2017十大科学事件，哪件对人类影响最大？
本文首发于南方周末
2017年，从宇宙探索到基因编辑，从人造子宫到新的抗癌药物，每向前迈出一小步，都让人兴奋不已。但科学的进步并非一帆风顺，在过去的一年中，也有许多在争议中前行的研究，在不久的将来或许会给出更明确的答案。
1血液中寻找长生不老药
2017年4月，美国斯坦福大学Tony Wyss-Coray试验室的神经科学家在《自然》（Nature）上发文，证明了人类脐带血中的蛋白质TIMP2可以改善老年小鼠的大脑功能。早在3年前，这组科学家就曾发现，将年轻小鼠的血浆注射到年老小鼠体内，可以提高年老小鼠的认知能力，帮助他们更快完成走迷宫的游戏。
为了验证这样的抗衰老规律是否也适用于人类，Wyss-Coray合作创立的Alkahest公司开展了一项小型人体试验。18名（年龄介于54到86岁之间）患有中度至重度阿尔兹海默症的患者参与了测试。将生理盐水安慰剂或去除了血红细胞的血浆（血浆来自18岁~30岁的年轻人）作为注射物，每周对受试者注射一次，持续4周。在试验周期中，监测受试者的认知能力、自理能力和情绪状态。结果显示，受试对象没有出现严重的不良反应，输血并没有提高他们的认知能力，但却显著提高了他们的自理能力。
这一结果，引起了阿尔兹海默症研究者的极大兴趣，不过他们仍抱有谨慎的态度：年轻血液提高认知行为能力试验目前尚未被独立团队重复过、反复给老年人输入外来血浆是否会导致免疫系统炎症或者免疫系统疾病、该研究结果只是建立在小样本实验的基础上，所以更夯实的科学依据还有待获取。
2人造子宫，塑料袋里孕育羊羔
2017年4月，美国费城儿童医院的阿南·弗雷克（Alan Flake）研究团队在《自然通讯》（Nature Communications）发表文章称，他们打造的“人造子宫”首次通过了动物试验。试验中，8只早产羔羊在“子宫”内生活了4周，打破了子宫外装置维持胎儿稳定机能的时间纪录。
研究人员制造了一个充满人造羊水（含有盐和其他电解质的温水）的聚乙烯薄膜袋来模拟母羊的子宫，通过脐带接口连接氧气，形成封闭的流体人造环境。在聚乙烯薄膜袋外，配置一台机器胎盘，胎盘的“血管”与早产小羊的脐带连通。试验中采取体外膜氧合（ECMO）系统为胎儿提供血液循环支持，因不依赖机器泵促进胎儿血液循环，所以ECMO系统避免了早产儿抢救过程中面临的最大问题：血液循环。
试验选择了8只110天大的超早产羔羊（相当于妊娠23-24周的人类早产儿）进行测试，这是人类婴儿可以出生的最早时刻。在人造子宫中被孕育4周后，小羊出生了。多项生理指标测试结果显示，羊羔发育正常，它们可以正常吞咽和呼吸，除了部分小羊出现轻微肺部炎症外，其它小羊羔都非常健康。
这一技术虽然鼓舞人心，但研究人员表示，“人造子宫”并不能完成长达9个月的孕期，目前还没有任何技术手段可以替代最早的胎儿生长阶段。
3广谱抗癌药Keytruda获批上市
2017年5月，美国食品药物管理局（FDA）批准抗癌新药Keytruda用于治疗“MSI-H/dMMR亚型”的实体肿瘤。这是FDA首次基于生物标志物而不以癌症类型批准的药物。换句话说，无论肿瘤来自哪里，只要这些肿瘤拥有相同的关键基因突变，就可用此类药物进行灭杀，所以称为“广谱抗癌药”。获批之前，Keytruda已被用于黑色素瘤以及其他肿瘤类型。
“MSI-H/dMMR亚型”是在许多实体肿瘤中都存在的一种亚型，这种亚型的存在会使修复DNA的一些重要蛋白失去功能，大大增加DNA的出错率。患有这类肿瘤的患者，如果病情发展到晚期，化疗已基本不起作用，且由于DNA的多突变性，患者也容易产生耐药性。
有15种实体瘤类型的149位晚期患者参与了药物的临床试验，经过24个月的Keytruda治疗后，约39.6%的患者肿瘤明显缩小。十余种癌症对Keytruda出现了响应，包括结直肠癌、子宫内膜癌、胃癌、胆管癌、胰腺癌、小肠癌、乳腺癌、前列腺癌、食管癌和小细胞肺癌。
