No.1CRISPR“独”领风骚
2007年，当一家酸奶公司报道某种细菌具有不可思议的病毒防御功效之时，人们认为这无异于天方夜谭。2012年，科学家逐渐承认并接受这一事实。2013年，科学界迈出关键性第一步。2014年，该领域呈现出急速井喷式繁荣场景。如今，它已蜕变成熟并创造出“分子奇迹”，不止物理学领域，全球的目光都被这种基因组编辑技术——CRISPR（规律成簇间隔短回文重复）——凝结于一身，毫无悬念地占据《自然》杂志2015年度十大突破鳌头。
这并非CRISPR上演的“处子秀”。实际上，2012年和2013年，它就曾两度登榜，关键的不同之处在于，那都仅是与其他基因组编辑技术的合力战果。由它缔造出的两项成果备受瞩目：一是使人类得偿所愿，终于借助“基因驱动”方法消灭害虫或由其携带的疾病；二是，首次实现自主编辑人类胚胎DNA，博彩各界热议。每一项成果的发布无不令科学政策制定界震撼，频发的人类胚胎研究事件还直接促成2015年12月在美国华盛顿召开国际人类基因编辑峰会。峰会面临的是扶正抑或祛邪的重大抉择：是修正人类精子、卵子或早期胚胎携带的疾病基因，还是强健防御工事。
CRISPR到底有何妙处？与用于人工改造蛋白的锌指核酸酶、转录激活样效应因子核酸酶等竞争技术相较，它可以精准变更选定的DNA序列，迄今已有数家公司着手开展以治疗攻坚为目标的临床试验。率先研发出锌指核酸酶的美国犹他大学戴纳·卡罗尔坦承，CRISPR技术简易、价廉，同时带来“基因靶向民主化”。援引近期美国斯坦福大学生物伦理学家汉克·格里利在《纽约客》发表的观点，他将CRISPR比作福特T型车：远远迥异于第一代汽车，生产简便、性能可靠、价格合理的突出特质改变了世界。“任何一家分子生物实验室争相上马CRISPR，唯恐屈居人后。”作为证实可有效编码人类及其他真核细胞基因的开拓者，美国哈佛大学遗传学教授乔治·丘奇如是说。
据非营利组织Addgene介绍，环状DNA分子包含大约5万个质粒，相关遗传密码符合CRISPR的两个基本组成，“指导RNA”用于靶向特定DNA序列和DNA剪切酶或核酸酶，目前最为常用的是Cas9技术。“它越来越像聚合酶链反应，迟早迟晚被研究者收入常用工具箱。”美国加州大学伯克利分校生化学家珍妮弗·杜德娜的团队，携手德国普朗克病毒感染研究所马纽埃尔·卡彭蒂耶领先的研究小组，在全球首次报告CRISPR可特异性剪切目标DNA片段。
她们的研究还得出一个令学界震惊的结论——细菌具有病毒记忆功能。为再探究竟，研究者陆续发现，既往感染的残余基因可被穿插其间并重复细菌DNA序列，CRISPR得名于此。病毒碎片无疑演变成为一座感染记忆库：藉此，细菌创建出可在切碎核酸酶携带的病毒基因前揪出返归病毒DNA序列的“指导RNA”。一旦彻底解决机制阻碍，杜德娜、卡彭蒂耶及其他研究者必将直捣更高级别器官组织的编辑DNA探索。
应用的洪流已势不可挡。CRISPR主导的基因驱动成为现实佼佼者，个中凶险也悄然暗涌。2003年，伦敦帝国理工学院进化生物学家奥斯汀·伯特就曾预见，如果将一个携带特定性状的基因加载至“自私”DNA分子，或可实现一条染色体从某一位点到另一位点的自我复制进程。一旦呈水波涟漪之势，这最终将改写全人群的传代遗传规律。2015年早些时候，美国的研究团队借助CRISPR手段已逼近目标，然而他们更显远见卓识。
