【年度榜单】2018年度十大科学突破

  中国春节正月初四,一个由1000多位科学家组成的LIGO科学合作组织宣布:“Wedidit!”,界的一片惊诧和惊喜之中,拉开了2016年科学现的序幕:人类第一次捕捉到了来自13亿光年外双黑洞合并引发的时空“涟漪”。

  除了接收到来自的新信息,这一年,人类撒向太空的种子遍地开花,科学家们探索了遥远星球大气的成分,“看”见了“暗物质星系”,发现了卫星冰壳下的海洋,还找到了离人类更近的宜居星球。

  这一年,一只被昵称为“阿法狗”的AI,打败了两位人类围棋手,人类用失败宣告了胜利,人工智能的崛起迈出了里程碑式的一步。

  这一年,科学家在谨慎中尝试着对人类自身生命的探索,升级版的人工合成生命体问世,第一个“三亲”宝宝降生,对人类胚胎基因的编辑也获得了批准。

  本月初,国际纯化学和应用化合会(IUPAC)正式通过决议,将113新元素命名为Nihonium(元素记Nh)。?自此,元素周期表式迎来了首位由非欧美国家命名的元素。

  琥珀中的恐龙标本(左)和该标本所属的恐龙复原图(右,局部)。

  

  2016年12月,一条来自琥珀中的恐龙尾巴,了世界。来自多个国家的古生物学研究团队,第一次找到了非鸟类恐龙的标本。这项由中国和研究者合作的研究,在一块琥珀中发现一截毛茸茸的尾巴。这段尾巴展开后长约6厘米,包含了至少8枚完整的尾椎。科学家们推测尾巴的主人是手盗龙类,生活于距今约9900万年前。不同于以往发现的骨骼化石,琥珀中的动物标本能够提供大量的细节,比如恐龙尾巴上的羽毛。这为探索羽毛演化发展模式提供了线索。

  体外人工授精。接受线粒体置换的胚胎,将具有父母及线粒体捐献者三方的DNA,因而被成为“三亲婴儿”。图片来源:Alamy/Telegraph

  2月,英国生育和胚胎学管理局(HFEA)宣布,伦敦的科学家已获得以研究为目的编辑人类胚胎基因组的授权。英国成为第一个允许人类胚胎基因编辑的国家。获得批准的科学家为伦敦弗朗西斯·克里克研究所的发育生物学家凯西·尼亚坎(KathyNiakan)团队,他们希望利用CRISPR-Cas9技术对健康人类胚胎进行编辑,以了解为什么一些妊娠会终止。

  4月,世界上第一个“三亲”宝宝在墨西哥诞生。“三亲”婴儿,指婴儿同时带有三个人的遗传物质。婴儿除携带父母的DNA外,还拥有来自捐献者的线粒体DNA。“创造”这个“三亲”宝宝的团队负责人是纽约新希望生殖医学中心(NewHFertilityClinic)的医师,他表示这名男婴健康状况良好,但并没有透露多少信息。健康“三亲”宝宝的诞生令人欣慰,但研究团队的做法也引来了广泛的伦理争议。干预人类胚胎的技术可以生命,但在临床应用之前,也必须经过谨慎的评估与审视。

  细菌,古菌,和真核生物最早的共同祖先,被称为“LUCA”,即最近普适共同祖先。

  2016年7月,科学家宣布找到了最近普适共同祖先LUCA(LastUniversalCommonAncestor)的355个基因。LUCA可能是生活在40亿年前无氧中的喜热微生物,并且依赖氢气为生。这有力地支持了先前的:地球生命起源于类似海底火山周围的那些深海热泉。目前为止的遗传学研究发现了有关LUCA的一些十分诱人的线索。大部分都暗示,LUCA也和现代细胞一样,用DNA储存遗传信息;也会制造蛋白质,并使用ATP作为能量来源。大学分校的进化生物学家詹姆斯·莱克(JamesLake)称这一新研究“令人瞩目”,“往前迈了重要一步”。尽管LUCA早已仙逝,与它最为邻近的亲戚们也许仍和我们一起在这地球上。

  硅基生命会长成什么样?上图为一个大胆的硅基生命想象图,生活在火山口温泉中类似水熊虫的生物。图片来源:、美丽化学

  距离地球40光年的巨蟹座55e,大气主要由氢和氦构成,不含水蒸气,却可能含有一定的氰化氢。这是天文学家首次测出了一颗超级地球的大气成分。

  2月,天文学家在《物理期刊》(AstrophysicalJournal)上发表了对太阳系外巨蟹座55e大气成分的结果,这是人类第一次有能力一颗超级地球的大气层成分。5月,NASA的研究者们宣布SOFIA(StratosphericObservatoryforInfraredAstronomy)天文台在火星大气层中探测到氧原子,这距离上世纪70年代首次探测到氧原子已过去40年。8月,天文学家们在距离地球3亿光年外的蜻蜓44星系中发现了大量暗物质的存在,这是目前天文学家发现的质量最大、暗物质比例最高的星系。同月,欧洲南方天文台(ESO)宣布,在半人马座比邻星(ProxiCentauri)周围发现了一颗位于宜居带内的。9月,比利时皇家天文台发布公告称,根据数据推测,在土卫四(Dione)冰壳下存在一个深度达数万米的地下海洋。这是继土卫二和土卫六后,第三颗被发现有海洋存在的土星卫星。人类撒向太空的种子,正在逐渐开花。

  普通衰老小鼠的肌肉细胞状态(左)和接受了重编程的衰老小鼠的肌肉细胞状态(右)。

  2016年12月,索尔克研究所的科学家宣布了一种新的基因疗法使得早衰小鼠的寿命延长了30%。这项发表在《细胞》上的研究表明,通过周期性Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc四种“山中因子”的短期表达,研究者能够减轻早衰症小鼠模型的衰老症状,并延长它们的寿命。在年龄较老的野生型小鼠中,类似的操作也能够减轻代谢疾病和肌肉损伤的症状。

  1月28日,名为“阿尔法围棋”(AlphaGo)的人工智能,在没有任何让子的情况下以5:0完胜欧洲冠军、职业围棋二段樊麾。面对谷围棋AI,人类最后的智力骄傲即将崩塌。上图为AlphaGo与欧洲围棋冠军樊麾的5局较量。

  2016年3月,人工智能程序AlphaGo战胜围棋世界冠军李世乭。这是人工智能程对弈人类职业棋手的又一次胜利。AlphaGo是Gole旗下DeepMind的计算机程序,团队将改进的蒙特卡洛决策树算法与深度神经网络算法相结合的方法构建了AlphaGo最终的学习系统。其中,深度神经网络由一个多达12层的包含上百万个神经元节点的神经网络构成。可以说AlphaGo的研发是当今人工智能领域各类技术的集大成者,体现了人工智能技术的最高水平。

  在Syn3.0的473个基因中,159个基因与基因组信息的表达(蓝色)有关,34个基因与基因组信息的维持(红色)有关,84个基因涉及细胞膜结构和功能(),81个基因涉及细胞代谢(紫色),79个基因的功能则无法归类(蓝绿色)。

  在爱因斯坦提出广义整整一个世纪的历史性时刻,我们站在了一个新时代的起点:通过位于美国列文斯顿和汉福德的高新引力波探测器,人类有望在不远的将来捕捉到时空的涟漪,用一种前所未有的方式看待这个世界。

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