专家解答：过去 50 年最重要的科学突破

北京时间 9 月 1 日消息，据国外媒体报道，人们似乎总喜欢厚古薄今，无论是电影还是小说，几乎任何事物都让人感到今不如昔。不过，科学研究是少数几个不受这种批评影响的领域之一，应该没有多少人会怀念相对论或青霉素发明之前的日子。几个世纪以来，科学一直在不断取得突破。那么，在这些突破中，哪一项是最重要的呢？过去 50 年里最令人印象深刻的科学进展是什么？一些专家对此进行了解答。

Felicitas Heßelmann（德国柏林洪堡大学社会科学研究助理）

我要说的这个要比 50 年前更早一点，那就是在 1955 年至 1961 年间，尤金・加菲尔德和欧文・H・谢尔所提出的期刊影响因子和科学引文索引（Science Citation Index，简称 SCI，如今 Web of Science 的前身）及其相关发展是最具影响力的。

这些发展为当前学术界的治理和评估制度奠定了基础。就我们所知，它们对科学架构的影响怎么评价都不过分：如今，你很难想象任何（与科研有关的）资助、招聘或成果发表不是依赖于影响因子或 Web of Science 的数据，或者至少要以其他某种形式的定量评估和/或大规模文献数据库为基础。此外，我们接触学术文献的方式，以及我们了解和积累研究成果的方式，也在根本上受到了这些数据库的影响。

因此，它们影响了在过去 50 年里其他科学领域发展的可能性。一些突破性的发现可能只有在影响因子和 SCI 的评估制度下才有可能，因为在别的制度下，这些项目可能无法得到资助。但与此同时，我们可能也错过了一些了不起的研究项目，因为它们在量化评估方面（很可能会）表现不佳，在早期就被抛弃了。当前学术界的争论还突出了定量评估机制对出版物的过分重视所带来的不正常和负面的影响，包括研究目标的转移、对指标的博弈，以及职业生涯早期研究人员在发表文章时面临的巨大压力等。因此，尽管影响因子和 SCI 都极具影响力，但它们既不是学术治理的唯一选择，也不一定是最好的选择。

罗伯特・N・普洛克特（美国斯坦福大学科学史教授，主要研究 20 世纪的科学、技术和医学）

这个问题的答案肯定是全球变暖的发现与证明。当然，早在一个多世纪前，就有人提出了全球变暖问题的部分证据。例如，约翰・丁达尔（爱尔兰物理学家）在 19 世纪 50 年代的研究表明，某些气体会吸收来自太阳的光线，使地球大气层保持温暖。斯万特・阿伦尼乌斯（瑞典化学家）在 1896 年提出，假设主要温室气体之一的二氧化碳浓度翻倍，将导致地球发生可预测的变暖 -- 这对他所在的瑞典来说是件好事。

然而，直到 20 世纪 50 年代末，人类才对碳进入空气的速率有了准确的测量。一位名叫查尔斯・基林的化学家在夏威夷的莫纳罗亚火山顶上建立了一个监测站，不久之后，他就注意到大气中的二氧化碳每年都在稳步增加。基林的第一次测量显示大气二氧化碳含量为 315ppm，并且以每年约 1.3ppm 的速率增长。"氢弹之父"爱德华・泰勒在 1959 年警告石油精英们，未来可能会出现冰盖融化和曼哈顿被淹没的情况。1979 年，秘密科学家组织"杰森斯"（Jasons）证实，全球变暖的严重性是可以预期的。1990 年，政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change）发布了第一份报告，全球科学界就地球变暖的现实达成了共识。

今天，我们生活在二氧化碳浓度超过 420ppm 的大气中，这个数字每年仍在迅速增长。冰芯和海洋沉积物研究表明，今天地球空气中的碳含量比过去 400 万年中的任何时候都要高：上一次大气二氧化碳含量这么高的时候，美国佛罗里达州的大部分地区都在水下，体长 24 米、牙齿长 20 厘米的鲨鱼还在海洋中游荡。

伴随这一地球变暖证据而来的，是人们认识到地球的历史就是一部不断发生剧变的历史。我们知道，每隔几百万年，非洲就会在直布罗陀海峡与欧洲碰撞，导致地中海干涸 -- 这就是每条河流下面都有峡谷通往地中海的原因。我们知道，大型冰川湖泊的破裂形成了华盛顿州东部的疤地，也形成了今天分割法国和英国的海峡。我们还知道，月球是在一颗火星大小的行星撞击地球时形成的，而恐龙是在大约 6600 万年前，因为一颗珠穆朗玛峰大小的陨星撞击尤卡坦半岛后灭绝的。当时，这颗陨星击碎了数十亿吨的岩石，将铱撒遍全球。所有这些都是最近才被证实的。从科学角度，我们正处于一个新的地质灾变时代。

然而，关于我们当前的气候危机，有两点是很不同的。

首先一个事实是，人类正在推动这场灾难的发生。燃烧化石燃料是对地球上所有生命的犯罪，或者至少是对我们最关心的部分的犯罪。现在，山松甲虫在冬天时不会被冻死，这反过来导致了树木枯黄死亡。随着海洋酸化加剧，珊瑚礁出现了溶解的迹象。世界各地的风暴也越来越猛烈，气候变化导致的火灾更剧烈燃烧，持续时间越来越长，由此引发的生物灾害将会成倍增加。大大小小的生物都会为了躲避高温而迁移，后果未知。矛盾之处在于，所有这些灾难都是完全可以预防的：我们无法预测下一次伽马射线爆发或太阳风暴，但人类的知识肯定足以解决当前的气候危机。

