MICHAEL GRESHKO（譯者：陌上花開）

剛剛結束的2010年代無疑是個充滿發(fā)現(xiàn)的時代。在這10年里，各國科學家在人體、星球和宇宙方面均取得了卓越的新成就。更重要的是，科學在過去10年中變得更為全球化、合作化。如今，重大突破更有可能來自3000人的科學團隊，而不是3個人的團隊。

在過去的10年里，眾多科學發(fā)現(xiàn)都意義非凡，編輯部挑選出20大最值得關注的動態(tài)和里程碑式發(fā)現(xiàn)，我們相信，未來10年，科學界還會有更多驚人突破要以此為依托。

1.同時探測到引力波

1916年，愛因斯坦正式發(fā)表了廣義相對論，認為引力是時空結構發(fā)生彎曲的結果。該理論預言，有質量的物體在時空結構中加速運動會產(chǎn)生漣漪，這就是引力波。盡管愛因斯坦后來懷疑它們的存在，但這些被稱為引力波的時空褶皺是相對論的一個關鍵預測，幾十年來，吸引了若干研究人員孜孜探索。雖然令人信服的引力波跡象首次出現(xiàn)是在20世紀70年代，但沒人直接探測到它們，直到2015年，美國LIGO天文臺才探測到兩個黑洞碰撞的余波。這一發(fā)現(xiàn)于2016年公布，開啟了一種“聆聽”宇宙的新方式。

2017年，LIGO和歐洲天文臺 Virgo探測到了另一組振動，這一次是兩個被稱為中子星的超高密度星體相撞時產(chǎn)生的。全球科學家都可以用望遠鏡觀看到爆炸情況，這是人類歷史上第一次使用引力波天文臺和其他望遠鏡觀測到同一天體物理事件。這些具有里程碑意義的數(shù)據(jù)能夠更新科學家們對引力作用機制的認知，也有助于他們了解金和銀等元素是如何形成的。

2.改變人類的家譜

過去10年里，科學家在人類復雜起源方面取得了諸多進展，包括已知化石的年代、相當完整的頭骨化石，以及多個新分支的出現(xiàn)。2010年，國家地理探險家Lee Berger發(fā)現(xiàn)了人類的遠古祖先——南方古猿源泉種（Australopithecus sediba）。5年后，他宣布在南非人類搖籃遺址（Cradle of Humankind）洞穴系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了新物種的化石：納勒迪人（Homo naledi），一種古人類，其部分骨骼結構與現(xiàn)代人相似。后續(xù)研究還顯示，納勒迪人生活在33.5萬至23.6萬年前，比之前料想的時代要晚得多。

在亞洲，新發(fā)現(xiàn)同樣層出不窮。2010年，一個研究小組宣布，對西伯利亞一洞穴中發(fā)現(xiàn)的指骨進行DNA提取，并最終測序后，一種不同于任何現(xiàn)代人的新人種出現(xiàn)了，這是丹尼索瓦人（Denisovans）存在的首個證據(jù)。2018年，中國的一處遺址出土了210萬年前的石器，證實了工匠在亞洲的出現(xiàn)比人們之前認為的要早幾十萬年。2019年，菲律賓的研究人員公布了呂宋人（Homo luzonensis）的化石，一種與佛羅勒斯人（Homo floresiensis）相似的新人種。蘇拉威西島新發(fā)現(xiàn)的石器比現(xiàn)代人到達的時間還要早，這表明在東南亞存在第三種身份不明的島居古人類。

3.古DNA研究的革命性巨變

隨著DNA測序技術的飛速發(fā)展，過去10年里，我們在古老基因如何塑造現(xiàn)代人方面取得了巨大進步。2010年，研究人員公布了首個幾乎完整的古代智人基因組，拉開了對人類祖先DNA研究的革命性序幕。自此以后，3000多個古代基因組得以測序，其中包括女孩Naia的DNA，她死于1.3萬年前的墨西哥。她的遺骸是在美洲發(fā)現(xiàn)的最古老的完整人類骨骼之一。同年，研究人員還公布了第一份尼安德特人基因組草圖，為證明所有現(xiàn)代非非洲人的DNA中有1%到4%來自于這些近親提供了首例可靠的基因證據(jù)。

