“火星快車”在火星南極1.5千米的冰蓋下，首次發(fā)現(xiàn)了大面積的液態(tài)湖泊，人們?yōu)橹畾g呼;而地球的另一邊，巴西國家博物館九成藏品付之一炬，令人扼腕嘆息……在剛剛過去的2018年里，科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生了哪些大事?歲末年初，各大科研機構(gòu)紛紛盤點，我們也綜合梳理出這些值得被記住的科學(xué)事件。

單細(xì)胞基因的“飛行記錄器”

在美國《科學(xué)》雜志評選出的2018年十大科學(xué)突破中，單細(xì)胞基因活性分析技術(shù)突破拔得頭籌，成為年度頭號科學(xué)突破，理由是相關(guān)技術(shù)“將改變未來10年的研究”。

其實，單細(xì)胞基因活性分析并不是一個具體的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，而是一套“三連發(fā)”的研究方法，通過細(xì)胞分離、RNA測序和標(biāo)記跟蹤3個步驟，像“放電影”一樣展現(xiàn)胚胎細(xì)胞形成成年動物復(fù)雜組織和器官的過程。這使科學(xué)家能從單細(xì)胞水平確定哪些基因在胚胎早期發(fā)育時被開啟或關(guān)閉。“它就像飛行記錄器，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。”加利福尼亞大學(xué)舊金山分校干細(xì)胞生物學(xué)家喬納森·魏斯曼說。

2018年，科學(xué)家們推出了多種技術(shù)與單細(xì)胞RNA-seq方法結(jié)合使用，詳細(xì)描述了扁蟲、魚、蛙等生物是如何開始形成器官及其附器的，而世界各地還有眾多研究團隊正在應(yīng)用這些技術(shù)，研究人類細(xì)胞是如何在其一生中成熟的、組織是如何再生的、細(xì)胞是如何在疾病中發(fā)生改變的等諸多問題?！犊茖W(xué)》雜志在對年度突破的解讀中表示：單細(xì)胞革命才剛剛開始，單細(xì)胞RNA-seq方法會在未來10年內(nèi)改變基礎(chǔ)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究格局。

火星確實存在液態(tài)水

“沒有水，就沒有生命。”至少在目前，當(dāng)人們尋找地外生命時，這仍是圭臬。

火星上是否存在液態(tài)水?這些年來火星探測器、著陸器陸續(xù)找出了一些證據(jù)，然而這些關(guān)于火星液態(tài)水的證據(jù)一直模棱兩可。直到2018年7月26日，《科學(xué)》雜志刊登了一項重要發(fā)現(xiàn)：意大利科學(xué)家通過歐洲航天局“火星快車”探測器搭載的MARSIS雷達系統(tǒng)，在火星南極1.5千米的冰蓋下，首次發(fā)現(xiàn)了大面積的液態(tài)湖泊，這片湖泊至少有數(shù)米深、直徑約20千米。

盡管湖泊中含有大量礦物鹽，使其很難成為常見生命的搖籃，但這仍然是火星探索旅程中的重大突破。這一發(fā)現(xiàn)不僅為火星生命的搜尋提供了關(guān)鍵證據(jù)，還為數(shù)十億年間火星環(huán)境的轉(zhuǎn)變提供了新線索。

這處水體的發(fā)現(xiàn)，不僅僅是增加了人們對火星上存在生命的期待。從近處來說，這對科學(xué)家利用冰蓋解讀火星氣候變化歷史十分關(guān)鍵，是未來數(shù)年天體生物學(xué)研究的科學(xué)目標(biāo)。而從長遠(yuǎn)角度來看，當(dāng)人類考慮到移民外星球時，火星經(jīng)常是第一選擇，液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)使之變得更加可能。

“量子霸權(quán)”誰主沉浮

計算界“新秀”——量子計算潛力巨大，當(dāng)前最好的超級計算機需數(shù)月或數(shù)年才能解決的問題，比如藥物開發(fā)、金融建模、氣候預(yù)報等，未來的量子計算機有望在較短時間內(nèi)解決。

“量子霸權(quán)”被認(rèn)為是量子技術(shù)發(fā)展史上的一個奇點。“量子霸權(quán)”指量子計算機的計算能力超過傳統(tǒng)計算機，實現(xiàn)對于傳統(tǒng)計算機的“霸權(quán)”。有觀點認(rèn)為，超過50(左右)量子位后，量子計算機的能力將一騎絕塵，令傳統(tǒng)計算機望洋興嘆。

