2016年度十大科學(xué)突破

中國春節(jié)正月初四，一個由1000多位科學(xué)家組成的LIGO科學(xué)合作組織宣布：“We did it！”，在世界的一片驚詫和驚喜之中，拉開了2016年科學(xué)大發(fā)現(xiàn)的序幕：人類第一次捕捉到了來自13億光年外雙黑洞合并引發(fā)的時空“漣漪”。

除了接收到來自宇宙的新信息，這一年，人類撒向太空的種子遍地開花，科學(xué)家們探索了遙遠(yuǎn)星球大氣的成分，“看”見了“暗物質(zhì)星系”，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星冰殼下的海洋，還找到了離人類更近的宜居星球。

這一年，一只被昵稱為“阿法狗”的AI，打敗了兩位人類頂級圍棋手，人類用失敗宣告了勝利，人工智能的崛起邁出了里程碑式的一步。

這一年，科學(xué)家在謹(jǐn)慎中嘗試著對人類自身生命的探索，升級版的人工合成生命體問世，第一個“三親”寶寶降生，對人類胚胎基因的編輯也獲得了批準(zhǔn)。

浩瀚的人類歷史長河里，這一年只是短短的一瞬。每年的盤點(diǎn)與回望，都讓我們振奮也迷茫，科學(xué)的突破與進(jìn)展，還將把人類帶向何方？

科學(xué)早已為2017年準(zhǔn)備好了下一段征途。

10.4個新元素被發(fā)現(xiàn)：化學(xué)元素周期表第7行被填滿

2015年12月30日，國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）確認(rèn)了113號、115號、117號和118號4個新元素的發(fā)現(xiàn)。2016年6月，IUPAC宣布這4個新元素被正式加入到元素周期表中。自此，元素周期表第7行被填滿。

依照命名傳統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)者對新元素有命名決定權(quán)。IUPAC將115、117和118號元素的發(fā)現(xiàn)歸功給了一支來自俄羅斯和美國的合作團(tuán)隊，將113號元素的發(fā)現(xiàn)歸功給了一支日本團(tuán)隊。最終，這4個新元素被命名為：

·第113號元素Nihonium，元素符號Nh

·第115號元素Moscovium，元素符號Mc

·第117號元素Tennessine，元素符號Ts

·第118號元素Oganesson，元素符號Og

新元素的發(fā)現(xiàn)，再一次用觀察數(shù)據(jù)證實(shí)了科學(xué)理論，讓人類依據(jù)元素周期表所做的預(yù)測更為可信；同時，也為將來制造更重、更有用的新元素打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

9.琥珀里的真恐龍：鏈接鳥類和恐龍的新證據(jù)

2016年12月，一條來自琥珀中的恐龍尾巴，震驚了世界。來自多個國家的古生物學(xué)研究團(tuán)隊，第一次找到了非鳥類恐龍的標(biāo)本。這項由中國和加拿大研究者合作的研究，在一塊琥珀中發(fā)現(xiàn)一截毛茸茸的尾巴。這段尾巴展開后長約6 cm，包含了至少8枚完整的尾椎?？茖W(xué)家們推測尾巴的主人是手盜龍類，生活于距今約9900萬年前。不同于以往發(fā)現(xiàn)的骨骼化石，琥珀中的動物標(biāo)本能夠提供大量的細(xì)節(jié)，比如恐龍尾巴上的羽毛。這為探索羽毛演化發(fā)展模式提供了線索。

8.CRISPR-Cas9和“三親”嬰兒：人類胚胎基因研究技術(shù)在爭議中謹(jǐn)慎前行

2月，英國生育和胚胎學(xué)管理局（HFEA）宣布，倫敦的科學(xué)家已獲得以研究為目的編輯人類胚胎基因組的授權(quán)。英國成為第一個允許人類胚胎基因編輯的國家。獲得批準(zhǔn)的科學(xué)家為倫敦弗朗西斯·克里克研究所的發(fā)育生物學(xué)家凱西·尼亞坎（Kathy Niakan）團(tuán)隊，他們希望利用CRISPR-Cas9技術(shù)對健康人類胚胎進(jìn)行編輯，以了解為什么一些妊娠會終止。

