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      《自然》回顾2012年科学事件

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      核心提示:《自然》回顾2012年科学事件,这一年对于科学而言具有史诗般意义,人们见证了希格斯玻色子的发现以及“好奇”号探测器在火星上着陆,但是研究人员同时也感受到了经费紧缩带来的刺痛。

      “桑迪”飓风
      “桑迪”飓风  

      网易探索12月21日报道 在这个对于科学而言具有史诗般意义的一年,我们见证了希格斯玻色子的发现以及“好奇”号探测器在火星上着陆,但是研究人员同时也感受到了经费紧缩带来的刺痛。

      这个闰年的两项最大突破完全仰仗于惊人的海量数据。在过去5年中,ENCODE(DNA元素百科全书)计划已经生成了15兆兆字节的数据,用于揭示人类脱氧核糖核酸(DNA)序列的功能;欧洲核子研究中心(CERN)在今年仅凭借它的大型强子对撞机(LHC)便已经储存了26千兆字节的数据,以供物理学家证明希格斯玻色子存在之需。

      然而除了发现,数据也是一个引发争论的源头。例如,关于有潜在风险的流感病毒研究结果是否能够被发表的激烈争论,以及基因会、出版商和研究人员讨论的如何让原始数据——以及同行评议的研究——更加开放地获取。与此同时,备受瞩目的可疑或是欺骗性的事件也给了我们一个警示:发现的真实性高于一切。

      最新出版的《自然》杂志为我们梳理了发生在2012年的那些激动人心的科学故事。

      最后的希格斯

      掌声、安慰、喜悦和泪水——7月,全世界规模最大的物理实验正式发现了希格斯玻色子。在物理学家终于能够自信地宣布,他们已经看见了一种质量约为125千兆电子伏特的新的玻色子之前,LHC在CERN位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室已经进行了超过500万亿次的质子碰撞。

      差不多50年前,包括Peter Higgs在内的理论学家曾预言宇宙中充满了赋予一些粒子以质量的量子场。迄今为止,作为这种量子场的化身,希格斯玻色子的平凡看起来让人感到失望,因为没有令人信服的迹象表明它能够超越粒子物理学标准模型的预测。

      即便是LHC也未能发现由超对称性理论所预测的额外粒子的证据,这一理论将延展我们对于原子内部世界的认知,同时有助于解释一些神秘的事物,例如暗物质。

      走向极致

      在这个奥林匹克之年,科学为自己创造了大量的纪录。在20年的钻探之后,一个俄罗斯研究小组在2月份突破了3.8千米厚的南极冰层,最终到达了沃斯托克湖,后者是被隔绝了数百万年的一个巨大水体。早期的样本分析并没有发现任何生命的痕迹——之前大多数科学家认为这恰恰是湖中应该具有的。

      然而就在这几天,一个希望能够到达埃尔斯沃斯湖——这是南极大陆冰川下的另一个湖泊——的英国研究小组正在与用来钻透冰层的高压热水射流的技术难题作斗争。

      与此同时,美国电影导演詹姆斯·卡梅隆成为了独自下潜到这颗行星最深处——马里亚纳海沟沟底,大约11千米深处——的第一人。

      还有一件扣人心弦的事——虽然缺少些科学价值,特技跳伞运动员Felix Baumgartner在美国新墨西哥州超过39000米的高空一跃而下,突破了声速以及从上世纪60年代保持的高度纪录。

      但也不是每一个破纪录的尝试都能够成功。在6年的努力之后,斥资35亿美元的加利福尼亚州美国国家点火装置——这也是全世界最大功效的激光——未能实现其“点火”的目标,该目标是一个核聚变发电的里程碑,即用激光轰击氢同位素从而产生大量聚变能。

      重新思考能源

      随着去年发生在福岛的核事故,日本的能源政策正在持续加以调整,该国的选择包括未来完全不使用核能。这个国家在5月份关闭了最后两座运行的核反应堆,目的是进行维修,与此同时,有大量的公众反对重新启动任何核设施——尽管日本设法在7月重启了两座核反应堆。

      在欧洲,对超过140个反应堆的压力测试得出的结论是它们需要广泛的安全升级。其间,美国核管理委员会向一个发电厂颁发了牌照,允许其使用激光提高核燃料中的铀含量,而一些人担心这项技术能够让恐怖分子暗中进行铀浓缩。

      为了让汽车能够上路、灯泡能够点亮,各国都在持续探索着非常规的油气资源。美国提出了蓬勃发展的页岩气水力压裂技术行业规则,这使得美国的电力工业能够将10%的发电量从煤炭转移到气体。根据国际能源署的报告,美国到2020年有望成为全球最大的石油生产国,并且到2035年实现能源自给。

