全领域完整版：Science评选2018年度十大科学突破，及三大恶劣事件
每年年末，Science 都会邀请读者投票评选出年度最有影响力的科学进展。今年最后一期，也就是12月20日上线的Science 公布了2018年度十大科学突破。一系列技术整合使人类能够以单个细胞为单位细致追踪组织和器官发育的全过程，成为读者和Science 的记者、编辑们公认的Top 1. 同时，Science还评选了本年度影响最恶劣的三大科学事件，贺建奎基因编辑婴儿事件赫然在列。
本文经授权转载自公众号 BioArtReports
编译 关越、韩少春、狄德罗、宁
校对 宁、狄德罗、小飞飞、小闸蟹
责编 狄德罗
年度最佳科学突破
在单细胞水平追踪发育
by Elizabeth Pennisi
图示为斑马鱼胚胎的细胞发育谱系。不同颜色代表不同发育时间的细胞（每个单独的点是一个单细胞测序结果）。灰色是最早出现的细胞，到了6小时后（金色标记）已经形成了三个主要分支。
IMAGE: JEFFREY FARRELL AND YIQUN WANG/SCHIER LAB/HARVARD UNIVERSITY
单个细胞是怎样发育成具有多个器官和数十亿细胞的成年动物的？至少从希波克拉底时代开始，生物学家们就为这个谜题而震慑。这位古希腊医生认为，母亲呼吸的水汽能够给生长中的婴儿塑形，但现在我们知道，是DNA最终协调了细胞增殖和分化的过程。正如乐谱写明了弦乐器、铜管乐器、打击乐器和木管乐器何时加入交响乐的演奏，今天，通过整合多项技术，我们可以揭示出单个细胞中的基因何时启动，指导细胞发挥其独特的作用。如此，我们便有能力极为细致地、一个细胞、一个细胞地去追踪组织和器官的发育。这一系列技术展现出极大的科研潜力，当之无愧成为2018年度最佳科学突破。
从生物体中分离出数千个完整细胞，对每个细胞中表达的遗传物质进行测序，并通过计算机或通过标记细胞来重建它们在空间和时间上的关系——这些技术推动了科学进展。德国Max Delbrück分子医学中心的系统生物学家Nikolaus Rajewsky称，这些技术三重奏 “将改变未来十年的研究”。仅在今年，就有许多论文详述了扁虫，鱼类、青蛙和其他生物如何长出器官和附属器官。世界各地的团队正在应用这些技术，研究人体细胞如何在一生中成熟，组织如何再生，以及细胞疾病中会发生怎样的变化。
分离数千个细胞，并对每个细胞进行测序，可以让研究人员概览不同时间点每个细胞产生了哪些RNA。而RNA序列对产生它们的基因是特异的，这样研究人员就可以判断出哪些基因是活跃的——正是这些活跃的基因定义了细胞的功能。
以上描述的就是被称为单细胞RNA-seq的技术，已经发展了好几年。不过，去年出现了一个转折点：有两个小组表明这项技术的应用规模已经大到足以追踪早期发育。一组使用单细胞RNA-seq技术检测了在同一时间点提取的果蝇胚胎的8000个细胞中的基因活性；另一个团队分析了一个来自线虫C.elegans的幼虫期的50,000个细胞的基因活性。这些数据表明，正是被称为转录因子的蛋白质指导了细胞分化成特殊类型。
今年，这些团队和其他研究人员对脊椎动物胚胎进行了更为广泛的分析。他们使用各种复杂的计算方法，将不同时间点的单细胞RNA-seq结果联系起来，揭示了更复杂的生物体中定义细胞类型的基因组的开启和关闭。一项研究揭示了斑马鱼受精卵如何产生25种细胞类型；另一项监测了青蛙在器官形成早期阶段的发育，并确定一些细胞的分化开始得比先前认为的更早。 “这些技术回答了有关胚胎学的基本问题”，哈佛大学干细胞生物学家Leonard Zon说。
研究动物四肢再生或全身再生的人们也开始利用单细胞RNA-seq技术。有两个小组研究了水生扁虫中的基因表达模式，这种水生扁虫被切成碎片之后，仍有极强的再生能力。他们发现了新的细胞类型和发育轨迹，出现于每片碎片重新生长为个体的时候。还有一个小组追踪了一种蝾螈在失去前肢以后，基因的打开和关闭。他们发现，一些成熟的肢体组织恢复到胚胎未分化状态，然后进行细胞和分子重编程，以构建新的肢芽。
因为单细胞测序必须将细胞从生物体中分离出来，所以这项技术本身不能显示出这些细胞如何与其临近细胞相互作用，也不能鉴定出细胞的后代。但是通过将标记物设计到早期胚胎细胞中，研究人员现在可以追踪细胞及其在生物体中的后代。至少有一个团队将携带不同颜色荧光标签基因的遗传元件整合进早期发育的胚胎，这些标签随机插入细胞中，为每个细胞谱系标记不同的颜色。其他团队利用名为CRISPR的基因编辑技术来标记具有独特条形码标识符的单个细胞的基因组，这些条形码可以传递给所有后代。这些基因编辑器可以在后代细胞中引入新的突变，同时保留原始突变，使科学家能够追踪谱系怎样形成新的细胞类型。
