科學也可以如此靠近

Nature:2017 科學大事記

6月
27
2018

2018年6月27日00時 今日科學 中國生物信息產業平台

中國生物信息產業平台

中國量子糾纏試驗的星地鏈路。

「科學大遊行」的抗議者裝扮成提線木偶 Beaker 在白宮前集會。

今年 7 月,在拉森 C 冰架斷裂前,一條裂縫在蔓延並且釋放出巨大冰山。

在「卡西尼號」墜毀後,團隊成員彼此安慰。

氣候變化加劇了諸如加州大火等自然災難。

從政治混亂到性騷擾事件,科學家度過了艱難的一年。不過,2017 年也有亮點,包括一種新的癌症療法獲批以及從中子星撞擊中探測到引力波。

當恆星相撞

今年標誌著天文學一個新時代的開始:科學家可以通過釋放的輻射以及在時空中創造的漣漪研究天體現象。10 月 16 日,研究人員展示了對兩顆中子星相撞的首次觀測結果。這證實了關於此類撞擊如何創造一些神秘的γ射線暴以及宇宙中包括金和鈾在內的大多數較重元素的詳細預測。

物理學家以引力波的形式探測到此次相撞的漣漪。70 多個天文學家團隊利用監控從γ射線到射頻頻譜等一切特徵的望遠鏡觀測到餘波。

位於美國的雷射干涉引力波天文台(LIGO)和位於義大利的「處女座」(Virgo)探測器對於此項發現至關重要。經過 5 年的關停升級後,Virgo 在今年 8 月 1 日上線:它極大改善了研究人員定位引力波來源以及觀測它們的能力。

2017 年,量子通信也取得很大進展。6 月 15 日,中國研究人員宣布從「墨子號」向相隔 1200 多公里的兩個地面站成功發射光子對。這打破了粒子在「糾纏」狀態下保持聯繫(操控一個粒子會影響到另一個粒子)的距離紀錄。它還使得包括量子隱形傳態在內的壯舉成為可能,並且為尚未實現的量子網際網路打下了基石。

在一個政治危機似乎要將全世界四分五裂的年份,一場史無前例的科學合作在中東展開。中東同步加速器輻射實驗科學和應用中心(SESAME)在 5 月 16 日啟動。該地區首個 X 射線源的項目成員包括日本、巴勒斯坦權力機構、以色列、賽普勒斯、埃及、伊朗、巴基斯坦和土耳其。SESAME 的第一條光束線旨在用於研究物質和考古文物的性質,並於 11 月上線。另外 3 條定於 2018

年年底啟用。

政治衝擊

1 月 20 日,美國總統唐納德·川普就職並且很快在科學界「成名」。1 月 27 日,他簽署一項產生廣泛影響的行政命令,即在接下來的 90 天裡禁止 7

個主要穆斯林國家的公民進入美國。這使一些正在美國交流的研究人員陷入困境,並且讓很多人擔心將不得不放棄在該國科研機構做研究或者工作的機會。隨後,作為對限制其影響範圍的法庭裁決作出的回應,川普兩次修改該禁令。針對此項政策最新版本的訴訟已經到達美國最高法院。

3 月,川普公開了 2018 資助年度的預算提案,呼籲大幅削減國立衛生研究院和環境保護署(EPA)的經費。迄今為止,國會頂住了來自白宮的削減資助的壓力。

年關將近,川普創下了至少自 1976 年起總統在第一屆任期內沒有科學顧問的最長時間紀錄。截至目前,他仍未提名任何人填補這個通常包括領導白宮科學與技術政策辦公室在內的職位空缺。和前任總統巴拉克·歐巴馬任職時相比,目前該辦公室的員工數量僅為之前的 1 / 3 左右。

川普上任第一年引發的各種騷亂在研究人員中激起一波又一波的抗議。1 月,科學家加入到在華盛頓特區舉行的「女性大遊行」的上萬名示威者的隊伍中。3 個月後,研究人員在華盛頓集會,舉行「科學大遊行」,這是全球數以百計的類似抗議活動之一。今年還見證了在美國競選公職的科學家數量的激增。

分離焦慮

今年,英國決定離開歐盟的陰影一直籠罩著該國科學界。3 月,英國政府確認將從歐洲原子能共同體(Euratom)退出。這使得研究人員極為震驚。Euratom 是一個監督聚變研究和核管理的歐洲機構。科學家不斷表示被從歐盟合作中踢出並且同事也相繼離開英國。9

月,政府發布一項關於科學和退歐的政策,為退歐談判勾勒了目標但幾乎未提及細節。不過,令活動家們歡欣鼓舞的是,英國決定在退歐後仍將允許歐盟國家公民留在該國並且承諾將研發開支占國內生產總值的比重從 2015 年的 1.7% 增加到 2027 年的 2.4%。11 月 20 日,政府宣布年度開支的增加將持續到 2021~2022 年,從而朝上述目標的實現邁出了重要一步。

