“火星快車”在火星南極1.5千米的冰蓋下，首次發(fā)現(xiàn)了大面積的液態(tài)湖泊，人們?yōu)橹畾g呼;而地球的另一邊，巴西國(guó)家博物館九成藏品付之一炬，令人扼腕嘆息……在剛剛過(guò)去的2018年里，科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生了哪些大事?歲末年初，各大科研機(jī)構(gòu)紛紛盤點(diǎn)，我們也綜合梳理出這些值得被記住的科學(xué)事件。

單細(xì)胞基因的“飛行記錄器”

在美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)選出的2018年十大科學(xué)突破中，單細(xì)胞基因活性分析技術(shù)突破拔得頭籌，成為年度頭號(hào)科學(xué)突破，理由是相關(guān)技術(shù)“將改變未來(lái)10年的研究”。

其實(shí)，單細(xì)胞基因活性分析并不是一個(gè)具體的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，而是一套“三連發(fā)”的研究方法，通過(guò)細(xì)胞分離、RNA測(cè)序和標(biāo)記跟蹤3個(gè)步驟，像“放電影”一樣展現(xiàn)胚胎細(xì)胞形成成年動(dòng)物復(fù)雜組織和器官的過(guò)程。這使科學(xué)家能從單細(xì)胞水平確定哪些基因在胚胎早期發(fā)育時(shí)被開啟或關(guān)閉。“它就像飛行記錄器，讓你了解整個(gè)過(guò)程哪里出了錯(cuò)，不是只看到最后的結(jié)果，這樣我們就可以提出以前不可能提的問(wèn)題。”加利福尼亞大學(xué)舊金山分校干細(xì)胞生物學(xué)家喬納森·魏斯曼說(shuō)。

2018年，科學(xué)家們推出了多種技術(shù)與單細(xì)胞RNA-seq方法結(jié)合使用，詳細(xì)描述了扁蟲、魚、蛙等生物是如何開始形成器官及其附器的，而世界各地還有眾多研究團(tuán)隊(duì)正在應(yīng)用這些技術(shù)，研究人類細(xì)胞是如何在其一生中成熟的、組織是如何再生的、細(xì)胞是如何在疾病中發(fā)生改變的等諸多問(wèn)題?！犊茖W(xué)》雜志在對(duì)年度突破的解讀中表示：?jiǎn)渭?xì)胞革命才剛剛開始，單細(xì)胞RNA-seq方法會(huì)在未來(lái)10年內(nèi)改變基礎(chǔ)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究格局。

火星確實(shí)存在液態(tài)水

“沒(méi)有水，就沒(méi)有生命。”至少在目前，當(dāng)人們尋找地外生命時(shí)，這仍是圭臬。

火星上是否存在液態(tài)水?這些年來(lái)火星探測(cè)器、著陸器陸續(xù)找出了一些證據(jù)，然而這些關(guān)于火星液態(tài)水的證據(jù)一直模棱兩可。直到2018年7月26日，《科學(xué)》雜志刊登了一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)：意大利科學(xué)家通過(guò)歐洲航天局“火星快車”探測(cè)器搭載的MARSIS雷達(dá)系統(tǒng)，在火星南極1.5千米的冰蓋下，首次發(fā)現(xiàn)了大面積的液態(tài)湖泊，這片湖泊至少有數(shù)米深、直徑約20千米。

盡管湖泊中含有大量礦物鹽，使其很難成為常見(jiàn)生命的搖籃，但這仍然是火星探索旅程中的重大突破。這一發(fā)現(xiàn)不僅為火星生命的搜尋提供了關(guān)鍵證據(jù)，還為數(shù)十億年間火星環(huán)境的轉(zhuǎn)變提供了新線索。

這處水體的發(fā)現(xiàn)，不僅僅是增加了人們對(duì)火星上存在生命的期待。從近處來(lái)說(shuō)，這對(duì)科學(xué)家利用冰蓋解讀火星氣候變化歷史十分關(guān)鍵，是未來(lái)數(shù)年天體生物學(xué)研究的科學(xué)目標(biāo)。而從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，當(dāng)人類考慮到移民外星球時(shí)，火星經(jīng)常是第一選擇，液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)使之變得更加可能。

“量子霸權(quán)”誰(shuí)主沉浮

計(jì)算界“新秀”——量子計(jì)算潛力巨大，當(dāng)前最好的超級(jí)計(jì)算機(jī)需數(shù)月或數(shù)年才能解決的問(wèn)題，比如藥物開發(fā)、金融建模、氣候預(yù)報(bào)等，未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)有望在較短時(shí)間內(nèi)解決。

“量子霸權(quán)”被認(rèn)為是量子技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)奇點(diǎn)。“量子霸權(quán)”指量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的“霸權(quán)”。有觀點(diǎn)認(rèn)為，超過(guò)50(左右)量子位后，量子計(jì)算機(jī)的能力將一騎絕塵，令傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)望洋興嘆。

2018年，又一家科技企業(yè)接近實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的目標(biāo)——英特爾公司宣布，已成功設(shè)計(jì)、制造并交付49量子位超導(dǎo)測(cè)試芯片“Tangle Lake”。這一名字源于阿拉斯加湖泊，意指這些量子位需在極冷溫度等條件下工作，其將使研究人員能評(píng)估和改進(jìn)糾錯(cuò)技術(shù)，并模擬一些計(jì)算問(wèn)題。

