摘要：在唐纳德·特朗普总统的领导下，美国政府正在大幅削减科学研究经费。美国国立卫生研究院已削减了近20亿美元的已批准拨款，国家科学基金会也终止了1400多项拨款。而总统还有更大的计划来摧毁科学。他提出的2026财年预算案将削减36%的非国防相关研发经费。

在唐纳德·特朗普总统的领导下，美国政府正在大幅削减科学研究经费。美国国立卫生研究院已削减了近20亿美元的已批准拨款，国家科学基金会也终止了1400多项拨款。而总统还有更大的计划来摧毁科学。他提出的2026财年预算案将削减36%的非国防相关研发经费。

“他们已经大规模取消了许多正在进行的研究项目，”哈佛大学约翰·霍尔德伦说道，他曾担任前总统奥巴马两届任期内的科学顾问。“他们现在打算通过削减预算来巩固这一做法。”

被取消或面临威胁的研究包括“应用型”研究（具有明确的应用方向，可能具有商业性质）和“基础型”或“蓝天型”研究（旨在发展新知识）。

从核磁共振成像到 Ozempic：这些突破性进展表明，基础研究为何必须受到保护。

基础研究常常被嘲笑，因为它看起来似乎不切实际，但实际上，它是经济增长的主要驱动力。“基础研究的投资回报率——也就是对社会的回报——非常高，通常每投入一美元就能获得数美元的回报，”霍尔德伦说。

美国削减科研经费将对基础研究造成尤为沉重的打击，因为政府历来是基础研究的主要支持者。霍尔德伦表示，私营部门永远不会对这类研究投入足够的资金。“投资回报周期太长，而且资助方能否获得这些回报也存在很大的不确定性，”他说道，“这就是为什么从根本上讲，资助基础研究是政府的责任。”

尽管无法估算联邦政府拨款减少会对未来的科研发现造成怎样的限制，但科学家们指出，许多基础研究成果最终改变了世界。以下是一些例子。

1966年夏天，还在印第安纳大学读本科的哈德逊·弗里兹搬到黄石国家公园边缘的一间小木屋居住。他当时为微生物学家托马斯·布罗克工作，布罗克坚信某些微生物能在极高的温度下生存。弗里兹每天都要躲避熊的出没以及它们造成的交通堵塞，前往温泉采集细菌样本。

1967年，托马斯·布罗克站在黄石国家公园的蘑菇泉旁。人们在此地发现了能在高温液体中生存的细菌。图片来源：托马斯·布罗克/美国地质调查局

9月19日，弗里兹成功地从蘑菇泉培养出了一种淡黄色微生物样本。在显微镜下，他发现了一系列从近乎沸腾的液体中采集到的细胞。“我看到了前所未见的东西，”弗里兹说道，他现在就职于加州拉霍亚的桑福德·伯纳姆·普雷比斯医学发现研究所。“每当我回想起当时透过显微镜观察的情景，仍然会感到激动不已。”

三年后，弗里兹和布罗克描述了其中一种细菌，他们将其命名为水生栖热菌（Thermus aquaticus）1。这种细菌在70°C下生长最佳。随后，在1970年，他们从水生栖热菌中分离出一种酶2，该酶在95°C的最适温度下进行糖代谢。那时，弗里兹已经离开去攻读研究生学位，并将研究重点转向了黏菌。然而，其他研究人员仍在继续研究水生栖热菌。 1976年，俄亥俄州辛辛那提大学的一个研究团队分离出了另一种酶3：一种“DNA聚合酶”，它能够在80°C下合成新的DNA。

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七年后，这种 Taq 聚合酶被证明正是生物化学家 Kary Mullis 创建聚合酶链式反应 (PCR) 所需要的，PCR 是一种可以快速复制数千个 DNA 片段的方法4。Mullis需要高温来分解 DNA 分子，因此他也需要一种能够在高温下工作的聚合酶，以避免反复加热和冷却。

