科學(xué)高光時刻背后 藏著人類怎樣的未來

2021年12月30日整理發(fā)布：未來已來，唯變不變，

行而不輟，未來可期。

這是2021年最后一期的本報《生命新知》周刊。在本版的開頭，我們先為大家奉獻了兩道“開胃菜”：世界首例活體機器人實現(xiàn)自我繁殖，以及，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡成功發(fā)射。

顫抖吧，人類!網(wǎng)上有人這樣驚呼道。全球首個可繁殖活體機器人問世，而“韋伯”作為人類史上最強勁的望遠鏡，人類已經(jīng)為它傾注了太多科技、財力與時間。

人類的好奇心是偉大的，它帶領(lǐng)我們前赴后繼地探尋宇宙起源、生命起源的真諦。“韋伯”就代表著人類最深邃的好奇心，它使人類能夠“不畏浮云遮望眼”，帶我們看看未曾一見的隱秘世界，為整個人類的科學(xué)認知貢獻不可泯滅的力量，讓我們祝它一路順風(fēng)!

回首2021，在極端天氣頻發(fā)的氣候變暖警鐘之下，在與起起伏伏的新冠斗智斗勇之中，人類社會走過了蹣跚坎坷的一年。應(yīng)對人類共同面臨的挑戰(zhàn)，這一年，科學(xué)的腳步依然堅定，為照亮人類未來之路披荊斬棘、堅毅前行。

人工智能(AI)預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)成為舉世公認的年度科技亮點。最新出版的美國《科學(xué)》雜志將其列為年度十大科學(xué)突破之首。此外，首個口服抗新冠病毒藥物問世、繆子實驗出現(xiàn)可能突破標(biāo)準(zhǔn)模型的新結(jié)果、CRISPR應(yīng)用于人體治療遺傳疾病等科學(xué)突破，共同構(gòu)成了2021年科學(xué)“高光時刻”，讓人們對未來充滿期待。

2021年已經(jīng)步入尾聲，過去的一年是科技界屢創(chuàng)新高、收獲滿倉的一年。這一年，恰逢百年華誕，我國科技界更是取得多項重要突破。量子計算獲得重大進展，使我國成為唯一在兩個物理體系中實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性的國家;“中國天眼”正式向全世界開放，盡顯大國風(fēng)度;成功實現(xiàn)二氧化碳人工合成淀粉，為人類未來提供了全新的可能……

2022年，科技界必將乘著時代的東風(fēng)再啟航，向著更加多姿多彩的未來昂首前進。

世界首例活體機器人實現(xiàn)自我繁殖

近日，美國佛蒙特大學(xué)和塔夫茨大學(xué)的研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種全新的生物繁殖方式，并利用這一發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了有史以來第一個可自我繁殖的活體機器人——Xenobots 3.0，未來或可為外傷、先天缺陷、癌癥、衰老等提供更直接、更個性化的藥物治療。研究結(jié)果發(fā)表在11月29日《美國國家科學(xué)院院刊》上。Xenobots 3.0僅有毫米寬度，既不是傳統(tǒng)的機器人，也不是一種動物，而是活的、可編程的有機體。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果將足夠多的異種機器人放置在培養(yǎng)皿中彼此靠近，它們會聚集并開始將其他漂浮在溶液中的單個干細胞堆疊起來。于是，多達數(shù)百個干細胞在它們?nèi)缤远谷诵螤畹?ldquo;嘴”中組裝了“嬰兒”異種機器人。幾天后，這些“嬰兒”就會變成外觀和動作都跟母體一樣的新異種機器人。(澎湃新聞)

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡成功發(fā)射

法國當(dāng)?shù)貢r間12月25日13時15分(北京時間25日20時15分)，美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在法屬圭亞那庫魯基地成功發(fā)射升空。如果一切順利，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將在一個月之內(nèi)進入太陽軌道，大約離地球100萬公里。韋伯空間望遠鏡被認為是哈勃空間望遠鏡的“繼任者”。據(jù)美國航天局介紹，韋伯空間望遠鏡將觀測135億多年前宇宙中第一批恒星是如何誕生的，以及第一批星系怎樣形成的。(央視新聞/新華社)

美國《科學(xué)》雜志公布

2021年度十大科學(xué)突破

AI預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為探秘“生命之舞”提供全新視角

人工智能(AI)預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，是2021年度當(dāng)之無愧的“金牌”科學(xué)突破。這項AI領(lǐng)域的革命性突破，解決了持續(xù)50年的重大生物學(xué)難題，為探索人體與生命的本質(zhì)鋪平了道路。

