每年年底，美國(guó)《科學(xué)》雜志都會(huì)公布年度“十大科學(xué)突破”，這些突破往往預(yù)示著未來(lái)幾年的發(fā)展方向。2017年，“雙中子星合并”事件吸引了數(shù)千位天文觀(guān)測(cè)者，印證了天文學(xué)研究的多個(gè)預(yù)言，被評(píng)選為2017年度科學(xué)突破之首。27個(gè)月前，當(dāng)激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）探測(cè)到兩個(gè)大質(zhì)量的黑洞在不可見(jiàn)的天翻地覆中合并所發(fā)出的宇宙震顫時(shí)，科學(xué)家首次探測(cè)到引力波，這一發(fā)現(xiàn)也問(wèn)鼎了《科學(xué)》雜志2016年度重大科學(xué)突破。

1 雙中子星合并

2017年8月，全世界953個(gè)研究機(jī)構(gòu)4156名科研人員，觀(guān)測(cè)并研究了1.3億光年遠(yuǎn)的兩顆中子星合并及后續(xù)事件。值得一提的是，研究者捕捉到了該事件的細(xì)節(jié)，他們檢測(cè)到了宇宙中極微小的漣漪，也就是旋轉(zhuǎn)的中子星在合并之前放出的引力波。早在27個(gè)月前，科學(xué)家利用激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）探測(cè)到來(lái)自?xún)蓚€(gè)黑洞合并的宇宙震動(dòng)。如果說(shuō)上次的研究是吹響了引力波探測(cè)的號(hào)角，那么這次則是演奏出了交響樂(lè)。正因如此，首次觀(guān)測(cè)到雙中子星合并及其揭示的重大科學(xué)意義，折桂《科學(xué)》雜志評(píng)選的2017年度十大科學(xué)突破。

黑洞是巨大的恒星坍縮成一個(gè)點(diǎn)后留下的幽靈一般的引力場(chǎng)，沒(méi)有物質(zhì)可以加熱和輻射。相比之下，中子星幾乎是由最致密的中子組成的球體。黑洞碰撞除了引力能不會(huì)發(fā)射出任何東西，但是中子星碰撞則上演了一場(chǎng)燈光秀，全世界有70多個(gè)天文臺(tái)都對(duì)此展開(kāi)了研究。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院物理學(xué)家、LIGO團(tuán)隊(duì)副發(fā)言人勞拉·卡多納蒂表示：“我們能夠從雙中子星合并事件中提取的信息量，多得令人目眩神迷。”

不僅LIGO位于美國(guó)華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的兩個(gè)干涉儀探測(cè)到了相互旋近的中子星所發(fā)出的引力波，位于意大利比薩附近的法國(guó)和意大利合建的“處女座”引力波探測(cè)器（VIRGO）也探測(cè)到了。巧的是，VIRGO剛剛經(jīng)歷了5年的升級(jí)改造，于17天前才開(kāi)始恢復(fù)記錄數(shù)據(jù)。

中子星合并產(chǎn)生的引力波比黑洞合并產(chǎn)生的引力波頻率更高，持續(xù)時(shí)間也更長(zhǎng)。引力波產(chǎn)生后，研究者還觀(guān)測(cè)到了短時(shí)γ射線(xiàn)爆。這次探測(cè)也支持了25年前的一個(gè)假說(shuō)：中子星合并會(huì)產(chǎn)生短時(shí)γ射線(xiàn)爆。不過(guò)這次中子星合并的數(shù)據(jù)也讓人困惑，如產(chǎn)生的短時(shí)γ射線(xiàn)爆非常弱，科學(xué)家希望未來(lái)能看到更多這樣的事件，從而對(duì)目前的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)作出科學(xué)的闡釋。

科學(xué)的“大”與“小”

杰里米·伯格

美國(guó)《科學(xué)》雜志主編

別看近年來(lái)LIGO探測(cè)引力波的進(jìn)展相對(duì)迅速，其實(shí)LIGO項(xiàng)目的科學(xué)家和工程師們之前有過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間埋頭苦干的歷史，從1990年至今，已經(jīng)在LIGO項(xiàng)目上投入了11億美元。

LIGO代表了一種具有清晰科學(xué)目標(biāo)的重大項(xiàng)目，它建立在堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)上，長(zhǎng)期以來(lái)得到充足的經(jīng)費(fèi)投入，由一個(gè)卓越而專(zhuān)注的研究團(tuán)隊(duì)驅(qū)動(dòng)，并且研究團(tuán)隊(duì)充分重視項(xiàng)目管理。

