走进下一个十年之前,回顾塑造了这一年的科学事件-深度-知识分子

走进下一个十年之前,回顾塑造了这一年的科学事件

2020/01/13
导读
回顾2019年,从因气候变化而发起的抗议到政治动荡,再到人类胚胎基因编辑引发热议,这些都对科学构成重重挑战。但是,这一年也迎来了许多激动人心的科学突破,例如:第一台超越经典计算机的量子计算机、有史以来的首张黑洞照片,以及从一颗小行星上采集的样本。


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巴西亚马孙雨林的大片区域为开发畜牧场遭焚毁。


  


回顾2019年,气候变化引起罢工、“火星震”和游戏人工智能占据了科学新闻的头版头条。


回顾2019年,从因气候变化而发起的抗议到政治动荡,再到人类胚胎基因编辑引发热议,这些都对科学构成重重挑战。但是,这一年也迎来了许多激动人心的科学突破,例如:第一台超越经典计算机的量子计算机、有史以来的首张黑洞照片,以及从一颗小行星上采集的样本。


  遥望太空

今年,神秘的黑洞首次现真容。4月,事件视界望远镜(Event Horizon Telescope, EHT)公布了有史以来首张直接拍摄到的黑洞及其事件视界的照片,这或是今年最令人难忘的照片。为捕捉这张照片,世界各地的天文学家构建了一个口径相当于地球直径的望远镜阵列,从各地同时观测。


2019年也是阿波罗登月50周年,各国航天局将月球探索提上了议事日程。1月,中国的“嫦娥四号”探测器成为首个在月球背面安全着陆的航天器,“嫦娥四号”的月球车“玉兔二号”在冯·卡门撞击坑继续进行执行探测任务。相较于中国探月的成功,其他各国的探月尝试却不太亮眼。4月,以色列首架私人资助的航天器在着陆月球的最后时刻坠毁。9月,印度月球探测器“月船2号”的着陆器“维克拉姆”也出现同样的情况,但是其轨道器仍在按计划绕月运行。


正在进行的火星任务返回了一系列结果。美国宇航局(NASA)的“洞察号”探测器探测到了人类历史上的首次“火星震”,该探测器配备了由法国制造的地震仪。6月,大约600公里之外的NASA“好奇号”探测器探测到火星大气中的甲烷气体浓度创下历史新高,目前科学家对此无法做出解释,更奇怪的是这般高浓度的甲烷气体几天后消失了。2月,NASA宣告“机遇号”火星探测器正式退役。


让我们把目光望向太阳系的更远端。2月,日本的“隼鸟2号”探测器在从小行星“龙宫”表面进行了样本采集。7月,“隼鸟2号”向龙宫发射弹丸撞击其表面,并着陆采集经撞击后露出的一些物质。“隼鸟2号”将于明年将样本送回地球。NASA的“新视野号”探测器造访了远在冥王星之外的Arrokoth——一个形状奇特的天体,长35公里,像两块煎饼粘在一起。这是人类第一次得以如此近距离地观察一个冰冷的原始世界。


今年还有一位闯入太阳系的星际来客。12月上旬,星际彗星2I/Borisov掠过太阳,这是继2017年神秘的星际访客奥陌陌(‘Oumuamua)之后,已知的第二颗从另一星系造访太阳系的天体。

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NASA的“好奇号”继续探索火星。图片来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS


    激辩

对地球环境而言,今年又是艰难的一年。联合国生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台在一份报告中发出警告,由于栖息地破坏和气候变化,多达一百万种动植物物种如今面临灭绝。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在一份特别报告中,呼吁大力抑制农业用地需求,号召人们转向植物性饮食。根据2015年的《巴黎协定》,各国同意限制全球变暖幅度不得超过工业化前水平2℃。为此,IPCC表示,若不尽快采取相应行动,这一目标将无法实现。


