贝多芬、同性繁殖和核聚变：《自然》短文比赛获奖人公布啦!（内附获奖作品全文）

来源：Nature自然科研

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还记得5月份的短文比赛吗？戳这里?复习《自然》短文比赛向你征稿啦！| Nature 150周年

今年5月，为庆祝《自然》创刊150周年，我们邀请18-25岁的读者参与我们的短文比赛。用1000字不到的篇幅向我们讲述他们最希望在有生之年看到的科学进展，以及这对他们的意义。

群众的反响非常热烈：我们共收到了661篇投稿。有的人希望科学可以让自己的预期寿命大幅增加；有的人期待最新研究能够结束气候变化；其他人还提到了神经退行性疾病、对人类历史的理解、农作物培育、太空探索、医疗技术、水资源和超级食物方面的进展。文章的写作水准都很高，提出的想法也很有启发性。

最终获奖的是诺丁汉大学的博士生Yasmin Ali的动人作品。在这篇引人深思的文章中，Ali讲述了贝多芬，她孪生兄弟的听力损失，以及她希望这种疾病能够得到治愈的愿望。这篇文章之所以脱颖而出，是因为它提醒了我们科学家做科研的初心：让明天的世界比今天更美好。

所有短文先经由《自然》编辑组成的评委小组进行评判。被选出的前十篇文章再由另外三名评委进行排位。这三人分别是《自然》总编辑Magdalena Skipper、肯尼亚医学研究所-惠康基金会的免疫学家Faith Osier，以及帝国理工学院的物理学家Jess Wade。所有短文在评选过程中均保持匿名。

我们还选出了两个第二名。哈佛大学的物理学研究人员Robert Schittko提出，核聚变或能为气候危机提供解决方案。这篇文章描绘了一个宏大的设想，字里行间又不失幽默。芝加哥大学的化学研究员Matthew Zajac写下了他的亲身经历，有力讲述为什么他最想看到同性生殖领域的进展。

短文比赛向我们展示了当今年轻科学家的创意和才能，以及他们坚信研究能改变世界。我们很期待他们接下来的表现。

一等奖

贝多芬之梦

作者：Yasmin Ali   英国诺丁汉大学

作曲家贝多芬曾梦想他的听力损失能被治愈。很快，我的孪生兄弟和千千万万同病相怜的人或许就能梦想成真了。

插图：Jan Kallwejt

1802年6月，晴。31岁的贝多芬正漫步在维也纳郊外。阳光从树叶的缝隙中穿过，他的脚下踩着厚实的土地，鸟儿们演绎着属于自己的交响乐。但这一切并没有让贝多芬惊艳；他的脑海中只有自杀的念头。几年前，他开始逐渐丧失听力。虽然当时的症状还不严重，但依然让他备感煎熬。他写道，听力损失使他的生活变成了“痛苦的存在”，让他整个人陷入了绝望。贝多芬依然顽强刻苦地工作，创造出了不朽的音乐篇章。只是这个过程并没有带给他什么乐趣。

我目睹了一段类似的人生。我的孪生兄弟Islam从18岁开始失去听力。我亲眼看着他的性格发生变化，以前的他是个外向的捣蛋鬼，现在变得安静而内向。由于听力丧失往往看不出来，我当时并没意识到他经历的挣扎，也没有及时给他最大的关心。

根据世界卫生组织的数据，全世界目前有4.66亿人患有残疾性听力损失，到2050年预计会超过9亿人。和其他残疾相比，听力损失的影响常常被低估。但是，听力损失患者会在日常生活中不断遇到交流困难。他们常常会听错或跟不上别人说的话。这种交流困难会让他们在努力社交时感到被孤立，最终导致一些社会退缩行为。海伦·凯勒曾经说过，“盲隔绝了人与物，聋隔绝了人与人。”

直至今日，感觉神经性听力损失（最常见的类型，贝多芬患的也是这一种）依然无法治愈。我们已经有了先进的声音放大技术，例如助听器和人工耳蜗，但这些并不能恢复听力。我希望在我和我孪生兄弟的有生之年，能够见证科学研究让听力恢复成为可能。