2018年，又一家科技企業(yè)接近實現(xiàn)“量子霸權(quán)”的目標(biāo)——英特爾公司宣布，已成功設(shè)計、制造并交付49量子位超導(dǎo)測試芯片“Tangle Lake”。這一名字源于阿拉斯加湖泊，意指這些量子位需在極冷溫度等條件下工作，其將使研究人員能評估和改進糾錯技術(shù)，并模擬一些計算問題。

IBM在2017年底已宣布成功研制出一款50量子位處理器原型;谷歌也計劃很快推出49量子位產(chǎn)品。不過，理想很豐滿，現(xiàn)實卻很骨感，目前量子計算仍處于初級階段。業(yè)內(nèi)人士估計，量子計算離解決工程規(guī)模問題或許還有5-7年;而要想具有商業(yè)實用價值，可能需要100萬甚至更多量子位。

定位宇宙“幽靈粒子”起源

2017年9月，來自太空的一個高能中微子橫穿南極洲“冰立方”中微子天文臺，一石激起千層浪，科學(xué)家們爭相為其追本溯源。2018年7月，數(shù)十個科研團隊在《自然》《科學(xué)》等權(quán)威科學(xué)期刊撰文稱，這個“落入凡間的精靈”可能源自一個距地球約37.8億光年的耀變體(Blazar)。

耀變體是由星系中央的巨大黑洞吸積大量物質(zhì)而產(chǎn)生的劇烈天文現(xiàn)象?？茖W(xué)家稱，產(chǎn)生中微子的耀變體可幫助解決天文學(xué)的一個百年謎團：不時拜訪地球的宇宙射線從何而來?

宇宙射線是由宇宙中的“爆發(fā)事件”拋射出的帶電粒子(主要是質(zhì)子)，是自然界中能量最高的粒子。100多年來，科學(xué)家一直希望找到其源頭，但通過對其行進路徑進行反向追蹤不可能做到，因為在抵達地球前，其飛行路徑已被地球磁場嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)。但無論宇宙射線起源何處，有“幽靈粒子”之稱的高能中微子都很可能與其“相依相伴”。中微子幾乎沒有質(zhì)量，并可以保持穩(wěn)定不變，這使其成為研究宇宙射線的極佳“信使”。中微子給科學(xué)家指出了一條穿越迷霧的路，不過，關(guān)鍵是要在它們抵達地球時捕捉到它們。

借助中微子尋找高能宇宙射線起源的“冰立方”天文臺此次立下大功。如果結(jié)果正確，那么，這個耀變體可能是宇宙射線首個“驗明正身”的來源。

首只體細(xì)胞克隆猴誕生

本世紀(jì)初，美國匹茲堡大學(xué)的一位科學(xué)家曾經(jīng)預(yù)言，用體細(xì)胞克隆非人靈長類動物的理想是不可能實現(xiàn)的。事實上，自1997年克隆羊“多莉”誕生后，馬、牛、豬、駱駝等許多哺乳類動物的體細(xì)胞克隆也相繼成功，但與人類相近的靈長類動物的體細(xì)胞克隆一直沒有解決。沒有克隆猴，就很難建立模擬人類疾病的動物模型。

直到2018年1月，中科院上海神經(jīng)科學(xué)所宣布，他們利用體細(xì)胞核移植技術(shù)，在國際上首次實現(xiàn)非人靈長類動物的體細(xì)胞克隆，培育出兩只克隆猴“中中”“華華”。

研究者們選擇了猴胎兒的成纖維細(xì)胞作為需要移植的體細(xì)胞核，去除卵細(xì)胞的細(xì)胞核之后，將取出的體細(xì)胞核注入卵細(xì)胞內(nèi)，這樣的卵細(xì)胞就會受到體細(xì)胞核內(nèi)信息的指示，產(chǎn)生和體細(xì)胞具有一模一樣遺傳信息的下一代。

體細(xì)胞克隆猴的成功，將推動我國率先發(fā)展出基于非人靈長類疾病動物模型的全新醫(yī)藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，促進針對阿爾茨海默癥、自閉癥等腦疾病，以及免疫缺陷、腫瘤、代謝性疾病的新藥研發(fā)進程。

值得一提的是，《科學(xué)》雜志還選出了2018年的三件科學(xué)“憾事”，即與科學(xué)突破同時發(fā)布的“年度崩潰事件”——氣候災(zāi)難加劇而政治行動停滯不前、基因編輯嬰兒挑戰(zhàn)倫理標(biāo)準(zhǔn)、巴西國家博物館大火沉重打擊科學(xué)文明。這三大事件警示人們，在取得成就的同時，2018年科學(xué)界的一些問題同樣值得警醒和深思。(記者 雷冊淵 整理)

(本文綜合自《環(huán)球科學(xué)》《科技日報》《光明日報》、果殼網(wǎng)等)