美國政府關(guān)門、致命病毒、臺(tái)風(fēng)和隕石——2013年的許多科學(xué)新聞直逼好萊塢災(zāi)難電影，但同時(shí)也有大量美好時(shí)刻。空間探索攀上了一個(gè)新高峰，神秘人類器官研究獲豐厚投資，干細(xì)胞療法和艾滋病治療有了長足進(jìn)步。《自然》雜志盤點(diǎn)了2013年人們應(yīng)該知道的那些科學(xué)事件。

宇宙的奧秘

本年度zui大的宇宙學(xué)發(fā)現(xiàn)之一是“沒有發(fā)現(xiàn)"。位于美國南達(dá)科他州里德市桑福德地下研究設(shè)施的大型地下氙實(shí)驗(yàn)（LUX）沒有發(fā)現(xiàn)任何飛落地球的暗物質(zhì)粒子。但是，它對(duì)暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量及與可見物質(zhì)相互作用的特性作了嚴(yán)格限制。美國羅格斯大學(xué)理論物理學(xué)家Matthew Strassler表示，現(xiàn)在人們正在達(dá)成這樣一個(gè)共識(shí)：過去3年的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的暗物質(zhì)線索，可能只是統(tǒng)計(jì)波動(dòng)。

3月發(fā)布的歐洲空間局普朗克衛(wèi)星收集的宇宙微波背景（CMB）結(jié)果顯示，無論暗物質(zhì)是什么，它都占宇宙總物質(zhì)的84%。普朗克的圖像也強(qiáng)有力地支持了宇宙膨脹假設(shè)。該理論認(rèn)為在大爆炸后，宇宙迅速擴(kuò)大。

探測宇宙膨脹的一個(gè)更好的方法可能是研究其對(duì)CMB光子極化變化的預(yù)計(jì)影響。這種微妙的信號(hào)尚未被探測到，但是南極望遠(yuǎn)鏡7月捕捉到的*相關(guān)的極化信號(hào)，讓天文學(xué)家滿懷希望。另一架南極望遠(yuǎn)鏡——冰立方探測器，今年則從宇宙射線中探測到了高能中微子，揭開了中微子天文學(xué)新紀(jì)元。

政府關(guān)門

美國政府科研經(jīng)費(fèi)的下滑幅度在10月達(dá)到了新高（從2010年起，美國科研經(jīng)費(fèi)已經(jīng)下降了約16.3%）。當(dāng)時(shí)，政治緊急政策致使美國政府“關(guān)門"16天。撥款停止；大型望遠(yuǎn)鏡、美國南極站和大部分聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉；由政府維護(hù)的重要數(shù)據(jù)庫脫線。許多政府研究人員被宣布為“不重要"，并且法律禁止他們回到自己的辦公室和實(shí)驗(yàn)室，甚至查閱賬號(hào)。關(guān)門事件結(jié)束后，積壓的撥款工作和錯(cuò)失的截止日期讓政府各機(jī)構(gòu)應(yīng)接不暇。

除了美國的痛苦外，其他國家的消息則讓人振奮。歐盟對(duì)2014~2020年研究預(yù)算（大約800億歐元，約合1100億美元）進(jìn)行了協(xié)商。扣除物價(jià)因素外，這一數(shù)字比2007~2013年間的相關(guān)預(yù)算增加了27%。韓國、中國、德國和日本的科研經(jīng)費(fèi)在持續(xù)增長（英國和法國幾乎沒有變化）。其中，日本對(duì)科研的慷慨投入是因?yàn)樗宄刂溃茖W(xué)投入將帶來快速的商業(yè)增長。無*偶，美國共和黨政客也要求國家科學(xué)基金會(huì)調(diào)整資助方向，以實(shí)現(xiàn)“國家利益"。

大腦的十年

4月，美國總統(tǒng)巴拉克·奧巴馬公布了腦創(chuàng)新計(jì)劃，這讓該國神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家既興奮又困惑。現(xiàn)在，這些感覺依然洶涌澎湃：盡管還沒有明確的方向和資金目標(biāo)，繪制大腦圖譜的提議迅速演變成一個(gè)破譯大腦新技術(shù)的大發(fā)展。

