《科学》公布2016十大进展

2017-01-04 08:46:33  来源:每日科技网

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  每年12月,《科学》杂志(英文报道原文)都会公布年度突破及入围成果。以下为今年的10大突破和赢家,排名不分先后。
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  1.时空涟漪撼动科学界
  今年发现时空涟漪(即引力波)撼动了科学界。它完成了阿尔伯特·爱因斯坦在100年前完成的一项预测,为40年来寻找这种无穷小的涟漪画上了句号。但这个故事并未结束,科学家将此次发现看作是一个新领域的诞生:引力波天文学。
  1915年,爱因斯坦解释引力的产生是因为大质量天体使时间和空间(或时空)产生扭曲,导致自由落体物体遵循曲线路径,如投球的弧度或是一颗星围绕其恒星的椭圆轨道。爱因斯坦随后计算,一个杠铃形状的质量分布会像一个接力棒那样首尾相连地旋转,并会在时空中产生以光速迅速前进的波纹。2月11日,在激光干涉引力波天文台(LIGO,位于美国华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的双胞胎观测台)工作的物理学家宣布,他们已经观察到了爱因斯坦预测的现象:距地球13亿光年的两个黑洞合并时产生的一系列波纹。
  2.邻居系外行星现行踪
  天文学家发现了距太阳系最近恒星——比邻星的一颗小行星。这个新世界被认为是详细研究太阳系系外行星的一个机会,研究人员正在努力发现它的样子。
  比邻星光线频率的细微转变揭示了这个被称作比邻星b的行星。监测这颗恒星的天文学家探测到它的光线以每11.2天的频次周期性地增加和减少,这是由于光线的多普勒频移造成的,因为看不见的行星在反复地将这颗恒星朝着远离地球的方向拖拽。 目前,科学家只知道比邻星b至少相当于1.3个地球,其轨道与其恒星非常接近——可能仅是日地距离的5%。但这并不意味着它非常热,因为这颗恒星是光线较暗的红矮星,天文学家认为其表面可能会足够冷可使液体水存在。但其可居住性并不理想:比邻星是一颗任性的恒星,可能会用过剧烈的太阳风、x光和紫外线轰炸这颗行星。
  3、人工智能围棋场显身手
  今年,人工智能(AI)经过了重要的里程碑,被称为“阿尔法狗”(AlphaGo)的程序在5场比赛中击败了世界第二围棋高手。这并非AI在游戏中战胜人类。20年前,IBM的深蓝计算机曾在围棋游戏中击败Garry Kasparov,并在随后一年的6场游戏中击败这位世界。但其类似之处也仅限于此。
  4、杀死老细胞永葆年轻
  价格高昂的整形外科不会停止你的衰老,膳食补充剂、睾丸素注射或是那些宣称会让你看起像21岁的抗皱霜都不会。但今年,研究人员证明了一种方法能够延缓时间带来的破坏,至少在大鼠中如此。当他们选择性地清除掉破坏的细胞时,这些动物寿命会更长,而且变老后还会更加健康。
  科学家靶向的这些衰弱细胞经历了部分停工,即衰老,它们因此丧失了分化能力。研究人员认为细胞衰老能够阻止致癌细胞生成肿瘤,但它也会加速衰老。随着人们变老,越来越多的细胞会停止繁衍,从而夺去人们的组织替换死亡细胞或受伤细胞的能力。衰老细胞还会产生导致诸如异常细胞增长和发炎等问题。
  首项研究表明,清除衰老细胞能够带来健康和长寿的益处,至少对于中年小鼠是这样,相关成果于今年2月发表。这些动物的心脏和肾脏退化减缓,它们直到生命末期才出现肿瘤。一些与年龄相关的衰老,如记忆和肌肉协调性并未减轻。然而,这些啮齿类动物的寿命比其未经治疗的同类延长了20%。10月份,该团队又瞄向了聚集在动脉斑块免疫细胞中的衰老细胞,清除小鼠体内这些可能导致动脉粥样硬化的细胞能使小鼠动脉中的脂肪堆积减少60%。
