單細胞尺度的生命探索

在一個假想的宇宙中，你已經發現了一組行星，每一顆行星上都有自身的復雜文明，有眾多文化截然不同的國家。你面對一項令人膽怯的任務，要探索每顆行星，繪制國家的邊境，描述不同文化的特征。你在和同事商討這項挑戰時，構思出一個替代方案。你可以將每顆行星分割成眾多小塊，給每個小塊加上標簽，以便鑒別，然后你派出許多小型探測器，讓它們在隨機地點著陸，傳回數據。接著就利用標簽信息，采用計算機自動整合信息，生成詳細的地圖集和旅行指南。《科學》雜志評選出的“2018年度突破”表彰這種“標簽-分析-整合”方法在生物學最為基礎、最迷人的過程（單個細胞組成復雜有機體的這項看起來堪稱奇跡的轉變）中的應用，這種研究方法提供了關于細胞類型存貨清單的豐富信息，為日后的許多研究打下基礎。

這個成就建立在約翰·蘇爾斯頓（John Sulston）與同事們榮獲2002年諾貝爾獎的研究工作上，他們通過以顯微鏡逐個察看細胞的辛苦方式，觀看秀麗隱桿線蟲幼蟲成熟的過程，繪制出這種線蟲的發育圖。它揭示了最終產生精巧結構的細胞分裂的序列，而那些精巧結構又導致了重要進程的表征。有了今時今日的科技，尤其是大規模DNA并行測序技術和先進熒光顯微術的助力，構成秀麗隱桿線蟲的細胞被再一次繪制出基因圖譜，其中運用的“標簽-分析-整合”方法基于每個細胞內的基因表達模式。這種方法已經被用來繪制越來越復雜的有機體的細胞解剖圖譜。它的優勢在于，定義了每一種細胞類型的基因表達信號，也提供了與每個細胞的生物化學與生物學特征相關的基礎信息。其中所產生的大而豐富的資料集，以及這項勢必會生成更多數據的技術，一起構成了發育生物學中激動人心的突破。

建立在核酸基礎上的技術造就了2018年的一些有力競爭者，其中包括鑒證科學中結合基因序列和其他數據庫的先進方法、早期智人繁衍習慣的闡明以及基于核糖核酸（RNA）的療法領域大家長久以來一直期待的進展。一系列技術也促成了對于細胞內組織原則的重要概念性進展。那些闡明大型生物分子結構的技術已經被應用到更小的分子上，結果讓分析化學取得引人注目的進步。探險揭示了地球古代歷史。現在看來，從有著數億年歷史的化石中獲知的奇特生命形式是現代動物的遠祖，而不是那些滅絕了的生物家系的先祖。在格陵蘭島的冰蓋下面發現的一個巨坑很可能是一次大型隕星撞擊造成的。另一種來自宇宙的訪客高能中微子的一個來源被科學家發現，它可能來自那類中心存在巨大黑洞的星系。

科學界的其他事件強調了文化議題。MeTooSTEM運動已經引來對于科學界內性騷擾事件的不少關注。下一步的進展至關重要，關系到能否允許所有性別的個體繼續他們的訓練和事業，而不用面對“性騷擾大體上不受管束”的這種現實。11月底，中國科學家宣布基因組受到修改的嬰兒出生，在我看來，這種做法違背了長期以來的許多倫理準則。這也提醒了我們，科學成果無論有多么激動人心，多么充滿潛力，在應用時都必須保持對國際倫理規范的適當關切與尊重。最后，我們受到地球變化的氣候帶來的挑戰。帶來大量降雨、引發其他事件的強大風暴發生得越來越頻繁，這說明采取適當行動的極大緊迫性。我們必須通力合作，跨越地球上的邊界和文化差異，采取有效的措施，阻止有害的氣候變化。

——思羽譯自Science