4月，世界上第一個“三親”寶寶在墨西哥誕生?！叭H”嬰兒，指嬰兒同時帶有三個人的遺傳物質(zhì)。嬰兒除攜帶父母的DNA外，還擁有來自捐獻(xiàn)者的線粒體DNA?！皠?chuàng)造”這個“三親”寶寶的團(tuán)隊負(fù)責(zé)人是紐約新希望生殖醫(yī)學(xué)中心（New Hope Fertility Clinic）的醫(yī)師張進(jìn)，他表示這名男嬰健康狀況良好，但并沒有透露多少其他信息。健康“三親”寶寶的誕生令人欣慰，但研究團(tuán)隊的做法也引來了廣泛的倫理爭議。干預(yù)人類胚胎的技術(shù)可以拯救生命，但在臨床應(yīng)用之前，也必須經(jīng)過謹(jǐn)慎的評估與審視。

7.最近普適共同祖先攜帶的355種基因確定：生命起源探索的重要一環(huán)

2016年7月，科學(xué)家宣布找到了最近普適共同祖先LUCA（Last Universal Common Ancestor）的355個基因。LUCA可能是生活在40億年前無氧環(huán)境中的喜熱微生物，并且依賴氫氣為生。這有力地支持了先前的假說：地球生命起源于類似海底火山周圍的那些深海熱泉。目前為止的遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了有關(guān)LUCA的一些十分誘人的線索。大部分證據(jù)都暗示，LUCA也和現(xiàn)代細(xì)胞一樣，用DNA儲存遺傳信息；也會制造蛋白質(zhì)，并使用ATP作為能量來源。加州大學(xué)洛杉磯分校的進(jìn)化生物學(xué)家詹姆斯·萊克（James Lake）稱這一新研究“令人矚目”“往前邁了重要一步”。盡管LUCA早已仙逝，與它最為鄰近的親戚們也許仍和我們一起生存在這地球上。

6.成功誘導(dǎo)活細(xì)胞生成碳—硅鍵

2016年11月，科學(xué)家成功誘導(dǎo)活細(xì)胞生成碳—硅鍵產(chǎn)物，第一次證明硅元素能夠參與到自然界的生命活動中。

硅與碳雖然性質(zhì)相似，但對絕大多數(shù)生物而言，并沒什么用。即便像硅藻這樣可以利用硅酸鹽或二氧化硅構(gòu)建自己外骨骼的生物，也不能把硅元素分離出來加以利用。誘導(dǎo)活細(xì)胞生成碳—硅鍵，不僅大大提高了合成碳—硅鍵的效率與安全性，也為借助自然之力提升化工生產(chǎn)技術(shù)水平打開了新的思路。這項研究也展示了演化中，自然適應(yīng)新挑戰(zhàn)的速度之快。這或許就意味著，如果某一天環(huán)境劇變，地球上突然多出了很多有機(jī)硅小分子，那么也許只需要幾年時間，實(shí)驗中所用到的海洋紅嗜熱鹽菌，就能演化出利用硅的能力——而工具是一種功能原本與此八竿子打不著的蛋白質(zhì)。

