Science公布2020十大科學突破

編輯：Blink-162、子健

【頭部語錄】

為了一個共同的目標，各國各界進行了「從未有」的努力。

世界雖然有些停擺，但萬幸的是，科學並未完全停下腳步。

當地時間12月18日，國際頂級學術期刊《Science》依照慣例在評選了本年度十大科學突破。

新冠疫情的全球肆虐，這一年被《Science》評價為「A year like no other」。

前十大科學突破中生命科學領域佔得一半席位：新冠肺炎（COVID-19）疫苗的研發居於榜首，被稱為「希望之光」；CRISPR的首個基因治療成功案例也證明了這項顛覆性技術的意義；AlphaFold預測蛋白質摺疊結構，讓外界看到了AI+生物醫藥的更多的可能性……

Science還在本期發文悼念、表彰11位因疫情而與世長辭的英雄人物，其中就包括中國醫生、疫情「吹哨人」李文亮先生。

以下為《Science》評選出的2020十大科學突破：

COVID-19疫苗，希望之光

2020年伊始，新冠疫情席捲全球，直到現在全球仍有很多國家處於嚴重疫情之中。

「這一切什麼時候才會結束？」

隨著創紀錄的COVID-19疫苗研製速度，這一問題逐漸有了答案。

據《華爾街日報》報導，1月8日，中國研究人員已將這種疾病與一種新型冠狀病毒聯繫起來; 兩天後，科學家們在網上發布了現在被稱為 SARS-CoV-2的基因序列。幾個小時之內，研製COVID-19疫苗的工作就開始了，儘管那時並沒多少人能預料到新冠病毒的殺傷力。

2020年2月，國藥集團、科興中維、Moderna等企業紛紛啟動COVID-19疫苗項目，利用各類令人眼花繚亂的技術生產疫苗。其中，Moderna和輝瑞/BioNTech大膽嘗試了一種從未向市場推出過mRNA疫苗，這類疫苗在臨床實驗中表現出的效力大約為95%，令全世界驚喜。

Science記者Jon Cohen寫道：「從未有如此多的競爭者像現在這樣公開和頻繁地合作；從未有如此多的候選藥物幾乎同時進入大規模療效試驗；政府、工業界、學術界和非營利組織從未在如此短的時間內投入如此多的資金、力量和智慧來共同應對同一種傳染病。」

首次CRISPR治療

自從被稱為 CRISPR 的革命性基因編輯技術在2012年出現以來，它賦予了研究人員改造作物和動物的新權力，引發了倫理爭論——使用它是否是打開了並獲得了諾貝爾獎。

2015年，該技術便登上Science年度十大突破榜單。現在，CRISPR 再次掀起波瀾，在臨床上取得了首次成功，治療了兩種遺傳性血液疾病——β地中海貧血和鐮刀型細胞貧血症。

2020年，CRISPR基因編輯更是贏得了諾貝爾化學獎。

但與基因療法一樣，CRISPR 方法需要高科技的醫療護理，每個病人可能需要100萬美元或更多的費用——這使得大多數鐮狀細胞貧血症患者居住的非洲大部分地區無法獲得這種療法。

AlphaFold預測蛋白質摺疊

蛋白質的精確形狀決定了它能實現的生化功能，50年來，科學家們一直在努力解決生物學最大的挑戰之一: 預測胺基酸在成為真正的蛋白質時會摺疊成什麼樣。

傳統的方法是實用X光和低溫電子顯微鏡，這些方法費時費力，而且在已知的2億種蛋白質中，只有17萬種有詳細的分子圖譜。今年，由英國 DeepMind 研究人員開發的人工智慧AlphaFold實現了這個目標，可以精確地預測出大多數蛋白質的結構。

