《自然》網(wǎng)站評(píng)出今年十大重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)

2020年注定是不平凡的一年，新冠疫情或許讓我們放慢了腳步，但科技的發(fā)展永不止步。轉(zhuǎn)眼間，2020年已接近尾聲，英國(guó)《自然》網(wǎng)站在近日評(píng)出了今年十大重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其中最后一項(xiàng)是本年度最受歡迎的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

1.宇宙中物質(zhì)起源之謎的首個(gè)佐證

粒子-反粒子鏡像對(duì)稱性也被稱為電荷共軛宇稱反演對(duì)稱(CP對(duì)稱)。被稱為費(fèi)米子的基本粒子群包括含有電子、繆子、陶子和中微子等基本粒子的輕子。日本T2K中微子合作組研究發(fā)現(xiàn)，輕子中存在CP對(duì)稱性破缺。該破缺難以捕捉觀察，但可用中微子來(lái)搜索。中微子有三種類別(“味道”)，這取決于其相關(guān)的帶電輕子(電子、繆子、陶子)，它們可以在傳播過(guò)程中從一種“味道”轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N“味道”。研究證明，繆子型中微子轉(zhuǎn)變成電子型中微子的概率高于繆子型反中微子轉(zhuǎn)變成電子型反中微子的頻率，有跡象顯示正反中微子行為存在差異。這可能是解釋宇宙中物質(zhì)稍多于反物質(zhì)起源的第一個(gè)佐證。

2.《蒙特利爾議定書(shū)》“愈合”臭氧“傷口”

20世紀(jì)80年代中期，南極上空春季大氣臭氧層出現(xiàn)空洞的發(fā)現(xiàn)表明了消耗臭氧層物質(zhì)的人為排放對(duì)臭氧層構(gòu)成的威脅。南極臭氧層空洞位于大約10-20公里的高度，不僅影響了南半球的大氣環(huán)流，還使中緯度急流和熱帶邊緣的干旱區(qū)域向南極方向推移。1987年的《蒙特利爾議定書(shū)》及其隨后的修正案禁止生產(chǎn)和使用消耗臭氧層的物質(zhì)。因此，大氣中消耗臭氧層物質(zhì)的濃度正在下降，臭氧層恢復(fù)的初步跡象已經(jīng)出現(xiàn)。研究顯示，自臭氧恢復(fù)開(kāi)始以來(lái)，與空洞相關(guān)的環(huán)流效應(yīng)已經(jīng)暫停，這種作用是各國(guó)履行《蒙特利爾議定書(shū)》的直接結(jié)果。

3.“貴圈真亂”：愛(ài)爾蘭史前精英墓地發(fā)現(xiàn)亂倫

愛(ài)爾蘭的紐格萊奇墓已有5000年的歷史，這座大型精美古墓被認(rèn)為是給一位權(quán)貴精英建造的。勞拉·M ·卡西迪等人研究了農(nóng)耕聚落的社會(huì)結(jié)構(gòu)，并把重點(diǎn)放在了埋葬在通道墓穴中的人。建造紐格萊奇墓采用了復(fù)雜的工程，以確保在每年冬至日前后，在長(zhǎng)長(zhǎng)的石砌通道盡頭，一間墓室會(huì)被朝陽(yáng)照亮幾分鐘。在那里發(fā)現(xiàn)的人類遺骸中的古代DNA揭示了一種出乎意料的極其罕見(jiàn)的亂倫事件。大約5000年前，一名男子被埋葬在紐格萊奇墓中，他是一級(jí)亂倫婚姻的后代：他的父母要么是親兄弟姐妹，要么是母子或父女。這一發(fā)現(xiàn)讓研究小組推測(cè)，長(zhǎng)眠在這座宏偉的古墓中的精英們將亂倫作為維系王室血統(tǒng)的一種方式。

4.衛(wèi)星可能很快就會(huì)繪制出地球上每一棵樹(shù)