将这些技术与单细胞RNA-seq相结合，研究人员可以监测单个细胞的行为，并了解它们如何构建到生物体结构中。一个团队确定了斑马鱼大脑中超过100种细胞类型的关系：研究人员使用CRISPR标记早期胚胎细胞，然后在不同时间点对60,000个细胞进行分离和测序，以跟踪胚胎发育过程中的基因活动。
其他团队正在应用类似的技术来追踪发育中的器官、四肢或其他组织，看看发育过程中发生了什么，以及如何出错，导致畸形或疾病。“它就像一个飞行记录仪，你在观察怎样出错的，而不只是看最后的照片。”加利福尼亚大学旧金山分校的干细胞生物学家Jonathan Weissman说，“我们可以探求那些以前几乎不可能解决的问题。”
虽然这些技术不能直接用于发育中的人类胚胎，但研究人员正在将这些方法应用于人体组织和类器官，一个细胞一个细胞地研究基因活性并表征细胞类型。一个名为“人类细胞图谱”的国际联盟正在努力确定人类细胞的每种类型，每种类型在体内的定位，以及细胞如何协作形成组织和器官。已经有一个项目确定了大多数肾细胞类型，包括那些易发生癌变的细胞类型。另一项研究揭示了怀孕过程中母体和胚胎细胞之间的相互作用。欧洲有53家机构和60家公司合作，称为“LifeTime联盟”，正在提议利用单细胞RNA-seq以及其他技术，在单细胞水平了解正常组织怎样向肿瘤、糖尿病和其他疾病发展。
对发育和疾病的高分辨率解析将会越来越引人注目。已在网上发布的论文将研究扩展到更为复杂的生物体的发育过程。研究人员希望将单细胞RNA-seq与新的显微成像技术相结合，以确定每个细胞中独特的分子活动发生在哪里，以及相邻细胞如何影响该活动。
单细胞革命才刚刚开始。
拓展阅读
Nature长文 | 细胞发育的“黑匣子”——科学家设计出新的方法来追踪细胞重编程
Cell Research | 郭帆组建立小鼠卵单细胞多组学图谱
Nature Neuroscience| 绘制大脑图谱，揭示记忆奥秘
Nature长文丨7万个单细胞测序，绘制人类妊娠早期的胎盘图谱
参考文献
1. E. Pennisi, Chronicling embryos, cell by cell, gene by gene, Science, Vol. 360, p. 367, 27 April 2018
2. R. M. Harland, A new view of embryo development and regeneration, Science, Vol. 360, p. 967, 1 June 2018
3. B. Pijuan-Sala et al., Single-cell transcriptional profiling: a window into embryonic cell-type specification, Nature Reviews Molecular Cell Biology, Vol. 19, p. 399, 17 April 2018
4. B. Raj et al., Simultaneous single-cell profiling of lineages and cell types in the vertebrate brain, Nature Biotechnology, Vol. 36, p. 442, 28 March 2018
5. B. Spanjaard et al., Simultaneous lineage tracing and cell-type identification using CRISPR-Cas9-induced genetic scars, Nature Biotechnology, Vol. 36, p. 469, 9 April 2018
2
穿越星际的信使
by Daniel Clery
埋藏在南极冰下的探测器，记录由中微子触发的罕见闪光。 （JAMIE YANG和SAVANNAH GUTHRIE.ICECUBE / NSF）
在光学望远镜、射电望远镜可捕捉的光子信使所能传达的宇宙信息之外，“多信使天体物理学”（Multimessenger astrophysics）还通过宇宙射线中的高能粒子，以及“时空的涟漪”引力波来观测宇宙。引力波于2015年被正式探测到，2016年被Science提名为年度重大突破。
2018年，从遥远星系而来的深宇宙信使们迎来了新成员的加入。中微子——一种电中性的、微小的、几乎没有质量的、出奇地难以探测的基本粒子——成为了“多信使”中的新晋成员。
每秒钟都有以数千亿的中微子冲向地球，然而，哪怕只是捕捉一个中微子也是困难的。“中微子”这个名字的含义是“中性微子”、“微小的中子”，中性与微小两个属性，使得它与其他物质之间的相互作用耦合极其微弱，从而探测也就极其困难。
然而人类并没有放弃。为了捕捉这些从银河系之外而来的星火闪烁（will-o'-the-wisps）中的零星一点，深埋在南极数以立方公里计的冰块之下的，像彩灯一样悬挂成串的大量探测器一直密切注视着由中微子触发的稀有的闪光（flash）。
