年度十大科學發現：北師大女博士林琳憑藉天眼的研究入選

撰文 | 王聰

2020年，註定是不同尋常的一年，突如其來的新冠疫情給全世界帶來沉重打擊，如今疫情已經持續一年，卻仍未見停止的趨勢，面對疫情，我們既感受到了人類身體的渺小，也感受到了科學精神的偉大。荀子曰：君子生非異也，善假於物也。如今，我們最能憑藉的力量便是科學。

在2020年的尾聲，Nature 盤點了2020年度十大科學發現，這其中即包括新冠病毒研究、冷凍電鏡突破、壓力導致白髮的原因、HIV治療、銀河系中的快速射電暴，以及古代陵墓中發現的亂倫等等。

這十大科學發現，包括了14篇研究論文，其中2篇發表在 Science 雜誌，其餘均發表在 Nature 雜誌。

1、壓力是如何讓頭髮變白的

2020年1月22日，哈佛大學許雅捷團隊在 Nature 雜誌發表了題為：Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells 的研究論文【1】。論文第一作者為張兵博士。

該研究首次揭示了壓力引起白髮這一現象的具體機制：壓力啟動了作為戰或逃反應一部分的交感神經系統，對毛囊中的色素幹細胞造成了永久性損害。

這些發現有助於研究壓力對各種器官和組織的廣泛影響，也為尋找阻止和逆轉壓力破壞性作用的方法指出方向。

張兵博士（左）和許雅捷教授（右）

2、銀河中的快速射電暴

2020年11月4日，Nature 雜誌同期發表了三篇論文，首次在銀河中觀測到快速射電暴【2、3、4】。

快速射電暴（FRB）是已知宇宙中射電波段最強的爆發現象。它們持續時間極短，釋放能量巨大，起源眾說紛紜，是現代天文學一大謎題。目前該領域最緊迫的任務是尋找快速射電暴的對應天體。

這三項最新觀測證實極強磁場中子星（磁星）是快速射電暴的來源之一。這是天文學家第一次觀測到位於銀河系內的快速射電暴。也是目前唯一被觀測驗證的可以產生快速射電暴的天體。

中國天眼

值得一提的，第三篇論文來自中國團隊，第一作者為北京師範大學林琳博士，觀測結果來自中國的射電望遠鏡（FAST）——天眼。這也說明了中國的天文學家可以憑藉中國的望遠鏡做出世界一流的研究成果。

林琳

3、在史前貴族陵墓中發現的亂倫證據

陵墓外部

2020年6月17日，愛爾蘭都柏林三一學院的研究團隊在 Nature 發表了題為：A dynastic elite in monumental Neolithic society 的研究論文【5】。

陵墓內部

研究團隊對愛爾蘭一座大約5000年前的史前陵墓中埋葬的人類遺骸進行了基因測序，發現了這個恢弘的陵墓的驚人秘密——墓中所埋葬之人是亂倫所生，他的父母要麼是親兄弟姐妹，要麼是父母與子女。

研究團隊推測，這座恢弘的陵墓中所埋葬的貴族，是把亂倫作為維持貴族血統的方式。

4、激活並殺死潛伏的HIV病毒

2020年1月22日，美國埃默裡大學的研究人員在 Nature 發表了題為：Robust and persistent reactivation of SIV and HIV by N-803 and depletion of CD8+ cells 的研究論文【6】。

HIV病毒可以「潛伏」在人類細胞中，幾乎不轉錄，因此無法被人體免疫系統檢測到。研究團隊通過「激活並殺死」（shock and kill）的方法，通過藥物激活這些潛伏的HIV病毒轉錄，從而讓免疫系統更好地識別和清除HIV病毒。

5、冷凍電鏡突破原子解析度

2020年10月21日，Nature 雜誌同期發表了兩項冷凍電鏡領域突破性研究論文【7、8】，Nature 稱之為「打開全新宇宙」。

這兩項研究，將冷凍電鏡解析度提高到單個原子水平，這一裡程碑式的突破，鞏固了冷凍電鏡在繪製蛋白質結構圖譜中的主導工具地位。有助於研究人員了解蛋白質的生理和病理機制，並有助於開發出副作用更少，效果更好的藥物，而這些是其他成像技術（如X射線）無法做到的。

