2015年度十大科学发现
廉价地改变人类基因的
新技术出现
在生物医学领域，精确地编辑DNA片段能够让许多研究设想变成现实。然而这并不是一件容易的事：人类染色体组中有30亿个碱基对，要从中找到一个特定的碱基序列进行修改，难度堪比在全中国手动搜寻一个叫张华的人。在2012年之前，分子生物学家们主要依赖两种手段，即ZFN和TALENs。这两种技术都必须先合成特定的蛋白质用于标记DNA的位置，然后把这个大分子蛋白导入细胞，整个过程耗时、低效、困难重重且代价高昂。这一状况直到CRISPR/Cas9系统出现之后才有了颠覆性的改观。整个系统含有两个关键部分：向导RNA能与特定DNA片段结合，而Cas9能够剪切DNA片段。这就像是一把自带导航系统的瑞士军刀，定位、剪切和重写三个程序一步到位。更为强大的是，CRISPR技术能够一次编辑多个基因，这使得在更多生物体中编辑基因成为可能，而不仅仅是依赖于小鼠、果蝇之类的模式生物。CRISPR的廉价也让它得以迅速地产业化，世界上每一个分子生物实验室都能够方便地以数十美元的价格订购到所需的试剂盒。2013年以来，与CRISPR相关的论文数量出现了爆发式增长，其中就包括中山大学黄军就副教授有关人类胚胎基因修饰的争议性研究。理论上来说，只要能够确定与某个性状相关的一个或多个基因，就能够利用CRISPR进行改变或替换。如此一来，致病基因可以去掉，不良性状可以得到改观。修饰物种甚至改变人类的基因，为治愈遗传性疾病比如囊性纤维化、镰刀形细胞贫血症、血友病等，带来了一线曙光，但也无疑对现有的科学和伦理秩序提出了严重的挑战。
矮行星之年
7月，新视野号探测器发回的一张印着心形的冥王星照片刷爆了社交网络。冥王星大概是最出名的一颗矮行星，或者也可以叫做侏儒行星或准行星，也就是体积介于大行星和小行星之间、同时不是自然卫星的一类天体。国际天文联会于2006年决定把围绕太阳公转的天体分为三类：大行星、小行星和矮行星，冥王星从此退出九大行星之列。另外，黎明号探测器也在3月进入了谷神星轨道，这是太阳系中最小的矮行星，位于火星和木星轨道之间的小行星带。
纳勒迪人：
新发现的一位远古近亲
近30种古人类曾先后生活在地球各处，尼安德特人、能人、直立人……而今却只有智人（Homo Sapiens）硕果仅存。9月发表的一篇论文让我们又寻回了一位失落的远古近亲：纳勒迪人（Homo naledi）。2013年，两位洞穴探险家在南非首都约翰内斯堡西北山谷的“升星洞”发现了一道不足20厘米的裂隙，头灯照亮的地面上满是人骨。这一发现立刻引起了古人类学家的注意，因为洞穴恰好位于一处名为“人类摇篮”的世界遗产区域之中。纳勒迪人的脑容量小于多数人属物种，同时骨骼兼具了南方古猿和人属的特征，因此科学家们尚不清楚它在进化上处于何等位置。但从弯曲的趾骨和足弓上来看，它们很可能已经适应了直立行走。
地球内部有什么强大的能量？
火山喷发、岩浆溢流，作用其后的究竟是何种强大的力量？地幔柱理论认为，地幔柱就是把地心力量输送到地表的媒介。它们就像是一个个巨大的蘑菇，一边从地球深处升起一边逐渐打开头部，最终冲到岩石圈底部。没有冲出的形成海山和海岭，冲出地表的就成为火山爆发。有关地幔柱是否存在的争论已经持续了40年，一旦被证实，魏格纳的板块漂移学说将遭到前所未有的挑战。最近，科学家利用改进的地震波成像技术绘制出了迄今精度最高的地球内部模拟图，发现了28个地幔柱存在的证据，其中最大的宽达800公里，是此前预测的3倍之多。
量子纠缠状态获得实验证实，让构建更安全反窃听的通讯网络成为可能？
