂浮着1些尘雾和水气。拂晓号还在谷神星的表面矿物中发现了氨彗星表面的典型矿物，进1步证明谷神星是1颗巨型死亡彗星，曾诞生于距离冥王星较近的太阳系外围。12月，拂晓号下降到距离谷神星表面不到380千米的最低也是终究轨道，开始绘制该小行星的地图。

此刻，新视野号正在朝着另外一个约会地点飞去，以期在2019年与柯伊伯带1颗叫作2014MU69的小行星相会。尔后，新视野号将继续滑翔，并在数10年后飞出太阳系。而拂晓号将继续围绕谷神星运转几百年或更长时间。

3、肯纳威克人争议定音

(肯纳威克人古骨骼)

自从1996年在华盛顿州肯纳威克哥伦比亚河畔被发现以来，这具被称为肯纳威克人的骨骼1直处于争议当中。人类学家就这具距今8500年的骨骼和今天美洲土著居民的关系产生了分歧。同时，本土部落认为这具骨骼的主人是他们的先人，要求把骨骼归还给他们，然后根据仪式埋葬。2004年，美国政府准予科学家研究这具骨骼。

今年，当古DNA专家对肯纳威克人进行核基因测序以后，事情产生了具有讽刺意味的转变。结果表明，这具骨骼最少和此前宣称骨骼属于他们的5个土著部落有关。更重要的是，基因分析还肯定了此前根据更古老的人类遗址作出的发现，认为今天的美洲土著居民是亚洲人(曾在距今最少1.5万年前穿过白令陆桥)的直系后代。

因此，肯纳威克人的基因组对照有力地批驳了今天的美洲土著居民起源于晚期移民和第1批美洲人来自欧洲而不是亚洲的观点。由此来看，在1直被描绘成科研与文化传统难以共融的争议中，科学1直以来都站在美洲土著居民的1边，现在他们可以重新书写要求，让古骨骼物归其主。

4、心理学研究可重复性惹争议

(心理学实验可重复性不是赌博)

今年是心理学向逻辑科学转变的分水岭。心理学数年来1直深陷研究结果不可重复的丑闻当中，但是1群改革者正在把它转变成科学可复制性的标杆。心理学假阳性结果普遍存在的情况使人耽忧，由于该领域的研究覆盖的研究对象群体常常较小，在数字统计方面处于劣势，问题从2011年开始1直备受争议。研究结果不可复制的丑闻促使心理学家通太重复重要研究、建立学术出版新模式与同行评议模式等方式厘清该领域，同时恢复出版界对心理学研究的信心。

第1批重复实验在2013年开始进行，并带来了鼓舞人心的消息：13项研究中有10项研究的重复实验结果均与原始结果相同。但是，去年对触及近100名研究人员的27项研究成果的重复实验结果却使人懊丧：其中不但有1/3的研究结果不可重复，而且1些原始作者还认为挑选他们的研究成果不公平。

研究人员没有灰心，今年他们再次进行了最大1批重复性实验。在今年8月发表于《科学》的1篇文章中，270名心理学家对100篇发表在3大顶级期刊上的心理学研究成果进行了分析。不利的是，唯一39%通过了测试。但是这1次的分析非常顺利，心理学期刊编辑宣布，发表实验可重复性的研究应当成为常态。

5、纳勒迪人重见天日

(南非洞穴发现的新人种化石)

2015年，人类大家庭迎来了新的1员，南非洞穴中发现1个新人种。在第1篇系列研究成果中，1个由60名研究人员组成的国际团队描写了最少来自15名人类的1500块骨骼化石，1群洞穴探索者在南非东北部约翰尼斯堡1个叫作升星洞的洞穴中发现了这些化石。

这可谓是在非洲发现的最大的古人类化石宝洞，研究团队认为它们属于1个独立的人种，并将其命名为纳勒迪人，在塞索托语中的意思是恒星。目前，这些人种生活的时期还没有追溯。