然而,全球政治态势却似乎在反向而行。1月,民粹主义出身的巴西总统贾伊尔·博尔索纳罗(Jair Bolsonaro)上台,提出了激进的反环保议程,并削减了联邦政府对科学的资助。7月,他指责巴西政府的科学家谎报亚马孙森林砍伐激增的情况。美国总统特朗普继续为废除环保法规发力。6月,美国国家环保局(EPA)敲定了一项放宽发电厂温室气体排放限制的计划。8月,EPA正式提出冻结汽车燃料经济性标准。9月,特朗普总统宣布EPA将撤销一项允许加州自行设定汽车和卡车碳排放限制的长期豁免权。11月,美国政府启动了退出《巴黎协定》的正式程序。


世界各地的活动家用抗议手段回应政府的强硬态度,其中包括9月的全球气候罢工。受青年气候活动家格蕾塔·桑伯格(Greta Thunberg)的鼓舞,150个国家的数百万人走上街头,要求政府采取更有力的措施应对气候变化。10月,几位青年领袖对阿拉斯加州和加拿大联邦政府提起两项诉讼,他们认为政府鼓励使用化石燃料的做法侵犯了他们的权利。该诉讼代表了全球气候诉讼的总体趋势,又如荷兰的一项悬而未决的重要诉讼。5月,荷兰最高法院听取了政府对乌尔根达基金会(Urgenda Foundation)提起的上诉。该基金会是一个公民气候组织,曾在地方法院成功提出主张,要求荷兰政府必须采取更多措施应对气候变化。如果最高法院做出有利于该基金会的判决,荷兰政府将无法进一步上诉。

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气候变化抗议者在南非开普敦聚集示威游行。图片来源:Rodger Bosch/AFP/Getty


突破生物边界

这是在实验室中检验生物学和伦理界限的一年。美国科研人员在猪的头部被砍下4小时后,通过泵入一种富含营养和氧气的液体来模拟血液,使其大脑成功复苏。这一操作触发了糖的消耗和其它代谢功能,表明大脑仍然在运作。但科研人员并未试图恢复大脑意识,为此他们在实验前添加了化学物质阻止神经元放电。


在另一项体外实验中,科学家在培养皿中培育猴子胚胎近三周,这一时间长于以往实验室培育灵长类胚胎的时间。这项创举也引发了一个伦理问题:实验室培育的人类胚胎是否应被允许发育超过14天,这是目前大多数国家实行的限制。9月,美国的一个研究小组通过干细胞培养人类胚胎,提供了一种绕过14天限制的可能的办法。“人造胚胎”似乎模拟了真实人类胚胎的早期发育,但是否应该允许人工胚胎发育到后期的伦理争论仍在持续。


日本继续在诱导多能干细胞的临床应用中占据主导地位,诱导多能干细胞是指被重编程为胚胎样状态的成体细胞。9月,日本的一个研究小组利用这些干细胞,造出了可以移植到视力衰退女性体内的角膜细胞片。过去十年里,日本医生已经在使用诱导多能干细胞治疗帕金森氏病和另一种眼部疾病。今年,一个研究小组被批准使用干细胞治疗脊髓损伤。但是这些治疗方法是否有效仍是未知数。


  文化冲击

世界各地的研究机构继续展开对性骚扰和职场文化及伦理的调查。德国马克斯·普朗克学会(Max Planck Society)对职场员工展开了一项大规模调查,收到了9000多份反馈。调查结果显示,基于性别的职场歧视和霸凌仍时有发生。


澳大利亚的一项全国性调查显示,50%的受访女性科学家表示自己在工作中面临性骚扰。8月,阿德莱德大学澳大利亚古DNA中心(ACAD)的负责人艾兰·库伯(Alan Cooper)遭到停职,部分同事在调查中对库伯的霸凌行径进行了指控。目前,学校还未给出停职的具体原因,只是向《自然》杂志表示,“与他有关的调查程序仍在进行当中”。


