美國《科學》周刊將一個科學界追求了近50年的夢想變為現實評選為2021年的重大突破，那就是破解生命賴以生存的基本構件——蛋白質——的結構。人工智能幫助科學家做到了這一點，并且它永遠改變了生物學和醫學。只需幾分鐘，研究人員就能非常精確地獲得與不同疾病相關的蛋白質的重要信息，從而研發出更好的藥物。以下是《科學》周刊列出的2021年十大科學發現。

人工智能預測蛋白質結構

蛋白質是生命的基本組成部分，它的功能幾乎是所有生物過程的基礎，且與其三維形狀直接相關。近50年來，科學家們一直在努力研究這些結構是如何折疊的，但根本不能破解其中的奧秘。今年，被稱為AlphaFold（由谷歌收購的“深層思維”公司開發）和RoseTTAFold的兩個人工智能完成了一場史無前例的科學革命——它們能夠根據蛋白質包含的氨基酸，準確、快速地預測蛋白質的結構。這項基于深度學習的技術有望大大加快科學發現的速度，對涉及多種疾病的研究來說可能也意義非凡。蛋白質的許多結構與人類健康直接相關，有些蛋白質與脂質代謝、炎癥性疾病和癌細胞生長相關。

來自土壤的DNA

研究人員今年宣布達到了一個前所未有的科學里程碑。他們從美國佐治亞州和西班牙阿塔普埃爾卡山的兩個洞穴的沉積物中直接提取到古人類細胞核中的脫氧核糖核酸（DNA），無需用到化石骨骼。其中一支研究團隊的成員胡安·路易斯·阿蘇瓦加稱，這是“歷史性”的進步，因為它意味著研究人員不再需要靠化石來識別穴居人的身份，只需要地面上的一點“污垢”就夠了。在西班牙的洞穴中，提取到的DNA揭示了11.3萬年前到8萬年前生活在那里的古人類的性別和遺傳特征，同時表明尼安德特人的一個譜系在10萬年前結束的一個冰川期之后取代了其他幾個譜系。

向利用核聚變能源邁進

核聚變為太陽和其他恒星提供能量，長期以來一直被視為解決地球能源問題的一個方法。但要達到所需的壓力和溫度——相當于太陽核心溫度的10倍——是出了名的困難。美國國家點燃實驗設施8月完成的核聚變反應接近達到平衡點，即反應產生的能量超過誘發反應所需的激光能量，這個結果讓科學界感到驚訝。

研發新冠肺炎藥物

一種新武器將與疫苗一起對抗新冠病毒，那就是效力強大的抗病毒藥丸。如果在感染期間盡早服用，可預防癥狀和死亡。今年秋天，制藥商輝瑞和默克公布了抗病毒藥物臨床試驗的積極結果。默克公司的一款藥可將未接種疫苗的高危人群的住院或死亡風險降低30%。而如果在出現癥狀三天內開始服用輝瑞公司的一款藥，可將住院風險降低89%。

用致幻劑治療創傷后應激障礙

5月發表的一項大型科學試驗結果表明，通常被稱為“搖頭丸”的MDMA可顯著減輕創傷后應激障礙患者的癥狀。該試驗對結合心理療法和MDMA的治療方式進行了測試。試驗結果讓人興奮，但因為可能產生反作用，科學家對此持謹慎態度。

用人工抗體對抗傳染病

被稱為單克隆抗體的實驗室制造抗體徹底改變了某些癌癥和自身免疫性疾病的治療方法，但在對抗傳染病方面取得的成功有限。今年情況發生了變化，因為單克隆抗體在對抗新冠病毒和其他威脅生命的病原體（包括呼吸道合胞病毒、艾滋病病毒和瘧原蟲）方面取得了成功。

NASA探測器揭秘火星內核

美國國家航空航天局（NASA）的“洞察”號火星探測器2018年登陸火星，今年終于揭開了這個星球最深處的秘密。超靈敏測震設備接收到少量地震的數據。這些數據結合火星內部成分的估算結果，有助于繪制火星內部的地圖。數據表明，火星地殼的厚度不足40千米，比地球的大陸地殼要薄。火星地幔不像地球地幔那樣擁有絕緣的底層，它很淺，被擠壓在地殼和一個異常大的液體核心之間，該核心的直徑是火星直徑的一半以上。

這些數據很重要，有助于了解這顆紅色星球如何形成和進化，以及找出它與地球如此不同的原因。

物理學標準模型受到挑戰

在美國國立費米加速器實驗室進行的一項實驗證實了人們最初在20年前觀察到的怪異情況。一種被稱為μ子的粒子——電子更重、更不穩定的“表親”——的磁性比物理學標準模型預測的略強。標準模型描述了構成物質的基本粒子以及三種基本力。

體內的“基因剪刀”

被稱為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯工具在2020年取得了其首次臨床勝利：它似乎成功治愈了患有遺傳性血液疾病（鐮狀細胞性貧血或β型地中海貧血）的人。不過，治療過程都是在實驗室培養皿中進行的：從患者體內取出有缺陷的造血干細胞，對其進行編輯，然后將這些細胞重新注入患者體內。今年，科學家們更進一步，直接在患者體內利用CRISPR進行基因編輯。在幾項小型研究中，該操作減少了一種有毒的肝臟蛋白質的數量，適度改善了遺傳性失明患者的視力。

在母體子宮外生長的胚胎

以色列生物學家今年3月公布了一種在母體子宮外培育小鼠胚胎的新方法，培育時間創下紀錄。這使他們能觀察哺乳動物器官和后肢的形成過程，這一過程以前隱藏在母體內完成。該方法使小鼠胚胎在人造子宮中的發育時間從3至4天延長到11天（大約是這種動物20天妊娠時間的一半）。來源：參考消息