感觉神经性听觉损失是由于内耳中一个叫耳蜗的器官受损而导致的。耳蜗中有着非常精细的听觉感受器毛细胞，对听力至关重要。在人类和其他哺乳动物中，毛细胞的任何损伤都是不可逆的。其他动物，例如鸟、鱼、两栖类和爬行类动物，可以自然再生耳蜗毛细胞，也就是说它们的听力损失只是暂时性的。

科学家一直在研究非哺乳类动物的毛细胞再生过程，并识别出了几种关键基因和蛋白质。我们可以靶向这些基因和蛋白质，刺激耳蜗内的支持细胞，造出更多的毛细胞，替代死亡的细胞。

一些类似的细胞疗法已经成功恢复了小鼠和豚鼠的听力——突破性进展！这方面的进步会创造出更多的治疗可能，其中一种疗法正在人类身上进行首次试验。伦敦大学学院团队领衔的国际合作项目REGAIN临床试验正在测试γ分泌酶抑制剂，这种分子或能促进支持细胞转化为新的毛细胞，帮助恢复听力。

如果被证实有效，这些进展或能带来一场听力治疗的革命。我的研究方向是听力损失对患者心理健康的影响。很多人在得知自己的听力再也不能恢复之后，都会经历和贝多芬相同的绝望。要知道，心怀希望是保持良好心理健康的关键。

那些失聪的人会把自己视为文化上的少数派，而不是一个能被“治好”的残障群体。我和其他科学家的研究目标，就是去帮助这些因耳聋而陷入弱势，并希望重获听力的人。

我们两人的父母来自不同的人种，所以我们的外貌很不一样。我的皮肤很白，有雀斑。他的皮肤偏橄榄色（他会被太阳晒出漂亮的黝黑色，而我晒完就会变成西红柿）。我的眼睛是蓝色的，他的是栗色的。我的听力很正常，而他有着严重的听力损失。我们一起走过了人生的很多阶段。当他的听力开始下降，生活出现困难时，互相理解帮助我们度过了这个难关。沟通、自我表达、聆听和倾诉（即使通过手语）都是人类的基本需求。我希望，当我将来大声对他喊出我支持他的时候，他能够听得见，接受我的支持，不再感到孤独。

当贝多芬失去听力时，他让自己与世隔绝，支持他的力量是梦想着有朝一日能够恢复听力。可惜的是，他尝试的所有治疗方法都失败了。1802年，贝多芬写道，“但六年来，我一直忍受着绝望的折磨，那些麻木不觉的医生不断地用治愈的希望欺骗我，让我更加痛苦。现在我终于要面对这是个永久疾病的事实了（治愈遥遥无期或是全无希望）。”

贝多芬听力恢复的梦想没有成真。但是，藉由毛细胞再生这一科学进步，在贝多芬那次散步的217年后，这个梦想可能会成为现实。据说贝多芬在临终时的最后一句话是：“到了天堂，我就听得见了！” 相比之下，现代听力受损人士是幸运的，他们或许在地球上就能很快听得见了。

二等奖

繁衍后代的再思考

作者：Matthew Zajac   美国芝加哥大学

将来，同性伴侣也应拥有自己亲生的孩子。

插图：Jan Kallwejt

大二的某天下午，我从宿舍给父母打电话。对他们来说，这是一通再寻常不过的问候电话，但对我来说，这是一次等了很久的对话。为此，我和最要好的朋友已经排练了无数遍，我的语气必须很坚定，但又不能太有冲击力。就像让我先对他们投一个手榴弹，然后拼命保护他们。

“对了……我恋爱了，对方是一个男孩子。”

打电话前，我想好了如何回答一般父母面对子女“出柜”会问的问题：“你确定吗？”、“为什么之前不告诉我们？”、“你从没喜欢过女孩子吗？”但我的母亲没有问这些，她问了一个让我猝不及防的问题：“那孩子怎么办？”不管是她一直知道我喜爱孩子，还是她早想好了要帮忙带孙子，她一针见血地指出了关键问题——我的性取向可能让我无法组建三口之家。她说的没错。根据一项2013年的调查，尽管74％的美国成年人育有子女，但在女同性恋、男同性恋、双性恋和跨性别（LGBT）群体中，这个比例只有35％，而他们中有51%的人明确表达了对孩子的渴望。截至2015年，同性伴侣共同抚养的孩子中有三分之二来自其中一方的前一段关系。但情况正在发生改变：随着世界各地对同性恋的接受程度越来越高，大家认清自己性取向的年纪越来越早，也不太可能走入一段异性恋婚姻。因此，同性伴侣抚养孩子的可能性越来越小，但如果有孩子，孩子多属于这一段关系。