這個新項目可以幫助研究人員發現疾病的發病機制，研發新藥，甚至改造出更耐旱的植物。

精英控制者如何控制病毒

與所有逆轉錄病毒一樣，愛滋病毒有一個令人討厭的特徵，使它能夠躲避攻擊: 它將自己的遺傳物質整合到人類染色體中，從而躲過免疫系統，也不會被抗逆轉錄病毒藥物消滅。

今年，一項針對64名愛滋病毒感染者的研究，揭示了他們的成功與愛滋病毒在他們基因組中的定位之間的聯繫。這些感染者多年來一直健康，但沒有使用抗逆轉錄病毒藥物。

儘管對這些「精英控制者」的新認識不能直接治癒愛滋病，但它開啟了一種新的策略，讓感染者在沒有治療的情況下多活數十年。

更精準的全球變暖預測

40多年前，世界頂尖的氣候科學家齊聚麻薩諸塞州的伍茲霍爾，來回答一個簡單的問題: 如果人類繼續排放溫室氣體，地球會變得多熱？根據最基本的氣候模型，他們的答案是寬泛的: 如果大氣中的二氧化碳比工業革命前的水平增加一倍，地球最終將升溫1.5 ° c 至4.5 ° c，這是一個氣候敏感度範圍。

但這個範圍依然很寬泛。

今年，25位氣候科學家將氣候變化敏感度縮小到2.6°C和3.9°C的範圍。如不採取更為積極的應對措施，在2060年，我們的地球將達到這一氣溫臨界值。

到那時，氣候變暖將淹沒沿海城市，導致極端熱浪事件升級以及迫使數百萬人流離失所。

快速射電暴的來源

每個人都喜歡神秘的東西。以快速射電暴（FRB）為例，它是來自遙遠星系的短暫而強有力的無線電波閃光。13年來，它們誘惑著渴望了解它們起源的天文學家。

今年，宇宙偵探已經指出了一個可能的罪魁禍首: 磁星、中子星，它們在強大的磁場中閃耀著光芒。FRB速度極快，所以它們一定來自於一個小而強烈的能量源，比如磁星——當燃盡的恆星坍縮成一個城市的大小時形成的。

儘管少數FRB被追蹤到特定的星系，但是目前沒有望遠鏡有足夠清晰的視野將它們連接到距離太過遙遠的單個磁星上，科學家們也仍不確定磁星是如何產生FRB的。

室溫超導現象終於達到了

超導現象起源於1911年，物理學家昂內斯發現水銀線冷卻到絕對零度以上4.2 K，電阻會突然消失。

科學家們花了幾十年的時間尋找在室溫下的超導材料，今年他們終於發現了一種碳氫化合物，在接近地球中心的壓力下實現了室溫超導。

雖然壓力釋放時，新的超導體會分崩離析，但並非所有高壓物質都是如此，研究人員希望早日找到這樣的物質，實現能源革命。

科學群體為多樣性發聲

今年5、6月份，美國警察槍殺黑人事件作為導火索，關於種族偏見的抗議愈演愈烈，例如：「黑人的命也是命」運動（Black Lives Matter）。

這一系列事件引發科學界的強烈反應，讓科學界開始思考與討論，致力於為有色人種創造更為包容、公平、友愛的環境。

Chanda Prescod-Weinstein甚至在今年6月與其他科學家一起組織了「學術停擺一天」的抗議活動，呼籲在整個社會中應對科學中的種族主義和反黑人種族主義。

鳥類比你想的要聰明

鳥類的大腦還沒核桃大。但是今年科學家發現，鳥類擁有驚人的智力。

通過使用一種叫做3D 偏振光成像的技術，神經解剖學家對歸巢鴿和貓頭鷹的前腦進行了更仔細的觀察，發現那裡的神經同時具有水平連接（人類新皮層的神經層）和垂直連接，這與人類大腦中的柱狀結構極為相似，而這些結構正是人類智力的來源。

另一組科學家研究了以智力著稱的食腐烏鴉的大腦，研究人員在信號和移動頭部之間檢測到了神經活動，這種活動在光線無法被探測到的情況下依然存在，表明鳥類不只是對感官刺激的反應，還具有一些有意識的思維能力。

揭露世界上最古老的狩獵場景

2017年，一名印尼研究員偶然發現印度尼西亞洞穴牆上的一幅畫。

4萬多年前，在印度尼西亞的 Sulawesi 島上，「史前畢卡索」冒險進入一個洞穴的深處，畫了一系列神奇的獵人追捕野豬和水牛的圖像。僅僅一年前，這些繪畫的年代就被確定下來，使它們成為現代人創作的最早的已知的具象藝術。

https://vis.sciencemag.org/breakthrough2020/