馬丁·勃蘭特等人報(bào)告了對(duì)覆蓋西非撒哈拉和薩赫勒地區(qū)130多萬(wàn)平方公里的高分辨率衛(wèi)星圖像的分析，他們繪制了大約18億個(gè)樹(shù)冠的位置和大小。而在此之前，科學(xué)家從未在如此大的區(qū)域內(nèi)以如此詳細(xì)的程度繪制過(guò)樹(shù)木的地圖。商業(yè)衛(wèi)星已經(jīng)開(kāi)始收集數(shù)據(jù)，能夠捕獲一平方米或更小的地面物體。這使陸地遙感領(lǐng)域開(kāi)始了一次根本性的飛躍：從專注于綜合景觀尺度的測(cè)量，到有可能在大的區(qū)域或全球尺度上繪制每棵樹(shù)的位置和樹(shù)冠大小的地圖。這一進(jìn)展無(wú)疑將推動(dòng)我們思考、監(jiān)測(cè)、建模和管理全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的方式發(fā)生根本性變化。

5.“激活并殺死”潛伏在細(xì)胞中的HIV病毒

HIV病毒可能以一種潛伏的形式隱藏在細(xì)胞中，幾乎不轉(zhuǎn)錄或根本沒(méi)有轉(zhuǎn)錄，因此免疫系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到它?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)的“激活并殺死”療法旨在逆轉(zhuǎn)這種潛伏期并增加病毒基因的表達(dá)(激活)，使隱藏著病毒的細(xì)胞容易被免疫系統(tǒng)殺死。兩篇研究論文描述了對(duì)動(dòng)物模型的獨(dú)特干預(yù)。其中一篇由尼克松等人完成，他們使用了一種名為AZD5582的藥物，該藥物可激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB(HIV-1基因表達(dá)的主要促進(jìn)劑)。另一篇由麥克布萊恩等人完成，他們將兩種免疫干預(yù)相結(jié)合：抗體介導(dǎo)的CD8+淋巴細(xì)胞(降低病毒轉(zhuǎn)錄水平的免疫細(xì)胞)和一種名為N-803的可激活HIV-1轉(zhuǎn)錄的藥物。這兩種干預(yù)治療方式可能是迄今為止最強(qiáng)勁和可再現(xiàn)的病毒潛伏期中斷。此外，該研究還展示了與藥理潛伏期逆轉(zhuǎn)相關(guān)的概念和技術(shù)挑戰(zhàn)。

6.果蠅為何挑食?基因編輯工具“破案”

名為Drosophila sechellia的果蠅是黑腹果蠅的近親，它只以有毒的諾麗果(海巴戟果)為食。

與它的食物多面手親戚相比，是什么讓這個(gè)物種如此挑食呢?托馬斯·O·奧爾等人使用基因編輯工具CRISPR-Cas9破獲了這起案件。研究發(fā)現(xiàn)，這種果蠅的一種表達(dá)氣味受體蛋白Or22a的感覺(jué)神經(jīng)元比其他果蠅種類更豐富，該種蛋白的氨基酸序列的微小變化導(dǎo)致了果蠅對(duì)諾麗果的偏愛(ài)。研究人員還確定了其他一些進(jìn)化變化，這些變化可能導(dǎo)致這種看似簡(jiǎn)單的行為轉(zhuǎn)變?？磥?lái)，即使是喜歡惡臭水果的小蒼蠅也能為我們了解大腦是如何進(jìn)化來(lái)塑造復(fù)雜行為提供強(qiáng)大見(jiàn)解。

7.銀河系未解之謎：快速射電暴來(lái)源首次確定

發(fā)表在《自然》雜志上的三篇論文中科學(xué)家首次確定了一個(gè)快速射電暴在銀河系內(nèi)的起源。有趣的是，快速射電暴還伴隨著一連串的X射線。這一發(fā)現(xiàn)是通過(guò)將多臺(tái)天基和陸基望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)拼湊在一起而獲得和理解的。“快速射電暴”這個(gè)名字很好地描述了它們的含義：持續(xù)時(shí)間大致在毫秒級(jí)的明亮無(wú)線電波爆發(fā)?？焖偕潆姳┦状伟l(fā)現(xiàn)于2007年，它們的短命特性使得探測(cè)它們和確定它們?cè)谔炜罩械奈恢米兊镁哂刑魬?zhàn)性。這是第一個(gè)探測(cè)到無(wú)線電波以外的輻射的快速射電暴，且是第一個(gè)在銀河系中被發(fā)現(xiàn)的，同時(shí)也是第一個(gè)與被稱為磁星的恒星殘留物有關(guān)的快速射電暴，這證明了磁星可以是快速射電暴的起源。

