?《自然》雜誌盤點2016年八大科學事件本文由國防科技要聞（ID:CDSTIC）授權轉載作者：劉爽中國國防科技信息中心
英國《自然》雜誌12月16日在其官網發布了2016年產生重大影響的八項科學事件，內容包括引力波的首次探測、人工智慧的發展、各國航天成就以及基因技術等領域取得的重要成果與重大科學發現。1.引力波的首次探測2016年2月11日，美國科學家宣布，成功利用激光干涉引力波天文台（LIGO）探測器於2015年9月14日探測到了13億年前兩個黑洞合併的引力波信號。據估這兩個黑洞合併前的質量分別相當於36個與29個太陽質量，合併後的總質量是62個太陽質量，其中相當於3個太陽質量的能量在合併過程中以引力波的形式釋放。引力波是一種時空漣漪，黑洞、中子星等天體在碰撞過程中有可能產生引力波。100年前，愛因斯坦的廣義相對論預言了引力波的存在, 該發現為愛因斯坦的理論提供了證據。發現引力波將開啟天文物理學的新紀元，讓科學家們能以全新的視角對宇宙進行研究。
2月11日，物理學家宣布首次探測到引力波法國巴黎時間12月3日，歐洲航天局用於驗證引力波觀測技術的「LISA探路者」（LISA Pathfinder）探測器成功發射，為後續真正能探測到引力波的LISA進行技術驗證。2.政治新格局 科學新秩序11月舉行的美國總統競選，以共和黨商人唐納德·特朗普的意外勝利結束。研究人員很難理解特朗普政府將如何對待科學，因為其在競選活動中未做明確說明。特朗普曾提出氣候變化是騙局，並稱美國將從《巴黎協定》中撤出。11月下旬，超過2300名科學家（包括22名諾貝爾獎得主）致信特朗普，敦促他「在應對當前和新出現的公共衛生和環境健康威脅時，堅持高標準的科學完整性和獨立性」。
競選時的唐納德·特朗普英國6月23日公投脫歐也震動了科學界。研究人員擔心來自歐盟數百萬歐元年度研究經費的走向，以及英國大學中來自其他歐盟國家的工作人員的命運。一些英國報告稱，歐盟合作被削減，部分外國科學家感到自身不受歡迎，並計劃離開該國。但脫歐後英國內閣宣布，2020年前計劃每年增加20億英鎊（25億美元）的科研經費。7月發生在土耳其的軍事政變也為學術界帶來了一定程度的動蕩。高等教育委員會迅速解僱了1500多名大學校長，雖然58%的人員隨後復職，但6500多名教授因涉嫌參與政變而被解僱，人權組織表示，許多被解僱的人是無辜的。政治和經濟危機今年也震動了委內瑞拉、巴西和南非，引發預算削減、資金不足、科技部降級，科技人員受到不同程度的影響。3.太空探索永不停息今年是《星際迷航》系列50周年，各國在太空探索領域都有不同的收穫，其中雖有一些任務未能順利完成，但人類探索太空的腳步從未停歇，無論成敗都不能阻止其航向前所未至的宇宙洪荒。3月，日本航空航天探索局的Hitomi X射線天文衛星發射幾周後失敗，經調查確定，軟體故障導致航天器旋轉失控。7月，NASA的「朱諾」 號（Juno）探測器抵達木星，但發射出現推進系統閥門故障，導致主發動機點火推遲，使「朱諾號」圍繞木星的軌跡不得不由最優化橢圓軌道調整為次優化軌道，從而導致搜集數據時間比原計劃減慢。