造成这种趋势的部分原因可能是同性伴侣当下有更多机会通过领养或其他方式为人父母。体外受精和代孕分别让男同性伴侣和女同性伴侣可以得到和自己有部分血缘关系的后代。但这些手段无法让孩子与伴侣双方都具有血缘关系。尽管目前没有证据表明这种单方面亲缘关系会影响亲子关系，但过去对不孕不育异性夫妇的调查显示，血缘关系是非常重要的。2017年的一项研究发现，超过97％的受访者更希望有一个和自己有血缘关系的孩子（S. Hendriks et al. Hum. Reprod. 32, 2076–2087; 2017）。

作为芝加哥大学的化学生物学研究生，我对自己的性取向和科研兴趣之间的交集做了很多思考。基因组编辑技术正在改变眼下研究基础生物学的方式。但是，对我来说，更重要的是这些技术给了我一线希望，让我和另一半可以拥有我们亲生的孩子。

人类同性繁殖在很多人看来是不可能实现的。除了伦理和社会政治的障碍之外，还有很多基本的生物学问题需要克服。

在鸟类和鲨鱼中，单性繁殖（或者卵细胞在未受精情况下繁殖）非常普遍。但是哺乳动物的繁殖却因基因组“印记”更加复杂——部分基因在精子或卵子中被修饰或关闭，而它们对应的卵子和精子中这些基因被表达出来，就像拉链两侧嵌合在一起。为了解决这个问题，研究人员培育出了“无印迹”干细胞。《细胞-干细胞》2018年的一篇报告描述了使用CRISPR去除小鼠基因组中的印迹区域，即去掉生物拉链中的嵌合齿（Z.-K. Li et al. Cell Stem Cell 23, 665–676; 2018）。这种技术改造后的雌性小鼠卵子可以繁殖出健康且具有生殖能力的后代。但这种技术改造的雄性小鼠精子繁殖出的小鼠幼崽却无法活到成年。虽然是一个重大突破，但许多人认为这种方式的出生成功率过低（两个母亲的出生成功率为14％，两个父亲仅为2.5％），这也证明了有性繁殖仍然是哺乳动物的唯一出路。但是，这项技术为我们带来了新的希望，随着科技进步，当我们对基因组印迹有了更深的认识后，我们或许真的可以实现人类同性繁殖。

同性繁殖技术在2019年听来可能更像是科学幻想，其使用也会引起巨大争议。但在1869年，《自然》顺应学术自由主义和大胆科学思潮创刊之时，试管婴儿和同性婚姻在当时一样是不可想象的。关于同性繁殖的颠覆性创新将继续向前推进——终有一天，当我们进行了充分的研究，将操作风险降到最低，削减经济成本至可接受的范围，并保证有效的法律监管，任何有条件有意愿的同性伴侣都将拥有属于自己孩子。

至于我，等我和另一半准备好了之后，我打算用任何可行的方式让我的父母抱上孙儿。抚养一个我们俩的亲生孩子？那将是我永远的念想。

二等奖

能源游戏

作者：Robert Schittk   美国哈佛大学

核聚变发电厂或能帮助解决气候危机。

插图：Jan Kallwejt

如果所听非虚，我在一岁的时候就用高功率能源完成了自己的第一次实验。

那是1995年的新年夜，不知怎么的，我搞到了两个银色物件。现在我当然知道，那是两颗螺丝钉。在我东张西望的时候，墙上出现的一个蛇一样的东西吸引了我的注意力。这东西的末端，有两个黑洞洞的小孔。后来我知道，它叫做电源延长线。两个黑色的小孔在白色塑料的衬托下，显得格外扎眼。那时的我，完全不知道现在的我会写下这则警世故事。我不再犹豫，深吸一口气，锁定目标，将那两个银色的物件塞进了小孔里。于是，我得到了人生中第一个（但所幸不是最后一次）失败的实验结果。