选用一种被烙印着厄运标签的所谓“突变链反应”，研究者如期在实验室培育的果蝇体内实现色素沉着性状的子代传递，成功率高达97%。随即，他们与其他研究组联手在实验室的蚊种群创建出基因驱动程序，借由基因播散途径，得以防治昆虫携带疟疾病原。仅数周后，抗疟疾的转基因蚊种孵育成功，伯特及其同事则发出警告，同样的基因还可能导致女性不孕，人类灭亡之日或也为期不远。事关各方获益与生态威胁的一场激辩愈演愈烈，该不该将此类昆虫释放至自然环境，基因驱动是否会扰乱亚洲鲤鱼、甘蔗蟾蜍等入侵物种，抑或能否与致莱姆病等其他动物病原菌一搏高下。
在其他实验室里，基因工程动物和植物层出不穷：肌肉发达的小猎兔犬，抵抗数种病毒侵袭的猪，广泛抵御真菌袭击的小麦……，适于长期存储的西红柿、无过敏源花生、更易于普及的生物燃料也将很快惠及人们的生产生活。只要操控得当，CRISPR可以做到丝毫无任何外源性DNA隐患，因为它业已与依赖外源性DNA参与的早期转基因生物大相径庭。
一切还远非如此。“死亡”Cas9问世，意味着科学家不仅完全有能力彻底卸载CRISPR的DNA切割活性，而且能够保全它的序列查找天分。被黏附特定分子的Cas9和CRISPR，转瞬间又可变身为一个多功能、精准送达的运输工具。截至目前，不止一两家研究小组配备了负载各种调节因子的“死亡”Cas9，控制几乎所有基因开关、敏锐调节基因活性不再是天方夜谭。2015年报道的一项试验中，CRISPR领域先锋人物者之一美国麻省理工学院张峰领导的研究团队锁定了2万个人类已知基因，从中甄别出数个能让黑色素瘤抵抗癌症治疗药物的基因。
CRISPR在生物医药领域才刚刚着陆。临床研究者寄希望于它能从组织水平根治癌症及其他疾病，并使人类移植动物器官这一濒危夙愿重获新生。不少人对潜伏于动物基因组的逆转录病毒对移植受体的伤害惶惶不安，这一顾虑或可止步于2015年：研究人员一举从实验猪基因组中剔除了62份逆转录病毒DNA拷贝。
国际人类基因编辑峰会也关注到人们针对修订人类胚胎基因缺陷利弊的热议，伦理门槛、改变人类生殖细胞的尺度界定已被提上决策日程。会上，CRISPR的最重要创始人之一艾曼纽·卡朋特用“令人振奋”盖棺定论。这就是简单的真理：无论好与坏，人们都已置身其中。
No.2“矮行星”大放异彩
2015年，被定义为“矮行星探索年”可谓实至名归：两艘美国国家航空航天局宇宙飞船，两场针锋相遇，两大模糊的球体在机器人的眼中绽放出活灵活现的细节。3月，“黎明号”探测船入主小行星中最大天体——谷神星的运转轨道。不久后的7月，“新视野号”探测船近距离驶过冥王星，这一柯伊伯带中的最大物体之一。
矮行星也被称为“侏儒行星”，它的体积介于行星和小行星之间，围绕太阳运转，质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡（近于圆球）形状，既没有清空所在轨道上的其他天体，也不是卫星。2006年8月24日，在捷克首都布拉格举行的第26届国际天文学联合大会通过对太阳系行星新定义，确认了“矮行星”的称谓与定义，冥王星被降格为“矮行星”。
科学家发现，冥王星绕太阳公转的周期要248年，其表面温度低于-220℃，这意味着一旦错过阳光普照下的冥王星，它很快就会长期被阴影包围变成一个冰冻星球。星体表层的鳞状纹理、氮霜，无疑成为它升华与沉淀历史的见证者，也是其在稀薄大气层中借助扩张与萎陷循环呼吸生存的铁证。据悉，冥王星南端疑似存在两条“冰火山”山脉，这可能是星体表面挥发性变的一个迹象，其心脏部位呈很深的洼地，近期可能出现活跃迹象。虽然同是火山，它喷发的很可能不是灼热的岩浆，而是水、氮、氨或甲烷等冰泥物质。