NASA的木星探測器「朱諾」號在7月正式進入木星軌道，其搭載的相機拍下了這張絢麗照片歐洲航天局（ESA）兩個探測器完成使命：「羅塞塔」彗星探測器已成功按計劃撞向彗星「67P／丘留莫夫-格拉西緬科」表面，結束了12年的「追星」之旅。火星試驗登陸器「斯基亞帕雷利」 順利進入火星軌道，但在降落火星表面時墜毀，歐洲航天局認為，「斯基亞帕雷利」所反映的問題能夠對未來登陸器的設計提供幫助。中國的航天事業在本年度取得了巨大成就。今年8月發射了第一顆量子衛星，旨在測試將安全量子通信擴展到太空的方法；9月在貴州建成了世界上最大的望遠鏡——500米口徑球形射電望遠鏡；11月中國發射了長征五號運載火箭，為未來載人空間站、探月和探火工程等一系列重大航天任務奠定了基礎；10月~11月，執行天宮二號和神舟十一號載人飛行任務的兩名中國航天員在太空駐留一個月，打破了中國航天員執行太空任務的最長記錄。
貴州平塘建成世界最大的射電望遠鏡
航天員陳冬和景海鵬入駐天宮二號（圖左）及長征五號運載火箭在海南文昌成功發射（圖右）4.基因編輯專利之爭基因組編輯工具新應用CRISPR-Cas9持續快速發展。10月28日，中國四川大學華西醫學院肺癌患者成為第一位使用CRISPR-Cas9編輯細胞的患者。作為臨床試驗的一部分，研究人員將通常用來保持細胞免疫系統的基因失效，希望經過編輯的細胞能對癌症進行免疫應答。中國和美國預計2017年將使用CRISPR-Cas9開展更多癌症試驗。但CRISPR-Cas9治療的商業前景仍然不明確，美國專利商標局於1月宣布兩個研究小組之間的專利之爭成為熱點，預計2017年初會有結果。
預計不久後將在臨床試驗中使用CRISPR來修改人類T細胞（藍色）以抗擊癌細胞（粉色）同時，在人類胚胎中應用CRISPR-Cas9技術的研究有所增多。這是一個有爭議的研究領域，「設計嬰兒」引發廣泛關注，但是一些國家的監管機構已批准了這一領域的項目。中國、英國和瑞典的團隊宣布計劃使用該技術來研究人類發育。隨後美國也將使用該技術，儘管目前聯邦政府禁止研究人類胚胎。5.氣候危機4月22日地球日當天，來自174個國家和歐盟代表簽署了針對氣候變化的《巴黎協定》。9月，美國和中國正式加入該協議。巴西和其他30個國家在幾周後加入，歐盟於10月5日簽署該協議，該協議於11月4日生效。
《巴黎氣候協定》11月4日正式生效 ，艾菲爾鐵塔亮綠光慶賀但這不是唯一的全球氣候協議。10月6日，聯合國國際民用航空組織限制了國際航班的碳排放。10月15日，197個國家同意修訂旨在保護臭氧層的「蒙特利爾議定書」，以便淘汰空調中常用的氫氟碳化合物。各國還於10月28日在南極洲沿海的羅斯海建立了世界上最大的海洋保護區。
南極羅斯海建立全球最大海洋保護區，帝企鵝是保護區內諸多受保護的野生動物之一全球變暖趨勢仍在持續並達到新高，2016年成為最熱的一年。6.寨卡病毒傳播2月，世界衛生組織宣布，與巴西寨卡病毒爆發相關的一系列出生缺陷構成了全球公共衛生緊急事件。這些出生缺陷包括嚴重的小頭畸形症，但美洲地區小頭症和其他與寨卡病毒相聯繫的出生缺陷並沒有大規模爆發。即使在巴西，小頭症也僅局限於東北地區，研究人員開始懷疑混雜因素的影響。7月，巴西發起了一項研究，探索與寨卡感染相結合的環境，預計2017年年初公布初步結果。
世界衛生組織宣布，將寨卡病毒及小頭畸形症列為全球緊急公共衛生事件11月18日，在確定寨卡與出生缺陷之間的聯繫後，世衛組織宣布結束國際公共衛生緊急狀態，後續將重點轉向寨卡感染的後果研究，並開發相關疫苗。7.人工智慧技術與人類的超級對決3月，由谷歌子公司DeepMind開發的人工智慧（AI）程序AlphaGo首次擊敗了世界圍棋冠軍李世石。10月，DeepMind公司研究人員推出另一個新的AI，該程序能夠在沒有任何知識積累的情況下在倫敦地鐵上導航。複雜的程序結合經驗學習能力，這使得AI更接近執行類似人類的任務。