美国国立卫生研究院首次公布了去年因性骚扰调查而受纪律处分的拨款受益人的人数。2月,该机构表示,2018年更换了14名PI,并禁止14人参加同行评议小组。与此同时,美国国家科学院通过了一项政策,驱逐犯有性骚扰罪的成员。麻省理工学院正在调查其与杰弗里·爱泼斯坦(Jeffrey Epstein)之间的联系,这位已故金融家因此前曝出的性丑闻而名誉扫地。麻省理工学院表示,爱泼斯坦向学校捐赠了约80万美元。

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谷歌的Sycamore量子处理器。图片来源:Google/Reuters


  量子奇迹

经过漫长的等待,物理学家终于在量子计算领域迎来了新的里程碑。《自然》杂志10月的一篇报道称,谷歌的一个团队使用量子计算机进行了一项特殊的计算。这项计算对经典计算机来说,甚至对最先进的超级计算机而言,几乎都是不可能的。这项计算本身是用于检查量子随机数发生器的输出,虽然其实际用途有限,但这一壮举是量子计算机向未来应用迈出的一步,其实际用途覆盖了从设计新材料到破译密码的各种领域。


人工智能巨头DeepMind是谷歌Alphabet旗下的子公司,总部设在英国伦敦。该公司的一款程序在多人在线电子游戏《星际争霸2》中牢牢掌控全局,其不凡表现登上了新闻头条。在德州扑克比赛中,人工智能Pluribus首次击败了人类顶尖选手。正如2016年DeepMind公司AlphaGo的胜利,人工智能在国际象棋或围棋领域可以击败最杰出的人类棋手,这给人留下了深刻的印象。但许多业内人士认为,多人游戏更接近机器学习所要面临的现实挑战,例如欺诈识别或汽车自动驾驶。


今年早些时候,化学家利用原子力显微镜操纵单个分子,制造出人类历史上首个环状纯碳分子,分子尺度晶体管由此进入了大众视野。


  胚胎编辑

2019年伊始,中国科学家贺建奎宣布了世界上首对基因编辑婴儿的诞生。消息一出,全世界一片哗然,至今影响仍在。他通过CRISPR/Cas9系统对CCR5基因进行了修改,该基因编码一种蛋白质,允许HIV病毒进入细胞。他试图通过让这种基因失效,使这对双胞胎女婴对HIV病毒产生抵抗力。1月,贺建奎遭深圳南方科技大学解雇。在这之前,国家卫健委的一项调查发现,贺建奎违反了禁止将基因编辑用于生殖目的的国家规定。3月,国家卫健委发布了进一步的法规草案,其中包括对违反人类基因编辑规定的个人进行严厉处罚。当月,世界卫生组织的一个咨询委员会呼吁建立一个全球人类基因编辑研究登记处,并反对临床上在人体内应用可遗传的基因编辑。


但是6月,俄罗斯分子生物学家丹尼斯·雷贝克(Denis Rebrikov)透露,他也一心要创造基因编辑婴儿。他向《自然》杂志表示,他在考虑将基因编辑的胚胎植入女性体内。最近,他表达了对修复耳聋相关突变的兴趣,并说他已经开始进行实验研究。但他也说会等到俄罗斯监管当局批准后,再植入基因编辑的胚胎。


尽管临床上围绕基因组编辑的争论十分激烈,但研究人员持续在改进这项技术。10月,博德研究所的化学生物学家David Liu领导的一个团队,公布了一种叫做先导编辑的方法。早期结果表明,这种替代工具可能比标准的CRISPR-Cas9编辑更精确,这可能会减少对人类使用基因编辑安全性的一些担忧。

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英国首相鲍里斯·约翰逊承诺增加研发支出。图片来源:Daniel Leal-Olivas/WPA/Getty