2018年，研究古DNA的科學家們又有了重大發(fā)現(xiàn)，他們找到了一根9萬年前的骨頭的主人——一名少女，其母親是尼安德特人，父親是丹尼索瓦人，她也是迄今發(fā)現(xiàn)的首個混血古人類。在另一項發(fā)現(xiàn)中，科學家們將丹尼索瓦人的DNA與化石蛋白質進行比較，以確認丹尼索瓦人曾經(jīng)生活在西藏，從而擴大了這個神秘群體的已知范圍。隨著古DNA領域的不斷發(fā)展，它對倫理問題的處理也日趨成熟，例如社區(qū)參與的需要和土著人類遺骸的遣返。

4.數(shù)千顆新系外行星的發(fā)現(xiàn)

2010年代，人類對圍繞遙遠恒星運行的行星的認識有了巨大飛躍，這在很大程度上歸功于美國國家宇航局（以下簡稱NASA）的開普勒太空望遠鏡。從2009年到2018年，僅開普勒就發(fā)現(xiàn)了2700多顆確認的系外行星，這一數(shù)字比目前總數(shù)的一半還多。開普勒太空望遠鏡最著名的發(fā)現(xiàn)之一：第一顆被證實的巖石質系外行星。它的繼任者TESS于2018年發(fā)射升空，目前已經(jīng)開啟了夜空勘測任務，并成功發(fā)現(xiàn)了34顆確認的系外行星。

地面勘測也在進行之中。2017年，研究人員宣布發(fā)現(xiàn)TRAPPIST-1，這是一個距離地球僅39光年的恒星系統(tǒng)，擁有7顆類地行星，其擁有的類地行星數(shù)量僅次于太陽。前一年，歐洲天文臺宣布發(fā)現(xiàn)了比鄰星b，這是一顆與地球大小相當?shù)男行?，它圍繞著離太陽最近的恒星比鄰星運行，比鄰星距離地球僅4.25光年。

5.以前所未有的方式見識宇宙

2010年代，幾項重大天文觀測結果為宇宙研究帶來了革命性改變。2013年，歐洲航天局發(fā)射了“蓋亞探測器”（Gaia），目標是以前所未有的精度對銀河系中的10億顆恒星進行觀測，收集位置、距離數(shù)據(jù)，以及1.5億多顆恒星的速度數(shù)據(jù)。通過獲得的數(shù)據(jù)集，科學家們制作了一部關于銀河系的3D電影，讓我們看到了星系是如何隨著時間而形成和變化的。

2018年，科學家公布了普朗克衛(wèi)星對早期宇宙微弱余輝的最終測量結果，其中包含了宇宙成分、結構和膨脹速度的重要線索。令人困惑的是，普朗克測得的膨脹率與今天科學家們測得的結果并不相同，這是一種潛在的“宇宙學危機”，可能需要新的物理學理論來解釋。同年，暗能量調查（Dark Energy Survey）發(fā)布了第一批數(shù)據(jù)，這將有助于宇宙結構中隱藏模式的搜索。2019年4月，視界望遠鏡合作組織首次公布了在梅西耶87星系中心發(fā)現(xiàn)的黑洞輪廓圖像。

6.進入基因編輯時代

2010年代，精確編輯DNA領域成績卓著，這在很大程度上要歸功于Crispr-Cas9基因編輯技術。 CRISPR-Cas9是細菌和古細菌在長期演化過程中形成的一種適應性免疫防御，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。研究人員在2012年提出，Crispr-Cas9可以作為一種強大的基因編輯工具，它可以按照科學家的要求精確切割DNA。幾個月后，其他研究小組證實這項技術同樣適用于人類DNA。自此以后，為了令Crispr-Cas9更加精確，全球實驗室競相開始了類似系統(tǒng)的研究，并在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學領域做了相關應用試驗。

盡管Crispr-Cas9可能帶來巨大利益，但其造成的倫理困境也相當驚人。2018年，中國研究人員賀建奎宣布經(jīng)Crispr編輯基因的兩個雙胞胎女孩出生，全球醫(yī)學界一片嘩然。這一聲明引發(fā)了暫停全球所有人類生殖細胞系基因編輯的呼吁。

