1.追蹤單細(xì)胞發(fā)育譜系

從希波克拉底（古希臘醫(yī)學(xué)之父）時(shí)代開始，生物學(xué)家就困惑于單細(xì)胞胚胎是如何發(fā)育成擁有多種器官和億萬細(xì)胞的成體。

現(xiàn)在，通過結(jié)合多種技術(shù)，生物學(xué)家可在單細(xì)胞尺度上揭示各個(gè)基因何時(shí)啟動(dòng)并誘導(dǎo)細(xì)胞分化。首先，研究者從活體中分離出數(shù)千個(gè)完整細(xì)胞;之后，使用測(cè)序技術(shù)獲得各個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)情況;最后，利用計(jì)算機(jī)或細(xì)胞標(biāo)簽，重建這些細(xì)胞的時(shí)間與空間關(guān)系。這些技術(shù)能夠無比細(xì)致地為我們呈現(xiàn)生物體和器官是如何發(fā)育的。

德國(guó)柏林馬克斯·德爾布呂克子醫(yī)學(xué)中心的系統(tǒng)生物學(xué)家尼古勞斯·拉杰夫斯基說，這項(xiàng)“三部曲”技術(shù)“將改變接下來十年的研究”。如今，世界各地的研究團(tuán)隊(duì)正在應(yīng)用這些技術(shù)研究人體細(xì)胞如何在發(fā)育過程中成熟，組織如何再生，以及細(xì)胞在疾病中發(fā)生哪些變化。

2.冰河時(shí)期大型“沖擊”事件

科學(xué)家最新研究顯示，冰河時(shí)期曾有一顆小行星像連環(huán)核彈一樣撞擊在現(xiàn)今格陵蘭島西北部，隕石瞬間蒸發(fā)，并在整個(gè)北極地區(qū)引發(fā)沖擊波，現(xiàn)今留下明顯的疤痕——一個(gè)直徑31公里的“希亞瓦薩”碰撞隕坑，其面積大于華盛頓地區(qū)。2018年11月，科學(xué)家使用飛機(jī)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)隱藏在這個(gè)千米冰層之下的隕坑。

“希亞瓦薩”隕坑是地球上最大的25個(gè)隕坑之一，雖然不像0.66億年前墨西哥境內(nèi)恐龍滅絕的隕石事件那樣具有災(zāi)難性，但是此次隕石碰撞事件對(duì)全球氣候產(chǎn)生了顯著影響。碰撞之后的冰融水涌入北大西洋，可能阻止了歐洲西北部來自的溫暖洋流傳送帶，從而導(dǎo)致了冰河時(shí)期之后氣候驟降。該事件可能有助于解釋“新仙女木”事件，即冰河時(shí)期之后一次持續(xù)千年的降溫事件。

3.古人類的“混血兒”

一塊來自生活在5萬多年前女性的骨頭碎片，揭示了兩個(gè)已滅絕的人種之間的驚人聯(lián)系：在西伯利亞的一個(gè)洞穴中，研究者從發(fā)現(xiàn)的骨骼中提取古DNA，顯示該女性的母親是尼安德特人，而她的父親則是一丹尼索瓦人。此前，研究人員知道尼安德特人、丹尼索瓦人和現(xiàn)代人類，至少偶爾會(huì)在冰河時(shí)代的歐洲和亞洲進(jìn)行雜交，這一最新的發(fā)現(xiàn)，是尼安德特人和丹尼索瓦人之間相遇的親密見證。

