摘要：從測定分子結構到宇宙探索，從發現遠古動物到揭示細胞的秘密，美國權威學術刊物《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展的三個動向。

創新科研工具涌現

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現，而是一套“三連發”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育時被開啟或關閉。“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育及如何在癌癥等疾病中發生改變等。

利用新工具發現分子結構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，能在幾分鐘內測定有機物晶體三維分子結構，為新藥研發打開了廣闊空間。

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

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

從微觀處發現真相

新的科研手段讓科學家可以從微觀層面發現真相，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現膽固醇樣脂類分子，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。

——分子層面的研究讓科學家發現人類細胞運轉的秘密。為何細胞中成千上萬的蛋白質及其他分子能互不干擾地工作？科學家發現，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。如果液滴凝結過程發生錯誤，它們可能變為膠狀甚至固化，并引發神經退行性疾病。這項發現不僅揭示了生命的奧秘，還為治療神經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、工程院和醫學院聯合發布報告稱，美科學界性騷擾問題嚴重，超過半數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發布了反性騷擾政策，但很多人表示并非所有機構都有力應對性騷擾。

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生火災、人類基因編輯帶來的倫理問題等。