科學(xué)高光時(shí)刻背后 藏著人類怎樣的未來(lái)

2021年12月30日整理發(fā)布：未來(lái)已來(lái)，唯變不變，

行而不輟，未來(lái)可期。

這是2021年最后一期的本報(bào)《生命新知》周刊。在本版的開頭，我們先為大家奉獻(xiàn)了兩道“開胃菜”：世界首例活體機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自我繁殖，以及，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)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(gè)可繁殖活體機(jī)器人問(wèn)世，而“韋伯”作為人類史上最強(qiáng)勁的望遠(yuǎn)鏡，人類已經(jīng)為它傾注了太多科技、財(cái)力與時(shí)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(jiàn)的隱秘世界，為整個(gè)人類的科學(xué)認(rèn)知貢獻(xiàn)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(huì)走過(guò)了蹣跚坎坷的一年。應(yīng)對(duì)人類共同面臨的挑戰(zhàn)，這一年，科學(xué)的腳步依然堅(jiān)定，為照亮人類未來(lái)之路披荊斬棘、堅(jiān)毅前行。

人工智能(AI)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)成為舉世公認(rèn)的年度科技亮點(diǎn)。最新出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志將其列為年度十大科學(xué)突破之首。此外，首個(gè)口服抗新冠病毒藥物問(wèn)世、繆子實(shí)驗(yàn)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(shí)刻”，讓人們對(duì)未來(lái)充滿期待。

2021年已經(jīng)步入尾聲，過(guò)去的一年是科技界屢創(chuàng)新高、收獲滿倉(cāng)的一年。這一年，恰逢百年華誕，我國(guó)科技界更是取得多項(xiàng)重要突破。量子計(jì)算獲得重大進(jìn)展，使我國(guó)成為唯一在兩個(gè)物理體系中實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性的國(guó)家;“中國(guó)天眼”正式向全世界開放，盡顯大國(guó)風(fēng)度;成功實(shí)現(xiàn)二氧化碳人工合成淀粉，為人類未來(lái)提供了全新的可能……

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

世界首例活體機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自我繁殖

近日，美國(guó)佛蒙特大學(xué)和塔夫茨大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(lái)第一個(gè)可自我繁殖的活體機(jī)器人——Xenobots 3.0，未來(lái)或可為外傷、先天缺陷、癌癥、衰老等提供更直接、更個(gè)性化的藥物治療。研究結(jié)果發(fā)表在11月29日《美國(guó)國(guó)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(jī)器人，也不是一種動(dòng)物，而是活的、可編程的有機(jī)體。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果將足夠多的異種機(jī)器人放置在培養(yǎng)皿中彼此靠近，它們會(huì)聚集并開始將其他漂浮在溶液中的單個(gè)干細(xì)胞堆疊起來(lái)。于是，多達(dá)數(shù)百個(gè)干細(xì)胞在它們?nèi)缤远谷诵螤畹?ldquo;嘴”中組裝了“嬰兒”異種機(jī)器人。幾天后，這些“嬰兒”就會(huì)變成外觀和動(dòng)作都跟母體一樣的新異種機(jī)器人。(澎湃新聞)

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)射

法國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月25日13時(shí)15分(北京時(shí)間25日20時(shí)15分)，美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在法屬圭亞那庫(kù)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(yuǎn)鏡將在一個(gè)月之內(nèi)進(jìn)入太陽(yáng)軌道，大約離地球100萬(wàn)公里。韋伯空間望遠(yuǎn)鏡被認(rèn)為是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”。據(jù)美國(guó)航天局介紹，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將觀測(cè)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(guó)《科學(xué)》雜志公布

2021年度十大科學(xué)突破

AI預(yù)測(cè)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(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，是2021年度當(dāng)之無(wú)愧的“金牌”科學(xué)突破。這項(xiàng)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(kù)

今年，科學(xué)家們從洞穴地面的土壤中解鎖了一個(gè)更大的古代DNA寶庫(kù)。在西班牙的Estatuas洞穴，核DNA揭示出了8萬(wàn)至11.3萬(wàn)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(gè)譜系在10萬(wàn)年前結(jié)束的冰川期之后取代了其他幾個(gè)譜系。

實(shí)現(xiàn)歷史性核聚變突破

今年8月，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)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(diǎn)燃它所需的激光能量。NIF使用來(lái)自世界上最高能量激光的脈沖，來(lái)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(wèn)世