連同歐盟斥資10億歐元的用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬人腦的10年期項(xiàng)目，奧巴馬的項(xiàng)目反映出，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)已經(jīng)逐漸從分子和細(xì)胞研究，轉(zhuǎn)向研究神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)如何產(chǎn)生思想、記憶和行動(dòng)。“現(xiàn)在開始能做一些有關(guān)更大范圍腦循環(huán)的精細(xì)、機(jī)械分析，這在10年前是不可思議的。"美國布蘭迪斯大學(xué)神經(jīng)學(xué)家Eve Marder說。

在幫助實(shí)現(xiàn)這些夢想的技術(shù)進(jìn)步中，鈣敏感染料是其中之一。研究人員使用這種染料在一個(gè)脊椎動(dòng)物完整的大腦中捕捉到了神經(jīng)細(xì)胞激活的*圖像。這個(gè)大腦來自透明的斑馬魚幼魚。

另外，CLARITY極大推動(dòng)了繪制大腦結(jié)構(gòu)圖的努力，CLARITY是一種化學(xué)處理方式，能讓不透明組織更清晰，且能不需要大量腦片就顯示出神經(jīng)回路。傳統(tǒng)的神經(jīng)解剖學(xué)方法也被用于BigBrain項(xiàng)目。BigBrain是*人類大腦圖集，研究人員利用3D打印技術(shù)建成人類大腦的3D模型，顯示出了腦細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。而且，科學(xué)家能通過使用光刺激經(jīng)基因改良的海馬神經(jīng)細(xì)胞為老鼠引入虛假記憶，這表明地控制神經(jīng)信號(hào)不再遙遠(yuǎn)。

征服病毒

雖然小兒麻痹癥現(xiàn)在只是3個(gè)國家的地方性疾病，但是，2013年的現(xiàn)實(shí)表明，消滅這種疾病的努力并非一帆風(fēng)順。盡管在兩個(gè)發(fā)病國家——巴基斯坦和尼日利亞，該病毒的地理范圍在縮減，但是更進(jìn)一步的努力面臨一系列困難，這兩個(gè)國家的小兒麻痹癥疫苗工作人員遭到刺殺。第三個(gè)發(fā)病地區(qū)——阿富汗南部地區(qū)——?jiǎng)t沒有出現(xiàn)新的病例。

但是小兒麻痹癥病毒繼續(xù)導(dǎo)致病例的零星暴發(fā)，索馬里地區(qū)報(bào)告了超過180個(gè)病例。受到戰(zhàn)爭破壞的敘利亞也開始暴發(fā)小兒麻痹癥，并且野生脊髓灰質(zhì)炎病毒在以色列南部徘徊不去，致使中東地區(qū)大范圍接種疫苗，以試圖阻止病毒扎根該地區(qū)。

另外，今年還出現(xiàn)了一個(gè)新敵人：H7N9禽流感病毒。4月，中國暴發(fā)的H7N9疫情被迅速控制，在這次事件中，共有143例確診病例，其中45人死亡。科學(xué)家一直在密切監(jiān)督，以防冬季再次暴發(fā)——這項(xiàng)工作十分困難，因?yàn)檫@種病毒不會(huì)引起家禽出現(xiàn)明顯癥狀，因此該病毒的宿主尚未全部知曉。

人們也沒能征服中東呼吸系統(tǒng)綜合征（MERS）冠狀病毒。該病毒被報(bào)道于2012年9月。之后出現(xiàn)了一個(gè)穩(wěn)定的疾病發(fā)生率，到12月12日，185例確診或疑似病例，其中74人死亡，且患者出現(xiàn)在中東和歐洲。研究人員批評(píng)沙特阿拉伯在追蹤感染路徑和動(dòng)物源方面缺乏進(jìn)展，病例數(shù)量似乎仍在增加。

*任務(wù)

作為美國宇航局（NASA）歷*zui成功的項(xiàng)目之一，開普勒空間望遠(yuǎn)鏡走向終結(jié)。行星獵人開普勒在5月出現(xiàn)故障前產(chǎn)生的結(jié)果將讓人們銘記：它定位了超過3500顆太陽系外行星。但是，當(dāng)開普勒第二個(gè)金屬反作用輪停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，科學(xué)家放棄了擴(kuò)大其任務(wù)的夢想。

其他太空任務(wù)表現(xiàn)更好。NASA“好奇"號(hào)火星車?yán)^續(xù)在火星漫步，并超過了4.5公里。如果對(duì)于這顆紅色星球而言，這些探查還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的話，印度和美國在11月發(fā)射了火星軌道飛行器。12月，中國首輛月球車“玉兔"號(hào)成功登陸月球。

