2019年,生命科学的四个篇章

​“21世纪是生命科学的世纪。”

确实,这似乎是个生命科学研究大爆发的时代。随意翻开一些顶级学术期刊,总能看到来自生命科学各种领域的突破。

如果把生命科学的定义扩展为一切与生命有关的科学,从微生物到生态环境,从古生物到人类,我们更能看到科学向人类展示的一幅与生命有关的更大图景。

在此,我们挑选了部分领域中最具代表性的研究,分为创造、希望、岁月、灭亡四个篇章,从“创造”生命到治愈疾病,从古生物发现到物种灭绝,希望能与你一同窥见2019生命科学发现的冰山一角。

1、创造

造物之手:完全人工合成的基因组创造大肠杆菌

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:NIAID via Flickr under CC BY SA-2.0

人类也成了那个“造物者”。

今年,英国的研究人员通过完全人工合成的基因组,创造出了大肠杆菌。该研究所合成的基因组是迄今为止同类基因组中最大的,重新设计的DNA包含400万个片段,是之前记录的4倍。最令人印象深刻的是,这种人工合成的细菌只含有61个密码子,而自然中几乎所有生物都含有64个密码子。尽管存在这种差异,但其功能似乎与正常的大肠杆菌很像,只是它的生长速率更慢,且长度更长。[1]

重新设计的基因组不仅是一项技术成就,而且它告诉我们一些最基本的生物规律,也让我们看到遗传密码的可塑性到底有多强。

起源之谜:在实验室中培育分离出洛基古菌

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:Imachi, H. et al. [2]

我们是古菌进化而来的吗?或者更确切地说,真核生物(也就是所有动物、植物、真菌等等复杂生物)是古菌进化而来的吗?

这个问题可能需要“阿斯加德”的帮助。阿斯加德超门是古菌界一类古菌的统称,其中包含洛基、索尔、奥丁与海姆达尔。它们被认为是最接近真核生物的一类古菌,有望帮我们解答有关生命起源的问题。

2015年,洛基古菌的基因组首先在格陵兰附近海底洛基城堡(Loki's Castle)的海底热泉口附近找到,遗憾的是,那次采样并没有见到洛基古菌的真容。而今年,日本科学家终于在实验室中培育并分离出了这种神奇生物。

我们离“从何而来”的答案越来越近了吗?希望如此。

生死之门:在死后数小时恢复大脑部分功能

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:pixabay.com

2019年4月17日,《自然》期刊刊登了一项新的研究,并且还在期刊新闻首页报道了此项研究。5天之后,期刊新闻又再次对其进行了报道,进一步有针对性地解答了读者的许多相关问题。这项研究之所以吸引了如此大的关注,是因为它听起来着实非常令人惊讶,似乎也绕不开伦理和技术的探讨。[3]

在猪被屠宰四小时后,科研人员恢复了它的大脑的微循环及分子和细胞功能。尽管涉及恢复大脑活动的研究都会经过伦理审查,但研究仍然引起了广泛的关注和讨论。在这项研究中,科研人员通过技术手段有意防止大脑恢复意识,在过程中也没有发现任何表明大脑存在意识的证据。但科学家也表示,在未来的研究中,恢复意识并非完全不可能的事情。

或许我们已经站在了生死之门的旁边,需要开始重新思考生与死的边界。

2、希望

可治之症:第二例HIV治愈病例,及抗HIV长效药

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:NIAID via Flikr under CC BY

11年前,“柏林病人”Timothy Ray Brown成为世界首例被治愈的艾滋病人。今年,“伦敦病人”出现了,他是创造历史的第二位。“伦敦病人”和“柏林病人”都接受了骨髓移植。这或许能为治愈艾滋病带来了一丝希望。[4]

今年关于艾滋病令人欣喜的消息不止这些。以往,感染HIV的病人必须每天服用药物来控制感染,但一种注射性药物组合的临床试验表明,这种药物能在注射之后的至少1个月后仍然有效。另外初步试验表明,一种植入性的抗HIV药物作为一种预防措施,有效性可能超过1年。这些进展或许能成为终结艾滋病流行的有力工具。[5]

随着医学的进步,艾滋病已经变为“可控之症”。除了在医学上探寻更有效的疗法,将它变为“可治之症”以外,我们要做的还有很多。如何普及艾滋病相关知识,如何消除对HIV携带者和艾滋病感染者的歧视,这些问题都值得我们去深入思考。

遗传之痛:囊性纤维化的有效药物

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:pixabay.com

3个月——这是美国食品和药物管理局的审批新纪录。Trikafta作为一种治疗囊性纤维化的新药组合,以创纪录的速度获得了审批。[6]

囊性纤维化是一种遗传性外分泌腺疾病,主要影响胃肠道和呼吸系统。患者主要表现为呼吸道出现厚厚的粘液,导致呼吸困难和反复感染。福泰制药作为囊性纤维化治疗领域的巨头,它最新获批的Trikafta旨在将囊性纤维化从一种渐进性肺病转变为可控的慢性疾病。

这个药物组合能够抵消90%囊性纤维化患者携带的基因突变导致的影响。在编码关键蛋白的基因被确认30年后,药物终于成功获批上市。从生物学相关研究发现到医疗领域的应用,再到正式进入临床,“回报”的周期或许大多漫长,但大多亦十分值得。

儿童之殇:针对肠道菌群缓解儿童营养不良

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:EU Civil Protection and Humanitarian Aid via Flickr under CC BY-SA