如今，PCR 技术已成为各个领域不可或缺的工具，从医学领域（用于将器官捐献者与接受者进行匹配以及癌症诊断）到 DNA 指纹识别（可以帮助警方识别凶手）。

磁共振成像（MRI）是现代医学的基石。它可以生成人体内部解剖结构的详细图像，例如，显示心脏的异常结构，或者肿瘤的生长或缩小情况。一种称为功能性磁共振成像（fMRI）的变体可以追踪大脑血流的变化，使研究人员能够深入了解大脑的运作机制。此外，与许多其他成像方法不同，MRI 是一种非侵入性检查，无需使用放射性物质或电离辐射。

磁共振成像技术源于20世纪30年代对原子核及其内部基本粒子的物理性质的研究。纽约州锡拉丘兹勒莫恩学院的化学家卡门·吉恩塔说，这在当时是“相当深奥的东西”，“根本没有任何实际应用前景或设想”。

伊西多尔·拉比在20世纪30年代的研究最终促进了磁共振成像扫描技术的发展。图片来源：RDB/ullstein bild/Getty

磁共振成像仪研发过程中的一项关键发现涉及对构成原子核的质子和中子的研究。这些粒子具有一种称为自旋的性质，它描述了它们的角动量。

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20世纪30年代，物理学家伊西多尔·拉比和他的同事们通过将原子核束穿过磁场来研究自旋。质子和中子由于自旋方向的不同，在磁场中会呈现略微不同的能级。“他开发的共振方法可以探测到这些自旋在磁场中改变方向的现象，”吉恩塔说道。拉比凭借这项工作荣获1944年诺贝尔物理学奖。

核磁共振技术最初应用于化学实验室。由于原子核对周围环境非常敏感，因此可以通过精确测量磁共振来确定大分子中原子的连接方式。从20世纪70年代开始，它被开发成一种用于生物组织成像的工具。保罗·劳特布尔和彼得·曼斯菲尔德因在磁共振成像技术发展方面的贡献，共同获得了2003年诺贝尔生理学或医学奖。

这一切始于1888年初的布拉格，当时植物学家弗里德里希·雷尼策从胡萝卜根中提取出一种名为胆固醇酯的化学物质。其中一种物质——苯甲酸胆固醇晶体——表现出了意想不到的性质。通常情况下，普通的晶体在加热时会在同一温度下失去固态和颜色，但这种晶体却并非如此。“它们在145摄氏度时就失去了固态，但仍然保持着蓝色，直到178摄氏度才失去这种颜色，”法国尼斯蔚蓝海岸大学的米歇尔·米托夫说道。

其他研究人员此前也观察到过类似的现象，但莱尼策意识到这可能是一种重要的新现象。由于不确定如何解释，他于3月14日给身在亚琛（现属德国）的物理学家奥托·莱曼写了一封长信。“莱曼是继续并重复这项观察的最佳人选，”米托夫说，因为他制造了一台带有加热载物台的显微镜，这意味着他可以实时观察晶体的行为。两人在接下来的几周里交换了信件和样品，莱尼策于5月在维也纳的一次会议上展示了他们的初步研究成果。

奥托·莱曼在液晶领域做出了关键发现，为现代电视和智能手机屏幕奠定了基础。图片来源：佚名

莱曼的关键观察是，当晶体失去固态特性时，它们仍然保留着一些晶体的性质。然而在其他方面，它们又像液体一样。在分子层面上，它们由长链分子组成，这些分子保持有序排列（如同晶体），但也能自由移动（如同液体）。莱曼将它们称为液晶。

几十年来，许多研究人员拒绝接受这一观点，因为它与物理学家和化学家用来对物质进行分类的体系背道而驰。在他们看来，物质要么是固态，要么是液态，要么是气态。液晶模糊了这三者之间的界限，而接受这一观点需要付出“非常高的智力代价”，米托夫说道。

二十世纪上半叶，液晶的证据已无可辩驳，但人们却认为液晶毫无用处，因此对液晶的研究一度停滞。直到20世纪50年代末，美国化学家们才重新拾起这一领域的研究。1968年，工程师们开发出了首款基于液晶的平板显示器，最终催生了平板电视。然而，米托夫指出，液晶的应用远不止于屏幕，它还可用于相机、显微镜、智能材料、机器人，甚至防伪技术等领域。