7.揭開古老藝術品的面紗

考古學家的發(fā)現(xiàn)再次證明，藝術——或者至少是涂鴉——是一種更古老、更全球化的現(xiàn)象。2014年，研究人員在蘇拉威西島的馬洛斯洞穴遺址（Maros cave sites）中發(fā)現(xiàn)了手印巖畫和一幅“豬鹿”巖畫，它們至少有39000年的歷史，與歐洲最古老的洞穴壁畫一樣古老。之后，在2018年，研究人員宣布在婆羅洲發(fā)現(xiàn)了距今4萬至5.2萬年的洞穴藝術，進一步推后了具象繪畫的起源。2018年，考古學家在南非發(fā)現(xiàn)了一幅畫在石片上的畫作，距今約7.3萬年，很可能是世界上最古老的涂鴉。

2019年，視界望遠鏡合作組織首次發(fā)布了超大質量黑洞及其陰影的圖像。該圖像揭示了梅西耶87星系中心的巨大黑洞，梅西耶87星系是室女座星系團中的一個大質量星系。來源：Event Horizon Telescope Collaboration

其他有爭議的發(fā)現(xiàn)則引發(fā)了學術界對尼安德特人藝術技能的探討。2018年，研究人員公開了在西班牙發(fā)現(xiàn)的11.5萬年前的顏料和穿孔海螺殼，當時只有尼安德特人生活在歐洲。同年，另一項研究稱，西班牙的一些洞穴壁畫有65000年的歷史。許多洞穴藝術專家對這一結論提出了質疑，但如果它站得住腳，這可能成為尼安德特人洞穴繪畫的首個證據(jù)。2016年，研究人員在法國的一個洞穴里發(fā)現(xiàn)了17.6萬年前石筍搭建成的環(huán)狀結構，如果不是穴居熊的作品，那么這些石筍圈很可能是尼安德特人布置的。

8.成為星際先鋒

未來的歷史學家在回顧2010年代時，可能將其視為星際十年：我們的宇宙飛船第一次揭開了太陽和星際空間之間的遮蔽物，我們第一次看到了圍繞遙遠恒星形成的天體。

2012年8月，NASA的“旅行者1號”（Voyager 1）探測器穿越了日球層（heliosphere）的外邊界，即是太陽風吹入星際物質（由銀河系滲入的氫和氦）的空間中造成的氣泡。但星際之路是雙向的。2017年10月，天文學家發(fā)現(xiàn)了“奧陌陌”（Oumuamua），這位星際訪客是迄今為止發(fā)現(xiàn)的第一個在另一個恒星系統(tǒng)中形成并經(jīng)過太陽系的天體。2019年8月，天文愛好者Gennady Borisov發(fā)現(xiàn)了第二位星際訪客，這是一顆非常活躍的彗星，現(xiàn)在以他的名字命名。

9.打開古代文明的大門

2010年代，考古學家取得了眾多非凡發(fā)現(xiàn)。2013年，英國研究人員終于在一個停車場下面發(fā)現(xiàn)了理查德三世的尸體。2014年，研究人員宣布在秘魯?shù)腃astillo de Huarmey神殿里發(fā)現(xiàn)一處保存完好的古代瓦里文明王后墓室。2016年，考古學家發(fā)現(xiàn)了第一塊腓力斯丁人墓地，讓我們得以窺見希伯來圣經(jīng)中最臭名昭著的一群人的生活。第二年，研究人員宣布，耶路撒冷的圣墓教堂可以追溯到1700多年前的君士坦丁大帝時期，他是羅馬第一位尊崇基督教的皇帝，這似乎證實了教堂是在羅馬認定的耶穌埋葬地建造的。2018年，在秘魯工作的考古團隊宣布發(fā)現(xiàn)了迄今最大的兒童祭祀遺址，其他科學家在危地馬拉用機載激光探測到了6萬多座新發(fā)現(xiàn)的古代瑪雅建筑。