24年后的今天，我和我的父母早已从各式各样的人生“电击”中恢复，而我仍在摆弄危险的设备——我目前在哈佛大学从事物理学研究。现在我所操作的能源设备比之前的规模要大得多了。一旦操作不当，它危及到的就不只是我个人的生命，而是全世界成千上万物种的安危。和蹒跚学步的时候不同，如今的我不能拿无知来当借口。政府间气候变化专门委员会（IPCC）警告，即使将全球变暖的程度控制在比工业革命前水平高1.5°C以内， “与气候有关的健康、生计、粮食安全、水资源供应、民众安全和经济增长的风险”也还是会增加。IPCC估计，一旦温度升高哪怕只有2.0°C，气候变化就将进一步伤害到生活在全球各个脆弱地区的数亿人口。虽然各国自愿遵守《巴黎协定》的排放水平，其目标是让接下来80年的地球温升控制在约3.0°C以内，但这个目标看来也很难实现了。

由于全球政治体制无法充分应对气候变化的威胁，人们开始渴望某种政治上或者技术上的变革性突破。

对于前者，我们所能指望的最好结果，就是一场史无前例的政治运动，通过向政府施加更大的压力，促使其采取更果断的行动应对危机。这种诉求早已在席卷全球的气候运动浪潮中充分表达。

而对于后者，我们最大的指望是核聚变。

核聚变的过程是这样：成对的轻质原子核相互结合释放出大量的能量。这是太阳和其他恒星获得能量的机理，也是研究人员长期以来希望加以利用、修建核聚变发电厂的原理。理论上，这种发电厂可以依赖可再生的氢的同位素提供长达数千年的能量。同时，核聚变发电厂要比核裂变发电厂更加安全，也不会产生生命周期极长的核废料。不幸的是，它也有一个缺点：建造难度非常大。

这是因为在地球上实现核聚变，需要数千万摄氏度的高温，在该温度下，聚变燃料将变成狂暴的等离子体。尽管科学家已经进行了长达六十多年的研究，但约束这种等离子体的行为依然相当困难，这也是我们至今仍然无法造出核聚变发电厂的关键原因。然而，这么多年的研究已经积累了许多宝贵的经验。今天，由核聚变带来的清洁能源未来，比以往的任何时候都更有可能实现。

迄今为止，最为雄心勃勃的核聚变项目是国际热核聚变实验堆（ITER），正在法国南部兴建。其目标十分明确：实现“收支平衡”，也就是核聚变反应产生的能源，超过为了维持等离子体而投入的能源。这是一个目前为止仍然难以达成的运行目标。在来自全世界另外数十个实验室的帮助下，计划于2035年投运的ITER还将测试一些其它核聚变发电厂最终也需要的辅助技术。这期间，与ITER展开竞争的其它反应堆技术研究也会在各地独立展开，而包括深度学习在内的技术也在引领这个领域的突破（J. Kates-Harbeck et al. Nature 568, 526–531; 2019）。考虑到这些，我希望核聚变发电厂能在本世纪末之前建成，为限制气候危机的影响大大助力。

即便没有这场危机，核聚变也有足够多的理由令人兴奋。要驯服比太阳内核温度高几倍的等离子体，作为一名物理学研究生，这样的想法令我神往。核聚变发电厂最终设计的各个方面具有高度复杂性，作为一名研究人员，这样的绝妙设计令我惊讶。人类最终将可以模仿出恒星的运行，而不仅仅是只能仰望它们，作为一名作家，这样的光明前景令我赞叹。

但正是作为一个心怀他人的普通人，让我觉得实现可控核聚变的重要性高于一切。归根结底，人类终将为气候变化、海平面上升、气温升高、更频繁的干旱和极端天气而付出代价。而且，最早付出代价、付出也最多的，将是那些最一无所有的人。这些人贫穷又弱势，让他们承担气候危机的过错无异于让一个一岁男婴为自己不小心触电而受到责罚。

核聚变发电厂将证明自己是其它技术难以企及的强大法宝，为人类减少气候变化所造成的巨大代价。

这是我希望有生之年能看到它们的原因。

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获奖前言和三篇获奖文章分别以 Announcing the winners of our young-writer essay competition；Beethoven’s dream；Reproduction, rethought ；Power play为标题发表在2019年11月04日的《自然》职业版块上

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Nature|doi:10.1038/d41586-019-03358-x

Nature|doi:10.1038/d41586-019-03358-x

Nature|doi:10.1038/d41586-019-03360-3

  Nature|doi:10.1038/d41586-019-03359-w

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