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《自然》雜誌2013年度十大人物

文/S.西爾維希耶

《自然》雜誌評選出了10位年度新聞人物,這些人物來自生物學、物理學、醫學、天文學等多個領域,對2013年科學界產生了重要影響。其中,兩位華人科學家,張鋒、陳化蘭分別以在基因編輯和禽流感研究方面的貢獻躋身榜單。榜單之上也並不只有科學家的身影,菲律賓的外交官納季羅夫‧薩諾也因在全球氣候大會上的表現入榜。下面是這10位年度人物的介紹。

DNA「編輯大師」:張鋒(Zhang Feng)

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張鋒。圖片來源:Kent Dayton

憑藉一段髮夾序列和一個裂解酶,細菌可以降解病毒的DNA並保護自己。而這一簡簡單單的DNA剪接機制,在2013年卻成為了生物研究領域的最大熱門之一。而促使它成為如此熱門的,是一名熱衷於研究基因工具的神經生物學家。

現年32歲的張鋒任職於麻省理工學院。他將這套被稱為CRISPR/Cas的細菌免疫系統改造成為一套簡單廉價的基因改造工具。今年一月,他的實驗室發現這套系統可以被用於真核細胞的基因編輯,使得它可以用來編輯植物、小鼠、乃至人類細胞的基因。

CRISPR/Cas系統是多數細菌用來保護自己免受病毒侵染的防禦機制。藉由這一套系統,細菌可以識別並降解來自病毒的DNA,從而阻止病毒的感染和複製。與目前常用的基因敲除技術:鋅指(Zinc-finger nuclease,ZFN)、TALEN相比,CRISPR/Cas敲除系統無需表達複雜的蛋白,使它更為簡單又有效率。

張鋒教授目前致力於利用這一技術構建基因敲除資料庫,這意味著科學家可以根據這套資料庫,對任何器官中任何基因進行敲除。而他透露自己最感興趣的部分是利用這套系統對一些精神疾病,如亨丁頓症及精神分裂症等進行治療。「CRISPR/Cas系統有助於幫助我們修正基因的微小突變。儘管只有少數人群攜帶這種致病突變,但這些突變對人類健康的影響則是災難性的。」張鋒說。

基因專利「衛士」:坦尼亞‧西蒙塞利(Tania Simoncelli)

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坦尼亞‧西蒙塞利。圖片來源:Eero Simoncelli

2005年,坦尼亞的一番言論讓美國民權組織(American Civil Liberties Union,ACLU)的高級律師大吃一驚。作為該組織的科學顧問,她指出有些公司正在搶奪人類基因的專利。律師克里斯‧漢森(Chris Hansen)向她大喊:「這太荒謬了!我們能控告誰呢?」

保護人類基因的專利並非易事。儘管ALCU一直在呼籲聯邦政府採取措施,但仍沒有哪項專利因此受到威脅。西蒙塞利認為搶注基因專利會帶來嚴重後果,不僅影響個體醫療,也會導致科研受阻。

在過去的幾年中,西蒙塞利與ACLU一起指控恆河沙遺傳公司(Myriad Genetics)的基因專利違規。該公司擁有兩個和乳腺癌密切相關的基因專利,並藉此壟斷與該基因相關的乳腺癌預防和保護措施。西蒙塞利呼籲科學家和患者共同支持她的控告。最終,聯邦法院裁定西蒙塞利勝訴。

漢森這麼評價西蒙塞利:「她在說服別人方面具有不可思議的能力,她會固執的與你討論,直至你同意她的觀點。」

戰勝病毒:黛博拉‧佩爾紹德(Deborah Persaud)

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黛博拉‧佩爾紹德。圖片來源:Johns Hopkins Medicine

今年三月,佩爾紹德發表了一項可喜的研究成果:一名出生在密西西比州的HIV病毒攜帶者在停止治療一年後,體內仍未出現HIV病毒。佩爾紹德認為必須嚴肅的對待這一結果。在此之前約有40多個類似病例,然而在進行基因檢測後,發現它們中的多數是假陽性結果。

佩爾紹德的工作始於2012年9月。當時她的同事蓋伊(Gay)在治療一名嬰兒時使用了高劑量的抗逆轉錄病毒藥物。這名嬰兒的母親感染有HIV病毒,且在孕期未接受相關治療。在一次檢查中,蓋伊發現這名嬰兒有五個月未接受藥物治療。隨後她對嬰兒進行了全面檢查,並發現嬰兒體內已經沒有HIV病毒了。佩爾紹德、蓋伊與合作者盧蘇里加(Luzuriaga)對這名嬰兒進行了詳細的檢查,並將結果發表,引起了媒體的關注。