不管他们生活在哪一个时期，这些化石都非常重要，由于它们揭露了1个新人种。初始化图片显示，他们像现代人1样直立行走，而且乃至可以制造工具。但是他们的脑容量较小，手指曲折且长，大拇指形状奇怪，这表明和初期人种1样，为了躲避捕食者，他们依然需要爬树。

但是，他们终究如何到达这个没有其他动物骨骼的洞穴却是个谜。研究人员希望，埋藏在洞穴中的其他化石可以进1步回答这些问题。

6、深层地幔柱研究趋热

(科学家认为地幔柱可能引发板块俯冲并开启全球板块构造运动)

诸如夏威夷群岛等岛链是发现地球内部不安分物资的线索，即柱状熔岩流(或称地幔柱)从内部渗透到地表的现象。随着1个地壳板块爬上地幔柱，然后火山爆发喷出的物资喷涌到板块上，经过漫长的地质时期后，1个个岛屿逐步构成。

但是40多年来，关于地幔柱的争辩1直像这股熔岩流1样炙热。地幔柱是不是会1直延伸3000千米到达地球的岩石层地幔?还只是贮存在地下较浅层的岩浆库?为了找到答案，研究人员利用地震波(当它们到达边界时会产生曲折和速度变化)，像CT扫描那样对地幔进行了诊断。但是该方法却难以辨别地球深层的情况。

现在，利用尖端技术获得到史无前例的地震记录细节，1项新研究发现，熔岩柱会1直向下延伸。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门区域下方，从地心延续、垂直地上涌。如果我们的成像结果公道，那末我们已解决了争端。地幔柱确切存在。该研究作者、美国加州大学伯克利分校地球物理学家Barbara Romanowicz说。

这项实证研究结果让很多科学家感到惊奇。由于地幔柱的宽度可达600~800千米，是此前预测模型的3倍多。因此，它们携带的地心热量比此前认为的也高很多。而且它们最深处非常笔挺，不会在下地幔的岩浆流中徘徊。通过这项研究，科学家很有可能需要重新思考下地幔的运行方式。

7、抗击埃博拉疫苗初获成功

(新疫苗可抵抗埃博拉病毒)

史无前例的抵抗埃博拉药物和疫苗研发战役1直费劲不讨好，但是2015年这1局势得到改变。由加拿大公共卫生机构研究的埃博拉疫苗听说可以在猴子中发挥作用，并在去年疫情最高峰被默克制药公司收购，今年在世界卫生组织(WHO)带领的几内亚临床实验中取得成功。

临床实验在埃博拉疫情开始减退时启动，对这类疫苗(1种含有埃博拉病毒表面蛋白的无害畜生病毒)进行不寻常的链条式疫苗接种策略，使检测其效果的概率最大化。终究这场赌博终究获得了成功：7月31日在线发表于《柳叶刀》的1项论文表明，默克公司的疫苗抗病毒成功率到达75%~100%。另外一项由英国制药公司葛兰素史克研究的候选疫苗经过传统检测后，终究没能发挥功效。

欧洲药品管理局等单位依然需要更多数据才会批准这类疫苗。但是每过数年埃博拉病毒就会东山再起，即使未经正式批准，该疗法在下1次疫情中可能也会用作实验根据。它们将有助于禁止西非悲剧再次重演。

8、酵母细胞酿出止痛药

(这类基本的酵母细胞经过编辑后可以生成止痛类阿片药物)

今年，美国生物学家通过转基因酵母，把糖转化到阿片类止痛药的研发中。通常在罂粟麻醉剂中使用的这类独特的生物合成方法，可能带来更好的药物，抑或是带来更加隐蔽的自制吗啡和海洛因。通过1种精心设计的生物工程技术，研究人员改变了酵母菌的基因，使其增加了21个基因。

