美《科学》杂志盘点2018年度十大科学突破

  1. 单细胞水平追踪生物体发育

处于发育早期的斑马鱼胚胎。荧光标记突出了表达帮助决定细胞将变成何种类型的基因的细胞。

  图片来源:JEFFREY FARRELL, SCHIER LAB/HARVARD UNIVERSITY

  至少从希波克拉底时代开始,生物学家便对单个细胞如何发育成拥有多个器官和数十亿细胞的成年动物之谜感到震惊。

  古希腊医生猜测,母亲呼出的湿气帮助塑造了正在生长的婴儿。

  但现在,我们知道,是DNA最终精心安排了细胞增殖和分化的过程。

  如今,正如乐谱会显示弦乐器、铜管乐器、打击乐器和木管乐器何时插入以创建交响乐一样,3种技术的组合正在揭示单个细胞中的基因何时启动,从而暗示细胞发挥其专门的作用。

  由此,科学家能以惊人的细节——按照逐个细胞并随着时间推移,追踪生物体和器官的发育。

  《科学》杂志将这些技术的组合及其在推动基础研究和医学进化方面的潜力列为2018年度十大突破之首。

  驱动这些进展的技术将上千个完整细胞从活体生物中分离出来,对每个细胞中被表达的遗传物质进行高效测序,然后用计算机或者对细胞进行标记,重建它们的时间和空间联系。

  德国柏林马克斯—德尔布吕克系统生物学家Nikolaus Rajewsky认为,这3项技术“将改变未来十年的研究”。

  2. 来自遥远星系的信使

埋在南极下面冰块中的探测器插图。它记录了中微子触发的罕见闪光。

  图片来源:JAMIE YANG AND SAVANNAH GUTHRIE. ICECUBE/NSF

  来自遥远宇宙的几种信使正在加入望远镜收集的光子行列,并且揭示光无法展示的东西。

  所谓的多信使天体物理学从被称为宇宙射线和引力波的高速粒子起步。

  引力波是一种时空涟漪,在2015年被探测到。《科学》杂志将其列为2016年度十大突破之首。

  今年,另一种信使加入这场“聚会”:中微子。这是一种几乎没有质量的微小粒子,很难被探测到。

  捕捉这种银河系外的“幻影”需要南极深处1立方千米的冰,辅以光探测器来记录中微子在极其罕见情形下触发的微弱闪光。

  这个名为“冰立方”的巨大探测器此前记录了很多中微子,其中一些来自银河系外。但科学家无法确定它们的特定宇宙来源。

  2017年9月22日,一个中微子同冰块中的原子核相撞,而光探测器搞清楚了它来自哪个方向。

  几天后,向其他望远镜发出的警报产生了相同结果。

  正如研究人员在今年7月所报告的,美国宇航局费米伽玛射线太空望远镜发现了一个被称为耀变体的极其明亮的来源。而上述中微子似乎恰好来自这里。

  耀变体是以超大质量黑洞为中心的银河系的核心。其引力为围绕它的气体加热,导致物质发出明亮的光并且将粒子流从大漩涡中喷出。

 
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