NASA的“旅行者"號(hào)全部歸于塵埃。在經(jīng)歷了36年、190億公里的旅行后，旅行者1號(hào)zui終穿過了星際空間邊界。這一過程可能發(fā)生在2012年8月，但是直到今年，項(xiàng)目科學(xué)家才表示該探測器已經(jīng)穿越日球?qū)印Ｂ眯姓?號(hào)下一步將漂向鹿豹座中的一顆恒星附近，大約需要4萬年時(shí)間。

基因

近20年的美國操作在6月調(diào)轉(zhuǎn)了方向。該國zui高法院宣稱，“自然存在"的人類基因不能申請(qǐng)。該決定的余波顯然依然能夠感受到。zui高法院于6月13日作出終審判決，剝奪醫(yī)療診斷公司Myriad遺傳公司所持有的BRCA1和BRCA2基因的權(quán)。提起訴訟一方的患者、醫(yī)生和研究人員認(rèn)為，該中聲稱被分離的BRCA1和BRCA2基因，包含一種自然產(chǎn)物，因此無效。

法院判決下達(dá)后不久，數(shù)家公司以低價(jià)啟動(dòng)了BRCA1/2測試。但是總部位于猶他州鹽湖城的Myriad公司起訴了6家公司，聲稱它還持有保護(hù)該測試技術(shù)的其他。相關(guān)影響還在擴(kuò)大。10月，一家聯(lián)邦法院援引Myriad公司的判例，剝奪了美國希格諾公司的一項(xiàng)。立法者要求美國審查員拒絕比以往更多的基因和細(xì)胞等天然產(chǎn)品的。

波動(dòng)的大氣

除了一個(gè)已有超過90個(gè)國家簽署的減少汞排放的標(biāo)志性條約外，大型環(huán)境協(xié)議在今年的政治議程中分量很低。沒有人希望看到各國出現(xiàn)倒退。然而，日本宣布放棄減少碳排放的近期承諾。加拿大退出聯(lián)合國防治荒漠化公約，9月新上臺(tái)的澳大利亞政府決定撤銷環(huán)境變化相關(guān)機(jī)構(gòu)和碳稅。不過，并非全是壞消息。至少歐盟同意結(jié)束過度捕撈，將捕撈限制在科學(xué)家認(rèn)為可持續(xù)的水平上。

5月，二氧化碳的大氣濃度暫時(shí)超過400ppm（百萬分之一），這在人類歷*大約是*次。政府間氣候變化專門委員會(huì)在9月發(fā)布的報(bào)告中警告稱，氣候變化“在過去數(shù)十年到1000年中"正改變著自然環(huán)境，將影響數(shù)十億人口。臺(tái)風(fēng)海燕以破紀(jì)錄的風(fēng)速展示著大氣的破壞性力量，盡管人們還未證實(shí)變暖在這里扮演了怎樣的角色。

但是，依然有小小的希望：近年美國和歐洲的排放在緩慢下降，可再生能源生物試劑達(dá)5000兆瓦——超過了中國電力消費(fèi)的總預(yù)計(jì)值。

研究還集中于在過去15年中平均氣溫上升的明顯減緩。今年8月發(fā)布的一項(xiàng)研究認(rèn)為，“漏掉"的高溫被貯藏在深海中，并且表面加熱將很快開始。但是11月的一項(xiàng)研究則指出，這些明顯的遺漏只是緣于氣溫?cái)?shù)據(jù)庫并未*覆蓋北極地區(qū)。

開放科學(xué)

讓科學(xué)出版物和數(shù)據(jù)更開放的驅(qū)動(dòng)力今年繼續(xù)發(fā)展。2月，美國宣布，由政府資助的研究所得到的結(jié)果必須公開，但是研究人員可以在結(jié)果發(fā)表12個(gè)月內(nèi)公開相關(guān)信息。相比之下，英國希望研究論文能夠立刻公開，盡管未來幾年該國將使用兩種策略的混合物。人們還對(duì)這種改變的成本，以及有多少可能“公開"的研究能被再利用進(jìn)行了爭論。

同時(shí)，遺傳學(xué)家建立了一個(gè)聯(lián)盟，以鼓勵(lì)更廣泛地分享基因序列數(shù)據(jù)和研究信息。在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，英國政府開始了重大改組：科學(xué)家能夠分享患者的醫(yī)療記錄。監(jiān)督部門則恢復(fù)了自己開放研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的工作。歐洲醫(yī)藥管理局也進(jìn)行了相關(guān)努力，但是制藥公司試圖保護(hù)研究數(shù)據(jù)的訴訟使得相關(guān)工作停滯不前。