这种亚型的肿瘤在各种组织的癌症中相对较少，如果盲目用药，效果肯定不理想。所以，用药之前必须借助精准医疗的帮忙。
4智人起源又提前了十万年
2017年6月，德国研究人员在摩洛哥发现了早期人类的遗骸化石，测算结果显示，它们约有30万至35万年历史，比先前发现的“最古老”智人化石还要早十万年。研究证实，这些化石正是迄今最早的智人（Homo sapiens）化石，成果发表于《自然》（Nature）上。
此次发现的化石存在大量和早期或近现代人类一致的特征，如面部、下颌和牙齿形态，以及较原始的脑颅和颅内形态。所以考古学家认为，这批化石代表了智人最早期的演化阶段，但这并不能说明智人起源于摩洛哥。研究人员表示，在摩洛哥发现的人类化石属于人类进化线上的一个重要组成部分，目前的数据只能表明早期智人在整个非洲大陆都有分布。而摩洛哥发现的智人化石与来自非洲其他地区的智人化石相似的特征，加深了科学界对目前呼声最高的是“东非起源说”的质疑。
《自然》杂志当天同时配发了一篇同样基于这批化石发现的报告。报告称，在与智人头骨同一考古地点出土的灼烧过的燧石经测定有30万到35万年的历史，这从另一个角度说明了有关智人化石年代的判断。
5量子通讯打造终极通信密钥
通信安全是人类数千年来追逐的终极目标，商业、金融业、军事和国防安全等众多领域都依赖通信安全。基于量子力学基本原理的量子密钥分发从原理上提供了无条件安全的加密方式，被称为终极的安全通信手段。
量子纠缠被爱因斯坦称为具有“鬼魅般的远距作用”，两个处于纠缠状态的量子似乎存在“心灵感应”，无论相隔多远，一个量子状态变化，另一个也会随之发生改变。而量子纠缠分发，则是让一对有“心灵感应”的量子异地而居，这尤其适用于保密通信，在此基础上开发的量子通信技术被视为是信息安全的“终极武器”。2017年6月，中国科学技术大学潘建伟研究团队在《科学》（Science）发文称，其利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，参与这次实验的两个地面站分别是青海德令哈站和云南丽江高美古站，两站距离1203公里，此前的量子传输距离纪录是144公里。
12月19日，《自然》杂志发布了2017年度十大人物，中国科大教授潘建伟因在量子通信领域的突出贡献赫然在列。
6猪器官人体移植，在争议中前行
人类的器官移植，一直供不应求，猪脏器官的大小和功能与人体自身具有相似性，被认为是最有可能为人类提供异种器官移植的动物。
猪基因组中包含25种逆转录病毒，这些病毒对猪无害，却可能导致人类尤其是对免疫缺陷的移植患者细胞感染。猪种群已经与这25种逆转录病毒共生了约2500万年，已经成为猪基因的一部分，此前研究人员认为这些逆转录病毒的失活会威胁猪的生存。
2017年8月，哈佛大学基因学家George Church和eGenesis公司首席科学家杨璐菡在《科学》（Science）发表研究结果称，他们利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，成功使猪基因组内的25种逆转录病毒全部失活，基因编辑后的猪崽健康状况良好。
但部分科学家仍认为，猪逆转录病毒感染人类的风险尚不清楚，相比之下，对猪基因进行不必要的基因编辑将增加异种移植的复杂性和成本。另外，还有一种说法称，CRISPR可能会导致癌症的发生。所以距离真正实现猪源器官移植还有很长一段路要走。
7双中子星合并引力波事件
2017年8月，激光干涉仪引力波天文台（LIGO）的两台干涉仪和意大利的Virgo引力波探测器的一台干涉仪，从3个地点几乎同时（先后相差仅几毫秒）捕获到了来自双中子星并合的引力波。这是引力波第四次被探测到，通过三方定位，科学家们更精确地锁定了引力波产生的方位。
