2015十大科技事件

果殼科技評論小組

2015年，科學(xué)一如既往地加深人類對世界的理解。它一邊繼續(xù)推動技術(shù)的進步，一邊繼續(xù)充當(dāng)討論與合作的基石，同時也不忘反思自己，將前進的步伐調(diào)整得更加踏實

10合作：巴黎協(xié)議

2015年12月14日，在巴黎氣候大會上，全世界歷史性地達成了一個普遍性的、具有法律約束力的氣候變化協(xié)議。自《京都議定書》以來，氣候大會未能促成廣泛性協(xié)議的歷史，在2015年末終結(jié)了。

自工業(yè)革命以來，人類因燃燒化石燃料排放了大量溫室氣體，如果不加以遏制，全球平均溫度會在2100年上升4.5℃，導(dǎo)致極地冰川融化、海平面上升，許多沿海地區(qū)將被海水吞噬。目前，氣候變化引發(fā)的風(fēng)暴、洪水、干旱等極端天氣越發(fā)頻繁猛烈。除此以外，中國還經(jīng)歷著以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)所帶來的影響——空氣污染。

在此背景下，協(xié)議制定出應(yīng)對氣候變化的目標(biāo)及措施：（1）相較前工業(yè)水平，全球變暖應(yīng)遠低于2℃，并努力使變暖的溫度低于1.5℃;（2）減少化石燃料的使用;（3）每五年對國家進行審查，并根據(jù)情況提高減排目標(biāo)。此外，富裕國家將對貧窮國家提供資助，幫助后者發(fā)展更為綠色的能源。

雖然仍面臨著協(xié)議目標(biāo)過高難以達到、沒有規(guī)定各國的減排指標(biāo)，以及沒有涵蓋國際航運和航空等一系列問題，但巴黎氣候會議無疑給世界人民傳達了一個有力信號：在氣候變化上，全球?qū)⑾嗷ズ献?，引?dǎo)人類走向更安全的未來。

9我們正在引導(dǎo)第六次物種大滅絕

在過去的4.5億年里，地球見證了五次“大規(guī)模滅絕事件”。其中最嚴(yán)重的一次是6600萬年前，恐龍和近四分之三物種的滅絕。

科學(xué)家認(rèn)為我們現(xiàn)在正處于第六次大滅絕事件的邊緣。2015年6月，一項發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志的研究顯示：生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球上的動物滅絕的速率比正常情況下要快20—100倍，而且這個速度還在加快?！吧餃缃^的罪魁禍?zhǔn)?，確鑿無疑，就是人類自身。”托德帕爾默，佛羅里達大學(xué)生物學(xué)家和研究報告的共同作者這么說道。

8新祖：納勒迪人

在人類進化歷程中，近三十種古人類曾先后生活在這個世界上，而在2015年9月，這個名單又增加了一位新成員。但這個新的祖先有些不同尋常：也許在他們那里，誕生了最初的葬禮。

2015年9月，在南非約翰內(nèi)斯堡附近的一個洞穴深處，專家們從1500根骨頭中拼湊出一個智人“納勒迪”（naledi），他們聲稱，這是可以代表人類祖先的一個新物種。這個消息一發(fā)表就引起了巨大轟動。這些骨頭能告訴我們很多他的信息，他看起來是南方古猿和人之間的過渡。他腦容量很小，但是顱骨的各種形態(tài)都更加和人相似;軀干和骨盆較為原始，但手部靈活，應(yīng)是出色的工具使用者;趾骨彎曲形成足弓，這是直立行走的證據(jù)。

但真正奇特的是這個洞穴的其他特點。這里有多達1500塊人骨，對應(yīng)至少15個人，卻沒有任何石器或者其他生活痕跡;人骨上沒有野獸咬痕，周圍也沒有對應(yīng)著洪水的碎石或者植物體。排除別的選項，留下的最大可能是：這是一處納勒迪人用來埋葬同伴的墓穴。

當(dāng)然，我們無從猜測埋葬行為的起源，但如果將來我們能順利得出他們生存的時代，那這也許就是最初的文明火花之一。

7顛覆：腦部存在淋巴管

解剖學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中相對“穩(wěn)定”的領(lǐng)域。自維薩里于16世紀(jì)開創(chuàng)現(xiàn)代人體解剖學(xué)，到20世紀(jì)初，解剖學(xué)知識似乎就已“凝固”。而現(xiàn)在，解剖學(xué)教科書恐怕要更新了。

在此前大家熟知的知識里，流淌著淋巴液的淋巴管道遍布全身，但并不存在于腦部。而由美國弗吉尼亞大學(xué)喬納森·基普尼斯教授實驗室報告的這項發(fā)現(xiàn)則得出了驚人結(jié)論：大腦會通過淋巴管道與免疫系統(tǒng)直接相連。

