Science年度十大科学突破出炉，韦伯望远镜实至名归居榜首！AIGC，中国研制生稻皆入围

公众号新闻

2022-12-18 17:12

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每一年，《科学》杂志的编辑团队都会评选出一项年度科学突破冠军以及九项年度科学突破入围奖。它们是一年里最重大的科学发现、科学进展和趋势。

前脚韦伯望远镜运维科学家刚获得Nature年度十大人物；紧接着，Science也将韦伯望远镜评为年度最大科学突破！

今天，Science重磅发布2022年度科学十大突破，并刊登在最新一期封面上。

此外，包括AIGC、NASA成功撞击小行星、云南大学创制多年生稻等在过去的一年里科学界的重大成就也纷纷入选。

No.1

NASA的明星级新型太空望远镜

今年韦伯望远镜（JWST）带来的震撼，相信你我都感同身受。

历经20年、耗资100亿美元以及150万公里的危险太空之旅，JWST终于用它的红外之眼帮人类窥见了宇宙大爆炸更多奥秘。

而这些浩瀚星云照片背后，JWST更为深远的影响在于，它将重写人类对于宇宙的认识。

正如Science所言：

没有人会怀疑JWST将改写我们对于宇宙的理解，由此它获评为2022年度科学突破事件。

基于有史以来最大的反射主镜面和红外敏感系统，JWST可以获取前所未有的观测细节并能解析星云。

而且合成照片的速度也更快，只需十几个小时就能搞定，而哈勃望远镜需要上百小时。

由此，JWST也掀起了天文学界一场新的竞速赛，arXiv上几乎每天都在涌现关于JWST传回数据的分析论文。参考此前哈勃望远镜的战绩，它为超过22000篇论文提供了数据支持，JWST可能会更多。

如今，它已经拍摄到了距离地球46亿光年的星系团、385光年外的系外行星等，为天文学界提供源源不断的新数据。加之飞行使用的燃料比预期中少很多，所以JWST很有可能在2040年前，都是人类获取宇宙深处数据的主要工具。

入围2022年Science年度十大科学突破的研究还包括：

惊人的巨型细菌

今年，一种具有复杂内部结构的巨型细菌的发现震惊了生物学界。依据相关定义，微生物应当是微观的，需要使用显微镜才能看见，但是这个暂时被命名为Thiomargarita magnifica的微生物，却比许多细菌细胞大5000倍，像一根图钉一样长。在法属安的列斯群岛的一片红树林沼泽中，这种单一的线状细胞在腐烂叶子的表面首次被研究人员发现。

更易于耕种的多年生稻

世界上主要的粮食作物——水稻、小麦、玉米——每次收获后都必须重新种植。这对农民来说是一项繁重的劳作，并可能导致土壤侵蚀等环境问题。就在今年，中国的研究人员培育出的“多年生稻23”（PR23）可以达到广适、高产稳产、多年生性强的标准，并为农民节省了数周的繁重劳动。

这种名为PR23的品种是多年前由一种亚洲商业水稻品种和一种生长在非洲的多年生野生水稻杂交而成。研究人员花费了二十多年的时间来提高其产量和质量。在2018年，云南大学等机构的研究人员向中国农民发布了PR23，并开展了一项大规模实验。

该研究小组上个月在《自然·可持续发展》杂志上报告称，PR23的产量可与常规的季节性种植水稻持平。第一年，种植和栽培的成本与普通水稻差不多；但在第二年，农民则可以省去一项主要任务：将秧苗移栽到稻田中，由此，每公顷每季减少了77人/日的工作量，并帮助农民降低了一半的成本。种植多年生稻的土壤养分也有所增加。然而，到了第五年，由于产量大幅下降，则需重新种植多年生稻。

黑死病如何改变欧洲人基因的新见解

自从700年前黑死病杀死了欧洲三分之一到一半的人以来，研究人员一直想知道这种致命的瘟疫是如何在幸存者身上留下印记的。这种毁灭性的大流行病一定是一种强大的选择性力量，“偏袒”具有特效免疫防御的人。今年，研究人员利用研究古代DNA的工具来观察在瘟疫期间生活和死亡的人的免疫基因差异，并确定了一个戏剧性的影响。

研究小组分析了伦敦和丹麦黑死病之前、期间和之后埋葬的500多人的骨骼中的古代DNA。今年10月，他们在《自然》杂志上报道称，幸存者更有可能携带增强他们对鼠疫耶尔森氏菌（Yersinia pestis）免疫反应的基因变异。鼠疫耶尔森氏菌是一种由跳蚤传播的细菌，会引起鼠疫。

在伦敦黑死病之后，惊人的245个基因变异的频率上升或下降；有一个基因特别突出：ERAP2。它编码一种叫做内质网氨肽酶2的蛋白质，这种蛋白质已被证明可以帮助免疫细胞识别和对抗威胁病毒。

在黑死病之后的一个世纪里，这种保护性基因变体在欧洲的快速传播是迄今为止人类基因组自然选择的最有力例子。如今，45%的英国人体内仍然存在ERAP2的保护性变异。它的持续存在表明，直到最近，它仍然受到自然选择的青睐——可能是因为直到19世纪早期，鼠疫还在欧洲和亚洲流行。但这种保护可能是有代价的：同样的变异也会增加患自身免疫性疾病的风险，如克罗恩病和类风湿关节炎。