      但是寻找新的石油储备也存在着风险。在钻探船受损之后,壳牌石油公司无法开展其在北极海域的钻探项目,而英国石油公司(BP)在2010年4月的墨西哥湾深水地平线石油事故后支付了40亿美元的刑事罚金。

      羽翼未丰的清洁能源行业也有自己的问题——美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市的锂电池生产商A123系统公司于10月宣告破产,原因是电动汽车市场仍然过小。

      数据公开

      科学是众所周知的能够自我修正的体系。

      3月,研究人员已经坚决否定了去年提出的假说,即中微子或许跑得比光快;同时大量实验驳斥了2010年的一项“发现”,即一种细菌能够在其DNA中使用砷。

      但是校正并非总是如此迅速:当研究很难被复制时,偏见或错误可能会持续数年。麻醉学家Yoshitaka Fujii和营养学研究人员Eric Smart都因为长达几十年的不端行为直至最近才被发现而在今年受到谴责。

      科学家更为普遍担心的是那些无法复制的结果所带来的问题,并设立了一些类似于“再现性倡议”这样的独立实验室来重复那些备受瞩目的研究。一种认为科学家应该更公开地传递和公布他们的数据的想法也获得了认同。

      在线开放获取期刊——例如eLife和PeerJ——已经启动,并且开放获取运动已经在英国获得进展。英国政府和私人研究基金会在7月表示,它们将从2013年4月开始为对公众开放的论文支付费用。

      “好奇”号着陆

      “这是轮子!这是轮子!”人们已经哭出声来——美国宇航局(NASA)的科学家看到了他们的“好奇”号探测器登陆到火星表面的第一个画面,在那里,一架悬浮的太空起重机刚刚将这架探测器轻轻地放在了地上。自从8月于盖尔陨石坑着陆以来,“好奇”号已经传回了惊人数量的图像,并分析了火星表面和大气,但并没有找到任何可能暗示着生命存在的甲烷或有机分子。

      而在太阳系之外,多亏开普勒空间望远镜的鹰眼,新的行星已经进入人们的焦点——它现在已经积累了大约3000个新世界的候选者。

      地基观测也扮演了一个重要角色:科学家在邻近的恒星系统——阿尔法半人马座,仅1.34秒差距(约合4.4光年)——发现了一颗地球般大小的系外行星。其他的空间成就还包括,NASA的“黎明”号探测器在灶神星上发现了存在水的证据;中国把第一位女航天员刘洋送上了轨道。

      但是一家私人公司——而非政府——却成为了今年空间发射新闻的头条:10月,美国的太空探索技术公司(SpaceX)向国际空间站发射了“龙”货运飞船,从而完成了第一次商业补给任务。这艘太空船是如此成功,以至于这家位于加利福尼亚州霍桑市的公司甚至已经开始考虑火星之旅。

      压力下的地球

      这个夏天极具戏剧性:北极冰川融化创造新的纪录;美国遭遇半个世纪以来最严重干旱,而10月末,其东部海岸却遭遇飓风“桑迪”的袭击。这让人们真正感受到了全球气候变暖带来的威胁。这场飓风不仅导致500亿美元的损失,还触发人们更加关注如何应对越来越多的极端气候,而非如何预防气候变化。

      不过,全球气候议题在经济面前黯然失色。6月,联合国地球峰会在巴西里约热内卢召开,发展中国家反对束缚发展,发达国家不愿意承诺更多的发展援助。类似的政治惯性也打击着12月的多哈气候谈判,尽管大会通过一揽子决议,从法律上确保了《京都议定书》第二承诺期在2013年实施。

      当然,也有国家在为应对气候变化而努力。4月,墨西哥制定减排相关法律。在巴西,虽然10月通过一份有争议的可能减弱森林保护的法案,但是其境内亚马逊热带雨林植被砍伐面积在过去1年间处于最低值。6月,澳大利亚公布了世界上最大的海洋保护区网络计划,但是,11月,其倡议的南极洲附近三大海域的国际保护计划被驳回。

      而在厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛,孤单的乔治——平塔岛象龟中已知的最后一个个体——默默死去,从而敲响了濒危物种保护的警钟。