6、揭秘挑食行為

2020年3月4日，瑞士洛桑大學的研究人員在 Nature 發表了題為：Olfactory receptor and circuit evolution promote host specialization 的研究論文【9】。

Drosophila sechellia 是黑腹果蠅的近親，與黑腹果蠅不同的是，它們相當挑食，僅以有毒的諾麗果為食。它們為何如此挑食呢？

研究團隊通過CRISPR-Cas9基因編輯技術，破解了這一謎題，研究團隊發現一種氣味受體蛋白Or22a在Drosophila sechellia 的感覺神經元中表達的比在其他果蠅中更豐富，導致了這種果蠅的挑食行為。

這項研究表明，小小的果蠅也可以為大腦如何進化以塑造複雜行為提供有力見解。

7、幹擾素缺乏會導致新冠重症

2020年10月23日，Science 雜誌同期發表了兩項新冠研究論文，揭示了I型幹擾素（IFN）缺失在重症COVID-19患者中扮演的重要角色【10、11】。

這兩篇論文分別從兩個角度報導了I型幹擾素（IFN）缺失在重症COVID-19患者中扮演的重要角色：至少3.5%重症COVID-19患者存在與I型幹擾素相關的常染色體遺傳的基因位點突變；至少10％重症COVID-19肺炎患者體內存在針對I型幹擾素自身中和性抗體。

這兩項研究發現非常重要，首先，對於新冠病毒感染的患者可以進行篩查，通過檢測I型IFN相關基因及自身中和性抗體水平，預測患者發展成重症肺炎的傾向。其次，這一發現為治療幹預提供了一條選擇，包括血漿置換等。

8、物質與反物質的鏡像對稱性被打破

日本超級神岡探測器

2020年4月15日，日本T2K中微子合作組在 Nature 發表了題為：Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations 的研究論文【12】。

T2K合作組收集了2009年到2018年間中微子和反中微子的數據。通過結合其他的中微子振蕩實驗，研究人員已經理清了轉換概率對於不同參數的依賴性並給出了CP破缺證據。實驗結果以95%的置信度排除了CP守恆（這意味著發生了CP破缺），同時還顯示CP破缺參數很可能很大。這些結果可能是宇宙中物質-反物質不對稱性起源的最早標誌。

9、臭氧層空洞的恢復

2020年3月25日，美國科羅拉多大學博爾德分校的 Antara Banerjee 等人在 Nature 發表了題為：A pause in Southern Hemisphere circulation trends due to the Montreal Protocol 的研究論文【13】。

1980年代中期，科學家發現在南極上空的臭氧層中出現了空洞，這揭示了人造臭氧消耗物質（ODS）對臭氧層的威脅。南極的臭氧層空洞也一直影響著南半球的大氣環流。1987年《蒙特婁議定書》及其後續修正案禁止了消耗臭氧層物質的生產和使用。

該論文研究了大氣環流的變化與南半球臭氧層恢復之間的關係，研究結果顯示，南半球臭氧層的恢復是履行《蒙特婁議定書》的直接結果。

10、用衛星繪製地球樹木地圖

2020年10月14日，丹麥哥本哈根大學和美國NASA合作，在 Nature 發表了題為：An unexpectedly large count of trees in the West African Sahara and Sahel 的研究論文【14】。

研究團隊通過對覆蓋西撒哈拉和西非薩赫勒地區超過130萬平方公裡的高解析度衛星圖像的分析，繪製了超過18億棵樹木的位置和大小。

毫無疑問，這一進步將推動人類對全球陸地生態系統的思考，監測，建模和管理方式的根本變化。

論文連結：

1、https://www.nature.com/articles/s41586-020-1935-3

2、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2863-y

3、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2872-x

4、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2839-y

5、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2378-6

6、https://www.nature.com/articles/s41586-020-1946-0

7、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2833-4

8、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2829-0

9、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2073-7

10、https://science.sciencemag.org/content/370/6515/eabd4570

11、https://science.sciencemag.org/content/370/6515/eabd4585

12、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2177-0

13、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2120-4

14、https://www.nature.com/articles/s41586-020-2824-5

參考資料：

https://www.nature.com/articles/d41586-020-03514-8