Science发布2021年度十大科学突破榜单:除了AlphaFold2,还有哪些大丰收?

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2021,疫情仍在全球蔓延,但今年也是科学丰收的一年,有大量关于生物学和医学、人类史前史和物理世界的发现。

那么,最值得关注的十大科学突破都有哪些?

Science紧随Nature,也公布了他们的年度榜单。

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结果参考了为期两周的网友投票,其中有3项和Nature评选出的事件一致。

下面我们一一回顾。

默克新冠口服药可降低30%的住院、死亡风险

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疫苗在抗击新冠疫情的斗争中发挥了重大作用,但今年有一个强有力的新选手也加入了进来:抗病毒口服药。

一个是来自美国制药公司默克 (Merck) 的莫奈拉韦 (molnupiravir)。

根据该公司提交给监管机构的最终数据,如果在感染早期服用该药,就可将未接种疫苗的高危人群住院或死亡的风险降低30%

另一个是美国辉瑞公司的PF-07321332。

如果在出现症状的3天内服用它,可将住院率降低89%。

科学家表示,抗病毒药物不能取代疫苗接种,新药的不确定性仍然很多,但它们的出现仍然至关重要,尤其是万一后续出现新的奥密克戎变体时。

首次在土壤中提取到古人类DNA

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今年,科学家们首次从洞穴中的土壤中提取到了古人类细胞核中的DNA,他们使用这种“泥土DNA”来重建世界各地穴居人的身份。

在西班牙的Estatuas洞穴中,提取到的核DNA揭示了8万到11.3万年前生活在那里的人类的遗传特征和性别,并表明尼安德特人的一个谱系在10万年前结束的冰川期之后取代了其他几个谱系。

在美国佐治亚州的Satsurblia洞穴两万五千年历史的土壤中,科学家们发现了来自以前未知的尼安德特人系的女性人类基因组,以及野牛和现已灭绝的狼的遗传痕迹。

这些发现可以帮助科学家回答更多关于古代物种兴衰的问题。

迷幻药物可治疗PTSD

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迷幻药改变精神的能力,使人们一度对其治疗精神疾病抱有很大的希望,但一直缺少大型、严格的实验证明。

今年这一领域取得了巨大胜利:5月发表在Nature Medicine上的一项研究发现,3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA),也就是俗称的“摇头丸”,能显著降低创伤后应激障碍(PTSD)患者的症状。

76名受试者接受了三期8小时的药物治疗。两个月后,67%的受试者不再符合PTSD的诊断标准,而这一数字在采用心理疗法的对照组中只有32%。

小鼠胚胎在“玻璃瓶”中正常发育

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深入研究人类早期胚胎发育的过程可以帮助科学家了解流产和出生缺陷,并完善体外受精 (IVF) 方案。

但是法律、实践和伦理方面的问题限制了这方面的研究。

今年,科学家们发现了潜在的替代方案:不仅让小鼠胚胎在人造子宫“玻璃瓶”中发育的时间从3-4天突破到了11天,还实现将人类胚胎干细胞和诱导多能干(iPS)细胞重编程为类似胚泡的结构。

尽管这种人造胚泡不是真正的胚胎,但它可以提供一个有指导性的、争议较少的替代方案。

人造单克隆抗体“驯服”传染病

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被称为单克隆抗体(mAbs)的实验室抗体已经彻底改变了某些癌症和自身免疫性疾病的治疗,但它们在对抗传染病方面的成功有限。

今年情况发生了变化,因为它成功侵入了SARS-CoV-2(也就是新冠病毒)和其他威胁生命的病原体,包括呼吸道合胞病毒(RSV)、艾滋病毒和疟疾寄生虫等等。

高昂的成本和在必须在采用注射剂的需要使许多人还没法从中受益,但随着价格下跌、注射剂取代输液以及更有效的mAb进入市场,它们有希望成为传染病武器库中的标准武器。

核聚变能达到“能量平衡”

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核聚变为太阳和其他恒星提供能量,长期以来一直被视为解决地球能源问题的方法。但要达到所需的压力和温度——相当于太阳核心温度的10倍——是出了名的困难。

美国国家点火装置(NIF)8月份的一个结果让科学界自己都感到惊讶,他们产生了一个达到了能量平衡的核聚变反应,即反应产生的能量超过了点燃它所需的激光能量。

伦敦帝国理工学院这一领域研究中心的联合主任Steven Rose教授表示:“这是惯性聚变自1972年开始以来最重大的进展。”

火星内核被揭秘

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岩石行星的内部是一种时间机器:其稠密的内核、粘性地幔和硬化的地壳可以揭示它是如何合并、搅动和沉淀成今天这个样子的。

此前,人类只能进入两个这样的时间舱:地球,以及阿波罗任务期间的月球。

现在,NASA的InSight着陆器上的仪器首次通过“火星地震”揭开了火星埋藏的秘密:它有一个薄地壳、一个浅地幔和一个异常大的金属液核——从距离火星表面下方大约1500公里处开始,刚好是火星半径的一半。

接下来的3大科学事件则同样登上了Natue的年度科学榜单,我们按照得票数从低往高排序。

μ子磁性超出预计,或颠覆粒子物理标准模型

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在美国费米国家加速器实验室的这个环内,μ子像指南针一样在一个精确到十亿分之三十的磁场中旋转。

它的磁性超出了理论预测,虽然只相差0.1%,但却可能让物理学界50年来奉为圭臬的粒子物理标准模型被颠覆。

这就是今年轰动物理界的大事件。

进一步了解:
粒子物理标准模型错了?电子“表哥”磁性超出理论预计,物理学家找到未知粒子存在证据

CRISPR可直接应用于体内

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基因编辑工具CRISPR在2020年首次获得临床胜利。

当时它似乎可以治愈患有两种遗传性血液疾病、镰状细胞病和β-地中海贫血的人,不过这些治疗都是在实验室培养皿中进行的:从患者体内取出有缺陷的造血干细胞,对其进行编辑,然后将这些细胞重新注入患者体内。

今年,科学家们更进一步,直接在体内使用CRISPR进行基因编辑。

在一项小型研究中,该操作减少了一种有毒的肝脏蛋白质,并改善了遗传性失明患者的视力。

进一步了解:
注射“基因剪刀”治疗罕见遗传病,患者28天内无明显不良反应,诺奖得主很激动

榜单之首:AlphaFold2

毫无疑问,不管是Nature评选还是Science评选,2021年度最大的科学突破就是AlphaFold2。

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在此之前,复杂度远超人们想象的蛋白质结构,只能在通过艰苦的实验室分析来确定。

而成功预测人类98.5%蛋白质结构的AlphaFold2,无疑是计算机和结构生物学领域当之无愧的重大突破。

现在,研究新冠病毒的科学家也在使用AlphaFold2来模拟奥密克戎变体棘突蛋白突变的影响。

进一步了解:

巨大冲击!AlphaFold2再登Nature,从业者都懵了:人类98.5%的蛋白质,全都被预测了一遍

以上。

除了十大年度科学突破,Science还评选出了三大breakdown科学事件,它们分别关于希望渺茫的气候目标、引发愤怒的阿尔茨海默病药物,以及相关科学家们在新冠疫情意见分歧上受到排斥和攻击的事件。

更多详情,请戳原文:

https://www.science.org/content/article/breakthrough-2021#section_climate

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