作為頂級(jí)科學(xué)雜志，在每年年底Science 都會(huì)公布當(dāng)年科學(xué)研究的十大“年度突破（Breakthrough of the year）”，今年也不例外。不知道大家是否還記得2016十大年度突破？

去年的魁首——“引力波的發(fā)現(xiàn)”，借助紅火的社交媒體，幾乎成為史上最接地氣、流行程度最廣的天體物理及廣義相對(duì)論概念。

今年排名第一的年度突破——“雙中子星合并”，也與引力波有關(guān)。說個(gè)題外話，Science 雜志給的官方名稱為“Cosmic convergence”，還挺文藝，姑且翻譯為“宇宙大會(huì)師”吧。

1. 雙中子星合并
（“Cosmic convergence”）

2017年8月17日，世界各地的科學(xué)家首次見證了一個(gè)激動(dòng)人心的天文事件：1.3億光年之外的宇宙深處，兩顆中子星相互盤旋，最終合并，并引發(fā)了波瀾壯闊的大爆炸。這一事件中，科學(xué)家們一樣檢測(cè)到了引力波，另外還檢測(cè)到了短時(shí)伽瑪暴（gamma ray burst）。

后者也支持了有著25年歷史的一個(gè)假說——中子星并合會(huì)產(chǎn)生短時(shí)伽瑪暴。這一天文事件以及之后的研究，證實(shí)了幾個(gè)關(guān)鍵的天體物理模型，揭示了許多重元素的產(chǎn)生地，并以前所未有的方式檢驗(yàn)了廣義相對(duì)論。位列榜首，可以說是名至實(shí)歸。
不過有意思的是，Science 網(wǎng)站同時(shí)還辦了個(gè)“People's Choice”，即讓Science 網(wǎng)站的訪問者們對(duì)“年度突破”的候選名單進(jìn)行票選。在選出前四的第一輪投票中，“雙中子星合并”就慘遭淘汰。

決定頭名的第二輪，收到的選票超過1.2萬張，讀者選中的頭名是“基因治療的勝利”，而這一突破在Science 的評(píng)選中僅僅名列最后一位。

2. 冷凍電鏡（“Life at the atomic level”）

冷凍電鏡（cryo-EM）技術(shù)獲得2017年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，諾獎(jiǎng)委員會(huì)給出的獲獎(jiǎng)理由是讓科學(xué)家們能高效率地以原子級(jí)分辨率獲得溶液中生物分子的三維結(jié)構(gòu)。

冷凍電鏡技術(shù)不需要結(jié)晶，很多難以結(jié)晶的大分子復(fù)合物也能成為研究對(duì)象，范圍大大擴(kuò)展；樣品量小制備快，可重復(fù)性高；可解析天然、動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，非常適合生物分子。今年，這項(xiàng)技術(shù)幫助科學(xué)家在多項(xiàng)研究中獲得重要進(jìn)展，包括剪接體、重塑細(xì)胞膜相關(guān)蛋白質(zhì)、修復(fù)DNA中斷裂的酶、阿爾茲海默癥關(guān)鍵蛋白等等。

3. 中微子探測(cè)（“A tiny detector for the shiest particles”）

今年，物理學(xué)家以一種新的方式轟擊原子核，發(fā)現(xiàn)了最“害羞”的亞原子粒子——中微子（neutrino）。求之不得長達(dá)40年，現(xiàn)金終于得成正果。

亞原子粒子的探索一般需要大型甚至巨型的儀器設(shè)備，中微子的發(fā)現(xiàn)卻是個(gè)異類，物理學(xué)家使用一種便攜式探測(cè)器取得了上述成就，探測(cè)器重量?jī)H為14.6千克，和一臺(tái)家用微波爐差不多。

4. 發(fā)現(xiàn)30萬年前智人頭骨化石（“Deeper roots for Homo sapiens”）

這一發(fā)現(xiàn)與我們每個(gè)人都有關(guān)。在生物學(xué)分類中，我們現(xiàn)代人屬于“人”屬“智人”種（Homo sapiens）。目前通常認(rèn)為最早的智人骨骼化石的歷史在20萬年左右，而今年，一個(gè)摩洛哥山洞里被長期忽視的頭骨化石，將智人的歷史記錄向前推了10萬年，達(dá)到了令人震驚的30萬年。

5. 單堿基基因編輯（“Pinpoint gene editing”）

目前發(fā)現(xiàn)有超過6萬個(gè)遺傳突變與人類疾病有關(guān)，其中將近3.5萬個(gè)是由最微小的錯(cuò)誤造成——基因組特定位點(diǎn)的單個(gè)DNA堿基發(fā)生突變。今年，科學(xué)家發(fā)展了一項(xiàng)名為堿基編輯的新技術(shù)，以糾正這種點(diǎn)突變，不僅適用于DNA，也適用于RNA?？茖W(xué)家已經(jīng)開始在醫(yī)療領(lǐng)域運(yùn)用這一技術(shù)。哈佛大學(xué)的David Liu等人改進(jìn)了火熱的CRISPR基因編輯工具，可解開但不切割DNA，用化學(xué)方法替換一個(gè)堿基。

