人们对发育生物学的认识已经有了翻天覆地的变
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从希波克拉底的时代起,人们就对生物体的发育产生了浓厚兴趣。古希腊的哲人们自然不知道细胞的概念,但他们知道从一个看不见的开端,生物可以发育成具有多种不同器官,实实在在的庞然大物。对于这种神秘的现象,人们有过很多猜测,甚至有人相信母亲呼吸里带有的湿气,决定了婴儿的形状。

除十大突破外,今年《科学》还选出了三个科学“憾事”,气候灾难加剧而政治行动停滞不前、基因编辑婴儿挑战伦理标准、国家博物馆大火沉重打击巴西科学三大事件警示人们,在取得成就的同时,2018年科学界还出了一些问题,值得深思。

此外,今年《科学》还列出了3大科学“崩坏”事件,“基因编辑婴儿,道德红线在哪?”入选。

正如上文所言,这是综合一系列技术突破带来的历史性成果,这包括了从生物体中分离出成千上万个完整细胞,有效对每一个细胞里的遗传信息进行测序,并利用计算机工具或细胞标记工具,重塑这些细胞在时空中的变化。仅在今年,我们就揭示了多种动物的发育过程。

美国《科学》杂志近日公布了其评选出的2018年十大科学突破,单细胞基因活性分析技术突破拔得头筹,成为年度头号科学突破。

其中,在单细胞水平上追踪生物体发育被列为十大突破之首,理由是相关技术“将改变未来10年的研究”。

正如《科学》的评语所言,目前我们所取得的成就,仅仅是“单细胞革命”时代的开端。过去我们只能看见群星,如今我们却已能仰望整片宇宙。

单细胞基因活性分析可让研究人员逐个追踪细胞发育,了解哪些基因会在胚胎早期发育时被开启或关闭。这一过程中,研究人员需将完整细胞从生物体中分离,用单细胞RNA-seq方法对其基因组内容测序,对早期细胞及它们的后代进行标记以跟踪其在发育时是如何分裂成为多种类型细胞的。科学家认为,单细胞RNA-seq方法会在未来10年内改变基础生物学和医学研究格局。

1. 单细胞水平追踪生物体发育

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2018年,科学家们推出了多种技术与单细胞RNA-seq方法结合使用,详细描述了扁虫、鱼、蛙等生物是如何开始形成器官及其附器的,而世界各地还有众多研究团队正在应用这些技术研究人类细胞是如何在其一生中成熟的、组织是如何再生的、细胞是如何在疾病中发生改变的等诸多问题。《科学》杂志特约撰稿人伊丽莎白·潘尼斯在对年度突破的解读中表示:“单细胞革命才刚刚开始。”

《科学》盘点2018十大突破、3大崩坏事件

尽管由于伦理原因,我们还不能研究人类胚胎的发育过程,但这些技术已经能用来研究人类组织和类器官里,每一个细胞的基因活性。研究人员们相信,这些知识将帮助我们更好地了解不同人类细胞的功能,从而对癌症、糖尿病、以及其他疾病带来洞见。

《科学》杂志评出的另9项科学突破包括:首次发现宇宙中高能中微子来源;利用电子衍射技术快速确定微小有机化合物分子结构;在格陵兰岛发现巨型陨石坑,激起千年全球降温事件猜想;美国国家科学、工程和医学学院发布报告,内容直指科学领域对女性的性骚扰问题;对俄罗斯丹尼索瓦山谷洞穴中骨块基因组测序发现古人类“混血”证据;利用开源基因数据抓捕上世纪七八十年代犯下累累罪行的“金州杀手”;经20年等待后基因沉默技术终获美国食品药品管理局认可;对5亿多年前化石分析发现动物生命标志——胆固醇样分子痕迹;多项研究揭示细胞内部基本组织原则。

当地时间12月20日,美国《科学》杂志发布2018年度十大科学突破。

如今,综合一系列技术,我们能够追踪在单个细胞内,哪些基因得到了启动。这让我们能够以前所未有的清晰度,看清生物体每一个细胞的发育过程。这就像是理清了乐谱中标注的不同符号,演奏出生物发育的华丽交响乐。为此,《科学》杂志也将其列为2018年的年度科学突破。

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DNA双螺旋结构的发现至今,人们对发育生物学的认识已经有了翻天覆地的变化。我们知道基因组是生物体的蓝图,基因的表达决定了细胞分化的方向。

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