与黑洞不同，双中子星合并时除了产生引力波，还会发出电磁波。而且双中子星并合产生的引力波比黑洞并合产生的引力波频率更高，持续时间也更长。在引力波产生后，研究者还观测到了短时γ射线爆。这次探测也支持了25年前的一个假说：中子星并合会产生短时γ射线爆。引力波和电磁波的联合观测，提供了更为丰富的信息，标志着天文学进入了多信使时代。
这个编号为GW170814的引力波被探测到，被称为是引力波探测获得2017年诺贝尔物理学奖的前奏，10月2日，瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔物理学奖授予三位在引力波研究方面有突出贡献的科学家。
8全年刷屏的睡眠问题
2017年，可以称为“睡眠元年”。关于人类需要多少睡眠、睡眠不足对人体影响的文章，引起了广泛关注。毕竟相对于基因编辑、人造子宫、量子通讯等，睡眠的问题更容易引起大众的共鸣。
人类究竟需要多少睡眠？问题的答案正逐渐被揭开。似乎是为了证实睡眠科学是一个重要的、甚至是时髦的领域，2017年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位破译了负责调节昼夜节律基因的科学家。
生物钟的发现，让我们知道，包括人类在内的所有生命体，都有一个内部的生物钟，来让他们适应昼夜变换，并找到生命的节奏。人类体内的生物钟，在一天之中的不同时段，对人体的生理功能进行着非常精准的调节，例如行为、激素水平、睡眠情况、体温，以及新陈代谢等。当人类的生活方式与生物钟不匹配、出现偏差时，人类患上各种疾病的风险也就会增加。
人体内生物钟的工作原理仍然是个谜，但基本的原理已经揭晓，所以，2018年，如果可能的话，请困了就睡，饿了就吃，遵循身体内部发生的最本真的信号，这才是最科学、最“任性”的生活方式。
9碱基编辑新技术，出于蓝而胜于蓝
在过去的20年里，CRISPR-Cas9是科学家发现的编辑遗传密码的有效方法之一。CRISPR-Cas9能精确切割出错的基因序列，但这把“分子剪刀”有时不够锋利，也不适用于纠正点突变。2017年10月，Broard研究所的David Liu等研发了一项名为碱基编辑的新技术，以此来纠正DNA和RNA的点突变。
碱基编辑技术使用的酶与CRISPR类似，但不同于CRISPR切开DNA分子双螺旋的两条链，碱基编辑能够改变遗传密码中的单个“字母”，也就是碱基A、T、C和G，可以让细胞内DNA的一种碱基通过简单的化学反应，变成另一种碱基，达到精准编辑基因的目的。这项技术是修改了CRISPR的编辑工具，创建了一个碱基编辑器，可解开DNA，但不会在目标位置切割DNA，而是用失去酶活性的CRISPR蛋白融合一种可以替换碱基的酶来替换突变的碱基，保证DNA双链不断裂的同时，高效地替换DNA特定的碱基。而由于多数遗传病的根源在于单核苷酸突变，所以碱基编辑器的出现，或许有助于人类对抗遗传顽疾。
碱基编辑技术的发明者，哈佛大学的刘大卫（David Liu）也出现在《自然》（Nature）发布的2017年度十大人物队列中。
10冷冻电镜异军突起，在原子水平观察生命
2017年10月，3名科学家因“研发冷冻电镜，用于溶液中测定生物分子的高分辨率结构”一举摘得了诺贝尔化学奖。有人调侃，这是一个颁给了物理学家的诺贝尔化学奖，奖励他们帮助了生物学家。
X射线晶体学、核磁共振和冷冻电镜三维重构是结构生物学的3大研究技术。X射线晶体学和核磁共振技术都有着先天性的一些缺陷：无法让研究者获得高分辨率的大型蛋白复合体结构，生物结构学领域的发展也因此受困于成像技术。2013年是一道分水岭，冷冻电镜在这一年臻于成熟，冷冻电镜技术迅速取代X射线晶体学技术成为最重要的结构解析手段。2015年，《自然方法》（Nature Methods）将冷冻电镜技术评为年度最受关注的技术。
自2013年开始，冷冻电镜成为了诸多诺奖级论文成果的得力助手，许多蛋白质或复合蛋白结构解析领域诸多被称为诺奖级的论文陆续发表。
——来源：原创 2018-01-04 祝叶华 南方周末