左右为难的领导人

今年,随着英国接近无协议脱欧的边缘,各大学已提前储备了大量供应品。但英国政府却将脱欧的最后期限延长了三次。前英国首相特雷莎·梅(Theresa May)和她的继任者鲍里斯·约翰逊(Boris Johnson)都未能获得议会对英国脱欧协议的支持。目前,持续的不确定性令科学家们备感担忧。12月12日,约翰逊政府再次当选,目前计划通过谈判达成的协议退出欧盟。为了增强国家科研基础,约翰逊政府承诺到2025年将政府的研发支出增加一倍,每年投入180亿欧元(约合240亿美元),并引入对研究人员更有利的签证计划。


今年年初,美国联邦政府部分停摆35天,再次刷新最长纪录,美国的一些科学机构也陷入停滞状态。NASA和美国国家科学基金会被迫停止大部分活动。直到1月底,才由国会议员打破这一僵局。


在这一混乱局势下,美国参议院确认气象学家凯文·德勒格迈尔(Kelvin Droegemeier)担任特朗普总统的科学顾问,并领导白宫科技政策办公室。特朗普已经有将近两年没有科学顾问了。德勒格梅尔很快成为根除美国科研中不当外国影响的关键人物。自2018年以来,美国国立卫生研究院调查了至少180名未声明与外国政府之间联系的科学家,其中许多都是华裔美国人。人们因此担忧自己会因为种族而受到不公对待。同时,美国能源部和国家科学基金会开始禁止他们的员工参与外国人才招聘项目。


澳大利亚也在积极打击外国干涉。8月,澳大利亚政府宣布计划成立一个专家委员会,以应外国政府或团体针对大学发起的网络攻击、知识产权盗窃以及其他袭击。


在全球其它角落,科学家们也陷入了动乱之中。在香港,警察和示威者之间的暴力冲突扰乱了三所大学校园的教学和研究活动。考虑到圣地亚哥反对经济不平等的大规模抗议带来了安全问题,智利不得不放弃举办联合国气候变化框架公约第二十五次缔约方大会(COP25)。12月的大会最终在马德里举行。

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卫生工作者全力应对刚果民主共和国爆发的埃博拉疫情。图片来源:Hugh Kinsella Cunningham/Redux/eyevine


  健康图景

刚果民主共和国东部持续爆发埃博拉疫情,自2018年8月疫情爆发以来,已造成2200多人死亡。就死亡人数而言,这是迄今为止第二严重的埃博拉疫情,也是最难解决的疫情,因为该地区的冲突仍在持续。埃博拉疫情救援人员遭到武装团体的袭击,对政府官员和救援人员的普遍不信任,导致许多居民回避治疗中心。7月,世界卫生组织宣布此次疫情为“国际关注的公共卫生紧急事件”——最高警戒级别。


尽管局势混乱,研究人员还是成功地对4种实验性埃博拉药物,进行了首次大规模的对照试验。结果显示,两种基于抗体的疗法治愈了90%在疾病早期寻求治疗的人。卫生工作者已经给刚果民主共和国东部逾25.6万人,注射了一种由默克制药公司生产的新型埃博拉疫苗。11月,该疫苗成为世界上第一种获得医药机构批准的埃博拉疫苗。


在美国,电子烟引发的肺部损伤已致50多人死亡,2000多人住院,研究人员和公共卫生官员正在积极探寻原因。


3月,一名携带艾滋病毒的患者(身份尚未公开)接受了干细胞移植——用抗艾滋病毒的白细胞替换了其自身的白细胞。移植成功后,被宣布体内已无艾滋病毒。这是继2009年“柏林病人”蒂莫西·雷·布朗(Timothy Ray Brown)被宣布没有艾滋病毒和白血病后,第二个使用这种方法成功治愈的病人。

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资料来源:世界卫生组织


原文作者:Davide Castelvecchi, David Cyranoski, Elizabeth Gibney, Heidi Ledford, Amy Maxmen, Lauren Morello, Emma Stoye, Nidhi Subbaraman, Jeff Tollefson & Alexandra Witze,原文以The science news events that shaped 2019为标题发表在2019年12月18日的《自然》新闻上。


注:本文转载自Nature自然科研。

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