4.細(xì)胞如何對(duì)內(nèi)含物質(zhì)進(jìn)行整理

細(xì)胞內(nèi)的各組分是如何協(xié)調(diào)的，以至于能夠在正確的時(shí)間和地點(diǎn)行使功能？科學(xué)家逐漸意識(shí)到，這個(gè)問題的關(guān)鍵是液滴。從2009年開始，研究人員發(fā)現(xiàn)許多蛋白質(zhì)能夠分離或濃縮或離散的液滴，特別是當(dāng)細(xì)胞對(duì)壓力作出反應(yīng)時(shí)。此前的研究顯示，細(xì)胞核中的蛋白質(zhì)液滴能夠沉默特定的染色體區(qū)域。2018年，《科學(xué)》雜志的三篇論文指出了這種液相分離的更大作用：驅(qū)動(dòng)DNA轉(zhuǎn)錄為RNA的蛋白質(zhì)，可濃縮成附著在DNA上的液滴，它們揭示了一項(xiàng)基本的生命活動(dòng)奧秘：基因的選擇性表達(dá)作用。當(dāng)相分離過程出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，蛋白質(zhì)液滴可變成固化的凝膠，從而形成神經(jīng)退行性疾病（如肌萎縮側(cè)索硬化癥）中出現(xiàn)的各種聚集體。

5.法醫(yī)系譜學(xué)走向成熟

2018年4月，美國(guó)警方宣布他們逮捕了一名史上最撲朔迷離懸案的嫌疑人。金州殺人案（Golden State Killer）是上世紀(jì)七八十年代在加利福尼亞州發(fā)生的一系列強(qiáng)奸和謀殺事件。警方利用犯罪現(xiàn)場(chǎng)回收的DNA，通過公共家譜DNA數(shù)據(jù)庫鎖定了金州殺手的親屬。

此后，警方利用這一策略破解了20余起其他懸案，開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域：法醫(yī)系譜學(xué)。在金州殺人案中，當(dāng)局使用了一個(gè)公共的、簡(jiǎn)潔的在線DNA數(shù)據(jù)庫：GEDMatch。它由德克薩斯州和佛羅里達(dá)州的兩個(gè)業(yè)余系譜學(xué)家運(yùn)行，任何人都可以提交DNA測(cè)試結(jié)果。調(diào)查人員將犯罪現(xiàn)場(chǎng)的DNA圖譜上傳到數(shù)據(jù)庫后，找到了嫌疑人的幾個(gè)遠(yuǎn)房親屬。于是他們與一位系譜學(xué)家合作，使用公共記錄建造大型家庭樹，最終將證據(jù)指向了73歲的約瑟夫·詹姆斯·德安吉洛（Joseph James DeAngelo）。他的年齡和位置與部分罪行相匹配，并且測(cè)序顯示犯罪現(xiàn)場(chǎng)DNA與德安吉洛的車門把手的DNA相匹配。

有學(xué)者表示，大約有60%擁有歐洲血統(tǒng)的美國(guó)人在數(shù)據(jù)庫中有表親或血緣關(guān)系更近的親屬匹配。一旦數(shù)據(jù)庫擁有300萬個(gè)用戶資料，即使他們從未測(cè)過DNA，就可用類似的方法找到超過90%的白人。

6.原始世界的分子窗口

2018年9月，來自澳大利亞國(guó)立大學(xué)的研究人員利用氣相色譜及質(zhì)譜等方法在震旦紀(jì)（又名埃迪卡拉紀(jì)，距今6.35-5.41億年前）的狄更遜水母化石中找到了膽固醇樣分子的痕跡，這是動(dòng)物生命的標(biāo)志，表明至少一部分震旦紀(jì)生物是地球上最早的動(dòng)物之一。10月，另一研究團(tuán)隊(duì)在來自6.6億到6.35億年前的巖石中發(fā)現(xiàn)了一種現(xiàn)今只有海綿制造的分子，這表明海綿這種形式的動(dòng)物可能比已有最古老的化石早進(jìn)化了一億年。