谷歌人工智慧系統AlphaGo戰勝世界圍棋冠軍李世石AI還能使得機器翻譯的語言錯誤率減少約60％，並幫助物理學家尋找新的超級材料。這些進步主要由深度學習驅動，利用大數據和智能計算方法完成。8.備受爭議的三親胚胎經過幾十年的研究，混合來自三個人的DNA信息輔助再生技術正在奏效，「一父兩母」人工授精技術是一種旨在防止母親通過線粒體將有害基因傳遞給後代的基因治療技術。9月，墨西哥一家診所報告了第一個健康出生的三親嬰兒，10月，烏克蘭的一家診所也通過類似程序幫助了兩位先前不孕的婦女。據報道，中國的一個嬰兒也使用相同的技術出生。12月15日，根據科學家的建議，英國人類受精與胚胎管理學管理局表示，該技術已準備好臨床試驗，將於2017年正式獲批用於相關疾病的治療。
替換有缺陷的DNA可預防某些遺傳疾病
Science評2016年十大科技突破！來源：納米人
1.首次直接探測到引力波Science將「發現引力波」評為2016年最重要科技突破。引力波的發現應驗了100年前愛因斯坦的預測，並為人類探索宇宙的引力波天文學開闢了新的道路。引力波是愛因斯坦在廣義相對論中預言的一種以光速傳播的時空波動，被稱為「時空漣漪」。宇宙中黑洞等大質量天體碰撞、加速和合併等情況下才有可能產生強大的引力波。探測引力波的意義在於：檢驗包括廣義相對論在內的各種理論的正確性，並讓我們探索宇宙大爆炸瞬間，了解宇宙的開端和運行方式。
2.發現相鄰的系外行星開闢人類探索太陽系之外的世界的新道路！
3.人工智慧打敗頂級圍棋選手經過五輪拼殺，AlphaGo打敗了世界排名第二的圍棋高手！人工智慧這一里程碑事件表明了機器深度學習的強大，昭示人工智慧時代的來臨。
4.殺死衰老細胞可保持年輕小白鼠已證明有效！
5.發現大猩猩也有讀心術人類不是唯一能夠讀懂心靈的了,大猩猩也能看穿你的心思……
6.定製設計蛋白質通過計算生物學解析氨基酸的三維組裝機制，指導蛋白質仿生設計，獲得一系列全新的蛋白結構，實現新功能。
7.實驗室培育卵細胞首次實現在體外以多能幹細胞為材料培育成熟卵細胞！
8.發現非洲外居住的人類來源於同一批移民基因分析證明，非洲之外人類的祖先來源於10萬年前從非洲移民的同一批種群。這是真的么？
9.實現攜帶型基因測序基於納米孔的攜帶型檢測技術，可在野外使用，24h內生成測序信息，有效控制類似埃博拉的疫情爆發，並將用於太空尋找生命跡象。
10.TiO2超材料透鏡約600納米的二氧化鈦「納米磚」形成超薄超表面聚光鏡片，有效聚集可見光，超高的圖象解析度。這一技術將大幅減小鏡片的尺寸和成本，並對目前大多數光學設備帶來重大改變。
《科學》雜誌刊出五大「年度科技突破」來源：生物探索
2016年科學發現、發展和趨勢中,哪個最令你印象深刻?不久前,《科學》雜誌收回11000張讀者對這一問題的投票,刊登出讀者所選的5項「年度科技突破」。《科學》雜誌還將於12月22日宣布「2016年度十大科技突破」,屆時讀者可以將自己的答案與權威發布進行對比,來一場智慧較量。老細胞清除術讓小鼠煥發新活力美國梅奧診所研究人員簡?萬?德爾森團隊通過小鼠實驗發現,衰老細胞會促進動脈粥樣硬化形成,為心臟病或中風等心血管疾病埋下隱患。攜帶受損DNA的衰老細胞會在體內長期「逗留」,一旦繼續分裂就會引發癌變,因此保持「沉默」才是好消息。但它們有時會打破「沉默」,向周圍釋放酶和其他分子,影響其他正常細胞。德爾森團隊首次通過藥物清除轉基因小鼠體內大部分衰老細胞,然後餵食高脂肪食物,讓它們「大快朵頤」3個月,並每天注射藥物。