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中国多项成果入选《自然》2016年重大科学事件

2016-12-21 浙江新闻客户端编辑

英国《自然》杂志网络版16日公布了其评出的2016年产生重大影响的科学事件,引力波、CRISPR-Cas9基因编辑技术、《巴黎协定》、寨卡病毒、人工智能、细胞核移植“三父母”技术等上榜。我国在航天、气候变化以及基因技术等领域取得的多项重要...

  英国《自然》杂志网络版16日公布了其评出的2016年产生重大影响的科学事件,引力波、CRISPR-Cas9基因编辑技术、《巴黎协定》、寨卡病毒、人工智能、细胞核移植“三父母”技术等上榜。我国在航天、气候变化以及基因技术等领域取得的多项重要成果也被认为产生了重大影响。

  《自然》杂志文章指出,2016年的航天领域里,中国收获了丰硕成果。8月,中国成功将世界首颗量子卫星发射升空。11月,中国成功发射新一代大推力运载火箭长征五号。10月与11月间,中国两名航天员在天宫二号空间实验室工作生活了30天,创造了中国航天员太空驻留时间新纪录。此外,FAST也于9月在贵州正式落成启用,这是目前世界上最大的单口径射电望远镜。在气候变化方面,由近200个国家努力达成的全球气候协议《巴黎协定》11月4日正式生效。《自然》杂志评论说,中国和美国在这一过程中起了积极作用。

  引力波

  人类首次“听”到宇宙的“声音”

  2016年较受瞩目的科学事件当属引力波。美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台(LIGO)”的研究人员2月宣布,他们利用LIGO探测器在2015年9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号,这是人类第一次能够“听”到宇宙的“声音”。

(2月11日,美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)执行主任戴维·赖茨宣布科学家们已经探测到引力波。)

  【神奇的波,来头不小】

  何为引力波?根据爱因斯坦1915年提出的广义相对论,在非球对称的物质分布情况下,物质运动或物质体系的质量分布发生变化时,会产生引力波。想象一下,将足球放置在一张紧绷的床单中心,具有质量的物体在时空下发生的弯曲,犹如足球周围床单出现的褶皱。

  科学家指出,在浩瀚宇宙中,黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。在碰撞过程中,这些大质量天体会因剧烈运动扭曲周围的时空,其波动以光速向外传播。因而,引力波的本质就是时空曲率的波动,也被称为时空“涟漪”。

  探测到引力波,人们将能为大爆炸理论和宇宙膨胀理论找到更有力的证据,也给黑洞的存在提供了最直接的证据。未来,或许真正的星际穿越等,都需要建立在人们获得的引力波知识之上。

  CRISPR-Cas9

  基因技术将让生命重塑

  在基因技术领域,CRISPR-Cas9基因编辑技术的发展逐步成熟。《自然》杂志预计未来在美国和中国会有更多基于这一技术的临床治疗应用。

  不过《自然》杂志同时指出,CRISPR–Cas9疗法商业景观仍不确定,基因编辑技术专利权的争夺达到白热化。同时,将CRISPR-Cas9技术应用于人类胚胎,也是一个有争议的研究领域。

(一个彩色扫描电子显微镜下的T淋巴细胞照片)

  【基因疗法,你准备好了吗】

  “订制婴儿、抗疟疾蚊、基因治疗,这些关键词让你想到什么?”没错,就是基因编辑技术,而目前最广为人为知、发展较成熟的编辑方法便是CRISPR-Cas9。

  CRISPR-Cas9的原理是来自于细菌抵抗病毒感染的防卫机制,在第二次遭受同样病毒感染时,便会从上一次遭受攻击的 DNA  片段记忆来比对:该病毒是不是敌人?若答案为“是”,就会立刻进行 DNA  的“割裂”(可以想像成一发现同种外敌入侵时,直接大刀一挥,将敌首一斩),这可以有效的阻止病毒复制,并将想入侵的病毒阻挡在外。10月28日,一位肺癌患者在华西医院成为利用CRISPR-Cas9编辑细胞治疗的第一人。