不过，第二点才是真正致命的。与致命的小行星撞击或伽马射线不同，人类社会中存在一个由企业组成的阴谋集团在努力确保化石燃料的持续燃烧。在这场针对地球的犯罪中，顺从的政府是同谋 -- 还有一些"智库"，比如美国石油学会和其他十几家"机构"。这使得气候危机不同于以往的大多数灾难或流行病。这就好比国会里有一群为疟蚊发声的说客，或是一群为新冠病毒辩护的律师。欢迎来到人类世、火新世和不可知论的时代！

所以，忘掉过去的五十年吧：发现石油这种慢慢沸腾的液体很可能是人类历史上最重要的科学发现。还有什么能与之相提并论的？

亨特・海克（美国俄克拉何马大学科学史教授兼主席）

我想说，最准确的答案应该是一系列与基因测序和基因组图谱有关的概念和技术。

和大多数科学领域的革命性发展一样，基因测序和基因组图谱革命并不是由某个单一发现引发的；相反，这涉及到一系列与操纵和绘制遗传物质有关的新想法、新工具和新技术在大约同一时期出现。这些新思想、新工具和新技术相互支持，使一连串突破性的发明和发现成为可能，为绘制人类基因组和开发用于基因操作的 CRISPR 技术等壮举奠定了基础。在这些基础性的突破中，最重要的也许是那些与重组 DNA（允许人们用特定的 DNA 片段进行实验）、PCR（聚合酶链反应，用于精确地大量复制 DNA 片段）和基因测序（用于确定 DNA 片段中碱基对的序列，从而识别并确定基因的位置）有关的进展。虽然这些技术都依赖于早期的思想和技术，但它们都在 20 世纪 70 年代取得了长足进步，为操纵遗传物质和绘制生物个体的基因组图谱奠定了基础。1990 年至 2003 年正式启动的人类基因组计划（Human Genome Project）在这方面投入了大量资源，推动了基因测序的速度和准确性显著提高。

这一系列技术的发展，无论是在思想上还是在实践上，都产生了巨大的影响。在实际应用方面，DNA 证据在刑事调查（或者为错判者洗脱罪名）中的应用现已成为常态，而精确、实时的基因组识别（和监控）的潜力正以惊人的速度得到实现。尽管基因疗法仍处于早期阶段，但其潜力相当诱人，"基因组医学"正在迅速发展。现在，制药公司会在临床试验中要求从个体实验对象那里获得 DNA 样本，以便将药物疗效与他们基因组的某些方面联系起来。

也许最重要的是，基因测序和图谱绘制在公共卫生方面有惊人的应用潜力：导致新冠肺炎的 SARS-2 冠状病毒的基因组在 2020 年 2 月底完成了测序，仅仅在几周前，人类才意识到它可能造成的严重公共卫生威胁。随着时间的推移，科学家对来自世界各地的病毒样本进行了全基因组分析，使公共卫生专家能够以即使在十年前也无法想象的方式描绘出该病毒的传播和变异方式。科学家以惊人的速度发现了使这种病毒具有极高传染性的独特属性，并开始了一种全新的疫苗开发模式，进而促成了一种新型疫苗（mRNA 疫苗）的开发、测试和大规模生产。

从病毒的识别，到疫苗的批准和广泛使用，这一切都发生在令人难以置信的极短时间内 -- 不到一年。这种疫苗具有显著的疗效，其发展过程是多么令人惊叹，它在未来的疫苗研发中具有多么大的潜力，无论怎么说都不为过。

在知识和文化方面，操纵和绘制遗传物质图谱的综合技术挑战了长期以来关于什么是自然，以及是什么使我们成为人类的概念。有机的、活生生的事物现在可以被合理地作为技术来描述，这是一件令人不安的事情。我们个人生物身份的某些方面曾经是所谓的"天赋"，但现在正越来越多地变成选择，这对我们的影响才刚刚开始显现。此外，这些技术也正在用于重建我们对进化史的理解，包括人类这一物种的进化及其在全球的扩散，也许没有什么比改变我们对自身历史的理解更重要的了。

琼・阿加尔（英国伦敦大学学院科学与技术研究教授，从事现代科学与技术史研究）

我的答案是聚合酶链反应（PCR）。这种技术于 1985 年由美国加利福尼亚州 Cetus 公司的凯利・穆利斯发明，对现代遗传学和分子生物学的重要性不亚于三极管和晶体管对现代电子学的重要性。事实上，PCR 也有着类似的作用，它可以作为一个"放大器"，使 DNA 增殖，就像一台"DNA 复印机"。如果没有 PCR，尤其是实现自动化的 PCR，许多现代遗传学研究将是极其耗时、费力的手工工作，成本高得离谱，而且与其有关的许多应用也将无法实现。PCR 使测序和基因指纹识别成为可能，对新冠病毒的检测和疫苗的开发也得益于它。