相比之下，還有很多其他重大發(fā)現(xiàn)來(lái)自于小型研究團(tuán)隊(duì)，他們提出了更加開(kāi)放式的問(wèn)題，解答這些問(wèn)題最終產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。比如，入選2017年度十大科學(xué)突破榜單亞軍的一些成果。“小科學(xué)”研究方法允許科學(xué)家自由探索各種科學(xué)問(wèn)題，科學(xué)家可以根據(jù)研究過(guò)程中取得的重要發(fā)現(xiàn)，相對(duì)靈活地改變科學(xué)研究方向。在一些“小科學(xué)”研究項(xiàng)目的探索過(guò)程中所取得的成果，可以為更加注重協(xié)同創(chuàng)新的“大科學(xué)”研究奠定基礎(chǔ)。

我曾擔(dān)任美國(guó)國(guó)家綜合醫(yī)學(xué)研究所主任七年多的時(shí)間，這個(gè)研究所有著幾乎專(zhuān)門(mén)資助“小科學(xué)”研究項(xiàng)目的傳統(tǒng)。我和一些評(píng)估專(zhuān)家感覺(jué)相同，目標(biāo)嚴(yán)苛明確的“大科學(xué)”研究項(xiàng)目，比那些諸如“為增加某個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)”這樣目標(biāo)模糊的研究項(xiàng)目更成功。比如，人類(lèi)登陸月球，或是人類(lèi)基因組測(cè)序。

把“小科學(xué)”研究和“大科學(xué)”研究結(jié)合起來(lái)，是科學(xué)向前發(fā)展的最佳途徑?！靶】茖W(xué)”研究項(xiàng)目可以發(fā)現(xiàn)破解重要奧秘的線(xiàn)索，可以互相支撐，為協(xié)同創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。構(gòu)想合理、管理恰當(dāng)?shù)摹按罂茖W(xué)”研究項(xiàng)目，則可以獲得其他科研組織模式無(wú)法取得的重大成果產(chǎn)出。（蔡立英 編譯）

2 發(fā)現(xiàn)新的類(lèi)人猿

最近，科學(xué)家在印度尼西亞一片瀕危的樹(shù)林中找到了一類(lèi)屬于人科的動(dòng)物。這個(gè)新物種生活在印度尼西亞的蘇門(mén)答臘島，通過(guò)基因組對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，該類(lèi)人猿的祖先幾百萬(wàn)年前就遍布印度尼西亞及其周邊海島，大概在三四百萬(wàn)年前，北方的蘇門(mén)答臘與南方的蘇門(mén)答臘、婆羅洲分離。至于什么因素最終導(dǎo)致新物種的形成目前還不清楚。目前，該物種的生存形勢(shì)比較嚴(yán)峻，僅有的800多個(gè)個(gè)體棲息在獨(dú)立的島嶼森林中，而且這些森林正因非法砍伐而逐漸減少。

3 在原子水平上觀(guān)察生命

冷凍電鏡使用液態(tài)乙烷來(lái)快速凍結(jié)水中移動(dòng)的分子，研究人員在電鏡下觀(guān)察，并采用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行圖像分類(lèi)，再將它們組裝成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)。2017年，這項(xiàng)技術(shù)為研究者觀(guān)察剪接體如何工作提供了一個(gè)新的視角；它使得研究者對(duì)細(xì)胞中重塑細(xì)胞膜蛋白質(zhì)，有了更清晰的認(rèn)識(shí)；幫助研究者對(duì)酶修復(fù)DNA中的斷裂也有了新認(rèn)識(shí)；它還展示了CRISPR（短回文重復(fù)序列）系統(tǒng)是如何捕獲和編輯DNA等。

4 生物預(yù)印快速發(fā)展

以前生物學(xué)家的文章都是同行評(píng)議過(guò)后再在線(xiàn)發(fā)表，但2017年生物領(lǐng)域未經(jīng)評(píng)議的文章快速發(fā)展起來(lái)。四年前，冷泉港實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立免費(fèi)生物預(yù)印服務(wù)器bioRxiv，剛開(kāi)始只有計(jì)算生物學(xué)的文章，后來(lái)細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的文章也多了起來(lái)。很多研究者也倡導(dǎo)大家去該網(wǎng)站發(fā)文章，這樣能夠加速科學(xué)交流過(guò)程，給年輕研究人員建立好的學(xué)術(shù)記錄。

5 精準(zhǔn)定位的基因編輯

目前，超過(guò)6萬(wàn)個(gè)遺傳突變和人類(lèi)疾病有關(guān)，其中3.5萬(wàn)個(gè)是由小的錯(cuò)誤造成，即基因組中一個(gè)特定位點(diǎn)上DNA堿基的變化。2017年，研究人員宣布了一項(xiàng)名為“堿基編輯”的新技術(shù)，以此來(lái)糾正DNA甚至RNA的這種點(diǎn)突變。這項(xiàng)技術(shù)最終有可能會(huì)在醫(yī)療上應(yīng)用。2017年，中國(guó)研究人員通過(guò)在人類(lèi)胚胎中更正了一個(gè)疾病點(diǎn)突變來(lái)證明堿基編輯的力量，雖然修復(fù)并不總是成功，但這個(gè)壯舉證明了堿基編輯擁有巨大潛力。