另一个矮行星谷神星，靠近太阳，黑如沥青，“黎明号”报告其表面惊现众多神秘亮斑。大多数科学家假定它们的成分是水、冰或盐，也有间歇泉、火山或其他可能活动的猜测。近日，科学家称该矿物质成分或为水合硫酸镁，并提出谷神星可能在太阳系外围形成的推论。“黎明号”还在谷神星探测到氮——一种典型的彗星表面物质，再次夯实了谷神星是巨大死彗星的假说。2015年12月，“黎明号”终成使命，降入距星体表面不足380公里的最低测绘轨道。
第三个小星体正翘首与“新视野号”邂逅——挺进位于冥王星轨道外的柯伊伯天体2014 MU69，预计2019年抵达。几十年后，“新视野号”将隐退太阳系，由“黎明号”入轨谷神星后盘旋数个世纪甚至更久。
No.3肯纳威克人的“血亲脉络”
现代基因测序澄明，现代美洲原住民实属肯纳威克人的后裔。
然而，从露面伊始，学界对所谓肯纳威克人的遗骸归属争论不休。1996年，华盛顿肯纳威克地区哥伦比亚河岸出土了一具古老且完整的人类骨骼，测龄显示距今已8500年。人类学家宣称，它是现存美洲原住民的祖先。当地部落纷纷“认祖归宗”，强烈要求物归原主并举行厚葬仪式。2004年，美国政府授权科学家研究该具骨骼。
2015年，故事上演了一个极具讽刺意义的转折。古DAN专家成功检测出肯纳威克人的基因组序列，并得出如下结论：此具骨骼与5个当初力争归还遗骸的华盛顿地区土著部落中至少1个或存血亲关联。科学家更为看重的是，基因测序图谱力证了此前发现——如今的美洲原住民实际是至少在1.5万年前从白令海峡迁移于此的亚洲人的直系后代。无疑，肯纳威克人的基因证据否认了当今美洲原住民源自欧洲的观点。
在这场事关科学与文化传统的抗争辩论中，美洲原住民学会了用科学说话。
No.4心理学研究“复验鱼龙”
2015年，堪称“心理科学逆转年”。几年前还深陷丑闻漩涡，一群改革者令心理学成就为现行科学领域的一盏耀眼明灯。
太多的假阳性，研究对象往往只是小样本人群，统计学效力弱，人们对心理学研究的诟病早在2011年已然凸显。学术丑闻进一步激发出心理学家“清理门户”的决心与力度：重复关键性研究，通过创新学术出版、同行评议模式重拾信任。
2013年，好消息如期而至：13项初始研究中有10项得出同样结果。然好景不长，2014年，近百位全球研究者参与复验27项已发表心理学研究成果却遗憾发现：约1/3的随访研究结论无法被验证，不少原著作者投诉署名不公。2015年8月，《自然》杂志报道，270位心理学家策划了一次行动，对三大顶级学术期刊发表的百项研究成功实施可重复性考证，结果唯有39%的研究顺利过关。
事实上，对其他科学领域可能产生巨大影响的所谓创新性，可能就在于心理学界对重复性研究的设计规则。研究者必须遵循一大关键流程——预注册，这意味着需事先公开各项试验的方式方法和基本原理。而后，无论阳性或阴性结论，研究者均应如实报告试验结果和统计学分析。如此一来，有效规避了研究者借助数据或摒弃未发表的阴性结果，刻意炮制出阳性结论的丑闻。一旦人人循规蹈矩，学术期刊中的假阳性误导必将不觅踪迹。
No.5“纳莱迪人”或改变人类史
2015年，人类家族迎来一个新成员——来自南非洞穴的传奇新古人种终于揭开了神秘的面纱。这一发现可能会给人类进化起源研究带来突破，或将改变学界对人类祖先的认知。
2015年9月，一个由60位研究人员组成的国际团队在南非首都约翰内斯堡西北部的新星洞穴系统中发现了共计1550多块类人生物的骨骼化石，分属于15具骨架，囊括了不同年龄段的男性、女性，从婴儿到老人。
这是迄今为止在非洲大陆历史上出土的最大规模的古人类化石宝藏，研究人员将其命名为“纳莱迪人”（Homo naledi）。在当地的语言中，“纳莱迪”意为“塞索托之星”。目前，科学家尚无法断定“纳莱迪人”的生前寿命。不过，他们可能是最早期的人类，身高1.5米左右，体重约45公斤，活跃于大约200万年之前甚至更早。
