美國(guó)《科學(xué)》周刊將一個(gè)科學(xué)界追求了近50年的夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)評(píng)選為2021年的重大突破，那就是破解生命賴以生存的基本構(gòu)件——蛋白質(zhì)——的結(jié)構(gòu)。人工智能幫助科學(xué)家做到了這一點(diǎn)，并且它永遠(yuǎn)改變了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)。只需幾分鐘，研究人員就能非常精確地獲得與不同疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)的重要信息，從而研發(fā)出更好的藥物。以下是《科學(xué)》周刊列出的2021年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
人工智能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)是生命的基本組成部分，它的功能幾乎是所有生物過程的基礎(chǔ)，且與其三維形狀直接相關(guān)。近50年來，科學(xué)家們一直在努力研究這些結(jié)構(gòu)是如何折疊的，但根本不能破解其中的奧秘。今年，被稱為AlphaFold（由谷歌收購(gòu)的“深層思維”公司開發(fā)）和RoseTTAFold的兩個(gè)人工智能完成了一場(chǎng)史無前例的科學(xué)革命——它們能夠根據(jù)蛋白質(zhì)包含的氨基酸，準(zhǔn)確、快速地預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)基于深度學(xué)習(xí)的技術(shù)有望大大加快科學(xué)發(fā)現(xiàn)的速度，對(duì)涉及多種疾病的研究來說可能也意義非凡。蛋白質(zhì)的許多結(jié)構(gòu)與人類健康直接相關(guān)，有些蛋白質(zhì)與脂質(zhì)代謝、炎癥性疾病和癌細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)。
來自土壤的DNA
研究人員今年宣布達(dá)到了一個(gè)前所未有的科學(xué)里程碑。他們從美國(guó)佐治亞州和西班牙阿塔普埃爾卡山的兩個(gè)洞穴的沉積物中直接提取到古人類細(xì)胞核中的脫氧核糖核酸（DNA），無需用到化石骨骼。其中一支研究團(tuán)隊(duì)的成員胡安·路易斯·阿蘇瓦加稱，這是“歷史性”的進(jìn)步，因?yàn)樗馕吨芯咳藛T不再需要靠化石來識(shí)別穴居人的身份，只需要地面上的一點(diǎn)“污垢”就夠了。在西班牙的洞穴中，提取到的DNA揭示了11.3萬年前到8萬年前生活在那里的古人類的性別和遺傳特征，同時(shí)表明尼安德特人的一個(gè)譜系在10萬年前結(jié)束的一個(gè)冰川期之后取代了其他幾個(gè)譜系。
向利用核聚變能源邁進(jìn)
核聚變?yōu)樘?yáng)和其他恒星提供能量，長(zhǎng)期以來一直被視為解決地球能源問題的一個(gè)方法。但要達(dá)到所需的壓力和溫度——相當(dāng)于太陽(yáng)核心溫度的10倍——是出了名的困難。美國(guó)國(guó)家點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)設(shè)施8月完成的核聚變反應(yīng)接近達(dá)到平衡點(diǎn)，即反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過誘發(fā)反應(yīng)所需的激光能量，這個(gè)結(jié)果讓科學(xué)界感到驚訝。
研發(fā)新冠肺炎藥物
一種新武器將與疫苗一起對(duì)抗新冠病毒，那就是效力強(qiáng)大的抗病毒藥丸。如果在感染期間盡早服用，可預(yù)防癥狀和死亡。今年秋天，制藥商輝瑞和默克公布了抗病毒藥物臨床試驗(yàn)的積極結(jié)果。默克公司的一款藥可將未接種疫苗的高危人群的住院或死亡風(fēng)險(xiǎn)降低30%。而如果在出現(xiàn)癥狀三天內(nèi)開始服用輝瑞公司的一款藥，可將住院風(fēng)險(xiǎn)降低89%。
用致幻劑治療創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙
5月發(fā)表的一項(xiàng)大型科學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，通常被稱為“搖頭丸”的MDMA可顯著減輕創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者的癥狀。該試驗(yàn)對(duì)結(jié)合心理療法和MDMA的治療方式進(jìn)行了測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果讓人興奮，但因?yàn)榭赡墚a(chǎn)生反作用，科學(xué)家對(duì)此持謹(jǐn)慎態(tài)度。
用人工抗體對(duì)抗傳染病
被稱為單克隆抗體的實(shí)驗(yàn)室制造抗體徹底改變了某些癌癥和自身免疫性疾病的治療方法，但在對(duì)抗傳染病方面取得的成功有限。今年情況發(fā)生了變化，因?yàn)閱慰寺】贵w在對(duì)抗新冠病毒和其他威脅生命的病原體（包括呼吸道合胞病毒、艾滋病病毒和瘧原蟲）方面取得了成功。
NASA探測(cè)器揭秘火星內(nèi)核
美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的“洞察”號(hào)火星探測(cè)器2018年登陸火星，今年終于揭開了這個(gè)星球最深處的秘密。超靈敏測(cè)震設(shè)備接收到少量地震的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)結(jié)合火星內(nèi)部成分的估算結(jié)果，有助于繪制火星內(nèi)部的地圖。數(shù)據(jù)表明，火星地殼的厚度不足40千米，比地球的大陸地殼要薄。火星地幔不像地球地幔那樣擁有絕緣的底層，它很淺，被擠壓在地殼和一個(gè)異常大的液體核心之間，該核心的直徑是火星直徑的一半以上。
這些數(shù)據(jù)很重要，有助于了解這顆紅色星球如何形成和進(jìn)化，以及找出它與地球如此不同的原因。
物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型受到挑戰(zhàn)
在美國(guó)國(guó)立費(fèi)米加速器實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了人們最初在20年前觀察到的怪異情況。一種被稱為μ子的粒子——電子更重、更不穩(wěn)定的“表親”——的磁性比物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的略強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)模型描述了構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子以及三種基本力。
體內(nèi)的“基因剪刀”
被稱為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯工具在2020年取得了其首次臨床勝利：它似乎成功治愈了患有遺傳性血液疾病（鐮狀細(xì)胞性貧血或β型地中海貧血）的人。不過，治療過程都是在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中進(jìn)行的：從患者體內(nèi)取出有缺陷的造血干細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行編輯，然后將這些細(xì)胞重新注入患者體內(nèi)。今年，科學(xué)家們更進(jìn)一步，直接在患者體內(nèi)利用CRISPR進(jìn)行基因編輯。在幾項(xiàng)小型研究中，該操作減少了一種有毒的肝臟蛋白質(zhì)的數(shù)量，適度改善了遺傳性失明患者的視力。
在母體子宮外生長(zhǎng)的胚胎
以色列生物學(xué)家今年3月公布了一種在母體子宮外培育小鼠胚胎的新方法，培育時(shí)間創(chuàng)下紀(jì)錄。這使他們能觀察哺乳動(dòng)物器官和后肢的形成過程，這一過程以前隱藏在母體內(nèi)完成。該方法使小鼠胚胎在人造子宮中的發(fā)育時(shí)間從3至4天延長(zhǎng)到11天（大約是這種動(dòng)物20天妊娠時(shí)間的一半）。來源：參考消息
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