6 廣譜抗癌藥獲批

2017年5月，美國(guó)FDA（食品藥品監(jiān)督管理局）批準(zhǔn)了默沙東公司的一款廣譜抗癌藥派姆單抗（Keytruda），用于治療帶有微衛(wèi)星不穩(wěn)定性高或錯(cuò)配修復(fù)缺陷的實(shí)體瘤患者。這是FDA首次基于生物標(biāo)志物而非癌癥類(lèi)型批準(zhǔn)的藥物。獲批之前，Keytruda已被用于黑色素瘤以及其他腫瘤類(lèi)型。

7 270萬(wàn)年前的地球氣候

2017年8月，普林斯頓大學(xué)和緬因大學(xué)宣布，他們挖掘出了在南極冰封長(zhǎng)達(dá)270萬(wàn)年之久的冰塊。這次發(fā)掘的冰塊比之前的要古老170萬(wàn)年，這也將直接的氣候記錄向前推到一個(gè)對(duì)地球歷史非常重要的時(shí)期。早在2015年，科學(xué)家發(fā)掘出最古老的冰芯，它形成于最初的幾次冰河世紀(jì)期間，那時(shí)的冰河世紀(jì)每4萬(wàn)年發(fā)生一次，而不是像現(xiàn)代每10萬(wàn)年發(fā)生一次。研究人員測(cè)量了冰芯中的氣體，氣體顯示在冰河期開(kāi)始之時(shí)，二氧化碳的含量保持在百萬(wàn)分之三百（300ppm）以下，遠(yuǎn)低于今天的400ppm。這一分析結(jié)果驗(yàn)證了氣候模型的預(yù)測(cè)——只有這樣的低濃度才能使地球進(jìn)入冰河期的周期循環(huán)。

8 智人更古老的起源

一個(gè)摩洛哥山洞里被長(zhǎng)期忽視的頭骨，將智人的化石記錄向前推進(jìn)得更早了，這也為2017年的現(xiàn)代人類(lèi)起源研究提供了原動(dòng)力。研究人員認(rèn)為，這塊頭骨有著令人震驚的30萬(wàn)年歷史，比埃塞俄比亞出土的最早被認(rèn)可的智人遺骨還要早10萬(wàn)年。這使得我們的非洲根基比以往認(rèn)為的更深且更廣泛。

9 基因治療的勝利

一個(gè)小型臨床試驗(yàn)的成功，使基因治療得到推動(dòng)。研究人員報(bào)告稱(chēng)，他們通過(guò)在脊髓神經(jīng)元中添加一個(gè)缺失的基因，拯救了患有致命的遺傳性神經(jīng)肌肉疾病嬰兒的生命。如果不進(jìn)行治療，嬰兒會(huì)在2歲左右死亡。此項(xiàng)技術(shù)的成功，打開(kāi)了使用基因療法治療其他神經(jīng)退行性疾病的大門(mén)。該技術(shù)的關(guān)鍵是一種被稱(chēng)為腺病毒（AAV）的無(wú)害病毒，它被廣泛應(yīng)用于將基因轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞中。目前，研究人員通過(guò)注射攜帶其他基因的AAV來(lái)治療嚴(yán)重的遺傳性腦病。

10 探測(cè)最“羞澀”粒子的微型探測(cè)器

2017年，物理學(xué)家以一種新的方式轟擊原子核，發(fā)現(xiàn)了最難以捉摸的亞原子粒子——中微子。這項(xiàng)成就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)40年的目標(biāo)，并且不需要使用大量的硬件，而后者往往是探測(cè)中微子時(shí)所必需的。此次，研究人員用了一個(gè)和微波爐重量差不多的便攜式探測(cè)器，便取得了成功。

中微子在某些核過(guò)程中產(chǎn)生，它與其他物質(zhì)的相互作用很少，以至于無(wú)數(shù)中微子束穿過(guò)地球。但有時(shí)候，中微子會(huì)撞擊原子核中的中子，將其變成質(zhì)子，同時(shí)自身變成可檢測(cè)的粒子，如電子。2017年，COHERENT（相干中微子核碰撞）實(shí)驗(yàn)合作團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)14.6公斤的碘化銫鈉晶體的大型晶體探測(cè)器，當(dāng)它內(nèi)部的原子反射時(shí)，探測(cè)器就會(huì)閃光。（劉天霖 梅寶 編譯）

（摘自2017年12月31日《文匯報(bào)》）