歐洲、南美和東亞的政治氣候可謂喜憂參半。法國的領導者承諾增加科學支出,加拿大則在首席科學顧問一職空缺近 10 年後重新恢復該職位。德國科學家享受到更廣泛的支持,但 11 月進行的形成聯盟政府的談判破裂使該國政局陷入動盪。巴西正在經歷的政治和經濟混亂導致該國科學預算降至 12

年來的最低水平。日本科學家擔心,停滯的研發資助可能損害到該國科研的未來,儘管政府在持續推動創新。

「出海」

7 月 12 日,一座大小是盧森堡兩倍的冰山從南極半島脫離。它帶走了南極第四大冰架——拉森 C 約 12% 的表面積。雖然該冰架的命運還未可知,但如果它坍塌了,拉森 C 釋放的冰川可能含有足以將全球海平面抬升 1 厘米的水。

川普重塑了美國的環境政策。7 月,他宣布美國將從 2015 年簽署的《巴黎氣候協定》中退出。今年晚些時候,EPA 著手開始廢除前任總統歐巴馬推出的具有里程碑意義的監管條例:削減發電廠的溫室氣體排放量。該機構還禁止目前獲得其資助的科學家在 EPA 諮詢委員會任職。

8 月,川普政府解散了一個旨在幫助業界、各州和地方政府利用下一次國家氣候評估(定於 2018 年進行)的聯邦諮詢委員會。一份報告的第一部分——11 月發布的對氣候科學進行的 477 頁分析——得出了人類是全球變暖主要原因的結論。

在歐洲,圍繞在世界遺產地——波蘭比亞沃維耶扎原始森林進行砍伐而起的爭論在 2017 年愈演愈烈。7 月,歐洲法院(ECJ)發布一項中間裁決,要求波蘭政府立即停止在該地區進行的包括砍伐森林在內的活躍的森林管理,除非公共安全受到威脅。儘管法庭判令已出,但砍伐和清除枯木的工作仍在進行。該國政府表示,這對於對抗雲杉樹皮甲蟲的暴發很有必要。11 月 20 日,ECJ

宣布,如果波蘭沒有遵守禁令,將處以每天至少 10 萬歐元的罰金。

「興旺發達」的遺傳學研究

今年見證了一種名為 CAR- T 細胞療法的複雜癌症療法首次獲批。該療法涉及將患者自身的免疫細胞進行基因改造,以便靶向腫瘤。儘管這種療法引發一些令人卻步的安全顧慮,但美國食品和藥物管理局在 8 月批准將其用於治療患有一種急性白血病的兒童和青壯年。

1 月,關於同時含有豬和人類細胞的胚胎的報告首次通過同行評議。這種雜交體為產生擁有可移植到人體內的器官的動物奠定了基礎。

臨床用於輔助生殖的基因編輯在 2017 年有了飛躍發展。6 項相關研究使關於該主題的論文數量翻了兩番。8 月,一個團隊宣布首次利用 CRISPR-Cas9 基因編輯系統修復了在可存活的人類胚胎內引發疾病的突變。研究人員證實此項技術是安全的,並且表示他們並未發現副作用的證據,比如不必要的突變。不過,研究結果引發了關於數據解讀的擔憂。在隨後的 9

月,另一個團隊報告稱修復了攜帶可導致隱形血液疾病的基因的人類胚胎。在該基因中,兩個拷貝均擁有會引發問題的突變。該團隊還利用人類皮膚細胞克隆了胚胎,然後對 DNA 中的單個鹼基進行編輯以便修正缺陷。

今年還見證了一場長達 15 個月的關於基因編輯的爭議終結。2016 年 5 月,中國研究人員描述了一種利用 NgAgo 酶的新基因編輯方法,並且表示該技術和 CRISPR-Cas9 相比擁有多種優勢。但不久之後,宣稱此項工作無法被複製的報告相繼出現。上述研究作者在今年 8 月撤回了他們的文章。

不過,捲入 CRISPR-Cas9 專利戰的科學家並沒有迎來紛爭的終結。今年 2 月,美國專利商標局的法官判定麻省理工學院—哈佛大學布羅德研究所可以保持其使用 CRISPR-Cas9 修改一些細胞基因組的專利。不過,包括加州大學系統在內的對方當事人很快提出上訴,從而將這場紛爭拖到了 2018 年。

7 月,研究人員最終看到了曾經收集的最大規模的基因數據寶藏之一。英國生物樣本庫發布了來自 50 萬名參與者的基因組數據以及關於其健康和諸如握力、教育水平等特徵的信息。獲得批准的科學家均可獲取到這些數據。這使得一個團隊開展了 2000 多項全基因組關聯研究,並且評估了各種特徵和疾病的遺傳可能性。

