《科学》评今年十大科学突破:首次”看到”引力波

每到年底,国际科学界公认的权威刊物美国《科学》杂志都会评选十大科学突破,这不仅是对年度科技大事的年终盘点,从中更能看出近些年来科学界的前沿热点研究方向。今年的十大突破就反映出21世纪以来科学发展的三大趋势:一是大科学工程解决特定大科学问题作用显著;二是生命科学持续升温,一些重病难病不再是不治之症;三是预印本网站兴起改变科研成果的传播模式。

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(原标题:美国《科学》杂志评选今年十大科学突破,反映出新世纪科学发展三大趋势“看到”引力波夺魁,生命科学占四项)

在今年十大突破中,有两项来自物理学领域,分别是人类首次“看到”引力波和便携式中微子探测器。

典型大科学工程项目

当选为头号突破的“看到”引力波是典型的大科学工程项目,美国在过去几十年为此累计投入11亿美元,今年的论文仅署名作者就有3674人,他们来自全球953个机构。便携式中微子探测器的背后,也有着来自4个国家20多个机构的80余名科学家。

事实上,没有大科学工程,过去20年里物理学领域的另两大突破也难以实现。2015年获诺奖的中微子振荡发现,依靠的是日本超级神冈探测器和加拿大萨德伯里中微子观测站。而2013年获诺奖、被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的发现,是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的实验成果。

《科学》杂志主编杰里米·伯格在题为《科学的大与小》的社论文章里总结道,有着明确目标的大科学计划似乎要比那些目标模糊的大科学计划更成功。发现引力波的美国“激光干涉引力波天文台”项目就是一个典型例子,它有着坚实的理论基础、明确的目标、充足的时间和资金,还有一支相当重视管理工作的优秀团队。

但伯格也指出,就像今年十大突破反映的那样,大量的重要发现还是来自人数较少的小型研究团队,这些团队会提出更多开放式但有时影响深远的问题。

“小科学项目可以探索各种各样的问题,可以在探索中视情况相对容易地调整科研方向,”伯格说,“小科学项目的一些发现能为需要更多协调的大科学项目奠定基础。事实上,广义相对论的发展、干涉仪的发明以及黑洞和中子星概念的提出与发现,都是带来今年头号突破成果的必要条件。”

基因项目是当前一大热点

四项生命科学成果中,除了冷冻电镜技术外,另三项分别是基因疗法、精准基因编辑和广谱抗癌药,多多少少都与基因有着关联,反映出围绕基因做文章是当前一大热点。统计数据表明,全球迄今已开展约2400种基因疗法的临床试验。

而在美国,今年一下子有三种基因疗法获得批准,其中两种治疗癌症,一种治疗遗传病。美国食品和药物管理局局长斯科特·戈特利布评价说,基因疗法正处于一个“转折点”,“我相信基因疗法将成为治疗甚至治愈许多重病难病的支柱”。

生物学预印本兴起入选

生物学预印本兴起的入选也许出乎许多人的意料。预印本是指未经同行评审就上传至公共平台供人查阅的论文草稿,其好处是第一时间发表,有助跟同行及时交流,快速获得反馈。

而传统的学术刊物在发表论文前大多要经过同行评议,其好处是文章质量有保证,但审稿过程一般较漫长,需要数月甚至数年时间,以至于“论文发表出来时,所有的兴奋通常已消失殆尽(《科学》杂志语)”。

最早的预印本网站是1991年建立的阿奇夫论文预印本网站,主要针对物理学,如今70%的粒子物理论文都先以预印本方式发表。近30年后,生物学领域的预印本也开始兴起。2013年上线的bioRxiv网站现在每月上传论文近1500篇,今年该网站还获得了美国陈-扎克伯格倡议公司的资金支持。