儿童营养不良是许多贫困地区共同面临的问题。一系列的研究表明,一些严重营养不良的儿童即使完全康复,身体恢复也会十分缓慢,因为他们的肠道微生物仍处于不成熟状态。

今年,研究人员开发出了新型的治疗食品,专门用于修复营养不良儿童的肠道微生物群,帮助他们恢复肠道菌群。他们的方法侧重于使用可负担的且在文化上可接受的食物中的成分,选择性地促进一些关键肠道微生物的生长。[7] [8]

贫穷、饥荒、儿童问题……这些总是令人心碎。但庆幸的是,也总能看到有人为了让这个世界变得更好而在不断努力。

血疫之战:埃博拉出血热的新的有效疗法

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:Corey Parrish/U.S. Army Force

REGN-EB3和mAb114,这是在“血疫”又一次爆发之时,带给我们希望的两个名字。它们是两种试验性疗法,目前已经被证明能够显著降低埃博拉出血热的死亡率。[9]

距离埃博拉出血热的首次爆发已超过40年,自那之后,这种可怕的传染病数次在非洲肆虐。其中最严重的是2013年到2016年的西非疫症,超过万人丧命。

埃博拉病毒会导致人体凝血功能障碍,体内血小板数量降低,最终导致肾脏等多个器官衰竭。但人们始终没能找到对付这种可怕传染病的最有效治疗手段。今年,世界卫生组织已经把刚果民主共和国的疫情列为全球卫生紧急事件。在一系列未能达到理想效果的治疗试验后,这两种新型疗法或许能带来新的希望。

3、岁月

祖先之问:南方古猿湖畔种完整头骨化石

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:Dale Omori/Courtesy of the Cleveland Museum of Natural History

从零星的颌骨、颅骨、肱骨化石碎片,到一个基本完整的头骨化石。我们用半个多世纪,才窥探到了这种南方古猿的“真容”。

这个头骨化石属于一只雄性南方古猿湖畔种(Australopithecus anamensis),他生活在380万年前的埃塞俄比亚地区。它让科学家第一次有机会直接观察这种生物的头颅构造。[10]

南方古猿是比人属物种更为原始和古老的一类人科生物,但他们已经能够直立行走,兼具人和猿两者的特征。而湖畔种被认为是地猿始祖种(Ardipithecus ramidus)和南方古猿阿法种(Australopithecus afarensis)的过渡物种。我们至今仍在摸索人科中完整的进化链条,以寻找我们智人(Homo sapiens)的直系祖先。

反鸟之孕:中国科学团队发现世界首例体内保存蛋壳的鸟类化石

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:Barbara Marrs [11]

严格说来,恐龙并没有灭绝,因为存活至今的现生鸟类就是(一类)恐龙的后代。但是现生鸟类仅仅是鸟类中的一类,还有一类已经灭绝的原始鸟类被称为反鸟。

今年,来自中国的科学家团队发现了一种新的反鸟,它被命名为施氏慈母鸟(Avimaia schweitzerae)。这只鸟被保存在扁平的页岩内,虽然头部缺失,但罕见的是,它的体内还有未产出的蛋,第一次为科学家提供了有关反鸟生殖和繁育的信息,也为探知早期鸟类的演化历程提供了新的证据。

所有反鸟都成了白垩纪-古近纪灭绝事件中的牺牲者,但同一时期与反鸟差别不明显的现生鸟的祖先却活了下来。是“运气”,还是另有原因?

4、灭亡

生命之逝:苏门答腊犀在马来西亚灭绝

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:26Isabella via Wikicommons under CC BY-SA

马来西亚最后一只已知的苏门答腊犀(Dicerorhinus sumatrensis)于当地时间11月23日因癌症去世,这标志着苏门答腊犀在马来西亚的灭绝。

在五个现存的犀牛物种当中,苏门答腊犀是体型最小的一种,它被形容为一种“活化石”。苏门答腊犀曾广泛分布于亚洲,但目前野外已不足百头(甚至有一些估计认为不到30头)。它们大多位于印度尼西亚苏门答腊岛的保护区内,之前还有一部分在马来西亚。但随着最后一头雄犀和雌犀在今年先后去世,这种犀牛已经在马来西亚灭绝。

地球上曾经有很多生物都和我们共同生活在地球家园上,但其中有许多已经因为人类活动而走向了灭亡。

生态之灾:百万物种正面临灭绝的威胁

2019年,生命科学的四个篇章

○ 图片来源:Wikicommons

超过40%的两栖动物物种、33%的海洋哺乳动物、33%的鲨鱼和造礁珊瑚,以及10%的昆虫——共有超过100万个物种正受到灭绝的威胁。这是生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)在今年的一份报告中给出的结论,这也是我们正在面临的百万危机。[12]

这份报告是IPBES自2005年以来,第一次对生物多样性进行的重大国际性评估。他们警告,生物多样性的丧失正在“加速”,生物世界正面临着前所未有的危机。

有些人将我们正在面临的这场物种多样性危机称为第六次大灭绝,不过有别于历史上的其他五次物种大灭绝的是,第六次大灭绝的罪魁祸首不是地质灾难等自然因素,而是人类。

参考链接:

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1192-5

[2] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/726976v2

[3] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1099-1

[4] https://www.nature.com/articles/s41467-019-12141-5

[5] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1027-4

[6] https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-new-breakthrough-therapy-cystic-fibrosis

[7] https://science.sciencemag.org/content/365/6449/eaau4735

[8] https://science.sciencemag.org/content/365/6449/eaau4732

[9] https://www.niaid.nih.gov/news-events/independent-monitoring-board-recommends-early-termination-ebola-therapeutics-trial-drc

[10] https://www.nature.com/articles/s41586-019-1513-8

[11] https://www.nature.com/articles/s41467-019-09259-x

[12] https://ipbes.net/news/Media-Release-Global-Assessment

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