解鎖古老泥土DNA寶庫

今年，科學(xué)家們從洞穴地面的土壤中解鎖了一個更大的古代DNA寶庫。在西班牙的Estatuas洞穴，核DNA揭示出了8萬至11.3萬年前生活在那里的人類遺傳特征和性別，并提示尼安德特人的一個譜系在10萬年前結(jié)束的冰川期之后取代了其他幾個譜系。

實現(xiàn)歷史性核聚變突破

今年8月，美國國家點火裝置(NIF)產(chǎn)生了一種聚變反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn)生的能量大于點燃它所需的激光能量。NIF使用來自世界上最高能量激光的脈沖，來壓縮胡椒粒大小的氫同位素氘和氚顆粒。

抗新冠口服藥物問世

數(shù)據(jù)顯示，美國默克公司的抗病毒藥物莫奈拉韋可將未接種疫苗的高危人群的住院或死亡風(fēng)險降低30%。而如果在出現(xiàn)癥狀的3天內(nèi)開始服用輝瑞公司的抗病毒藥物PF-07321332，則可使住院率降低89%。

“搖頭丸”可治療PTSD

一項多中心、隨機、對照試驗發(fā)現(xiàn)，3，4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA)，即我們常說的“搖頭丸”的主要成分，顯著減輕了創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)患者的癥狀。

單克隆抗體治療傳染病

今年，單克隆抗體(mAb)開始在對抗新冠病毒和其他威脅生命的病原體，包括呼吸道合胞病毒(RSV)、HIV病毒和瘧疾寄生蟲等方面顯現(xiàn)出效果。

火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)首次被揭示

自“扎根”火星以來，美國國家航空航天局(NASA)“洞察”號火星探測器在其著陸點測量了大約733次地震。科學(xué)家基于其中35次地震的數(shù)據(jù)揭示了火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并估算出火星地核的大小、地幔的結(jié)構(gòu)和地殼的厚度。這也是科學(xué)家第一次使用地震數(shù)據(jù)來探測地球以外行星的內(nèi)部。

繆子實驗可能突破標(biāo)準(zhǔn)模型

4月7日，美國費米國家加速器實驗室進行的繆子反常磁矩實驗顯示，繆子的行為與標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)測不相符。研究報告稱，巨大的、不穩(wěn)定的類電子粒子——繆子，比最初預(yù)測的更具磁性。

CRISPR療法對人類療效首證

基因編輯工具CRISPR于2020年首次顯現(xiàn)出或可治愈鐮狀細胞病和β-地中海貧血癥的可能。今年，科學(xué)家則在人體內(nèi)直接部署CRISPR-Cas9。結(jié)果顯示，所有參與者的畸形蛋白質(zhì)水平均有所下降。

10 人造胚泡有望減少倫理爭議

今年，有科學(xué)家設(shè)計了被稱為“胚泡”的關(guān)鍵胚胎階段的替代品。他們從人類胚胎干細胞中復(fù)制了胚泡，并誘導(dǎo)出了多能干細胞(IPS)。這些人造胚泡并不是真正的胚胎，但其中一些可作為某些研究的替代方案以減少倫理爭議。

《科技日報》發(fā)布

2021年中國科技的重大突破

找回水稻“祖先”基因

快速從頭馴化異源四倍體野生稻，發(fā)揮多倍體優(yōu)勢，找回當(dāng)下栽培稻已經(jīng)丟失的部分優(yōu)秀基因，培育出產(chǎn)量更高、環(huán)境適應(yīng)能力更強的新型水稻作物——中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院、遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團隊與合作者的這項突破性進展，2月4日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《細胞》發(fā)表。

“九章”“祖沖之”上新

10月底，潘建偉團隊進一步研制出了66比特的可編程超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之2.0”，在隨機線路采樣任務(wù)上實現(xiàn)了量子計算優(yōu)越性，所完成任務(wù)的難度較2019年谷歌“懸鈴木”高出2-3個數(shù)量級。與此同時，潘建偉團隊升級版的“九章2.0”也極大提高了其量子優(yōu)勢，還具有了部分可編程的能力。“九章2.0”和“祖沖之2.0”的出現(xiàn)，使我國成為唯一在兩個物理體系中實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性的國家。

“中國天眼”迎全球科學(xué)家

本著開放天空的原則，被譽為“中國天眼”的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)于北京時間2021年3月31日0時起向全世界天文學(xué)家發(fā)出邀約，征集觀測申請，所有國外申請項目統(tǒng)一參加評審。觀測時間從今年8月開始。

世界大型低溫制冷裝備“中國造”

4月15日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所(以下簡稱理化所)承擔(dān)的國家重大科研裝備研制項目“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”通過驗收及成果鑒定，項目成果鑒定專家組認為，該項目整體技術(shù)達到國際先進水平。