  5、会“读心”的类人猿
  今年,大猩猩展示了读心术,而这种能力过去据认为仅有人类掌握。这种被称作“心智理论”的能力可以了解他人的欲望、意图和知识。一些测试表明,人类的近亲具有足够的洞察力欺骗同类大猩猩或是了解其他同类的动机。但在此之前,它们一直未能胜任需要能力判断其他人拥有错误信念的任务。
  在经典的错误信念实验中,一名儿童会看到有人在一个盒子中藏了一块巧克力然后离开了屋子。然后另一人溜进来,在其他的地方藏了糖果。那么,第一个人会在哪里寻找目标呢?那些猜测“在第一个盒子里”的儿童会通过测试:通过被称作读心术的能力,他们意识到第一个人拥有错误信念。这种技能被认为对欺骗、怜悯、教化以及利用语言等非常重要。
  6、计算软件设计人工蛋白
  蛋白质是生命的基础。它们会加速重要的化学反应,让肌肉用力,使细胞间和细胞内部交流,还可以防止细菌。考虑到蛋白质的这些特性,研究人员一直希望培育蛋白。他们已经通过对有机体DNA编码进行小的改变,从而对很多现存蛋白质进行了修饰,今年,研究人员将蛋白质修饰提高到一个新水平:他们创建了一套不同于自然界发现的任何蛋白的设计蛋白,为新药和新材料做好了铺垫。
  7、实验室制出小鼠卵子
  今年,日本研究人员用完全来自实验室器皿中培育的卵细胞制作出了幼鼠,这项研究赋予“试管婴儿”新的含义。这种长期以来追求的目标向研究人员提供了一种研究卵子发育的新方法,并提高了几乎用任何种类的细胞在实验室中制作人类卵子愿景的可能性,这些细胞包括那些经过遗传改变的部分。这种可能性激发了不孕不育疗法的新希望,但它也让设计者婴儿的恐惧重新出现。
  8、单次非洲移民潮让人类走向全球
  人种的故事是由流浪的癖好驱动的。现代智人出生于非洲,并在距今10万年前扩散到地球上的偏远角落,并与已经生活在那些地方的人种遇见、混杂。但研究人员一直以来都在争论现代人究竟何时及如何离开非洲:是单一的移民潮,还是反复性的移民潮?
  9、纳米孔基因测序技术领风骚
  今年,由于一种基因测序手持设备可广泛获取,基因测序正在成为生物学领域的一个普遍工具,在实验室、野外均是如此。它已经产生了一系列研究论文。
  这种设备利用一种叫作纳米孔测序的突破性技术直接读取DNA信息:当一系列DNA通过一个狭小的孔时,这些基质能够通过一种独特、可读的方式改变离子电流。与传统测序相比的优势在于,这种纳米孔测序仪的启始成本价格相对较低,它在理论上能够解译长度无限的DNA;基因组不需要被切断,这些序列最后可以通过计算机整合。而且因为它快速、便携,该设备能够在几小时内测出序列,可被用于生物监控、临床诊断以及区域疾病疫情调查等领域。
  10、超透镜带来大前景
  玻璃透镜是人类最早期的高科技发明之一。它们让伽利略能够看得到木星的卫星,让安东尼·凡·列文虎可观察微生物,让数以百万计的人可以更清楚地看这个世界。但今天的透镜还在以与几个世纪之前同样的粗糙方式在生产,通过打磨和抛光玻璃以及其他透明材料使其聚光且不产生色差。现在,透镜技术正在向前迈进一大步。今年,研究人员利用计算机芯片—模式技术制作了首批超级材料透镜或超透镜,它们能够聚焦整个可见光光谱。因为超透镜制造价格低廉,比纸更薄,而且比玻璃轻得多,它们将为从显微镜到虚拟设备、相机(包括你智能手机的相机镜头)等领域带来一场革命。

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