8.里程碑：低溫電子顯微鏡打破原子分辨率的障礙

結(jié)構(gòu)生物學(xué)的一個(gè)基本原理是，一旦研究人員能夠直接觀察到足夠詳細(xì)的大分子，就應(yīng)該有可能理解它們的三維結(jié)構(gòu)是如何賦予它們生物學(xué)功能的?？茖W(xué)家在《自然》上發(fā)文報(bào)告了使用名為單粒子低溫電子顯微鏡而獲得的最清晰的圖像，這使得首次確定蛋白質(zhì)中單個(gè)原子的位置成為可能。研究人員推動(dòng)了低溫電磁硬件的發(fā)展，也推動(dòng)了單粒子低溫電磁分辨率的重大進(jìn)步。每個(gè)研究團(tuán)隊(duì)都使用硬件來(lái)處理低溫電磁成像的不同方面，以前，這些方面限制了可達(dá)到的分辨率。利用這些技術(shù)，低溫電磁圖像信噪比的提高將擴(kuò)大該技術(shù)的適用性。也許這些技術(shù)的融合將使我們甚至能以超過(guò)一埃的分辨率來(lái)確定低溫電磁結(jié)構(gòu)，而這在以前看起來(lái)似乎是不可能的。

9.干擾素缺乏可能導(dǎo)致新冠重癥

發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的論文揭示了一個(gè)新冠肺炎是否繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

研究表明，干擾素蛋白，特別是I型干擾素存在缺陷可能是由于編碼關(guān)鍵抗病毒信號(hào)分子的基因發(fā)生遺傳突變，或由于抗體與I型干擾素結(jié)合并“中和”干擾素而導(dǎo)致的。

I型干擾素的應(yīng)答缺陷是如何導(dǎo)致危及生命的新冠肺炎的?最直接的解釋是I型干擾素缺乏導(dǎo)致了病毒復(fù)制和傳播失控。然而，I型干擾素缺乏也可能對(duì)免疫系統(tǒng)功能產(chǎn)生其他后果。

在干擾素誘導(dǎo)途徑中有基因突變的個(gè)體將從提供干擾素的治療中受益。此外，擁有干擾素-α和干擾素-ω中和抗體的人可能會(huì)從提供其他類型干擾素的治療中受益，如干擾素-β和干擾素-λ。

10.“壓力山大”之下，頭發(fā)真的會(huì)變白

一夜白頭或許確有其事，人們通常認(rèn)為這極有可能是由壓力引起的。頭發(fā)的顏色是由黑素細(xì)胞決定的，黑素細(xì)胞來(lái)自毛囊中被稱為毛囊凸起部分的黑素細(xì)胞干細(xì)胞。張冰(音譯)等人發(fā)表在《自然》雜志上的研究報(bào)告表明，去甲腎上腺素(一種參與對(duì)壓力的“戰(zhàn)斗或逃跑”反應(yīng)的神經(jīng)遞質(zhì)分子)是從支配突起的交感神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元中釋放出來(lái)的。極端壓力下或暴露于高水平的去甲腎上腺素時(shí)，黑素細(xì)胞干細(xì)胞的增殖和分化顯著增加，導(dǎo)致黑素細(xì)胞大量遷移而離開(kāi)凸起，并且沒(méi)有剩余的干細(xì)胞來(lái)替代它們，這導(dǎo)致了干細(xì)胞的衰竭，從而引起頭發(fā)變灰進(jìn)而變白。這一發(fā)現(xiàn)首次揭示了壓力引起白發(fā)這一現(xiàn)象的具體機(jī)制。除了抗衰老療法的開(kāi)發(fā)，該團(tuán)隊(duì)的研究工作將有望更好地幫助理解壓力是如何影響其他干細(xì)胞池及細(xì)胞龕位置的。(科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 張佳欣)

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