“每次看到 CRISPR 的新应用，或者 CRISPR 治愈了某人，我都感到无比震惊，”西班牙阿利坎特大学的微生物学家弗朗西斯科·莫希卡说道。

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CRISPR（全称为“成簇规律间隔短回文重复序列”）是一种能够以极高精度编辑基因组的工具。它为基础研究开辟了广阔的前景，并为治愈包括镰状细胞贫血症、免疫功能障碍和危及生命的代谢性疾病在内的遗传疾病铺平了道路。埃玛纽埃尔·沙尔庞捷和詹妮弗·杜德纳因开发该工具而共同荣获2020年诺贝尔化学奖。

引发这场革命的发现早在几十年前就已出现。1989年，莫吉卡（Mojica）还是一名博士生，当时他正在研究地中海盐杆菌R-4 （Haloferax mediterranei R-4）：一种被称为古菌的单细胞生物，发现于阿利坎特附近的盐塘中。他试图弄清这种微生物如何在如此高盐的环境中生存。莫吉卡在微生物基因组中发现了一些有希望的区域，并对其进行了测序，惊讶地发现其中存在一些以规律间隔重复的短片段。他和一些研究人员给这些重复片段起了不同的名字，但最终确定使用缩写CRISPR。在研究过程中，莫吉卡提出了一些重复片段的潜在功能：他略带讽刺地表示，这些想法“完全错误” ⁵。

弗朗西斯科·莫希卡对微生物基因的研究为CRISPR基因编辑系统的开发奠定了基础。图片来源：Juan Carlos Soler/ARCHDC/Archivo ABC/Alamy

随后，莫吉卡发现，在许多其他不生活在盐水环境中的微生物中也存在类似的序列。“无论它们发挥什么作用，都与不同环境的特殊性无关，”他说。

关键线索在于，研究人员在重复片段之间发现了噬菌体基因组的序列：噬菌体是一种感染细菌的病毒。最终，莫吉卡意识到，携带特定噬菌体序列的细菌无法被该噬菌体感染。“我们推断这是一种适应性免疫系统，”他说道。“一个祖先从噬菌体中获得了间隔序列，之后，其后代就对感染产生了抵抗力。”

莫吉卡知道这是一项重大发现——此前从未在细菌或古菌中观察到适应性免疫系统。他还认为这可能有助于对抗细菌感染。随后，其他人发现 CRISPR 的工作原理是在特定位点切割 DNA。在此基础上，杜德纳和夏彭蒂埃发现了如何利用该系统并对其进行重编程以编辑基因。于是，CRISPR 革命由此拉开帷幕 。

像奥美沙芬（Ozempic）这样的减肥药和糖尿病药物已成为当今时代的“神奇药物”。在美国，近5%的人使用过这类药物来减肥，预计到2030年，全球这类药物的市场规模将达到1000亿美元。虽然这些药物的研发大多是为了满足医疗应用的需求，但其中一项关键发现却来自对美国唯一一种有毒蜥蜴——吉拉毒蜥（Heloderma suspectum）的研究。

吉拉毒蜥肽在GLP-1药物的研发中发挥了作用。图片来源：Getty

故事的核心是一种名为胰高血糖素样肽-1 (GLP-1) 的分子，它由人体肠道产生。20 世纪 80 年代，化学家斯韦特兰娜·莫伊索夫 (Svetlana Mojsov) 证明 GLP-1 可以刺激胰岛素的产生，从而降低血糖水平9。

现任职于加拿大多伦多大学的丹尼尔·德鲁克曾与莫伊索夫共同参与这项早期研究。“我们当时关注的是它在糖尿病治疗方面的潜力，”他说道，“十年后，也就是1996年，我们和其他研究人员发现GLP-1可以减少食物摄入，从而发现了其在减肥方面的潜力。”然而，问题在于GLP-1的半衰期很短，只有几分钟。这意味着它无法作为药物使用，因为它在发挥作用之前就会在体内被分解。

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相反，德鲁克等人开始研究GLP-1受体，GLP-1正是通过该受体发挥作用的。或许他们可以以此为靶点。