與此同時，水下考古工作也取得了重大進展。2014年，加拿大團隊找到了“埃里伯斯號”（H.M.S. Erebus），這艘北極科考船于1846年沉沒。兩年后，另一支探險隊找到了它的姐妹船“恐怖號”（H.M.S. Terror）。2017年，在微軟聯(lián)合創(chuàng)始人Paul Allen率領的民間團隊的努力下，二戰(zhàn)美軍戰(zhàn)艦“印第安納波利斯號”（Indianapolis）殘骸終于重見天日，沉船事故發(fā)生在1945年，是美國海軍歷史上最致命的災難之一。黑海海上考古項目組在黑海海底發(fā)現(xiàn)了60多艘沉船，其中包括2018年發(fā)現(xiàn)的一艘擁有2400年歷史的古希臘商船。2019年，阿拉巴馬州官員宣布發(fā)現(xiàn)了失蹤已久的“克洛蒂爾達號”（Clotilda），這是最后一艘將非洲奴隸運往美國的船只。

10.揭秘動物意外的一面

過去10年里，動物王國出現(xiàn)了許多不同尋常的特征和行為。2015年，國家地理探險家 David Gruber發(fā)現(xiàn)玳瑁會發(fā)出綠色和紅色的熒光，它成為了第一種能發(fā)出生物熒光的爬行動物。2016年，研究人員發(fā)現(xiàn)格陵蘭鯊魚至少能活272年，是迄今為止已知的最長壽的脊椎動物。我們對動物工具使用能力的認知也有所提高：2019年的一項研究中首次指出，米沙鄢野豬（Visayan warty pig）能使用工具。另有幾項研究表明，巴西卷尾猴使用工具的歷史至少有3000年，這是在非洲以外發(fā)現(xiàn)的最古老的此類非人類記錄。2018年，肯尼亞的生物學家捕捉到了黑豹的身影，這是1909年以來首次在非洲發(fā)現(xiàn)黑豹。

11.太陽系中開辟新天地

2015年7月，NASA的“新視野號”（New Horizons）探測器成功地完成了冥王星探索任務，傳回了這顆矮行星的首張表面圖像。2019年元旦，“新視野號”進行了有史以來距離最遠的一次飛越，首次拍攝了冰凍小天體“阿羅科斯”的照片?！鞍⒘_科斯”是太陽系形成初期的原始痕跡。

在更靠近地球的地方，美國宇航局的“黎明號”宇宙飛船于2011年抵達了小行星帶上的第二大天體——灶神星（Vesta）。繪制出灶神星地圖后，“黎明”號飛入了矮行星谷神星（Ceres）的軌道。谷神星是小行星帶中最大的天體。在2010年代結束時，美國宇航局的“源光譜釋義資源安全風化層辨認探測器”（OSIRIS-REx—）和日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）的“隼鳥2號深空探測器”（Hayabusa2）分別訪問了貝努小行星（Bennu）和龍宮小行星（Ryugu），目的是將樣本帶回地球。

12.改變病程

為了應對2014至2016年西非暴發(fā)的埃博拉疫情，公共衛(wèi)生官員以及制藥公司默克（Merck）迅速研發(fā)了埃博拉試驗性疫苗rVSV-ZEBOV。2015年，在一次成功的實地試驗之后，該疫苗通過了歐洲官員審批，于2019年投入使用——這是埃博拉抗擊過程中的里程碑。另有幾項重大研究為預防艾滋病的傳播開辟了新途徑。2011年的一項試驗表明，預防性服用抗逆轉錄病毒藥物大大減少了艾滋病病毒在異性戀夫婦中的傳播，這一發(fā)現(xiàn)在后續(xù)研究（研究對象包括同性伴侶在內）中得到了證實。

2019年11月4日，在朱諾號第23次科學考察中，木星南極紅外圖像右下方可以看到一個新的較小的氣旋。圖片來源： NASA官網(wǎng)

13.追蹤希格斯玻色子

物質是如何獲得質量的？上世紀六七十年代，包括Peter Higgs和Francois Englert在內的物理學家聯(lián)合提出了一種假定，其形式是一種遍布全宇宙的新能量場，現(xiàn)在被稱為希格斯場。這個理論化的場中還伴隨有一種基本粒子，也就是現(xiàn)在所說的希格斯玻色子。2012年7月，來自歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機（Large Hadron Collider）的兩支團隊宣布發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，結束了長達數(shù)十年的研究。這一發(fā)現(xiàn)填補了標準模型中缺失的最后一塊，描述了物理學中4種基本力中的3種以及所有已知基本粒子。（盡管還不完整。）