光存儲時間達1小時

4月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦團隊李傳鋒、周宗權(quán)研究組將光存儲時間提升至1小時，大幅刷新2013年德國團隊所創(chuàng)造的光存儲1分鐘的世界紀(jì)錄，向?qū)崿F(xiàn)量子U盤邁出重要一步。

“人造太陽”刷新世界紀(jì)錄

5月28日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院傳來喜訊，有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)取得新突破，成功實現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，創(chuàng)造托卡馬克實驗裝置運行新的世界紀(jì)錄，向核聚變能源應(yīng)用邁出重要一步。

地球模擬裝置啟用

6月23日，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”在北京懷柔科學(xué)城落成啟用。這是我國研制成功的首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地球系統(tǒng)模擬大科學(xué)裝置。

“冰光纖”問世

7月9日，權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志發(fā)表的成果顯示，浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院童利民教授團隊聯(lián)合浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心和美國加州大學(xué)伯克利分校的科研人員，在-50℃環(huán)境中，制備出了高質(zhì)量冰單晶微納光纖。

“甩開”光合作用合成淀粉

9月23日，中國科學(xué)院宣布重磅成果。該院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉，在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成。

10 證明凱勒幾何核心猜想

11月初，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)幾何物理中心創(chuàng)始主任陳秀雄教授與合作者程經(jīng)睿在偏微分方程和復(fù)幾何領(lǐng)域取得里程碑式結(jié)果，其解出了一個四階完全非線性橢圓方程，成功證明強制性猜想和測地穩(wěn)定性猜想這兩個國際數(shù)學(xué)界60多年懸而未決的核心猜想。

英國《自然》雜志發(fā)布

2022年值得關(guān)注的七大科學(xué)事件

或仍持續(xù)

2022年是新冠病毒襲擊人類的第三年，目前我們并沒有看到盡頭。2022年，研究人員和公共衛(wèi)生當(dāng)局還將繼續(xù)監(jiān)測新冠病毒新變異毒株的出現(xiàn)，以及病毒對新冠康復(fù)者可能帶來的長期影響。

疫苗升級換代

2022年，可能會有科學(xué)家開發(fā)針對特定變體的信使RNA(mRNA)新冠疫苗，一些公共衛(wèi)生官員也希望使用其他技術(shù)開發(fā)的疫苗能發(fā)揮更大作用。

物理學(xué)或?qū)⒂瓉碡S收年

大型強子對撞機(LHC)將于2022年6月重啟，科學(xué)家們對利用其開展的主要實驗——超環(huán)面儀器實驗(ATLAS)和緊湊繆子線圈實驗(CMS)進行了升級和擴展，這將使他們能從每秒產(chǎn)生的4000萬次質(zhì)子碰撞中收集更多數(shù)據(jù)。

登月任務(wù)接踵而至

2022年，將有多款來自政府航天機構(gòu)以及私人航天公司研制的軌道飛行器和著陸器朝月球進發(fā)。

美國國家航空航天局(NASA)將于2022年2月發(fā)射“阿爾特彌斯一號”無人軌道飛行器。的第三次登月任務(wù)“月船3號”，也將嘗試首次在月球上進行軟著陸。而俄羅斯計劃用“月球25號”著陸器重現(xiàn)蘇聯(lián)登月計劃的榮光。韓國“探路者”月球軌道飛行器將開啟韓國的探月之旅。

中國天宮空間站將建成

中國的天宮空間站計劃于2022年竣工，并安排了1000多項實驗，從天文和地球觀測到微重力和宇宙輻射對細菌生長的影響等。

應(yīng)對氣候變化繼續(xù)行動

2022年11月，來自世界各地的代表將再次齊聚埃及沙姆沙伊赫，參加第27屆聯(lián)合國氣候變化大會(COP27)。預(yù)計各國將作出與2015年《巴黎協(xié)定》目標(biāo)一致的氣候承諾，將全球升溫控制在遠低于工業(yè)化前2攝氏度的水平。與此同時，研究人員將繼續(xù)監(jiān)測溫室氣體排放。

拯救生物多樣性

截至2020年，2010年制定的《愛知生物多樣性目標(biāo)》大多沒有實現(xiàn)。聯(lián)合國《生物多樣性公約》第十五次締約方大會(COP15)第一階段會議已于今年10月11日至15日在云南昆明召開，并通過《昆明宣言》，呼吁各方采取行動，共建地球生命共同體。第二階段會議將于2022年4月25日至5月8日在中國昆明以線下方式舉行。 據(jù)科技日報

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