这些被称作“冰块”（IceCube）的探测器曾经记录到过中微子触发的闪光，记录中大多数的中微子来自太阳，也有少数来自银河系之外，但是没有一个能被确切归因到某个宇宙发射源。
直到2017年9月22日，探测器记录到了一例闪光，可以很好地拟合出中微子的来源方向。这一方向信息发布几天之后，在天文望远镜界激起了一阵观测竞赛。2018年7月，美国航空航天局（NASA）“费米”伽马射线太空望远镜在“中微子信使”所给出的方向发现了一个具有强伽马射线信号的耀变体（blazar）。耀变体是一种中心具有超大质量黑洞（supermassive black hole）的星系。引力使得其中的气态物质被加热，高温下向外释放光子流（其中包括伽马射线）和物质喷流（其中包括中微子），明亮的发光体形成大涡旋（maelstrom）状。高能量释放和高变化性是其特征。
探测到的伽马射线的来源方向与探测到的中微子的来源方向一致，研究者们由此颇为肯定地判断，给出了这一方向的那个“中微子信使”，可以被确切地归因于这个耀变体。这是中微子望远镜（neutrinotelescope）第一次确认探测到了银河系之外来源的中微子。
除了寻找宇宙中的高能光子源，“中微子信使”还可以用来寻找其他高能粒子源。例如每天都在轰击地球表面，源头却仍然成迷的宇宙质子源。因为耀变体的物质喷流中可能也包括超高能（ultra–high-energy）质子流，如果“中微子信使”能给出耀变体的方向信息，那么这类天体的质子流来源就迎刃而解了。
“冰块”团队在等待更多的“中微子信使”跨越星系，匆匆而过。但这可能需要部署规模更大探测器，包括10倍体积的大冰块。
参考文献
1. Ice Cube Collaboration, Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A, Science, Vol. 361, p. 147, 13 July 2018
2. Ice Cube Collaboration, Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert, Science, Vol. 361, p. 147, 13 July 2018
3
简单快捷获取分子结构
by Robert F. Service
通过微米级大小的晶体（黑色）即可鉴定其结构（电子显微镜观察载玻片上的晶体）。(GONEN LAB)
2018年10月，两个研究团队同时发表论文揭示一种新的结构解析方法，该方法仅用几分钟时间即可解析有机小分子化合物的结构，而非如传统方法那般耗费数日、数周甚至数月的时间。
几十年来，分子结构的解析通常首选X射线晶体衍射技术，用于X射线衍射的晶体通常是由无数分子规则排列而形成的单晶。当一束X射线入射到晶体上时，研究人员通过追踪由晶体中每个原子散射的X射线相互干涉而形成的衍射图样，分析原子在晶体中的内部分布规律。解析生物分子的结构对理解其功能及其与药物的相互作用有至关重要的作用，然而使用这一技术的前提是先获得沙粒般大小的晶体，这成了某些物质研究的关键技术瓶颈。
近年来，研究人员通过用电子束代替X射线来改进衍射技术。电子束瞄准目标生物分子的片状2D晶体，通常是蛋白质。但在某些情况下，这些薄片彼此堆叠在一起，产生的3D晶体不适用于普通的电子衍射，而对于X射线衍射来说又太小。
这两个研究小组（一个来自美国，另一个来自德国和瑞士）发现他们可以利用这种偶然产生的晶体。他们向在旋转台上的微小3D晶体发射电子束，并跟踪每次轻微转弯时衍射图案的变化情况，几分钟内就能产生分子结构 ，而所需的晶体仅为X射线衍射研究所需尺寸的十亿分之一。
这项新技术非常适合用于绘制激素和潜在药物等小分子结构，在新药的合成和发现、分子探针设计以及研究和追踪疾病等领域都可能产生深远的影响。
参考文献
1. R. F. Service, Molecular CT scan could speed drug discovery, Science, Vol. 362, p. 389, 26 October 2018
4
冰河时代的冲击
by Eric Hand
小行星碎片落向格陵兰岛（计算机模拟视图）。 （NASA SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO）
格陵兰岛，西北，小行星撞击如同核弹头齐发从天而降。在猛烈的轰击之下，曾经抵抗住风吹日晒的岩石，瞬间被蒸发成气体，从地表消失。冲击波强袭，直指北极圈。
尘埃落定之后，一块巨大的伤疤——直径达31公里的陨击坑留在此地，足够装下整个华盛顿特区。它如此巨大，以至于有了自己的印第安语名字：海华沙（Hiawatha），一位印第安长诗中的英雄。
