美国《科学》周刊将一个科学界追求了近50年的梦想变为现实评选为2021年的重大突破，那就是破解生命赖以生存的基本构件——蛋白质——的结构。人工智能帮助科学家做到了这一点，并且它永远改变了生物学和医学。只需几分钟，研究人员就能非常精确地获得与不同疾病相关的蛋白质的重要信息，从而研发出更好的药物。以下是《科学》周刊列出的2021年十大科学发现。

人工智能预测蛋白质结构

蛋白质是生命的基本组成部分，它的功能几乎是所有生物过程的基础，且与其三维形状直接相关。近50年来，科学家们一直在努力研究这些结构是如何折叠的，但根本不能破解其中的奥秘。今年，被称为AlphaFold（由谷歌收购的“深层思维”公司开发）和RoseTTAFold的两个人工智能完成了一场史无前例的科学革命——它们能够根据蛋白质包含的氨基酸，准确、快速地预测蛋白质的结构。这项基于深度学习的技术有望大大加快科学发现的速度，对涉及多种疾病的研究来说可能也意义非凡。蛋白质的许多结构与人类健康直接相关，有些蛋白质与脂质代谢、炎症性疾病和癌细胞生长相关。

来自土壤的DNA

研究人员今年宣布达到了一个前所未有的科学里程碑。他们从美国佐治亚州和西班牙阿塔普埃尔卡山的两个洞穴的沉积物中直接提取到古人类细胞核中的脱氧核糖核酸（DNA），无需用到化石骨骼。其中一支研究团队的成员胡安·路易斯·阿苏瓦加称，这是“历史性”的进步，因为它意味着研究人员不再需要靠化石来识别穴居人的身份，只需要地面上的一点“污垢”就够了。在西班牙的洞穴中，提取到的DNA揭示了11.3万年前到8万年前生活在那里的古人类的性别和遗传特征，同时表明尼安德特人的一个谱系在10万年前结束的一个冰川期之后取代了其他几个谱系。

向利用核聚变能源迈进

核聚变为太阳和其他恒星提供能量，长期以来一直被视为解决地球能源问题的一个方法。但要达到所需的压力和温度——相当于太阳核心温度的10倍——是出了名的困难。美国国家点燃实验设施8月完成的核聚变反应接近达到平衡点，即反应产生的能量超过诱发反应所需的激光能量，这个结果让科学界感到惊讶。

研发新冠肺炎药物

一种新武器将与疫苗一起对抗新冠病毒，那就是效力强大的抗病毒药丸。如果在感染期间尽早服用，可预防症状和死亡。今年秋天，制药商辉瑞和默克公布了抗病毒药物临床试验的积极结果。默克公司的一款药可将未接种疫苗的高危人群的住院或死亡风险降低30%。而如果在出现症状三天内开始服用辉瑞公司的一款药，可将住院风险降低89%。

用致幻剂治疗创伤后应激障碍

5月发表的一项大型科学试验结果表明，通常被称为“摇头丸”的MDMA可显著减轻创伤后应激障碍患者的症状。该试验对结合心理疗法和MDMA的治疗方式进行了测试。试验结果让人兴奋，但因为可能产生反作用，科学家对此持谨慎态度。

用人工抗体对抗传染病

被称为单克隆抗体的实验室制造抗体彻底改变了某些癌症和自身免疫性疾病的治疗方法，但在对抗传染病方面取得的成功有限。今年情况发生了变化，因为单克隆抗体在对抗新冠病毒和其他威胁生命的病原体（包括呼吸道合胞病毒、艾滋病病毒和疟原虫）方面取得了成功。

NASA探测器揭秘火星内核

美国国家航空航天局（NASA）的“洞察”号火星探测器2018年登陆火星，今年终于揭开了这个星球最深处的秘密。超灵敏测震设备接收到少量地震的数据。这些数据结合火星内部成分的估算结果，有助于绘制火星内部的地图。数据表明，火星地壳的厚度不足40千米，比地球的大陆地壳要薄。火星地幔不像地球地幔那样拥有绝缘的底层，它很浅，被挤压在地壳和一个异常大的液体核心之间，该核心的直径是火星直径的一半以上。

这些数据很重要，有助于了解这颗红色星球如何形成和进化，以及找出它与地球如此不同的原因。

物理学标准模型受到挑战

在美国国立费米加速器实验室进行的一项实验证实了人们最初在20年前观察到的怪异情况。一种被称为μ子的粒子——电子更重、更不稳定的“表亲”——的磁性比物理学标准模型预测的略强。标准模型描述了构成物质的基本粒子以及三种基本力。

体内的“基因剪刀”

被称为“基因剪刀”的CRISPR基因编辑工具在2020年取得了其首次临床胜利：它似乎成功治愈了患有遗传性血液疾病（镰状细胞性贫血或β型地中海贫血）的人。不过，治疗过程都是在实验室培养皿中进行的：从患者体内取出有缺陷的造血干细胞，对其进行编辑，然后将这些细胞重新注入患者体内。今年，科学家们更进一步，直接在患者体内利用CRISPR进行基因编辑。在几项小型研究中，该操作减少了一种有毒的肝脏蛋白质的数量，适度改善了遗传性失明患者的视力。

在母体子宫外生长的胚胎

以色列生物学家今年3月公布了一种在母体子宫外培育小鼠胚胎的新方法，培育时间创下纪录。这使他们能观察哺乳动物器官和后肢的形成过程，这一过程以前隐藏在母体内完成。该方法使小鼠胚胎在人造子宫中的发育时间从3至4天延长到11天（大约是这种动物20天妊娠时间的一半）。来源：参考消息