去年他們可以將胞嘧啶（C）替換為胸腺嘧啶（T），今年他們又實(shí)現(xiàn)了將鳥嘌呤（G）替換為腺嘌呤（A）。而博德研究所（Broad Institute）的張鋒團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了RNA中的鳥嘌呤（G）替換為腺嘌呤（A）?？茖W(xué)家還通過在人類胚胎中糾正了一個(gè)疾病相關(guān)的點(diǎn)突變來證明堿基編輯的力量，雖然并不總能成功，但還是證明了這一技術(shù)的巨大潛力。

6. 生物預(yù)印本網(wǎng)站的快速發(fā)展（“Biology preprints take off”）

傳統(tǒng)的科研論文發(fā)表都需要先通過同行評(píng)議，但隨著快速發(fā)表論文需求的增加，預(yù)印本服務(wù)紛紛設(shè)立。預(yù)印本論文通常未經(jīng)過同行評(píng)議，物理學(xué)領(lǐng)域早在25年前就有了名為“arXiv”預(yù)印本服務(wù)，但生命科學(xué)領(lǐng)域直到4年前才由冷泉港實(shí)驗(yàn)室（CSHL）創(chuàng)辦了“bioRxiv”。

今年四月，陳-扎克伯格基金會(huì)（Chan Zuckerberg Initiative）投資支持bioRxiv，加速了預(yù)印本服務(wù)在學(xué)術(shù)界的發(fā)展勢(shì)頭。

7. 廣譜抗癌藥獲批（“A cancer drug's broad swipe”）

由于癌癥的復(fù)雜性，抗癌藥物往往都針對(duì)某些特定類型的癌癥，比如肺癌、肝癌、胃癌等等。今年5月，美國FDA批準(zhǔn)Merck & Co.（注：在美國之外稱默沙東）的Keytruda（pembrolizumab）可以用于治療含“錯(cuò)配修復(fù)缺陷（mismatch repair deficiency）”的任何兒童或成人的晚期實(shí)體瘤。

這意味著，Keytruda成為首個(gè)基于作用靶點(diǎn)而非癌癥類型的抗癌藥物，無論細(xì)胞癌變發(fā)生在胰腺、結(jié)腸、甲狀腺還是其他十幾種組織，只要涉及錯(cuò)配修復(fù)缺陷，均可使用Keytruda治療。廣譜抗癌藥Keytruda并不是一個(gè)全新的藥物，之前已經(jīng)獲批用于治療黑色素瘤和數(shù)種其他腫瘤類型。

8. 類人猿新種的發(fā)現(xiàn)（“A new great ape species”）

在發(fā)現(xiàn)類人猿Pongo tapanuliensis 之前，科學(xué)家們已經(jīng)有90年沒有新發(fā)現(xiàn)過仍然還存活的屬于人科（Hominidae）的動(dòng)物物種了。

Pongo tapanuliensis 這個(gè)新“種（species）”發(fā)現(xiàn)于印度尼西亞的一片瀕危的森林中，種群很小，僅剩800只左右。隨著森林砍伐導(dǎo)致的棲息地縮小以及人類的捕獵，這種新類人猿生存形勢(shì)令人擔(dān)憂。

9. 270萬年前的地球大氣（“Earth's atmosphere 2.7 million years ago”）

今年8月，由普林斯頓大學(xué)和緬因大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組宣布，他們挖掘出了270萬年前凍結(jié)的南極冰。分析這些古老冰塊氣泡中的氣體，科學(xué)家們將直接的地球氣候記錄向前推了數(shù)百萬年，那個(gè)時(shí)期對(duì)于地球歷史來說非常重要。

10. 基因治療的勝利（“Gene therapy triumph”）

今年的一個(gè)小型臨床試驗(yàn)所取得的巨大成功，推動(dòng)了基因治療領(lǐng)域的發(fā)展。研究人員報(bào)告說，他們通過在脊髓神經(jīng)元中添加一個(gè)缺失的基因，挽救了一個(gè)罹患1型脊髓性肌萎縮癥的嬰兒的生命（上圖）。

該病是一種遺傳性的神經(jīng)肌肉疾病，如果不及時(shí)治療，患者會(huì)在2歲左右死亡。這種基因治療技術(shù)使用一種被稱為腺伴隨病毒（adeno-associated virus，AAV）的無害病毒為載體，將患者所缺少的目標(biāo)基因轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞中。

另外，就在幾天前，美國FDA還批準(zhǔn)了首個(gè)治療罕見遺傳性疾病導(dǎo)致失明的基因治療方法。基因治療的曙光，讓很多目前尚無法治療的遺傳疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病甚至癌癥有了治療的希望。