科学家们用雷达探测到了冰盖之下的惊人发现。在2018年11月报道之前，海华沙陨击坑一直深埋在厚达数公里的冰盖之下，无人发觉。
如今我们已经知道，海华沙陨击坑是地球上最大的25个陨击坑之一。虽然没有造成墨西哥希克苏鲁伯撞击事件（Chicxulub impact，发生于6600万年前，陨击坑直径达200公里）导致恐龙灭绝那样大的灾难，海华沙撞击仍然对全球气候造成了极大的影响——撞击产生的冰川融水（meltwater）注入北大西洋，可能干扰了给西北欧带来温暖的洋流，造成气温骤降。
雷达图像显示，在近10万年内产生的陨击坑中，海华沙陨击坑出人意料的“年轻”——其冰盖对雷达回波的扰动显示，撞击发生的时间最近可近至1.3万年前，正好与新仙女木期（Younger Dryas）相交。新仙女木期是距今1.28至1.15万年的一段持续1300年左右的冰期，在此之前地球一直处在温度逐渐升高的间冰期中，突然全球气温骤降，北极冰川南侵。海华沙撞击事件可能与此现象相关。
这或许会对有争议性的“新仙女木期冲击理论”（Younger Dryas impact theory）提供有力支持。因为此理论试图用地外撞击解释新仙女木期的气温骤降，却一直不能提供撞击发生过的证据——规模足够大的陨击坑。
不过，确定这次撞击时间的工作还远未结束。格陵兰岛上别处的冰岩芯（icecores）记录了过去10万年内的地质现象，却尚未发现有冰川冲击锥（impactdebris）的痕迹。或许，检测放射性时钟元素会给出一个有力的答案——这些放射性时钟元素可从冰川下扫出来的微矿物质晶体中得到，用以判断冰川冲击发生的时间。
如果这些工作显示海华沙撞击事件确实发生在1.3万年前，冰河世纪那些穿越新大陆，在整个北美追逐长毛象的人类，或许亲眼目睹了比太阳还要亮4倍的灼热白色天体从天而降。在万分惊恐中，不知他们是会注目这一奇观，还是四处躲藏。
参考文献
1. K. Kjaer et al., A large impact crater beneath Hiawatha Glacier in northwest Greenland, Science Advances, Vol. 4, 14 November 2018
5
Me Too发声，功不唐捐
by Meredith Wadman
(DARIA KIRPACH/@SALZMANART)
多年来，科学界的性骚扰问题不是被低估就是被无视。但是到2018年，情况发生了明显变化。2018年6月，美国国家科学、工程和医学学院（NASEM）发布了一篇里程碑式的报告，可以被视为一道分水岭。
报告称，两个大型大学系统的新近数据显示，超过50%的女性教职工和20%到50%的女学生受到过性骚扰。其中最普遍的形式是语言上的敌意，如压制和不鼓励。近几年，有科研机构对这种现象采取了行动。
一些机构在媒体曝光或内部投诉的驱使之下，展开了对不当行为的调查，被确认有过不当行为的一些杰出科学家被开除或驱逐出机构。另一些机构则主动设立了相关新规定。
2018年9月，美国国家科学基金会（NSF）负责人France Córdova表示，下一步，大学必须向NSF汇报正在进行的骚扰调查或已经确认有罪的骚扰行为，否则“后果会很严重”。对于骚扰受害者在学术圈得不到保护的问题，FranceCórdova说：“是该结束这种无视了。”
在同月，美国科学发展协会（AAAS），也就是Science的出版者，发布了一项新政策：协会的成员如果被证实为是骚扰加害者，其在协会的整个一生的个人荣誉称号将被剥夺。而在同年5月，NASEM就已经承诺要制定方案，将已经证实的骚扰加害者从他们的名人堂中移除。
这些进展仍然赶不上批评的速度。美国田纳西州纳什维尔市范德堡大学（Vanderbilt University）的神经科学家BethAnn McLaughlin表示，据她所知，美国国立卫生研究院（NIH）并没有像NSF样制定骚扰调查进展和已确认骚扰者的汇报条款，甚至连纪律规定都没有。
BethAnn McLaughlin在今年创立过一个名为“metooSTEM”的倡导团体，她以46秒的沉默作为讲座的开场。她解释道：“46秒代表了NIH只向研究者们给钱却不过问他们是否违反Title IX（教育法修正案第九条）的46年。沉默，是向数以百计的被排挤出我们领域的女性致敬。”
（译者注：教育法修正案第九条是于1972年6月23日实施的美国法律，明确规定对学生的性骚扰是违法行为。如果某个教育机构被发现违反了教育修正案第9条，那么它的联邦经费就会被取消。）
参考文献
1. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, Sexual Harassment of Women, 2018
6
古人类的“混血儿”