  《巴黎协定》

  开启全球气候治理新阶段

  在气候变化方面,由近200个国家努力达成的全球气候协议《巴黎协定》11月4日正式生效。《自然》杂志评论说,中国和美国在这一过程中起了积极作用。

(为庆祝巴黎气候协议通过,绿色灯光照亮埃菲尔铁塔。)

  【气候,关乎你我】

  2015年12月12日,《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方在巴黎气候变化大会上一致同意通过《巴黎协定》,为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。2016年4月22日,《巴黎协定》开放签署首日,就有175个国家签署了这一协定,创下国际协定开放首日签署国家数量最多纪录。11月4日,《巴黎协定》正式生效。

  《巴黎协定》被认为是继1997年制定的《京都议定书》之后,全球气候治理领域又一实质性文件。协定规定,把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2°C之内,并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5°C之内;尽快实现温室气体排放达到峰值,本世纪下半叶实现温室气体净零排放;2023起每五年对全球行动总体进行一次盘点,此后每五年进行一次。

  寨卡病毒

  又一个埃博拉

  疫情方面,寨卡病毒是2016年的一大焦点。全球多个团队正加紧开展针对寨卡病毒的研究,来解开有关寨卡病毒的不少谜题。

(一个四个月大的在巴西出生的小头畸形。)

  【寨卡凶猛 有多可怕】

  寨卡病毒主要通过埃及伊蚊传播,除了可能导致新生儿小头畸形以外,感染寨卡病毒还可能给人带来其他伤害。2015年下半年寨卡病毒开始在巴西、哥伦比亚等多个美洲国家和地区肆虐。世界卫生组织2月将与寨卡病毒相关的新生儿小头症病例和其他神经系统病变升级为“国际关注的突发公共卫生事件”。直到11月,世卫组织才宣布这不再构成“国际关注的突发公共卫生事件”。

  人工智能

  AlphaGo令人类瞠目结舌

  2016年的一个大热概念无疑是人工智能,谷歌下属的“深度思维”公司利用人工智能程序“阿尔法围棋”(AlphaGo)在围棋人机大战中击败了韩国九段棋手、世界冠军李世石。《自然》指出,除了围棋,人工智能还可以让机器语言翻译的错误率降低60%左右,并帮助物理学家探寻新的超级材料。

(李世石对阵AlphaGo)

  【人机大战 仅仅是个开始】

  五盘棋输了四盘,围棋世界冠军李世石输给了机器。3月,谷歌人工智能围棋程序“AlphaGO”以碾压式的胜利显示了人工智能目前的水平,让棋手们和它的创造者震惊。

  对人工智能来说,人机大战也仅仅是个开始。在科技发展的驱动下,人工智能将继续进步,一方面会将科技成果应用到医疗、机器人、无人驾驶汽车等各种为人类服务的领域,另一方面,人工智能将走向何方,是否真的会出现类人的智能,还是个未知数。

  细胞核移植“三父母”技术

  辅助生殖技术开花结果

  一直备受争议的细胞核移植“三父母”技术在2016年也取得突破。世界首个细胞核移植“三父母”婴儿已在4月诞生,12月,英国人工授精与胚胎学管理局也发布声明说,经过审慎评估,该局已正式认可了这项技术。

(张进博士主持了世界首例3父母婴儿试验,该婴儿今年4月在墨西哥诞生)

  【三个父母 要解决的不仅是技术】

  美国新希望生殖医学中心张进团队10月19日在美国生殖医学学会会议上正式宣布,世界首个细胞核移植“三父母”婴儿已于今年4月诞生,从而可防止儿童遗传由线粒体缺陷引起的代谢性疾病。手术是在未限制“三父母”技术的墨西哥展开,而张进本人则毕业于浙江医科大学(现浙江大学医学院)。