      科学家的话语权

      也许,当科学争论爆发时,一些研究人员会保持沉默,但是,当整个领域或科学价值受到威胁时,他们会勇敢战斗。

      5月,当一个反对转基因团体扬言摧毁转基因小麦时,英国研究人员奋起为他们研究的价值进行辩护。然而在10月,全世界的科学界陷入沮丧,因为意大利法院判决一组科学家入狱6年,而罪名是2009年拉奎拉地震前,他们未能准确预报地震风险。评论家警告称,这样的先例可能会使科学家因惧怕被起诉或报复而不再愿意提供专业意见。

      但是,科学家在其他挑战面前更加沉默:动物权利保护运动使得实验动物运输受到限制,并且没有遭遇有效的反对。

      人类百科全书

      人们对自身基因组的认识仅仅是冰山一角,那些没有编码的广阔基因序列起到重要作用,影响着基因组的形成、控制和读取着不同的细胞类型。

      9月,440位科学家组成的联合研究队伍发表了ENCODE工程的30份论文,分析了至少20%的能够影响基因表达的基因组。

      其他雄心勃勃的研究小组也摩拳擦掌,进行大生物学数据研究,包括首次绘就小鼠完整大脑回路图,以及追踪人脑900个解剖结构的基因活性。

      在细胞水平上,干细胞的灵活性依然让人们感到惊讶。美国研究人员发现,女性卵巢干细胞似乎能产生新的卵子,这反驳了女性是为提供配子而生的教条。并且,日本研究人员也展示了如何使小鼠干细胞变成有生育能力的卵子,将其受精后移植入雌鼠体内,研究人员制造出健康的幼鼠。

      病毒之争

      两篇论述高致病性H5N1禽流感病毒变异版本如何在雪貂之间传播的论文引发国际争论,以及美国政府机构间的尖锐矛盾。

      很多人担心,一旦这种能够在哺乳动物间传播的H5N1病毒的制造方式被宣传出去,可能会被恐怖分子利用,或是加大意外流失的风险。

      2011年年底,美国国家生物安全科学咨询委员会(NSABB)建议只部分发表这两篇论文。但是,有人提出反对:审查这些研究是对科学应公开传播的悍然反对,并且可能会影响旨在救助生命的其他研究。3月,NSABB放弃了原先的立场。5月和6月,这两篇论文陆续发表。

      但是争论并未结束,政客痛斥美国政府决定过于匆忙,而一些科学家却责备得出结论耗费太多时间。政府管理者则正在考虑加紧类似病毒研究的限制。经过长时间的讨论,一个“自愿”暂停此类研究的行动自1月开始生效,这让急于投身工作的科学家十分恼火。

      艰苦岁月

      一旦富裕国家开始缩减政府支出,科研预算也会随之减少——尽管并非每个国家都是如此。

      加拿大削减了环境支出,并叫停了包括著名的实验湖区——统筹安大略省58个淡水湖,用于污染物研究——在内的一系列研究项目。西班牙2013年预算草案显示,研究经费将缩水。在美国,科学家在一年中的大部分时间都担心一个全面的预算削减方案将在下一年生效,虽然在这个选举年NASA的行星研究等很多领域的经费已经减少。

      11月,庞大的2014年至2020年欧盟预算——包括计划的80亿欧元研究预算——谈判失败,直到2013年才将重新启动。印度也缩减了预算增长以应对通货膨胀的加剧。

      不过,并非都是坏消息。中国科技经费提高了近12.5%;法国2013年增加2.2%的科技支出;德国将更多的联邦资金投入到大学;投资者让美国生物技术部门看到一丝曙光。

      制药业的未来

      今年,制药业似乎一片大好。美国食品和药品监督管理局(FDA)批准两种减肥药——Belviq和Qsymia——上市,这是自1999年以来,FDA首次批准该类药物。该机构还为首个预防艾滋病感染的药物Truvada打开绿灯。

      但是两个治疗老年痴呆症的单株抗体——bapineuzumab和solanezumab——期盼已久的临床试验失败,虽然在一些案例中,solanezumab能够减缓认知衰退。研究人员认为在早期阶段预防老年痴呆症将是一个有希望的治疗策略。

      另外,相关行业格局也发生了重要变化。尽管面对Illumina公司等强劲对手,中国华大基因最终以1.18亿美元收购总部位于加利福尼亚州的基因排序公司Complete Genomics;生物技术巨头Amgen公司称将花费4.15亿美元买下deCODE Genetics;Bristol-Myers Squibb和AstraZeneca投资53亿美元兼并了生物技术公司Amylin;GlaxoSmithKline以36亿美元的价格买下了人类基因组学公司。同时,美国制药公司也为其不法行为交付了巨额罚款。(来源:中国科学报)

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