“纳莱迪人”既有类似于人类的特征，也有一些更早期物种的特性。他们的手掌、腕关节和脚与现代人相似，但大脑仅相当于一个橙子大小，头骨高度进化、牙齿较小，骨盆、肩膀结构也较为原始。据推测，“纳莱迪人”虽然已经能如同现代人一般直立行走并学会使用工具，但细长、弯曲的手指加上奇特的拇指形态，显示他们仍需要攀越树木以躲避天敌。通过在考古现场发现的一个类似墓穴的构造，学者们推断，他们或许已经掌握了丧葬等仪式行为能力，还有一定的象征性思考能力。
No.6深层地幔热柱“呼之欲出”
包括夏威夷在内的岛屿链被认为是地球板块深层动荡的杰作：岩浆热柱从地球内部渗涌而出。1971年，威廉·杰森·摩根发表“地幔热柱理论”，认为地幔中的对流缓慢地将热从地核携带至地表。地幔热柱（Mantle plume）是地球等行星地幔中一大团温度较高、缓缓上升的岩石，当顶部升至浅处时会部分熔融，被认为可能是热点或洪流玄武岩的产生原因。
40多年来，学界有关热柱形成机制的辩论不休不止。到底是热柱绵延近3000公里下沉至地球岩浆地幔底层，抑或只是源于浅层岩浆库的持续补给？为探得真知，研究人员巧妙地利用地震波——途遇障碍物时发生弯曲并改变速度——探测地幔，颇似CT断层扫描技术。未遂人愿的是，取自地球深部的影像模糊至极。
如今，地球物理学家已然清晰目测到28股地幔热柱，它们直通地核。有赖于被称为“全波形层析成像”的计算机技术，深及地球内部的最高分辨率图像跃然眼前。有别于单纯应用某次地震初始爆发能量的传统方法，新研究汇集了震动图所能提供的全部确切信息与可能线索。
热柱，厚达800公里，比理论上认定的横度宽三倍，这不由使人们开始反思“地心正在冷却”的论断。地球物理学家对能够最终揭示地球内部更多其他细节的新技术寄予厚望，到那时，潜没中的大洋地壳板片以及地幔深部的“赋存区”归宿地都将大白于天下。
No.7埃博拉疫苗“乍现曙光”
为抗击埃博拉疫情而打响的一场史无前例的新药与疫苗研发战役，险些仅以那些许令世人扼腕唏嘘的战绩收场。2015年，战情似有峰回路转。由加拿大公共卫生厅科学家研制成功的一剂埃博拉疫苗在猴子身上初现功效，陆续被世界卫生组织牵头在几内亚开展的临床试验确证疗效显著。就在埃博拉疫情肆虐最盛之际，默克制药企业接手疫苗研究及后续产品开发。
由于临床试验启动于疫情得到有效控制之后，此款埃博拉疫苗——被嵌入一种携带埃博拉病毒表面蛋白的无害家畜病毒——选择的是不同既往的环状疫苗接种策略，以确保检测效果最大化。试验大获全胜：2015年7月31日，《柳叶刀》杂志报告了默克出品的实验性埃博拉疫苗的保护效力达到75%～100%。另一款由葛兰素史克公司研发的埃博拉疫苗，虽被普遍看好，却未能如期验证临床有效性。
无疑，埃博拉疫苗如欲获准推广使用，还须向欧洲药品管理局等监管机构提供更为完备的数据证据。时隔几年，埃博拉疫情或席卷重来，尽管目前尚未获批，基于既有实验数据，它们仍可能在下次疫情爆发前大显身手，不再重演西非悲剧。
No.8酵母变身阿片类药物
2015年，美国生物学家创建出转基因酵母新品种，他们并未使糖分化为乙醇或二氧化碳，而是将其转为制造出阿片类止痛药物。这一合成生物学至今最复杂的壮举之一，既可能使罂粟成就为独特的优质药物，也或许会引发厄运，一场催生家酿吗啡和海洛因的危机。
在对生物工程的一路摸索中，研究者诱导酵母额外表达出21个基因。这些基因均来自于多样化物种集合，包括三种罂粟、黄连、细菌，甚至小鼠。一个有机体出现了，它能够最终将糖转变为二甲基吗啡（thebaine）——通常情况下提取自罂粟，作为氢考酮、羟考酮等合成类止痛药的前体成分。加载两个额外基因，酵母则可用于制备氢考酮。