測量主動脈內脂肪累積量後發現,存留衰老細胞對照組的小鼠動脈病變斑塊內含有大量衰老細胞。如何針對性清理衰老細胞,是他們下一步要解決的問題。德爾森參與創建的公司宣布,將於明年初針對其中一種能靶向衰老細胞的化合物,在一類關節炎患者中開展臨床試驗。納米孔測序儀被訴訟、再升級、上太空因開發出快速、攜帶型基因測序平台,牛津納米孔技術公司已成為英國最具價值的科技公司,2016年雖歷經基因測序壟斷巨頭Illumina的專利訴訟,仍然實現飛躍式發展。基因測序平台不斷升級後精確度提高,更隨著美國宇航員登上國際空間站,經受住發射途中的顛簸和太空微重力的考驗。納米孔測序理念是,讓單鏈DNA鹼基逐個穿過納米蛋白孔,檢測不同鹼基組合穿過時的電流變化來進行測序。2012年正式發布的納米孔測序平台——MinION,只有U盤大小,價格僅1000美元左右,能對很長的DNA進行測序,特別適用於非洲臨時實驗室診斷埃博拉患者。為迴避佔據基因測序90%市場的Illumina公司的專利訴訟,MinION的核心部件——微通道R7被公司升級成R9,精確度更提高了10個百分點。MinION今年8月甚至登上了國際空間站,宇航員用它在太空對老鼠、病毒和細菌的DNA樣本進行了測序,結果與地球同時進行的測序「完美匹配」,預示著納米孔測序儀必將佔領基因測序的「制高點」。人機圍棋大戰贏了比賽也是工具今年3月,谷歌人工智慧「阿爾法狗」與世界排名第一的圍棋選手李世石展開人機圍棋大戰,最終以4∶1完勝世界冠軍。繼人工智慧「深藍」在象棋比賽中戰勝人類冠軍後,再次引起人工智慧是否會威脅人類的大討論。但回顧「深藍」戰勝人類的歷程,人類或許不必擔心:人工智慧雖然在諸多方面改變了我們的生活,但真正的挑戰不是如何擊敗它們,而是如何使其更好地為我所用。「深藍」經過多年發展,已成為很多象棋選手學習和備賽的工具。今年的人機圍棋大賽留給人們的思考也應如此。「阿爾法狗」不可怕,它只是在經過程序員精心準備後的一次檢驗而已。未來這些智能程序會逐漸進入圍棋培訓領域,幫助快速提高圍棋競賽水平,甚至人機組團參賽。首次探測到引力波開啟天文學全新時代2月11日凌晨,美國科學家宣布了物理學領域具有里程碑意義的重大成果:激光干涉引力波天文台(LIGO)首次直接檢測到引力波。6月,LIGO再次捕捉到引力波信號,雖然比首次探測到的信號要弱,但置信度高達5西格瑪。12月初,LIGO完成重新升級工作,經過對其激光器、電子迴路和光學設備的升級後,它的靈敏度和觀測時長進一步提高。未來必將探測到更多引力波,開啟天文學的全新時代。體外胚胎髮育首次超越一周存活13天人類胚胎髮育研究出現里程碑式突破。5月初,美國洛克菲勒大學胚胎實驗室主任阿里?布萊文盧、英國劍橋大學生理學教授瑪格麗娜?澤尼卡-戈茨帶領的研究團隊分別在《自然》和《自然?細胞生物學》雜誌上發表論文稱,他們將人類胚胎在實驗室培育時間提升到10天和13天,突破了以前難以超越的7天局限。之前科學家們曾認為,胚胎在第7天後只有進入子宮並接受母體指令才能繼續發育。他們設計了一組特殊的氨基酸、激素和生長因子混合物,使胚胎成功度過第7天,並開始自我組織,形成身體內各個複雜器官組織極早期階段的結構。新研究再次掀起倫理之爭:實驗室胚胎是否應該延長「14天」禁令。在12月7日召開的一次會議上,英國權威專家表示,現在延長為時尚早,或要等5年之後時機才更成熟。
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