在媒體的干預下,類似的較危險的臨床試驗成為可能。但隨之而來的是,更多從出生即開始接受反轉錄病毒藥物治療的患者要求停藥,觀察自己體內是否已經沒有HIV病毒。一方面,醫生仍建議患者採用此前的治療方案,因為哪怕僅有一日的停藥都可能會帶來危險。但另一方面,一旦實驗結果得到確證,將會有數以百計的HIV兒童能夠從昂貴的藥物中解脫出來。

「另一個地球」探索者:米克爾‧馬約爾(Michel Mayor)

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米克爾‧馬約爾。圖片來源:Rita Scaglia

在過去的20年時間裡,米克爾‧馬約爾和他的團隊找到了數百個系外行星。但2013年的一項發現讓這名71歲高齡的「行星獵手」成為母光焦點:他的團隊發現的編號為「Kepler-78b」的行星在密度和大小上都與地球接近,這也使得這顆行星成為迄今為止最像地球的行星。

很難找到與地球完全一樣的行星,Kepler-78b的軌道與它的母星相距過近,這顆星球的表面已經熔化。然而馬約爾認為,找到真正的「孿生地球」只是時間問題。

馬約爾的研究堪稱碩果纍纍,1995年11月,他和他的學生找到了第一顆系外行星。從那以後,他的研究團隊總共找到了約1050顆這樣的行星。他的競爭對手傑夫‧馬西(Geoff Marcy)稱:馬約爾在技術上的天賦使他成功,「每年馬約爾都會改良他的設備,而每次的效果都令我震驚。」

氣候「良心」:納季羅夫‧薩諾(Naderev Saño)

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納季羅夫‧薩諾。圖片來源:AP

在華沙全球氣候大會上,菲律賓代表團的納季羅夫‧薩諾帶來一場催人淚下的演講。沒人知道這名菲律賓外交官的家鄉正遭遇什麼:他唯一的兄弟加入了緊急救援隊伍,在颱風海燕席捲過後的災區,搜索居民的遺體。

他決定絕食直到氣候大會上形成具有意義的提議。薩諾說:「我們的國家正在承受極端氣候的肆虐。」

國際組織對於全球變暖的應對時至今日依然進展緩慢,而薩諾本人也並不清楚他的演講會帶來怎樣的影響。他認為颱風海燕將世界的關注集中在氣候問題上。曾經學習過氣候的他,認為科學家並不會將單一的氣候災難歸因於氣候變暖。但至少,氣候變暖導致了更多的暴風是科學界的共識。

他說:「我希望這些行為在緩慢推進氣候共識之餘,我們可以激發更多意義深遠的想法。」

隕石「獵人」:維克托‧格羅霍夫斯基(Viktor Grokhovsky)

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維克托‧格羅霍夫斯基。圖片來源:Natalia Nikitina

2月15日一次隕石撞擊,使得維克托‧格羅霍夫斯基躋身2013十大人物行列。這名來自烏達爾聯邦大學的冶金學家並未親身觀測到這次撞擊,但當他聽說車裡雅賓斯克州發生了爆炸而且數千塊窗戶被震碎時,他突然意識到有一塊隕石撞在地球上。

爆炸發生之後的幾天,格羅霍夫斯基夜以繼日地工作,他試圖計算隕石的下墜曲線並預測隕石碎片的位置。搜索隊根據他的指示,找到了700多塊隕石碎片,總重5.5公斤。然而他最大的成就是發生在2013年年末:根據他的計算,搜索隊最終在一個湖底,找到了一塊重約570公斤的碎片!

這些隕石碎片被送往世界各地的實驗室進行分析,它們所埋藏的秘密正被逐漸被揭露。格羅霍夫斯基說:「對於我來說,這是一生一次的大事,我真幸運我能參與到對這名太空來客的調查。」

流感「前哨」:陳化蘭(Chen Hualan)

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陳化蘭。圖片來源:哈爾濱獸醫研究所。

2013年4月,全世界的病毒學家和衛生官員都把目光聚焦在中國。一種新型的禽流感病毒H7N9正開始蔓延,引起大流行還有死亡。中國農科院哈爾濱獸醫研究所的陳化蘭院士,此時站在了對抗疫情的第一線。他們停止了所有的研究,將工作重點放在H7N9上,致力尋找它從鳥類或其他動物傳播並感染人類的途徑。

在首例H7N9病例得到確認的48小時內,陳化蘭研究小組以及上海動物疾控中心從周邊的土壤、水和家禽市場中採集了約1000份樣本,其中20份檢出H7N9陽性,均來自於上海家禽市場。當地政府迅速關閉了這些市場,這也使得感染率迅速下降。

病情得到控制,新增病例減少。這給陳化蘭研究團隊更多的時間研究這一病毒。陳化蘭團隊認為,相比於另一禽流感病毒H5N1,H7N9更易經由家禽感染人類。雖然目前沒有明確的證據證明H7N9可以在人類之間傳播,但陳化蘭團隊認為,病毒具有這種潛力。