14.重寫古生物學教科書

近10年里，科學家在擴展分析工具的同時，發(fā)現(xiàn)了令人震驚的新化石，讓我們對史前生命有了更為深刻的理解。2010年，在美國國家地理學會（National Geographic Society）贊助下，研究人員利用恐龍色素化石完成了首例恐龍全身顏色重建。以后的幾年里，隨著越來越多恐龍“保護色”的發(fā)現(xiàn)，比如黑色、藍色甚至是彩虹色的羽毛，以及有史以來最好的甲龍化石上的紅色皮膚，恐龍的顏色范圍變得更為寬泛。在另一項驚人研究中，科學家們分析了保存下來的狄更遜水母的脂肪分子，并于2018年證明，生活在5.4億年前的這種原始生物是一種動物。

2014年，古生物學家還發(fā)現(xiàn)了食肉恐龍棘龍（Spinosaurus）的新化石，研究表明它是一種半水棲的掠食者——已知恐龍中的第一種。一年后，中國的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一具令人震驚的奇翼龍化石，這是一種具有像蝙蝠一樣膜翼翅膀的小型恐龍。另外，科學家們通過對緬甸9900萬年前的琥珀的研究，發(fā)現(xiàn)了長有羽毛的恐龍尾巴，一只原始鳥類寶寶，以及各種被困在樹脂化石里的無脊椎動物。

15.尋找生命控制中心

過去的10年里，太空任務讓我們深入認識了其他星球的碳基有機分子，這些有機分子是構成生命體的必要成分。2014年，歐洲航天局正式啟動“羅塞塔計劃”，“羅塞塔”號探測器成功在67P彗星著陸，其關鍵目標是證明彗星是太陽系中原初物質的儲備庫，是將這些生命關鍵成分運送到地球上的“容器”。2017年，NASA的卡西尼號探測器結束了自己的探測任務，燒毀在土星大氣中。它證實了土衛(wèi)二的水羽中含有大型有機分子，這是其擁有適合生命存在物質的線索。2018年，NASA宣布，其“好奇號”探測器在火星上發(fā)現(xiàn)了有機化合物，還偵測到火星大氣中的甲烷含量出現(xiàn)了奇怪的季節(jié)性循環(huán)。

16.氣候問題嚴峻異常

在這10年里，大氣中的二氧化碳含量達到了有氣象記錄以來的最高水平，氣溫也達到了歷史最高水平。2013年5月9日，全球二氧化碳濃度首次達到400ppm，到2016年，二氧化碳濃度一直穩(wěn)定在這一閾值之上。其結果是氣候變暖蔓延全球;2015年、2016年、2017年、2018年和2019年是自1880年以來有記錄以來最熱的5年。從2014年開始，海洋的變暖引發(fā)了全球珊瑚白化事件。世界各地的珊瑚相繼死亡，包括大堡礁的部分地區(qū)。2019年，澳大利亞政府宣布島上的珊瑚裸尾鼠（Bramble Cay melomys）因海平面上升而滅絕，這是在現(xiàn)代氣候變化中滅絕的第一種已知哺乳動物。

在若干重要氣候會議上，全球科學家強烈呼吁人們關注地球氣候的變化、氣候變化帶來的風險以及應對氣候變化的必要性。2014年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布了第五次氣候變化評估報告，一年之后，各國簽署巴黎協(xié)定，主要目標是將本世紀全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內。2018年10月，IPCC發(fā)布的另一份嚴峻報告指出，到本世紀末，即使將全球氣溫上升控制在前工業(yè)化時期水平之上1.5攝氏度以內，也要付出巨大的代價。面對如此巨大的挑戰(zhàn)，氣候抗議活動席卷全球，其中許多由青年活動人士領導。