  经过几十年的研究,将三人的DNA混合起来的辅助生殖技术开花结果。这一消息自9月底被英国《新科学家》杂志独家提前披露后,引起全球广泛关注,也带来很多疑问。不过张进则对此充满了信心:参考1978年社会对试管婴儿的态度,就不用奇怪为什么很多人觉得细胞核移植很难接受。“再过10到20年,大家就会对‘三父母’婴儿习以为常。”

  把视线拉回国内,2016年,我国科技领域的各项成就也是熠熠生辉。《自然》杂志提到的世界首颗量子卫星、新一代大推力运载火箭长征五号、天宫二号30天驻留以及世界上最大的单口径射电望远镜就是其中的代表。

  “墨子”升空

  无条件安全通信成可能

(量子卫星“墨子号”发射升空)

  8月16日1时40分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星(简称“量子卫星”)“墨子号”发射升空。随着此次发射任务的圆满成功,人类将首次完成卫星和地面之间的量子通信。

  量子是物理世界里最小的、不可分割的基本个体,可以说,整个世界都是由量子组成的。量子的奇妙之处在于它的奇妙特性——量子叠加原理和量子纠缠。随着这两种特性被科学家不断认识,适用于实际应用的新技术也被逐渐开拓出来,量子通信就是其中之一。以往用以微电子技术为基础的计算机技术传递信息极易遭遇窃听,但通过把量子物理与信息技术相结合,利用量子调控技术,就能够用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵,从而在确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典信息技术的瓶颈。不过想要实现覆盖全球的广域量子保密通信,还需要借助卫星的中转,因此发射量子卫星,就成为不二选择。值得一提的是,与此前众多追赶、超越的老剧本不同,量子通信这条路,是中国科学家自己一步步蹚过来、摸出来的。

  长征五号

  火箭中的“巨无霸”

(11月3日20时43分,我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场点火升空。)

  11月3日,我国推力最大的新一代运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场腾空而起,势如破竹地飞向太空。

  航天人常说“火箭运载能力有多大,航天的舞台就有多大”。长征五号实现了我国液体运载火箭直径由3.35米至5米的跨越,能够将我国进入空间能力提升2.5倍以上,可实现近地轨道运载能力25吨级、地球同步转移轨道运载能力14吨级。未来,包括嫦娥五号月球取样返回、载人空间站、首次火星探测等多项航天重大工程发射任务,都将由长征五号承担。长征五号工程代表了我国运载火箭科技创新的最高水平;填补了我国大推力无毒无污染液体火箭发动机的空白,使我国航天运载能力进入国际先进之列。

  天宫二号

  天马行空30天

(11月15日,新华社太空特约记者、航天员景海鹏(右)和陈冬在天宫二号首次接受“天地采访”)

  2016年9月15日,天宫二号空间实验室发射升空。10月19日3时31分,神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏、陈冬进入天宫二号。北京时间11月17日12时41分,神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室成功实施分离,航天员景海鹏、陈冬踏上返回之旅。他们在天宫二号空间实验室已工作生活了30天,创造了中国航天员太空驻留时间的新纪录。

  30天的航天员中期驻留试验,不仅是对航天员本身的考验,也是对中国载人航天技术全新的挑战——如何长时间提供适合人生活的环境,如何长时间提供包括水在内的物资供给,都将在天宫二号任务中得到验证。

  FAST

  中国“天眼”睁眼看宇宙

(群山之中的FAST工程)

  9月25日,世界上最大的单口径射电望远镜FAST在这里正式投入使用。这个被誉为中国“天眼”的500米口径球面射电望远镜,从今将“睁眼看宇宙”。

  FAST突破了射电望远镜的百米极限,它拥有30个足球场大的接收面积,比德国波恩100米望远镜灵敏度提高约10倍,比美国阿雷西博望远镜综合性能提高约10倍。它将在未来20至30年保持世界一流设备的地位。日后将在日地环境研究、搜寻地外文明、国防建设和国家安全等国家重大需求方面发挥不可替代的巨大作用。

  (据《自然》杂志官网、新华社、人民网、科学网等。编辑李雅南)

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