星際之年

美國宇航局(NASA)的「卡西尼號」太空船在 9 月 15 日「壽終正寢」。隨著「卡西尼號」在土星大氣層中燒毀,位於加州帕薩迪納市的噴氣推進實驗室的科學家和工程師觀察到傳來的無線電信號在電腦螢幕上逐漸變弱、消失。

在對帶有光環的土星進行了 13 年的探索後,這艘太空船攜帶的燃料已經基本耗盡。這使得工程師無法再控制它。為此,NASA 決定將其墜毀,從而避免其撞向可能有系外生命的土衛二等其他衛星。「卡西尼號」探索了土星的強大風暴和不斷變化的土星環,並且在「泰坦」衛星上發現了由碳氫化合物構成的海洋以及來自土衛二的咸性噴射流。

不久之後,一個始料未及的「訪客」來到了太陽系。10 月中旬,夏威夷的天文學家發現了一顆看上去在快速移動的小行星。但該天體擁有一個不同於以前見過的軌道。這個被命名為 Oumuamua、長達 400 米的天體最終證實來自星際空間。這是有記錄以來首次觀察到此類天體。

今年年初,一個更加遙遠的天體在天文學界引起轟動。2 月,科學家報告稱發現了大小是地球 7 倍的行星圍繞一顆名為 TRAPPIST-1、僅距太陽 12.5 秒差距(41 光年)的恆星運行。

TRAPPIST- 1 系統因擁有數量眾多的小行星而出名,所有行星均位於可為生命提供相對適宜溫度的軌道上。這使得它們成為科學家未來幾年希望通過望遠鏡開展詳細研究的最令人矚目的世界。

浮出水面

從好萊塢製片人 Harvey Weinstein 到美國記者 Charlie Rose,一系列性侵犯案件在 2017 年浮出水面,並且在全球引發討論和警醒。科學界也不例外。

8 月,美國華盛頓大學解僱了著名微生物學家 Michael Katze,理由是後者違反了學校政策, 包括禁止性騷擾和利益衝突。2015 年,在這場爭論初期,Katze 以學校將其從實驗室中開除為由起訴了該校官員。不過,他輸掉了這場官司。最終,一項學校調查作出結論:Katze

曾對兩名受其監管的員工進行性騷擾。二次調查發現,除了其他宣稱的利益衝突,他還讓員工為其操辦個人差事。

9 月,在新聞媒體報導了紐約羅切斯特大學處理針對其教職員工、認知科學家 Florian Jaeger 的指控結果後,示威者的抗議轟動該校。羅切斯特大學兩次調查關於 Jaeger 性騷擾學生和博士後以及創造不友善工作環境的指控,並且兩次發現他並未違反學校政策。7 名現在和以前的教職員工以及 1

名之前的研究生代表學生和博士後對此進行了投訴。由於對學校的結果不滿意,他們將指控披露給媒體並且在 12 月 8 日發起了針對該校的聯邦訴訟。該校官員成立了新的委員會進行調查,結果有望在 2018 年 1 月 12 日發布。

11 月,經過 13 個月的調查,波士頓大學發現,地質學家 David Marchant 性騷擾一名研究生。這是在 1999~2000 年間到南極開展野外調查期間發生的。在發起訴訟前,這名學生一直在等待,直到其在另外一所學校獲得終身教職。美國眾議院科學、空間和技術委員會也在調查這起事件,因為 Marchant 接受了聯邦研究資助。

自主學習

人工智慧重地——「深度思維」(DeepMind)並不滿足於在 2016 年的圍棋之戰中打敗全世界最好的選手。2017 年,它戰勝了自己。這家位於英國倫敦、歸谷歌所有的公司在 10 月 18

日表示,最新版本的圍棋機器人——「阿爾法零」在所有的時間裡均擊敗了其「前輩」。舊版本大多通過研究專業人類選手的策略接受訓練,但經過重新設計的「阿爾法零」完全通過對陣自己的反覆試驗學會了下圍棋。它接受訓練的時間更短,只需要 40 天,而舊版本需要幾個月。同時,它僅需 1 /10

的計算能力來運行。「深度思維」公司表示,類似技術可幫助研究人員處理諸如預測蛋白如何摺疊等要求比較苛刻的計算任務。

2017 年,量子計算機也取得重要進展。IBM、谷歌、初創公司和學術實驗室都在競相建造足夠強大的機器。它們能開展傳統計算機無法企及的計算。3 月,IBM 宣布最先推出商用量子計算服務。此項服務將使客戶得以在一台運行的量子機器上反覆實踐。該公司表示將在今年年底擁有一個 20 量子位的系統,並且向客戶開放。

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