by Gretchen Vogel
在俄罗斯西伯利亚丹尼索瓦（Denisova）山谷的一个洞穴里发现的骨头碎片。 (THOMAS HIGHAM, UNIVERSITY OF OXFORD)
一个生活在5万多年前的女性的骨头碎片揭示了两个已灭绝的古代人群之间的惊人联系。 这片骨头于2012年被发现于西伯利亚的一个洞穴中，其中提取的古DNA显示，这是一名女性的骨头，该女子的母亲是一名尼安德特人，父亲则是一名神秘的古代丹尼索瓦人（Denisovan）。2011年，人们在同一个洞穴中发现了他的遗体。
研究人员知道，冰河时代的欧洲和亚洲，丹尼索瓦人、尼安德特人和现代人类会杂交（最起码是偶然的）。今天的亚洲人和欧洲人都存有这两种古老人类的基因。在西伯利亚洞穴中发现的其他化石表明，所有三个群体的成员都曾在不同的时间生活在那里。但这项新发现是丹尼索瓦人和尼安德特人之间亲密交往的见证。
德国马普进化人类学研究所（Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology）的研究人员对这片骨头的DNA进行测序，发现它来自一名女性，其基因组中丹尼索瓦人和尼安德特人的信息各占一半。如果她的父母本身就是混血，也可能会有同样的测序结果。但她的染色体对含有近一半的杂合等位基因，这表明母系染色体和父系染色体来自不同人种。因为线粒体DNA几乎完全是从母亲那里继承而来，而她的线粒体完全是尼安德特人的信息。因此研究人员得出结论，她是丹尼索瓦男性和尼安德特人女性的第一代混血儿。仔细分析基因组信息，她的父亲也有一些尼安德特人的血统。
另一个最重要的发现就是这名女子的尼安德特人基因更接近克罗地亚发现的尼安德特人，而不是丹尼索瓦洞穴早期的尼安德特人。作者解释说，这表明了不同群体的尼安德特人多次在西欧和西伯利亚之间来回迁徙。在迁徙的路上，他们自由地将基因传播给种群之外的人。为什么丹尼索瓦人和尼安德特人在遗传上保持不同？可能是因为地理隔离发挥了作用，但研究人员需要更多来自不同地点的古老DNA来了解这些史前联姻的真正影响。
参考文献
1. V. Slon et al., The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father, Nature, Vol. 561, p. 113, 22 August 2018
7
法医系谱学瓜熟蒂落
by Jocelyn Kaiser
金州杀手Joseph James DeAngelo
2018年4月，美国警方宣布逮捕了一名凶残的犯罪嫌疑人，此人涉嫌上世纪七八十年代在美国加州犯下一系列强奸和谋杀罪行。令人震惊的是，调查人员指出，他就是美国著名连环强奸杀人凶手——“金州狂魔（Golden State Killer）”。警方通过将当年在犯罪现场收集到的DNA与公共家族DNA数据库进行比对来锁定其亲属，进而找出了犯罪嫌疑人。随后，警方如法炮制，破获了约20起悬案。这一发现开辟了一个新的学科领域——法医系谱学。
Ancestry和23andMe等私人基因数据库包含数百万个家族式DNA数据，但警方需要为此向法院申请搜查令。因此在本案中，警方转而使用一个名叫GEDMatch的数据库。该数据库由德克萨斯和佛罗里达州的两个业余遗传学学者运营，仅有约100万个样本，规模较小但是对公众开放，任何人都可以上传自己的基因序列。警方和一位遗传系谱学家合作，使用公开可查的有关记录构造了一个家族遗传树，并据此锁定了73岁的Joseph James DeAngelo：他的年龄和居住地与当年的案发现场均较为符合。当比对结果证实犯罪现场的DNA与其车门把手和脱落的组织中的DNA相匹配时，警方正式确认了DeAngelo就是当年的“金州杀手”。
今年秋，一份遗传学报告声称，约100万个样本显示，大概60%的欧洲裔美国人可以在数据库中找到其三代以内的近亲属。倘若数据库中有300万个样本，就可以据此锁定超过90%的白人，即使他们从未做过基因检测。一部分伦理学家和遗传学家对此结果表示震惊，他们认为这可能涉嫌侵犯个人隐私，也有可能导致误抓嫌犯。
参考文献
1. J. Kaiser, We will find you: DNA search used to nab Golden State Killer can home in on about 60% of white Americans, Science, 11 October 2018
8
基因沉默药物获批上市
by Kelly Servick
短RNA分子附着于信使RNA（蓝色），干扰蛋白质翻译。(VAL ALTOUNIAN/SCIENCE)
一项基于RNA干扰（RNAi）基因沉默机制的药物今年获得了药品监管部门的批准。这项期待已久的举措可能成为靶向致病基因的新一类药物的先驱。