事实上，包括美国在内的不少全球研究团队已然编码出多种酵母株，但仅仅只是打通了这一复杂通路的前半程或后半程。2015年，研究终于抵达彼岸：单一化学转化行为就使路径全程贯通，而且所有基因可在一个酵母株中共生。
新型转基因酵母并非足赤：制成一个临床剂量单位的止痛药，可能需要耗费成千上万升培养基。家酿装置根本无从达到如此规模，这无疑令研究者稍事宽慰。当前，药物化学家正致力于提升酵母产量，校准酵母的生物化学特性，研制出安全性和疗效更为出色的药物。
No.9“大脑密道”淋巴管终露真颜
解剖学家自认他们早已绘制出人类身体系统图谱，2015年夏季，人们仿佛又探寻得一片新大陆：科研人员意外发现淋巴系统——协助机体清除废物、运送免疫细胞的一套血管网——延伸入大脑，彻底颠覆了绝大多数科学家认可淋巴系统终结于颈部的既有共识。
早在二百多年前，意大利医生保罗·马斯卡尼就曾提出，大脑与身体其他系统一样拥有淋巴管路。这一科学学说却如石沉大海，直至2015年，美国弗吉尼亚大学神经科学家在探究免疫细胞对小鼠大脑作用的过程中，于大脑外层标记到一组排列有序的可疑T细胞族群。它们位于血管旁侧，似有引导细胞之效，生物标志物检测提示这一神秘的管路结构与小鼠的淋巴系统内在连接。继而，组织学力证，人类大脑内可见同样的血管结构。
栖身于大脑表层的脑膜组织内，这些深藏不见的血管却透露出免疫系统与大脑互联互动的重要讯息。科学家推测，大脑拥有自成一体的专属免疫防御系统，与其他器官的联络有限。这一发现，更应称为对机体连接的再现，或将开启人类征服阿尔茨海默病、多发性硬化症、脑膜炎等神经退行性疾病及神经炎性疾病的新征程。
千里之行，始于足下。现今，学界的第一要务在于彻底澄清这一新发现淋巴网络的基本结构与功能真相。
No.10匪夷所思的量子
这曾被认为是量子力学界的最奇特主见：通过测定诸如光子等一个量子粒子的性质，另一个量子粒子的状态则即刻便知，即使二者距离光年之远。阿尔伯特·爱因斯坦驳斥这种被尼尔斯·玻尔称为“鬼魅似的远距作用”观点，因为这有悖于他在相对论中没有任何物体可以快过光速的理论。2015年，荷兰多位物理学家一致对这种确显诡异的远距离相互影响无可置否。
上述奇特的量子力学现象被称为“量子纠缠”（quantum entanglement）。当量子粒子相互纠缠时，虽然无法完全厘清各自状态，但并无碍它们彼此关联、相互影响。举个例子，如果将探测目标设定为一个电子，研究者发现，它朝着一个方向快速旋转与反向快速旋转的概率各半。一旦两个电子发生纠缠，如若一个电子朝着某个方向快速旋转，研究者瞬间可确定另一个光子必定陷入反向旋转轨迹。
爱因斯坦及其他科学家纷纷期冀类似电子的粒子量子能够化身为“局部隐变量”，从初始阶段即决定着每一个处于纠缠状态中的量子粒子的命运，从而彻底消除任何形式类别的远距离搅扰。1964年，英国理论家约翰·贝尔意识到，精巧的统计测量可以揭示隐变量的作用机制，并提出了轰动世界的贝尔不等式。
贝尔的早期研究数据支持量子理论，但未能确证隐变量。遗憾的是，其间显而易见的技术漏洞使人们的质疑波及由他提出的所有结论。2015年，荷兰代尔夫特理工大学科学家的实验——让远隔1.3公里的两个电子形成粒子纠缠——弥补了贝尔的技术硬伤，强效验证了相隔甚远的两个物体可以瞬间影响彼此行为，隐变量论不攻自破。这一结果虽然在不少物理学家的意料之中，却为量子互联网等新兴科技再注冉冉生机。
正如贝尔首次提出研究设想时所言，纵使“超距作用”真的可以瞬间起效，它的信号传送效力仍旧无法媲美于光速。