7.基因沉默藥物獲批

一種基于RNA干擾（RNAi）技術(shù)讓基因沉默機(jī)制的藥物，2018年獲得了美國(guó)FDA批準(zhǔn)。早在20多年前，RNAi技術(shù)就已被發(fā)明，但RNA分子過于脆弱，且難以將它們引導(dǎo)到正確的組織中，因此難以轉(zhuǎn)化為藥物。直到2008年，總部位于馬薩諸塞州劍橋市的Alnylam Pharmaceuticals公司提出了解決方案：一種脂質(zhì)納米顆粒，可保護(hù)基因沉默的RNA并將其運(yùn)送至肝臟。他們希望它可通過阻止因蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤，來治療一種被稱為遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性的罕見疾病，該蛋白質(zhì)的累積會(huì)導(dǎo)致心臟和神經(jīng)損傷。改進(jìn)后的配方在人體試驗(yàn)中起了作用，并成為靜脈注射藥物Onpattro，2018年贏得了美國(guó)和歐盟監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，并以每年45萬美元的定價(jià)進(jìn)入市場(chǎng)。

8.新技術(shù)可快速確定分子結(jié)構(gòu)

2018年10月，兩支研究小組同時(shí)發(fā)表論文聲稱，發(fā)現(xiàn)一種新方法可以在短短幾分鐘之內(nèi)確定小型有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)，而不是傳統(tǒng)技術(shù)要求幾天、幾周，甚至幾個(gè)月時(shí)間。幾十年來，分子繪圖的黃金標(biāo)準(zhǔn)一直是X射線晶體技術(shù)，它是將一束X射線射向包含數(shù)百萬個(gè)分子的晶體，這些分子排列在一個(gè)共同定向上。然而，研究人員跟蹤X射線在晶體上的反彈方式，從而識(shí)別單個(gè)原子，并在分子中分配它們的位置。分子結(jié)構(gòu)對(duì)于科學(xué)家理解生物分子的行為，以及藥物如何與分子發(fā)生相互作用是非常重要的。但是這項(xiàng)技術(shù)需要一粒沙子大小的晶體，這對(duì)于科學(xué)家而言是一個(gè)很大的技術(shù)障礙。

9.遙遠(yuǎn)星系的“信使”

近年來，多信使天文學(xué)開始使用稱為宇宙射線和引力波的高速粒子對(duì)宇宙進(jìn)行觀測(cè)。而今年，另一位“信使”加入了這個(gè)行列：中微子，一種微小、幾乎沒有質(zhì)量的粒子，非常難以觀測(cè)。為了捕獲這種系外粒子，研究人員在南極下方制造了一塊一立方公里的冰塊，用光探測(cè)器裝飾，以記錄由中微子引發(fā)的微弱閃光。這個(gè)巨大的探測(cè)器被稱為冰立方（Ice-Cube），之前已記錄了許多中微子。2017年9月22日，中微子與冰中的核相撞，光傳感器很好地確定了它來自的方向。2018年7月，研究人員報(bào)道，美國(guó)宇航局的費(fèi)米伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡在檢測(cè)到中微子的幾天后，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常明亮的耀變體。這是中微子望遠(yuǎn)鏡第一次檢測(cè)到中微子的星系外來源。

10.一直被忽視的女性性騷擾現(xiàn)象出現(xiàn)好轉(zhuǎn)

直到最近，科學(xué)界對(duì)性騷擾事件的報(bào)道非常少，而且基本上被忽視，但是從今年開始這一現(xiàn)象出現(xiàn)了好轉(zhuǎn)跡象。今年6月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)研究所發(fā)表了一份里程碑意義的研究報(bào)告，文中對(duì)科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域女性性騷擾現(xiàn)象進(jìn)行了分析，報(bào)告表明，超過50%的女教師職工和20-50%的女學(xué)生，曾遭受到性騷擾，其中包括最普遍的形式——語言和非語言的性別歧視。然而，2018年一些機(jī)構(gòu)采取了行動(dòng)，該現(xiàn)象得到了扭轉(zhuǎn)。2018年9月，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）通過了一項(xiàng)政策，一旦科學(xué)促進(jìn)會(huì)研究員被確定為性騷擾者，將被剝奪其終身榮譽(yù)。（編輯/任偉）