打擊艾滋病

預(yù)防、治療、治愈：艾滋病研究的3個(gè)領(lǐng)域開始越來越多地成為同一個(gè)任務(wù)的一部分。1月，一項(xiàng)研究指出，早期治療能夠幫助保持免疫系統(tǒng)完整。3月，研究人員報(bào)告稱，非常早期的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療治愈了一個(gè)感染艾滋病病毒的嬰兒。這讓世界衛(wèi)生組織提議，應(yīng)該比之前的建議更早進(jìn)行治療。

但是，現(xiàn)實(shí)障礙更加可怕。7月，醫(yī)生表示，干細(xì)胞移植似乎治愈了兩名艾滋病患者，但是12月，病毒重新歸來。艾滋病病毒關(guān)鍵蛋白質(zhì)的新結(jié)構(gòu)給了疫苗學(xué)家方向。研究追蹤了人體內(nèi)中和抗體的發(fā)展，證明基于這些抗體的疫苗能保護(hù)猴子抵御這種病毒。“過去一年或許揭示了艾滋病病毒的秘密。"美國哈佛醫(yī)學(xué)院的Bruce Walker說。

干細(xì)胞勝利

10年前，韓國科學(xué)家黃禹錫獲得了的吹捧，他從克隆人類胚胎中創(chuàng)造了干細(xì)胞，但之后該研究被證明存在欺詐。今年春天，美國俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)使這一壯舉成為現(xiàn)實(shí)。但是，它卻沒有引起多少興奮。

黃禹錫偽造其研究結(jié)果時(shí)，他希望進(jìn)行治療性克隆：制造能與患者匹配的特殊胚胎干細(xì)胞。但是，現(xiàn)在沒有人認(rèn)為克隆將被廣泛地需要，盡管俄勒岡研究小組負(fù)責(zé)人Shoukhrat Mitalipov正在進(jìn)行研究應(yīng)用方面的研究。但這并非只因?yàn)閾?dān)心破壞胚胎，而且使用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞也可能達(dá)到相似的結(jié)論。

今年，一個(gè)日本預(yù)備性研究開始招募患有黃斑變性的志愿者，該研究計(jì)劃為志愿者移植分離自誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞。11月，日本批準(zhǔn)了再生醫(yī)學(xué)法，加速誘導(dǎo)多能干細(xì)胞和相關(guān)療法的發(fā)展。

同時(shí)，那些提供未經(jīng)許可的干細(xì)胞治療的診所繼續(xù)跟管理部門進(jìn)行著貓和老鼠的游戲。今年，意大利衛(wèi)生部長宣布，Stamina（一家位于都靈市的非營利性基金會(huì)）將不再被允許開展人體試驗(yàn)。該療法是一種基于骨髓干細(xì)胞的治療手段，在特定條件下，此法可以促進(jìn)新神經(jīng)元生長，進(jìn)而治療一些神經(jīng)退行性疾病，科學(xué)家卻認(rèn)為這種方法沒有科學(xué)依據(jù)。但zui終法院判決，負(fù)責(zé)審查此療法的科學(xué)委員會(huì)存在不公正性。

身份困惑

一個(gè)有關(guān)監(jiān)視和窺探的研究顯示，匿名DNA捐贈(zèng)者的身份可能被獲悉，這也成為基因領(lǐng)域的一個(gè)議題。1月，美國馬薩諸塞州坎布里奇的懷特海德生物醫(yī)學(xué)研究所計(jì)算生物學(xué)家Yaniv Erlich，揭示了如何將數(shù)據(jù)庫中的DNA與公共數(shù)據(jù)交叉引用，以識(shí)別出研究參與者的身份。

DNA分析繼續(xù)揭示人類祖先的線索。例如，具有2.4萬年歷史的西伯利亞男孩的遺骨表明，1/3的印第安人祖先能追溯到歐洲。尼安德特人和丹尼索瓦人的基因組序列研究顯示，數(shù)萬年前，這些古老人類以及其他未知的古人類出現(xiàn)大量混血。另一個(gè)謎題是，距今180萬年頭骨化石顯示，3個(gè)獨(dú)立的古人類可能只是一個(gè)。