17.推翻生育限制

2016年，臨床醫(yī)生宣布首位“三親嬰兒”誕生，這個嬰兒由父親的精子、母親的細胞核和捐贈者提供的摘除細胞核的卵子發(fā)育而成。這種療法旨在糾正母體的線粒體功能紊亂，但在倫理上仍有爭議。2018年的一項研究利用經(jīng)過重新編輯的皮膚和血細胞制造了人類精子或卵子的前體細胞，而另一項研究表明，基因編輯可以讓兩只同性小鼠受孕。2018年，中國科學家宣布了兩只克隆獼猴的誕生，這是第一次有靈長類動物像多莉羊一樣被克隆出來。盡管研究人員宣稱這項技術不會用于人類，但它有可能用于其他靈長類動物。

18.發(fā)現(xiàn)并再發(fā)現(xiàn)物種

現(xiàn)代生物學家正在以驚人的速度識別新物種，平均每年命名1.8萬個新物種。過去10年里，科學家們首次發(fā)現(xiàn)了幾個哺乳動物物種，如緬甸金絲猴、旺烏努島的巨鼠和小尖吻浣熊，其中小尖吻浣熊是自上世紀70年代末以來在西半球首次發(fā)現(xiàn)的食肉新物種。其他物種也在壯大，比如9種手魚新物種、比硬幣還小的小青蛙、佛羅里達州的大鯢。此外，一些動物，如越南的中南大羚和中國的伊犁鼠兔，在失蹤多年后再次被發(fā)現(xiàn)。

但是，新物種的發(fā)現(xiàn)也伴隨著已知物種的死亡，科學家們已經(jīng)計算出現(xiàn)代物種滅絕的速度。2019年，科學家們警告稱，四分之一的植物和動物群體正面臨滅絕的威脅，這意味著多達100萬種物種——既有已知的，也有未知的——正面臨滅絕的危險，有些可能在幾十年內滅絕。

19.開啟航天新時代

2010年代是航天領域的關鍵過渡時期，因為進入近地軌道和更遠的地方變得更加全球化和商業(yè)化。2011年，中國將第一個空間實驗室“天宮一號”送入軌道。2014年，印度的火星軌道探測器（Mars Orbiter）順利抵達這顆紅色星球。2019年，以色列非營利組織太空公司（SpaceIL）首次嘗試了私人資助的登月任務，中國的嫦娥四號任務實現(xiàn)了人類歷史上首次月球背面軟著陸。與此同時，全球的宇航員隊伍也變得更加多樣化：Tim Peake成為首位英國職業(yè)宇航員，Aidyn Aimbetov成為首位后蘇聯(lián)時代的哈薩克斯坦宇航員，阿拉伯聯(lián)合酋長國和丹麥將他們的第一批宇航員送入太空。此外，美國宇航局宇航員Jessica Meir和Christina Koch進行了首次全女性太空行走。

只有母親、沒有父親的小鼠能夠正常發(fā)育、繁殖，圖中它正在照顧自己的幼崽。圖片來源：Leyun Wang

美國2011年最后一次航天飛機發(fā)射任務結束之后，私營企業(yè)開始進入這一領域。2012年，SpaceX向國際空間站發(fā)射了第一個商業(yè)補給任務。2015年，Blue Origin擊敗SpaceX成為第一家成功將可重復使用的火箭發(fā)射到太空并回收的公司。

20.重新定義科學單位

要了解自然世界，必須測量它——但是我們如何定義單位呢？幾十年來，科學家們根據(jù)宇宙常數(shù)重新定義了經(jīng)典單位，比如利用光速來重新定義了“米”。但科學上的質量單位，即千克，仍然與“國際標準公斤”實體（Le Grand K）掛鉤，這是保存在法國巴黎的圓柱形金屬體。如果鉑基錠的質量因任何原因發(fā)生變化，科學家將不得不重新校準儀器。如今，情況出現(xiàn)了改變：2019年，科學家們同意采用一種新的千克定義，新的千克定義基于基本物理常數(shù)——普朗克常數(shù)。自此，國際單位制中的4個基本單位——質量單位千克、電流單位安培、物質的量單位摩爾以及溫度單位開爾文都改由通用常數(shù)來定義，我們也進入到了更精確的測量時代。

◎ 來源|國家地理中文網(wǎng)