单细胞尺度的生命探索

在一个假想的宇宙中，你已经发现了一组行星，每一颗行星上都有自身的复杂文明，有众多文化截然不同的国家。你面对一项令人胆怯的任务，要探索每颗行星，绘制国家的边境，描述不同文化的特征。你在和同事商讨这项挑战时，构思出一个替代方案。你可以将每颗行星分割成众多小块，给每个小块加上标签，以便鉴别，然后你派出许多小型探测器，让它们在随机地点着陆，传回数据。接着就利用标签信息，采用计算机自动整合信息，生成详细的地图集和旅行指南。《科学》杂志评选出的“2018年度突破”表彰这种“标签-分析-整合”方法在生物学最为基础、最迷人的过程（单个细胞组成复杂有机体的这项看起来堪称奇迹的转变）中的应用，这种研究方法提供了关于细胞类型存货清单的丰富信息，为日后的许多研究打下基础。

这个成就建立在约翰·苏尔斯顿（John Sulston）与同事们荣获2002年诺贝尔奖的研究工作上，他们通过以显微镜逐个察看细胞的辛苦方式，观看秀丽隐杆线虫幼虫成熟的过程，绘制出这种线虫的发育图。它揭示了最终产生精巧结构的细胞分裂的序列，而那些精巧结构又导致了重要进程的表征。有了今时今日的科技，尤其是大规模DNA并行测序技术和先进荧光显微术的助力，构成秀丽隐杆线虫的细胞被再一次绘制出基因图谱，其中运用的“标签-分析-整合”方法基于每个细胞内的基因表达模式。这种方法已经被用来绘制越来越复杂的有机体的细胞解剖图谱。它的优势在于，定义了每一种细胞类型的基因表达信号，也提供了与每个细胞的生物化学与生物学特征相关的基础信息。其中所产生的大而丰富的资料集，以及这项势必会生成更多数据的技术，一起构成了发育生物学中激动人心的突破。

建立在核酸基础上的技术造就了2018年的一些有力竞争者，其中包括鉴证科学中结合基因序列和其他数据库的先进方法、早期智人繁衍习惯的阐明以及基于核糖核酸（RNA）的疗法领域大家长久以来一直期待的进展。一系列技术也促成了对于细胞内组织原则的重要概念性进展。那些阐明大型生物分子结构的技术已经被应用到更小的分子上，结果让分析化学取得引人注目的进步。探险揭示了地球古代历史。现在看来，从有着数亿年历史的化石中获知的奇特生命形式是现代动物的远祖，而不是那些灭绝了的生物家系的先祖。在格陵兰岛的冰盖下面发现的一个巨坑很可能是一次大型陨星撞击造成的。另一种来自宇宙的访客高能中微子的一个来源被科学家发现，它可能来自那类中心存在巨大黑洞的星系。

科学界的其他事件强调了文化议题。MeTooSTEM运动已经引来对于科学界内性骚扰事件的不少关注。下一步的进展至关重要，关系到能否允许所有性别的个体继续他们的训练和事业，而不用面对“性骚扰大体上不受管束”的这种现实。11月底，中国科学家宣布基因组受到修改的婴儿出生，在我看来，这种做法违背了长期以来的许多伦理准则。这也提醒了我们，科学成果无论有多么激动人心，多么充满潜力，在应用时都必须保持对国际伦理规范的适当关切与尊重。最后，我们受到地球变化的气候带来的挑战。带来大量降雨、引发其他事件的强大风暴发生得越来越频繁，这说明采取适当行动的极大紧迫性。我们必须通力合作，跨越地球上的边界和文化差异，采取有效的措施，阻止有害的气候变化。

——思羽译自Science