二十年前，两位美国遗传学家发现，某种短片段的RNA分子可以通过附着到信使RNA上，阻断其将遗传信息传递到蛋白质合成机器核糖体上，从而干扰基因的翻译，蛋白的合成。这一发现为他们赢得了诺贝尔奖，但将其转化为药物的尝试却屡遭挫折。科学家一直在努力尝试来使脆弱的RNA分子保持完整，并将它们传递到正确的组织。到2008年，美国马萨诸塞州坎布里奇的Alnylam制药公司的研究人员找到了一个解决方案：一种脂质纳米颗粒，它可以保护干扰RNA并将其运送到肝脏。他们希望，在肝脏里，干扰RNA可以阻止错误折叠的蛋白质的合成，来治疗一种叫做遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性（hereditary transthyretin amyloidosis）的罕见疾病，病人的错误折叠的蛋白质会累积并引起心脏和神经的损伤。
“我们以充足的速度和热情出发，”Alnylam的研发总裁Akshay Vaishnaw说。但是新的纳米颗粒没有向肝细胞释放足够多的RNA，无法在所有患者中有效地沉默问题基因。一种更有效的配方在人体试验中试验成功，即静脉注射药物Onpattro，今年获得了美国和欧盟药品监管机构的批准，并以每年45万美元的定价进入市场。
波士顿贝斯以色列女执事医疗中心（Beth Israel Deaconess Medical Center）的一位发育生物学家Frank Slack研究的是另一种类型的小RNA分子，他表示，本次药物批准以及2016年另一类基于RNA的药物批准让这个领域更加活跃了。许多RNAi研究人员现在正将注意力转向一种更新的传递方法：将化学稳定的RNA连接到定向运往肝脏的糖分子上。 Alnylam已经开发出一种类似方法，可以靶向到肝脏以外的组织，例如眼睛和中枢神经系统。 Slack说，让RNA在包括心脏在内的某些组织中积聚将是一项挑战，但Alnylam的成功“已经打开了闸门（RNA会像水流一样慢慢集聚过去）”。
参考文献
1. H. Ledford, Gene-silencing technology gets first drug approval after 20-year wait , Nature, Vol. 560, p. 291, 10 August 2018
9
从分子窗口窥探原始世界
by Gretchen Vogel
狄更逊水母(dickinsonia) 的化石含有胆固醇样分子的痕迹，这是动物生命的标志。 （D. GRAZHDANKIN）
2018年，科学家们发现了生活在五亿年前的生物的分子痕迹，这让人类更清晰地描绘地球上第一批动物生活的神秘世界，并将这种分子古生物学回推了几亿年。他们在一些神秘的埃迪卡拉生物（Ediacarans）化石中发现了脂肪分子的特征，还找到了海绵在形成化石很久之前留下的分子证据。
70多年来，科学家们对埃迪卡拉化石令人眼花缭乱的形状感到困惑：有的像叶子，还有的看起来不像地球上存在过的任何一种生物。是古代海洋居民的植物、动物吗？还是一些已经灭绝的独立的生命形式？
澳大利亚国立大学的研究人员想知道他们是否可以从一些特殊的化石中提取化学线索。这些化石尽管已有5.5亿年的历史，仍然保留了一种看起来像有机材料的薄膜。它们来自俄罗斯西北部白海岸边的悬崖，那里的岩石免受了可以消除这种分子痕迹的热量和压力。
研究人员首先在一组名为Beltanelliformis的小型圆形埃迪卡拉化石上测试了这一想法。他们从岩石中取出薄膜，溶解它，并使用气相色谱和质谱法寻找保存下来的有机分子。1月份，他们发现了高水平的藿烷，表明这些化石是蓝绿藻（cyanobacteria）的群落。有了这次成功，研究人员开始尝试一种名为狄更逊水母（dickinsonia，最著名的埃迪卡拉物种之一）的生物化石，椭圆形，约半米长，类似于绗缝浴垫。 9月，研究小组报告称，狄更逊水母化石中含有胆固醇样分子，这是动物生命的标志。这与其他证据相吻合，都表明起码有一些埃迪卡拉生物是地球上最早的动物之一。
10月，另一个研究小组发现了海绵的分子痕迹，这些分子的年龄在6.6亿到6.35亿年之间。这一发现表明，海绵作为一种动物生命形式，其演化可能比最古老的海绵化石还要早1亿年。
参考文献
1. I. Bobrovskiy et al., Molecular fossils from organically preserved Ediacara biota reveal cyanobacterial origin for Beltanelliformis, Nature Ecology & Evolution, Vol. 2, p. 437, 22 January 2018