陳化蘭實驗室目前關注流感病毒的監測。夏天和秋天新病例出現減少,一方面要歸功於相關單位的及時應對,另一方面也有可能是病毒感染力在氣溫高時較弱。現在又到了冬季,必須有更多的監測,陳化蘭自己也認為:「流感病毒的檢測是我們實驗室的首要任務」。

克隆「酋長」:肖克萊特‧米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov)

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肖克萊特‧米塔利波夫。圖片來源:Oregon Health & Science University

2007年,美國奧勒崗健康與科學大學(Oregon Health and Science University)的生殖生物學專家米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov),計畫使用胚胎來獲得個體特異性的幹細胞,治療患者的疾病。將實現藉由人類皮膚細胞複製產生胚胎幹細胞的理想。由於研究需要大量的人類受精卵培育胚胎並犧牲,其面臨的困境遠不止是技術難題那麼簡單。最終,他任職的學校為他建立了新的實驗室,如此他才能夠合法操作和處理人類胚胎。

米塔利波夫的研究始於2012年十月,在同年的聖誕節前,實驗室利用核移植獲得了四株細胞株。他認為憑藉他之前在猴子中進行的實驗,他能夠最終達成自己的目標。在這一領域他面臨較少的競爭,來自社會的監管和輿論阻止了更多的科學家「分一杯羹」。

他接下來打算爭取政府的資助用於研究線粒體移植的技術,使得新生兒不必再受到線粒體相關遺傳病的困擾。他同時也把從複製胚胎中獲得的幹細胞與分離的人類細胞加以比較。而目前他面臨的最大問題仍然是資金,聯邦政府不會對其關於細胞株的實驗提供經費,他不得不四處尋求經費與合作,導致這一實驗目前進展緩慢。他無奈地表示:「好像我們又回到了幾年之前。」。(可以參考〈科學家成功複製人類幹細胞〉

「騷擾之眼」——凱瑟琳‧克蘭西(Kathryn Clancy)

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凱瑟琳‧克蘭西。圖片來源:L. Brian Stauffer

對於田野調查,人類學家凱瑟琳‧克蘭西充滿了美好的回憶。然而一次偶然的交談使得她意識到這一活動可能給人帶來完全不同的回憶。她的朋友透露自己曾經在調查時遭遇性騷擾。從那時起,克蘭西決定採取一些行動。

她的行動從2012年1月開始。起初她在博客上匿名發佈關於她朋友被性騷擾的故事博取關注,後來她意識到,這樣還遠遠不夠。於是,她與幾名合作者一起發起了網絡調查,呼籲人類學家分享自己在田野調查中的經歷,並收集了數據。

今年四月,在美國體質人類學家會議上,凱瑟琳投下了這枚「重磅炸彈」:在參與調查的124名人類學家中,有59%經歷過性有關的言語暗示,而約有18%則受到身體上的性騷擾。女學生通常是主要受害者,而施害者多是一起進行調查的博士生、博士後乃至教授。對此許多人認為,田野調查中來自家庭和朋友監督的缺失,是引發不良行為的主要原因。

在調查中克蘭西還發現,由於害怕會被排除在調查以外無法獲得研究所需數據,受害者們往往選擇對自己的遭遇忍氣吞聲。只有極少數的受害者選擇報告自己的遭遇。「年輕的研究人員正因為這些經歷退出我們的行業,毫無疑問,我們失去了優秀的同伴。」克蘭西說。

「太陽守望者」——亨利‧斯奈斯(Henry Snaith)

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亨利‧斯奈斯。圖片來源:Douglas Fry/Piranha Photography

在這一年,斯奈斯讓所有材料學家大吃一驚。他利用鈣鈦礦半導體,大大地提升了太陽能電池的效率。在過去的幾年中,研究人員一直試圖用這一材料製造低效而複雜的光伏設備。斯奈斯意識到經由更有效的純化和設計,它們能夠產生更高的效率。

目前世界上絕大多數太陽能電池由硅製作,它們能夠將吸收到的17-25%的光能轉化為電能,但絕大多數造價高昂。薄膜太陽能電池更加廉價,但效率較低。鈣鈦礦光電池可被視作兩者的結合。

現在,斯奈斯設計的電池轉化效率已經可以達到15%,他認為最終鈣鈦礦電池的轉化率有望達到29%——這是目前砷化鎵晶體電池的轉化率。砷化鎵晶體電池多被用在衛星上,因造價高昂難以被廣泛採用。

下一步斯奈斯計畫繼續他的研究,如果鈣鈦礦電池能夠運轉良好,他將考慮如何更好的儲存這些電能。「當這些研究告一段落,我會將工作重點轉移至對更好的電極的探索上。」斯奈斯說。

資料來源:

365 days: Nature‘s 10. Nature.

 

轉載自果殼網

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果殼網

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