故事就此展开。吉拉毒蜥生活在美国西南部和墨西哥部分地区。尽管它们的名字和毒液都令人恐惧，但它们行动缓慢，对人类相对无害。1992年，由纽约市退伍军人事务医疗中心的让-皮埃尔·劳夫曼（Jean-Pierre Raufman）领导的团队从吉拉毒蜥毒液中分离出一种名为艾塞那肽-4（exendin-4）的肽。艾塞那肽-4与GLP-1非常相似，因此德鲁克（Drucker）开始研究它是否能够与GLP-1受体结合，从而模拟GLP-1的功能。

确实如此，2008 年，他领导了由此产生的药物艾塞那肽的 III 期临床试验。在 2 型糖尿病患者中，艾塞那肽改善了他们的血糖控制，并且还使他们减轻了体重12。

随后出现了更多 GLP-1 受体激动剂，剩下的就是减肥史了。

今年3月，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了一种名为Fitusiran的药物。该药用于治疗两种主要类型的血友病，血友病是一种血液凝固障碍，可能导致危及生命的出血。Fitusiran是最新一种利用微小RNA片段干扰基因表达的新型药物。

RNA干扰（RNAi）药物如fitusiran是三十多年研究的成果，这项研究始于一次偶然的观察，随后进行了细致的基础研究。

对紫色矮牵牛花的研究对RNA干扰的发现起到了至关重要的作用。图片来源：Getty

这项研究的起点是1990年由理查德·约根森（Richard Jorgensen）领导的一项研究。当时，他正在加州奥克兰的DNA植物技术公司工作。为了了解基因是如何调控的，他和同事们尝试通过基因工程改造紫色矮牵牛，使其颜色更加鲜艳，方法是添加第二个控制色素的基因拷贝。但令他们惊讶的是，结果并非紫色更深，而是变成了白色 13 。“造成这种现象的机制，”研究团队写道，“尚不清楚。”

在接下来的几年里，研究人员深入研究了这一现象，发现向细胞中注入小片段RNA即可触发该现象。1998年，现任职于加州斯坦福大学的安德鲁·费尔、马萨诸塞州伍斯特市马萨诸塞大学的克雷格·梅洛及其同事发现了这一机制。他们证明，小片段的双链RNA可以通过一系列复杂的反应触发信使RNA（mRNA）的降解。由于mRNA是蛋白质合成的模板，因此mRNA的降解会阻止蛋白质的合成 14。

凭借这项工作，费尔和梅洛共同获得了 2006 年诺贝尔生理学或医学奖，并创造了一种新的药物类别。

上世纪50年代，地球化学家克莱尔·帕特森遇到了铅污染问题。他为解决这一问题所做的工作最终帮助拯救了数百万人的生命。

当时，帕特森正试图开发一种利用铀和钍的放射性衰变来确定岩石年龄的方法。数十亿年来，这些元素裂变成更小的粒子，最终衰变成不同的铅同位素。通过测量各种铅同位素的比例，帕特森得以测定古代岩石的年代¹⁵。

克莱尔·帕特森通过对古代岩石进行年代测定，帮助确定了环境中铅污染的来源。图片由加州理工学院提供。

然而，帕特森不得不面对铅污染的问题。他当时在帕萨迪纳的加州理工学院工作，那里的空气污染非常严重。“加州位于盆地之中，”密歇根大学安娜堡分校的环境健康科学家杰罗姆·恩里亚古说道，“这导致污染物积聚。”帕特森不得不建造一个“洁净实验室”来过滤所有进入实验室的空气。

尽管困难重重，帕特森还是成功地测定了峡谷迪亚布罗陨石（即形成亚利桑那州陨石坑的陨石）以及其他几颗陨石的年龄，而且精度极高。帕特森证明，它们的年龄均为45.5亿年。由于人们一直认为陨石和地球是同时形成的，这些测量结果最终确定了地球的年龄，而此前地球的年龄是通过精度较低的研究得出的。帕特森于1953年的一次会议上公布了他的研究成果，并于1956年正式发表了这些成果。

在解开了最伟大的科学谜团之一后，帕特森将注意力转向了铅污染问题。铅污染来自哪里？它是否有害？

来源：人工智能学家