2. I. Bobrovskiy et al., Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals, Science, Vol. 361, p. 1246, 21 September 2018
3. J. A. Zumberge et al., Demosponge steroid biomarker 26-methylstigmastane provides evidence for Neoproterozoic animals, Nature Ecology & Evolution, Vol. 2, p. 1709, 15 October 2018
10
相分离，细胞调控组分的秘诀
by Ken Garber
由蛋白质和RNA形成的液滴正在成为一种新的细胞组织形式。 （E.M. LANGDON ET AL.,SCIENCE 2018）
细胞内的各组分是如何保证在正确的位置和时间聚集以执行关键功能的呢？随着相分离研究的兴起，生物学家们逐渐意识到，这一问题的答案是细胞中随处可见的液滴。
许多蛋白质和其他分子聚集在细胞质中，他们经常与细胞核周围的浓稠液体互相推挤并反应以执行细胞的生命活动，从分解营养物质到释放能量再到回收废物等。从2009年开始，研究人员发现很多蛋白质可分离或凝集成离散的液滴，以浓缩其内含物，特别是当细胞对压力作出反应时。这种“液-液相分离”类似于油醋沙拉酱中油和醋的“分层”，是当今细胞生物学领域中最热门的话题之一，越来越多的证据表明它可调控细胞中关键的生化反应，并且它似乎是细胞的基本组织形式。
2017年两篇Nature论文表明细胞核中的液体蛋白质微滴有助于基因组的凝集，以沉默内部基因。今年，Science上的三篇论文指出了相分离的更重要的作用。在驱动遗传密码由DNA转移至RNA时，即蛋白合成的第一步，这些液体蛋白可凝集成微滴并附着在DNA上调控转录的发生。尽管有些细节尚不清楚，但这些研究揭示了相分离在调控生命基本奥义之一——基因选择性表达中的作用。
生物物理学家正在研究这些液滴是如何形成的。某些蛋白质类具有意大利面条状的尾巴，它们相互作用以引发凝集。但是当这个过程出错时，液体转变成凝胶，凝胶转变成固体，并形成在神经退行性疾病中常见的各种聚集体。Science三月份的一篇论文表明，当这些蛋白质从细胞核中被不适当地排除时，就会发生这种情况。今年四月，Cell的四篇论文揭示了溶解有毒聚集体的可能方式，目前有几个实验室正试图利用这些知识来研发治疗神经退行性疾病的药物。
拓展阅读
Cell亮点 ︱ 核内“液-液相分离”对染色质结构的感知与重塑
参考文献
1. A. Klosin and A. Hyman, A liquid reservoir for silent chromatin, Nature, Vol. 547, p. 168, 13 July 2017
2. A. Plys and R. Kingston, Dynamic condensates activate transcription, Science, Vol. 361, p. 329, 27 July 2018
3. M. Polymenidou, The RNA face of phase separation, Science, Vol. 360, p. 859, 25 May 2018
4. S, Mikhaleva and E. Lemke, Beyond the Transport Function of Import Receptors: What’s All the FUS about? , Cell, Vol. 173, p. 549, 19 April 2018
年度恶劣事件
气候致灾加剧，政客无所作为
by Paul Voosen
2018年9月12日，四个热带气旋活跃在大西洋：佛罗伦萨（左），海伦（右），艾萨克（底部）和乔伊斯（中）。 这是自2008年以来首次有四个命名风暴同时出现。(NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION)
全球气候变暖是一个不争的事实，人类对气候的影响也是不可否认的。气候性灾难频发，强度越来越大，持续时间也越来越久，如美国西部和北欧地区的毁灭性的大火灾，欧洲南部创纪录的热浪，美洲和太平洋东部的飓风、气旋和洪水等。
然而在如此严峻的形势下，美国总统Donald Trump却于2017年宣布退出“巴黎协定”，并尝试抵制其前任颁布的大部分气候政策。白宫甚至试图轻视国家气候评估。当被问及气候变暖对经济的可能影响时，川普说“我不相信它”。他的发言人Sarah Sanders更是用“极端的”、“不基于事实的”等词来描述这一报告。美国的不作为，也给很多其他国家提供了退缩的借口。巴西即将上任的总统Jair Bolsonaro承诺开放亚马逊热带雨林以用于进一步开发，这可能增加二氧化碳的排放量。 中国的关注点又一次聚焦在空气净化而非碳排放等问题，另外，欧盟也因内部动荡而无暇顾及。