IBM在2017年底已宣布成功研制出一款50量子位處理器原型;谷歌也計(jì)劃很快推出49量子位產(chǎn)品。不過(guò)，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)卻很骨感，目前量子計(jì)算仍處于初級(jí)階段。業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，量子計(jì)算離解決工程規(guī)模問(wèn)題或許還有5-7年;而要想具有商業(yè)實(shí)用價(jià)值，可能需要100萬(wàn)甚至更多量子位。

定位宇宙“幽靈粒子”起源

2017年9月，來(lái)自太空的一個(gè)高能中微子橫穿南極洲“冰立方”中微子天文臺(tái)，一石激起千層浪，科學(xué)家們爭(zhēng)相為其追本溯源。2018年7月，數(shù)十個(gè)科研團(tuán)隊(duì)在《自然》《科學(xué)》等權(quán)威科學(xué)期刊撰文稱，這個(gè)“落入凡間的精靈”可能源自一個(gè)距地球約37.8億光年的耀變體(Blazar)。

耀變體是由星系中央的巨大黑洞吸積大量物質(zhì)而產(chǎn)生的劇烈天文現(xiàn)象?？茖W(xué)家稱，產(chǎn)生中微子的耀變體可幫助解決天文學(xué)的一個(gè)百年謎團(tuán)：不時(shí)拜訪地球的宇宙射線從何而來(lái)?

宇宙射線是由宇宙中的“爆發(fā)事件”拋射出的帶電粒子(主要是質(zhì)子)，是自然界中能量最高的粒子。100多年來(lái)，科學(xué)家一直希望找到其源頭，但通過(guò)對(duì)其行進(jìn)路徑進(jìn)行反向追蹤不可能做到，因?yàn)樵诘诌_(dá)地球前，其飛行路徑已被地球磁場(chǎng)嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)。但無(wú)論宇宙射線起源何處，有“幽靈粒子”之稱的高能中微子都很可能與其“相依相伴”。中微子幾乎沒(méi)有質(zhì)量，并可以保持穩(wěn)定不變，這使其成為研究宇宙射線的極佳“信使”。中微子給科學(xué)家指出了一條穿越迷霧的路，不過(guò)，關(guān)鍵是要在它們抵達(dá)地球時(shí)捕捉到它們。

借助中微子尋找高能宇宙射線起源的“冰立方”天文臺(tái)此次立下大功。如果結(jié)果正確，那么，這個(gè)耀變體可能是宇宙射線首個(gè)“驗(yàn)明正身”的來(lái)源。

首只體細(xì)胞克隆猴誕生

本世紀(jì)初，美國(guó)匹茲堡大學(xué)的一位科學(xué)家曾經(jīng)預(yù)言，用體細(xì)胞克隆非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的理想是不可能實(shí)現(xiàn)的。事實(shí)上，自1997年克隆羊“多莉”誕生后，馬、牛、豬、駱駝等許多哺乳類動(dòng)物的體細(xì)胞克隆也相繼成功，但與人類相近的靈長(zhǎng)類動(dòng)物的體細(xì)胞克隆一直沒(méi)有解決。沒(méi)有克隆猴，就很難建立模擬人類疾病的動(dòng)物模型。

直到2018年1月，中科院上海神經(jīng)科學(xué)所宣布，他們利用體細(xì)胞核移植技術(shù)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的體細(xì)胞克隆，培育出兩只克隆猴“中中”“華華”。

研究者們選擇了猴胎兒的成纖維細(xì)胞作為需要移植的體細(xì)胞核，去除卵細(xì)胞的細(xì)胞核之后，將取出的體細(xì)胞核注入卵細(xì)胞內(nèi)，這樣的卵細(xì)胞就會(huì)受到體細(xì)胞核內(nèi)信息的指示，產(chǎn)生和體細(xì)胞具有一模一樣遺傳信息的下一代。

體細(xì)胞克隆猴的成功，將推動(dòng)我國(guó)率先發(fā)展出基于非人靈長(zhǎng)類疾病動(dòng)物模型的全新醫(yī)藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)針對(duì)阿爾茨海默癥、自閉癥等腦疾病，以及免疫缺陷、腫瘤、代謝性疾病的新藥研發(fā)進(jìn)程。

值得一提的是，《科學(xué)》雜志還選出了2018年的三件科學(xué)“憾事”，即與科學(xué)突破同時(shí)發(fā)布的“年度崩潰事件”——氣候?yàn)?zāi)難加劇而政治行動(dòng)停滯不前、基因編輯嬰兒挑戰(zhàn)倫理標(biāo)準(zhǔn)、巴西國(guó)家博物館大火沉重打擊科學(xué)文明。這三大事件警示人們，在取得成就的同時(shí)，2018年科學(xué)界的一些問(wèn)題同樣值得警醒和深思。(記者 雷冊(cè)淵 整理)

(本文綜合自《環(huán)球科學(xué)》《科技日?qǐng)?bào)》《光明日?qǐng)?bào)》、果殼網(wǎng)等)