摘要：從測定分子結(jié)構(gòu)到宇宙探索，從發(fā)現(xiàn)遠古動物到揭示細胞的秘密，美國權(quán)威學術刊物《科學》雜志評選的2018年十大科學突破，在時間和空間尺度上拓寬著人類認知的邊界，也反映了近年來科學發(fā)展的三個動向。

創(chuàng)新科研工具涌現(xiàn)

當選今年頭號突破的“單細胞基因活性分析”不是一個具體的科學發(fā)現(xiàn)，而是一套“三連發(fā)”的研究方法，通過細胞分離、RNA測序和標記跟蹤3個步驟，像“放電影”一樣展現(xiàn)胚胎細胞形成成年動物復雜組織和器官的過程，有望在未來10年改變生物學和醫(yī)學研究格局。

這是繼被譽為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯技術2015年入選頭號突破后，科研工具再次登頂，表明“授人以漁”的革命性科研工具不斷涌現(xiàn)并日益受重視。

“單細胞基因活性分析”使科學家能從單細胞水平確定哪些基因在胚胎早期發(fā)育時被開啟或關閉?！八拖耧w行記錄器，讓你了解整個過程哪里出了錯，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題?！奔永Ｄ醽喆髮W舊金山分校干細胞生物學家喬納森·魏斯曼說。

截至目前，科學家已用這項技術觀察了斑馬魚、蛙等動物如何形成器官和附器，還研究了人類細胞的發(fā)育及如何在癌癥等疾病中發(fā)生改變等。

利用新工具發(fā)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)也入選今年十大突破。美國、德國和瑞士科學家用電子束取代X射線“解讀”小晶體，能在幾分鐘內(nèi)測定有機物晶體三維分子結(jié)構(gòu)，為新藥研發(fā)打開了廣闊空間。

基因數(shù)據(jù)庫斷案成為另一項入選的工具。美國警方將從犯罪現(xiàn)場提取的DNA片段與大型基因數(shù)據(jù)庫比對，通過犯罪者的遠親“順藤摸瓜”找到逃逸近40年的冷血殺手，開創(chuàng)了被稱為“法醫(yī)系譜學”的新領域。

利用人工智能預測微觀結(jié)構(gòu)今年沒能入榜，但已被看好。隨著人工智能在各研究領域投入應用，它還將持續(xù)受到重視。

從微觀處發(fā)現(xiàn)真相

新的科研手段讓科學家可以從微觀層面發(fā)現(xiàn)真相，了解人類歷史、宇宙演變并預測未來，至少有4項年度突破與此相關：

——澳大利亞科學家在一種古生物化石中發(fā)現(xiàn)膽固醇樣脂類分子，表明化石源自生活在5.58億年前的動物，這是地球上已知最古老的動物。這項研究也使分子古生物學覆蓋的時間尺度推前了數(shù)億年。

——近年來興起的古DNA分析方法又有新斬獲：5萬多年前生活在西伯利亞地區(qū)的一個女性骨骼殘骸的DNA顯示，她的母親是尼安德特人，父親是丹尼索瓦人，為歐亞大陸古人類種群間的基因交換和遷徙提供了直接證據(jù)。

——分子層面的研究讓科學家發(fā)現(xiàn)人類細胞運轉(zhuǎn)的秘密。為何細胞中成千上萬的蛋白質(zhì)及其他分子能互不干擾地工作？科學家發(fā)現(xiàn)，它們會凝聚成小液滴，像沙拉中的油和醋一樣相互分離，影響基因的表達。如果液滴凝結(jié)過程發(fā)生錯誤，它們可能變?yōu)槟z狀甚至固化，并引發(fā)神經(jīng)退行性疾病。這項發(fā)現(xiàn)不僅揭示了生命的奧秘，還為治療神經(jīng)退行性疾病等提供了思路。

——微觀粒子成為科學家認識宇宙的“信使”。去年興起的多信使天文學，使科學家可通過光子和引力波等觀測同一宇宙事件，如今“宇宙信使”又加入新成員。去年9月，位于南極的“冰立方天文臺”捕捉到一個高能中微子。科學家2018年發(fā)表論文說，它來自距離地球40億光年外的一個耀變體——中央存在快速旋轉(zhuǎn)大型黑洞的巨大橢圓形星系。

學術界道德受關注

今年十大科學突破榜單將反性騷擾運動納入其中。去年，《科學》雜志曾將科學界性騷擾列入與科學突破同時發(fā)布的“年度崩潰事件”。這表明學術界的道德問題受到重視。

2018年，多名科學家因性侵指控辭職或被解雇，包括美國加利福尼亞大學歐文分校遺傳生物學家弗朗西斯科·阿亞拉、索爾克研究所分子生物學家因德爾·維爾馬和曾任教于加州理工學院的天體物理學家克里斯蒂安·奧爾特等。

6月，美國國家科學院、工程院和醫(yī)學院聯(lián)合發(fā)布報告稱，美科學界性騷擾問題嚴重，超過半數(shù)在大學工作的女性及20%至50%的女大學生曾遭不同程度性騷擾。盡管美國國家科學基金會和美國科學促進會等機構(gòu)發(fā)布了反性騷擾政策，但很多人表示并非所有機構(gòu)都有力應對性騷擾。

今年“年度崩潰事件”列第一位的是氣候變化導致天災增加而政府應對不力。入選的還包括科研資金不足導致巴西國家博物館失修并發(fā)生火災、人類基因編輯帶來的倫理問題等。