《科学》杂志说,许多期刊已允许作者把他们提交的论文先以预印本方式发表,还有一些编辑甚至到bioRxiv上寻找可供发表的论文。欧美许多研究资助机构也出台政策鼓励使用预印本。同时,预印本还能帮助年轻科学家迅速建立学术记录。这些都表明,预印本已带来“科学传播文化的重大变化”。

有意思的是,今年火得不行的人工智能研究并未入选,这可能在情理之中,因为人工智能的产业化才刚刚开始,人们看到的更多是这个领域的潜力。

另外,量子通信和量子计算技术也没有上榜,这同样可以理解,因为它们距实际应用仍有距离。不过,中国量子卫星项目首席科学家潘建伟入选2017年英国《自然》杂志十大科学人物,彰显出量子技术正受到科学界的高度关注。

新华社记者 林小春

国际档案

今年“十大科学突破”

首次“看到”引力波:引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪。百年前,爱因斯坦广义相对论预言了引力波的存在,但直到去年年初,科学家才宣布于2015年首次发现引力波,3名美国人因此获得今年的诺贝尔物理学奖。两年前,科学家只是通过地球上的巨型探测器把信号转化为声音,单一地“听”到由黑洞合并引起的引力波。但今年,他们不仅第一次“听”到两颗中子星碰撞所产生的引力波,还从红外、X射线、紫外和射电波等波段第一次“看”到这一宇宙事件。

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新种类人猿:时隔近90年后,科学家在印度尼西亚发现了一种新的类人猿物种———打巴努里猩猩。

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原子尺度生命:凭借近原子水平的高清分辨率,冷冻电镜技术带来了对许多关键生命分子的新认识,快速重塑结构生物学领域。

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生物学预印本兴起:继物理学之后,生物学领域在线发表未经评审的论文初稿兴起,科学交流方式发生重大变化。

精准基因编辑:单碱基基因编辑研究获重大进展,中国科学家首次在人体胚胎中修复单个突变碱基。

广谱抗癌药:美国第一次基于基因突变类型、而不是肿瘤组织来源批准药物,实现一种药物治疗多种实体瘤。

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最古老冰芯:南极挖出270万年前冰芯,其中封存的气泡或可帮助揭示第四纪冰川期形成期的温室气体水平。

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人类起源新发现:摩洛哥出土30万年前的智人化石,把人类的起源向前推进了约10万年。

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基因疗法的胜利:基因疗法成功治疗常见遗传病脊髓性肌萎缩症;三种基因疗法在美国获批投入使用。

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便携式中微子探测器:美国科学家利用该仪器首次探测到中微子的相关散射过程。

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特写

《科学》“年度崩溃事件”:

特朗普政府与科学界隔阂

美国《科学》杂志21日公布其评选的“年度崩溃事件”,特朗普政府与美国科学界之间“史诗般的隔阂”入选。

《科学》杂志在一篇解释性文章中写道,特朗普政府退出了全球应对气候变化的《巴黎协定》,废除了许多环境规定,并呼吁大幅削减关键研究机构的预算。

《科学》杂志还对66名著名美国科学家进行了一个非正式调查,其中一半人表示将拒绝特朗普政府提供的工作机会。

文章说,美国科学家还谴责了特朗普政府的一些用人选择,并点名环境保护局局长普鲁伊特和能源部部长佩里,认为这两人与他们领导的机构所肩负的科学使命对着干。此外,特朗普提名众议员吉姆·布里登斯廷担任新一任美国航天局局长,是“政治化”美国航天局的一步。

科学界的性骚扰问题也入选《科学》杂志的“年度崩溃事件”。今年美国出现了好几起高曝光率的案例,比如,波士顿大学一名地质学教授被指上世纪90年代在南极考察期间性骚扰女学生;罗切斯特大学9名研究人员起诉学校,认为他们投诉一名教授性骚扰学生的行为遭到学校的报复。

另外,一项旨在保护墨西哥西北部加利福尼亚湾最后30只小头鼠海豚的项目以失败告终,也是《科学》杂志评选的“年度崩溃事件”之一。

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