由于气候变暖的不可逆转性，今年又有几项记录被打破，世界海洋的整体温度、海平面的高度、全球温室气体的排放量均创历史新高。几十年来，人们对气候变暖漠视的后果也显而易见，各种自然灾害正缓慢消耗有限的自然资源。政府间气候变化专门委员会（IPCC）于今年10月份发布报告称，将全球变暖控制在工业化水平的1.5℃是一项艰巨的任务，目前已上升将近1℃了。如果再有0.5℃的升温，很多珊瑚礁将会消失，北极冰川迅速消融。某些地区的洪水和热浪也会变得异常严重。报告称，将温度的升高限制到这个水平需要明显降低碳的排放量，同时积极地从大气中排出二氧化碳。(报告见拓展阅读）
拓展阅读
参考文献
1.The National Climate Assessment, Fourth National Climate Assessment Volume II: Impacts, Risks, and Adaptation in the United States, 2018
2. Intergovernmental Panel on Climate Change, Global Warming of 1.5 ºC, 2018
冲击伦理的基因编辑
by Martin Enserink
体外受精是基因编辑的第一步。 (MEDICALRF/SCIENCE SOURCE)
人类改写自己的遗传密码不是一件小事情。假如是在另一个时间，在另一种的情况下，生殖系基因编辑很可能成为Science的年度突破。但是，一位中国研究人员在11月声称他使用基因编辑技术创造了对艾滋病病毒有抗药性的双胞胎女孩，不符合突破（breakthrough）的定义。
科学家和伦理学家已经达成了关于未来可以接受这类工作的条件的共识：这是帮助父母生下健康婴儿的唯一方法，科学家们已尽一切可能证明该技术是安全的，果该研究经过仔细的伦理审查，并且透明地实施。中国深圳南方科技大学的贺建奎并没有达到这些标准。像Science报道的那样，他没有公布他的研究结果，并且没有证据表明两个婴儿出生时因改变了基因而抵抗艾滋病毒（HIV）感染。我们尚不清楚这些编辑是否会真正保护Lulu和Nana免受艾滋病毒感染，或者有什么潜在的益处值得冒险，因为已经有其他已经证实的方法可用于预防艾滋病毒感染，况且双胞胎接触病毒的风险并不算高。这项研究的伦理审查模糊不清，工作秘密进行——计划中的公关活动在新闻泄露后破裂——贺打破了国际上对种系实验的共识，也违反了中国的法规。因为以上问题，贺建奎的生命被认为是2018年影响最恶劣的事件之一。
参考文献
1. J. Cohen, What now for human genome editing?, Science, Vol. 362, p. 1090, 7 December 2018
博物馆烈火中殉葬的巴西科学
by Herton Escobar
有200多年历史的巴西国家博物馆毁于里约热内卢的一场大火，这是令许多研究者痛心的巴西科学的不祥之兆（looming demise）。
在被当局置之不理、缩减经费了多年之后，2018年9月2日夜晚，博物馆失火烧毁。而大多数国家的科学公共基金都在计划类似的缩减。在过去5年中，巴西科学部（Federal science ministry）的预算缩水超过了50%。尽管科学家们去巴西利亚向立法者抗议，巴西政府还是通过了2019年缩减10%科学部预算的法案。
2018年10月28日，极端保守派议员Jair Bolsonaro当选巴西第44届总统，愈发加深了研究者们的担忧。虽然他承诺在4年任期内要提高科学、技术和创新方面的投入（增加3倍），到达国内生产总值（GDP）的3%，但一些分析家认为这些承诺不会履行。这位军事学院出身、当过伞兵“老兵总统”，跟科学家们在很多问题上意见不和。他威胁要退出致力于控制全球气候变化的《2105巴黎协定》，并扬言要缩减巴西科学所立足的国立大学的经费。他说巴西的学术界已经被“左翼意识形态”统治了，并且很多巴西的大学只是在“浪费钱财”。
拓展阅读
参考文献
1. H. Escobar, Scientists, environmentalists brace for Brazil’s right turn, Science, Vol. 362, p. 273, 19 October 2018
我经历过天堂，它已不复存在。
by Don Wuebbles
伊利诺伊大学厄巴纳分校的大气科学家、国家气候评估主要作者
本文经授权转载自公众号“BioArtReports”(ID:bioartreports)。
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