荷兰代尔夫特理工大学的科学家10月宣布，他们的实验可以证明量子力学最根本的理论之一：空间距离很远的两个物体可以发生瞬间互相作用。他们成功地把相距1.3公里的两个电子纠缠起来，并且在它们之间传递信息。物理学上的“纠缠”意思是，成对的粒子虽然分离，但彼此之间仍然互相影响而不独立。用郭光灿院士的话来说，这就好比在美国的女儿生下孩子的那一瞬间，即使远在中国的母亲并不知道，她也在事实上立刻成为了姥姥，母亲和女儿的血缘关系就成为了她们之间的“纠缠”。由于违背了定域实在论，爱因斯坦始终不接受量子纠缠的存在，并讥讽其为“鬼魅般的超距作用”，然而如今荷兰人的实验已经成功堵住了三大漏洞中的两个。如果量子纠缠的确存在，那么测出一个粒子的性质，就可立即判断另一个粒子的性质。并且，另外一个粒子似乎还能知道测量动作的发生与结果，尽管不存在任何传递信息的机制。研究人员更进一步的设想，是构建一个由链状纠缠粒子环绕整个地球而形成的量子通信网络，与现今的互联网和通信网络相比，它能够绝对安全地共享加密密码，并且必然能够反窃听。
埃博拉疫苗研制成功
经历了埃博拉病毒在非洲的肆虐之后，一种基于水疱性口炎病毒（VSV）的埃博拉疫苗终于由加拿大公共卫生部门的科学家研制成功，有效性达到75%-100%。事实上针对猴子的埃博拉疫苗早在十年前就已经存在，但由于埃博拉病毒非常罕见，每次爆发都只有几百人感染，所以没有制药公司愿意投入资金来推进人体测试。当他们终于在2014年底将此事重新提上日程，西非已有近5000人死于埃博拉。在不断升级的疫情逼迫下，各国政府和援助团体才打开了自己的钱包。
美洲土著居民是谁的后裔？
1996年，考古学家在美国华盛顿州哥伦比亚河岸发现了一具距今约8500年前的人类遗骸。科学家、土著部落和美国陆军工程兵部队之间就骨架的归属打了九年官司，最终美国政府从2004年开始资助相关的科学研究。6月发表的基因测序结果表明，肯纳威克人的DNA与华盛顿州的五个土著部落都有关联。这也从基因层面证实了，现今的美洲土著居民的确是由1.5万年前跨越白令海峡迁徙过来的蒙古人种繁衍而来，而非通过南太平洋诸岛到达中南美洲的亚洲人，或者是欧洲人后裔。
成瘾性更小的止痛药将出现？
吗啡和海洛因这一类阿片药物在医疗镇痛方面需求很大，但复杂的化学成分导致它们并不像冰毒那样容易工业合成。目前的主要来源仍然依赖植物提取，也就是罂粟种植，这让止痛药的价格居高不下。斯坦福大学的生物工程专家斯莫尔克（Christina Smolke）将植物、细菌和啮齿动物的基因混合导入酵母菌中，成功地让它们分泌出了蒂巴因，也就是诸多医用阿片类药物的前体。通过调整酵母途径，药物化学家可以用这个办法进一步生产出更有效、成瘾性更小的麻醉剂和止痛剂。一旦生产效率得到优化，止痛药的降价就能给全世界的慢性病患带来福音，就像乙肝疫苗和青蒿素借助转基因酵母菌实现量产那样。但这也意味着，制造海洛因将变得像自酿啤酒那样容易。如果这些酵母菌株落到了大毒枭手中，后果将会如何呢？
大脑中也有淋巴管
道弗吉尼亚医学院的研究人员6月发表在《自然》杂志上的论文确认，大脑会通过淋巴管道与免疫系统直接联结。这是一项改写教科书的发现，在现有的认知中，脑内不存在淋巴管。这一发现彻底改变了医学界对神经-免疫相互作用的认识，也有可能对自闭症、阿兹海默症、多发性硬化症等神经系统疾病的研究和治疗产生重要的影响。
心理学研究原来没有你想的靠谱
在一个名为“可再现性项目：心理学篇”的大型课题中，弗吉尼亚大学的诺赛克（Brian Nosek）带领来自五大洲的270多位同行，试图检验发表于三份顶级心理学期刊上的100项科学研究。即使人们对心理学的不可靠程度有所认识，最终数据还是令人大跌眼镜：能够重现的结果仅占39%。心理学领域有一句著名的吐槽：“用fMRI（功能核磁共振成像）来研究大脑结构，就像是用温度计来研究汽车的结构。”受到研究方法和研究对象的局限，目前的成果中充斥着太多的假阳性结果、小样本实验及弱相关性研究，这100项研究只是沧海一粟。甚至一些论文根本没有对假设进行仔细检验，而是用统计伎俩炮制出了想要的结果。这次的清算让整个心理学界意识到了第三方审查的重要性，也会迫使研究结果的发表标准得到提高。