數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)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(xiǎn)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(xiàng)多中心、隨機(jī)、對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，3，4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA)，即我們常說(shuō)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(duì)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(lái)，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)“洞察”號(hào)火星探測(cè)器在其著陸點(diǎn)測(cè)量了大約733次地震?？茖W(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(lái)探測(cè)地球以外行星的內(nèi)部。

繆子實(shí)驗(yàn)可能突破標(biāo)準(zhǔn)模型

4月7日，美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的繆子反常磁矩實(shí)驗(yàn)顯示，繆子的行為與標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)測(cè)不相符。研究報(bào)告稱，巨大的、不穩(wěn)定的類電子粒子——繆子，比最初預(yù)測(cè)的更具磁性。

CRISPR療法對(duì)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(xì)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(zhēng)議

今年，有科學(xué)家設(shè)計(jì)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(xì)胞中復(fù)制了胚泡，并誘導(dǎo)出了多能干細(xì)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(zhēng)議。

《科技日?qǐng)?bào)》發(fā)布

2021年中國(guó)科技的重大突破

找回水稻“祖先”基因

快速?gòu)念^馴化異源四倍體野生稻，發(fā)揮多倍體優(yōu)勢(shì)，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(qiáng)的新型水稻作物——中國(guó)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(tuán)隊(duì)與合作者的這項(xiàng)突破性進(jìn)展，2月4日在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》發(fā)表。

“九章”“祖沖之”上新

10月底，潘建偉團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出了66比特的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之2.0”，在隨機(jī)線路采樣任務(wù)上實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)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(gè)數(shù)量級(jí)。與此同時(shí)，潘建偉團(tuán)隊(duì)升級(jí)版的“九章2.0”也極大提高了其量子優(yōu)勢(shì)，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(guó)成為唯一在兩個(gè)物理體系中實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性的國(guó)家。

“中國(guó)天眼”迎全球科學(xué)家

本著開放天空的原則，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)于北京時(shí)間2021年3月31日0時(shí)起向全世界天文學(xué)家發(fā)出邀約，征集觀測(cè)申請(qǐng)，所有國(guó)外申請(qǐng)項(xiàng)目統(tǒng)一參加評(píng)審。觀測(cè)時(shí)間從今年8月開始。

世界大型低溫制冷裝備“中國(guó)造”

4月15日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱理化所)承擔(dān)的國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”通過(guò)驗(yàn)收及成果鑒定，項(xiàng)目成果鑒定專家組認(rèn)為，該項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

光存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)1小時(shí)

4月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組將光存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)，大幅刷新2013年德國(guó)團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)造的光存儲(chǔ)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(yáng)”刷新世界紀(jì)錄

5月28日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院傳來(lái)喜訊，有“人造太陽(yáng)”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)取得新突破，成功實(shí)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(yùn)行，創(chuàng)造托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)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(guó)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(guó)研制成功的首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地球系統(tǒng)模擬大科學(xué)裝置。

“冰光纖”問(wèn)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(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心和美國(guó)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(guó)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(guó)際上首次實(shí)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(guó)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(gè)四階完全非線性橢圓方程，成功證明強(qiáng)制性猜想和測(cè)地穩(wěn)定性猜想這兩個(gè)國(guó)際數(shù)學(xué)界60多年懸而未決的核心猜想。

英國(guó)《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(méi)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(cè)新冠病毒新變異毒株的出現(xiàn)，以及病毒對(duì)新冠康復(fù)者可能帶來(lái)的長(zhǎng)期影響。

疫苗升級(jí)換代

2022年，可能會(huì)有科學(xué)家開發(fā)針對(duì)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?lái)豐收年

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)將于2022年6月重啟，科學(xué)家們對(duì)利用其開展的主要實(shí)驗(yàn)——超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)(ATLAS)和緊湊繆子線圈實(shí)驗(yàn)(CMS)進(jìn)行了升級(jí)和擴(kuò)展，這將使他們能從每秒產(chǎn)生的4000萬(wàn)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(lái)自政府航天機(jī)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(jìn)發(fā)。

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

中國(guó)天宮空間站將建成

中國(guó)的天宮空間站計(jì)劃于2022年竣工，并安排了1000多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，從天文和地球觀測(cè)到微重力和宇宙輻射對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響等。

應(yīng)對(duì)氣候變化繼續(xù)行動(dòng)

2022年11月，來(lái)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(guó)氣候變化大會(huì)(COP27)。預(yù)計(jì)各國(guó)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(yuǎn)低于工業(yè)化前2攝氏度的水平。與此同時(shí)，研究人員將繼續(xù)監(jiān)測(cè)溫室氣體排放。

拯救生物多樣性

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

標(biāo)簽：