这些基因来自于大量物种，包括3种罂粟、黄连、细菌，乃至大鼠基因。终究的产物是1种可以把糖转化到合成蒂巴因(通常提取自罂粟花，是诸如氢可酮和羟考酮等医用阿片类药物的前体)中的生物。在添加两种基因后，酵母菌也能够制作氢可酮。

美国团队和其他团队此前曾编辑过不同的酵母菌株，使其携带这类复杂通路的第1或第2段。今年，他们完成了终究的步骤：通过1个单独的化学转化连接两段通路，使所有基因在1个酵母菌株中共存。

但是，这类新的基因工程酵母菌并不是完善无缺，制作1个剂量的止痛药，可能需要不计其数升转基因酵母。现在，药物化学家正在努力增加这类酵母菌的产量，同时改变它们的生物与化学特性，使其生产出更加安全、有效的药物。

9、大脑淋巴管秘密揭开

(大脑淋巴管的发现将打开神经性疾病研究新窗口)

对认为已绘制出人体系统的解剖学家来讲，今年夏季的1项发现无疑像是发现了新大陆。1项出人意料的研究发现，淋巴系统帮助清除体内废弃物和运输免疫细胞的管道网络 1直延伸到大脑，而不是科学家1直以来认为的仅仅延伸到颈部。

两个多世纪之前，意大利物理学家Paolo Mascagni提出，大脑像人体其他部位1样也存在淋巴管道，今年，研究人员在探索小鼠大脑中免疫细胞的作用时，发现了大脑外皮层中组织精巧的T细胞。而附近的管道看起来像是在安排这些细胞，生物标记表明这些神秘的管道正是小鼠淋巴系统的延伸。尔后，研究表明人类大脑中也有着类似的管道。

这些秘密管道藏在大脑最外层的脑膜中，可能有助于提供免疫系统和大脑如何互动的新见解。科学爱认为，大脑具有其本身的、与身体其他部位隔离的免疫系统。这项发现将有助于打开研究诸如阿尔茨海默氏症、多发性硬化和脑膜炎等神经退行性疾病和神经炎症的新窗口。但是现在，研究人员表示，他们优先斟酌的是这些大脑淋巴系统的基础结构和功能。

10、量子诡异性

(《星际穿越》中描绘的黑洞可能通过虫洞连接，其中可能存在量子起源)

在量子论中有1个非常奇怪的观点：通过丈量1个量籽粒子比如质子的特点，就可以够迅速得知另外一个量籽粒子的状态，不管这颗配对子的距离有多远，即使它在数光年距离以外，或哪怕它在银河系的另外一边。这类观点就是量子的纠缠态，爱因斯坦由衷地对纠缠态感到痛恨，由于这仿佛与他提出的没有任何物资比光传播得更快的观点相冲突，因此就有了他所说的著名的幽灵般的超距离作用。今年，很多研究人员表示，德国物理学家证明了这类诡异的远距离影响的确存在。

当粒子处于纠缠态时，它们的状态完全不能肯定，但是1对粒子之间却彼此关联。例如，在丈量1个电子的时候，你有50%的概率发现它在朝1个方向旋转，还有50%的机会发现它在朝相反方向旋转。你可让这两个电子产生纠缠，当你丈量其中1个时发现它朝着1个方向旋转，而另外一颗质子就会朝着反方向旋转。

爱因斯坦和其他人希望，类似电子的粒子能够隐藏从1开始决定每一个纠缠粒子状态的局部隐藏变量，消除任何1种远距离影响。1964年，英国理论物理学家约翰贝尔意想到，细微的数字丈量能够揭露隐藏变量是不是在起作用。其初期研究与量子理论符合合，并与隐藏变量相矛盾，但是技术漏洞却留下了质疑的空间。

今年的实验弥补了此前的漏洞，否定了爱因斯坦的隐变量理论，证实相距1.3千米的电子存在量子纠缠。这项研究也许没有让物理学家感到吃惊，但是却为未来诸如量子互联网等更加前沿的技术铺平了道路。