NASA成功撞击1100万公里外小行星

科幻片中的剧情，在今年成为了现实。

9月26日，由NASA发射的DART（戏称“打他”）航天器，成功撞击距地1100万千米的一颗小行星，并使其偏离轨道。

这意味着，如果未来发现近地小行星撞击地球的威胁，人类将有可能有应对之计。

毕竟之前有研究表明，6500万年前“希克苏鲁伯小行星撞击”事件直接导致了恐龙的灭绝。

尽管这次撞击是一次性任务，但是它为科学家们提供了关键数据参考，能为以后设计任何撞击小行星任务动量模型提供数据支撑。

呼吸道合胞病毒抗体疫苗迎来曙光

呼吸道合胞病毒（RSV）是一种传染性极强的病毒，婴幼儿、儿童及体质弱老人易感，其疫苗研制工作已经开展多年。

50多年前，一项实验性疫苗临床试验曾导致2名儿童死亡，80%接种者住院治疗，由此RSV疫苗开发一度中断几十年。后来，科学家们逐渐探索出利用灭活病毒来激发人体产生抗体。

今年终于迎来重大突破。

在经过大规模临床试验后，人们终于证明该疫苗可以有效保护婴幼儿及老人群体，并且孕晚期孕妇注射后，还能将抗体直接传递给胎儿。

200万年前环境DNA重现古老生态系统

直到最近，DNA的保质期被确定为大约100万年。比这更古老的遗传物质可能因为退化得太严重而无法被读取。然而在今年，科学家们把时钟拨到了更古老的从前，他们在北极沙漠的冻土中成功提取了至少200万年前的微小DNA片段。

这项研究被誉为杰作，展示了环境DNA在重建“消失的世界”方面的力量。在这种情况下，一个不同于当今任何现存的沿海森林，在格陵兰岛北部的温暖气候时期繁荣昌盛。从堆积在峡湾口的一层厚厚的沉积物中提取的41个富含有机物的样本中的DNA片段显示，那里有茂密的杨树、崖柏属和其他针叶树，还有黑鹅和马蹄蟹，以及驯鹿、旅鼠和乳齿象等哺乳动物。在此前，没有人预料到这种已经灭绝的大象亲戚的活动范围会向北延伸到那么远的地方……

发现可能导致多发性硬化的病毒

今年，研究人员利用大量的军事医疗记录，证明了一种常见的疱疹病毒在多发性硬化症（MS）中扮演着重要角色。这一发现可能会促成治疗或预防这种神秘疾病的新方法。多发性硬化症是一种免疫系统攻击神经元的疾病，这种疾病在全球280万患者中引起轻度症状，包括视力模糊、疲劳和麻木，但也会使重症患者逐渐无法说话或行走。

爱泼斯坦-巴尔病毒（EB病毒）长期以来一直是诱发多发性硬化症的主要怀疑对象，这种病毒在儿童时期感染大多数人，然后潜伏在某些白细胞中。这种病毒主要通过唾液传播，在新感染的青少年和年轻人中会导致传染性单核细胞增多症，或“接吻病”。几乎所有的多发性硬化症患者都有EB病毒抗体，但95%的健康成年人也有该抗体，因此很难确定该病毒就是病因。

为了证实这种联系，流行病学家搜罗了超过一千万名美国新兵20年来的医疗记录，并分析了他们储存的一些血液样本。在801名患多发性硬化症的士兵中，除一人外，所有人此前都被检测出EB病毒阳性。今年一月，研究小组在《科学》杂志上报告称，在最初呈阴性的士兵中，随后的感染会使多发性硬化的风险增加32倍。这已经超过了吸烟导致肺癌风险的增加。

另一些研究人员也发现了一种可能的机制，并随后在《自然》杂志上报道称，“冬眠”的病毒可能会通过所谓的分子拟态唤醒并造成神经损伤。EB病毒的一种蛋白质类似于大脑和脊髓中产生的一种蛋白质，这种蛋白质显然会欺骗免疫系统，使其攻击神经细胞周围的鞘，而神经细胞对传导电信号至关重要。大约20%到25%的多发性硬化症患者的血液中含有结合这两种蛋白质的抗体。这些发现促使人们努力开发针对该病毒的、治疗多发性硬化症的药物。

美国颁布《通胀削减法案》

今年美国出台《通胀削减法案》，Science认为这是一部具有里程碑意义的气候法。

法案包括未来十年投入约4300亿美元用于气候和清洁能源以及医疗保健领域等内容。

将提供高达3690亿美元补贴，以支持电动汽车、关键矿物、清洁能源及发电设施的生产和投资，其中多达9项税收优惠是以在美国本土或北美地区生产和销售作为前提条件。

实际上，今年全球温室气体排放量还在上升，诸多气候学家认为全球气温上升幅度会超过1.5摄氏度，人类在保护环境上的动作，还要更快一些。

AIGC：AI进军艺术科学探索的抢地战

今年AI圈最大的趋势，非AIGC莫属。

它意味着，AI进军到了此前被视为“人类独占”的领域，如艺术表达、科学发现。

Science表示，最初AI这种渗透是缓慢的，但在今年逐渐形成了一场抢地战。

Dall·E 2先声夺人，以逼真、契合的效果，掀起了文本-图像模型的新趋势。紧接着Stable Diffusion在更大众层面掀起狂潮——当然也引发艺术圈争议。

但用扩散模型生成精美的图像视频，已经成为了今年科技巨头都在冲的领域，Meta、Google都在接二连三发布相关模型。

以及在科学探索、数学、编程方面，AI也在大举阔步。去年，AlphaFold2就获得了Science年度最大突破。今年，DeepMind相继发布了AlphaTensor、AlphaCode。

其中，AlphaTensor打破矩阵乘法计算50年记录，可用于计算机图形学、物理模拟和机器学习。AlphaCode则在编程比赛中，成绩超过了一半人类选手。尽管AIGC目前还尚存许多争论，但毋庸置疑的是，它能开拓人类的创造力。

Science评价说，这种现象，或许就像过去人类接受织布机、照相机等发明的过程一样。

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来源: qq

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