5.從超級地球到土星衛(wèi)星：空間探索大突破

2月，天文學(xué)家在《天體物理期刊》（Astrophysical Journal）上發(fā)表了對太陽系外行星巨蟹座55 e大氣成分的分析結(jié)果，這是人類第一次有能力分析一顆超級地球的大氣層成分。5月，NASA的研究者們宣布SOFIA（Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy）天文臺在火星大氣層中探測到氧原子，這距離20世紀(jì)70年代首次探測到氧原子已過去40年。8月，天文學(xué)家們在距離地球3億光年外的蜻蜓44星系中發(fā)現(xiàn)了大量暗物質(zhì)的存在，這是目前天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大、暗物質(zhì)比例最高的星系。同月，歐洲南方天文臺（ESO）宣布，在半人馬座比鄰星（Proxima Centauri）周圍發(fā)現(xiàn)了一顆位于宜居帶內(nèi)的行星。9月，比利時皇家天文臺發(fā)布公告稱，根據(jù)數(shù)據(jù)推測，在土衛(wèi)四（Dione）冰殼下存在一個深度達(dá)數(shù)萬米的地下海洋。這是繼土衛(wèi)二和土衛(wèi)六后，第三顆被發(fā)現(xiàn)有海洋存在的土星衛(wèi)星。人類撒向太空的種子，正在逐漸開花。

4.最新療法延長早衰小鼠壽命

2016年12月，索爾克研究所的科學(xué)家宣布了一種新的基因療法使得早衰小鼠的壽命延長了30%。這項發(fā)表在《細(xì)胞》上的研究表明，通過周期性誘導(dǎo)Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc四種“山中因子”的短期表達(dá)，研究者能夠減輕早衰癥小鼠模型的衰老癥狀，并延長它們的壽命。在年齡較老的野生型小鼠中，類似的操作也能夠減輕代謝疾病和肌肉損傷的癥狀。

3.AlphaGo戰(zhàn)勝世界頂級圍棋選手：人工智能里程碑的一步

2016年3月，人工智能程序AlphaGo戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍李世乭。這是人工智能對弈人類職業(yè)棋手的又一次勝利。AlphaGo是Google旗下DeepMind公司開發(fā)的計算機(jī)程序，開發(fā)團(tuán)隊將改進(jìn)的蒙特卡洛決策樹算法與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合的方法構(gòu)建了AlphaGo最終的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。其中，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由一個多達(dá)12層的包含上百萬個神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成?？梢哉fAlphaGo的研發(fā)是當(dāng)今人工智能領(lǐng)域各類技術(shù)的集大成者，體現(xiàn)了人工智能技術(shù)的最高水平。

2.科學(xué)家制造出最簡單的人工合成生命體：人類成為造物者的第一步

2016年3月，遺傳生物學(xué)家文特爾宣布他的團(tuán)隊在實(shí)驗室中用473個基因創(chuàng)造了一種新的生物——辛西婭3.0（細(xì)菌JCVI-syn3.0）。這種細(xì)菌所包含的是目前已知的維持生命活動所必需的最少數(shù)量的基因。這是目前人類能夠制造的最簡單的生命體。

辛西婭3.0已經(jīng)不是人類第一次創(chuàng)造生物了。2010年，辛西婭1.0誕生。文特爾和他的同事就仿佛扮演了一回上帝的角色，構(gòu)造出從未存在過的生命形式。辛西婭1.0的基因組有901個基因，以當(dāng)時的技術(shù)，沒有辦法一次合成。經(jīng)過不斷地精簡，他們最終成功，得到了僅僅含有473個基因的辛西婭3.0——最接近“生命基石”的基因組。

1.LIGO引力波探測：人類認(rèn)識宇宙的新方式

2016年2月，引力波天文臺LIGO的科學(xué)家們宣布，人類首次直接探測到宇宙中的引力波信號及首次觀測到雙黑洞碰撞合并。這個被命名為GW150914的引力波于2015年9月14日被探測到。經(jīng)過1000多位LIGO科學(xué)家連續(xù)數(shù)月對信號的分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)GW150914來自南天球，產(chǎn)生于13億年前兩個黑洞的合并，在合并的瞬間大約有3倍于太陽質(zhì)量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量。引力波的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了黑洞的存在，也是對廣義相對論的重要檢驗。

如果說電磁波望遠(yuǎn)鏡是人類的眼睛，那么引力波探測器就像人類的耳朵，從此，人類終于可以聆聽來自宇宙的聲音。?

【摘自果殼科技評論 2016-12-28】