實驗室的博士后安東尼·盧沃在解剖小鼠腦膜時發(fā)現(xiàn)，玻片上的免疫細胞呈管狀分布，隨后就在那里發(fā)現(xiàn)了本不可能存在的淋巴管。也許是因為位置實在太隱蔽，此前的研究從未發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的淋巴管。基普尼斯堅信，他們也會在人類大腦中發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)構(gòu)。

這一發(fā)現(xiàn)在業(yè)內(nèi)激起了極大反響。有研究者認(rèn)為這會改寫教科書，也會改變我們對大腦的運作機制和阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化癥等多種腦部疾病的理解。不過也有研究者對該發(fā)現(xiàn)持保留態(tài)度，表示要等待人體中的研究結(jié)果。

6確認(rèn)了“鬼魅般的超距作用”是真的

量子世界又有了神奇的發(fā)現(xiàn)：兩個量子即使離得很遠，也可以相互“糾纏”。當(dāng)兩個量子糾纏，測量一個量子的性質(zhì)時，無論它們距離有多遠，會立即可以給出另一個的信息?！凹m纏”的概念可以追溯到20世紀(jì)30年代，出自愛因斯坦和他兩位同事發(fā)表的一篇論文，盡管后來他駁斥了這個“鬼魅般的超距作用”的想法。

1965年，北愛爾蘭物理學(xué)家約翰·貝爾提出貝爾不等式，為隱變量理論提供了實驗驗證方法。從20世紀(jì)70年代至今，對貝爾不等式的驗證給出的大多數(shù)結(jié)果是否定的，這意味著隱變量理論不成立。過去30多年來，已經(jīng)有多項實驗檢驗過貝爾不等式，實驗結(jié)果都支持量子力學(xué)的觀點。然而，所有那些實驗或多或少都存在漏洞，有些沒有排除局域性漏洞，有些則沒有排除測量漏洞。2015年10月，荷蘭物理學(xué)家設(shè)法使兩個電子相距一英里，在金剛石色心系統(tǒng)中完成了貝爾不等式實驗，首次同時避免了這兩種漏洞，從而證偽了愛因斯坦提出的量子力學(xué)不完整的觀點，更確鑿地支持了量子力學(xué)。

不過，也有科學(xué)家指出，這一實驗并未排除第三個漏洞，也就是“自由意志選擇”漏洞。未來，如果能夠在地球和月亮之間進行實驗，才能真正做到毫無漏洞地驗證貝爾不等式。雖然這一切聽起來遙不可及，但科學(xué)家們說，這項研究可能最終導(dǎo)致發(fā)展出超高速的“量子計算機”，這有可能改變應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、密碼學(xué)和人工智能上的游戲規(guī)則。

5火星“大新聞”豐收

2015年9月29日，美國國家航空航天局（NASA）召開新聞發(fā)布會，公布一項與火星有關(guān)的大發(fā)現(xiàn)。與以往NASA宣布“大發(fā)現(xiàn)”的節(jié)奏一樣，這場發(fā)布會的預(yù)告被各類媒體瘋狂炒作，甚至一度流出了發(fā)現(xiàn)火星生命的傳言。其實，NASA發(fā)現(xiàn)的是現(xiàn)今火星上仍然存在液態(tài)水的證據(jù)。可惜，這種液態(tài)水不能直接飲用，因為其中富含鹽份，是名副其實的鹵水。

盡管發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水，但今天的火星仍然比地球上最干旱的沙漠還要干燥。曾經(jīng)的火星就大不一樣了，在40多億年前，這些海水足夠?qū)⒒鹦堑娜康乇硌蜎]在140米深的水下。

為什么曾經(jīng)的水世界變成了紅色沙漠？2015年11月6日，NASA公布了美國“火星大氣與揮發(fā)演化”探測器的最新結(jié)果：由于火星上缺乏全球性的磁場，太陽風(fēng)暴能夠迅速剝離火星的大氣，導(dǎo)致這顆行星在30多億年前就幾乎流失了全部大氣。這樣的氣候變化，使火星淪為不毛之地。

不過，這并不能阻止人類總有一天將要踏足火星的決心。2015年5月，美國噴氣推進實驗室提出了新的載人登陸火星方案;當(dāng)年10月，NASA又公布了分三個階段登陸火星的報告。在可預(yù)期的未來，《火星救援》里宇航員前往紅色行星實地考察的場景，將變?yōu)楝F(xiàn)實。

4屠呦呦獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎

2015年10月5日，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒出。屠呦呦因為發(fā)現(xiàn)抗瘧疾藥物青蒿素而與發(fā)現(xiàn)抗線蟲病藥物阿維菌素的威廉·坎貝爾和大村智共享此獎，成為首個獲得這一獎項的中國科學(xué)家。

1967年，為了尋找新型抗瘧疾藥物，中國政府啟動了“523項目”。項目組對大量傳統(tǒng)草藥進行了篩選，發(fā)現(xiàn)植物黃花蒿的提取物具有抗瘧疾效用。1971年9月，屠呦呦重新設(shè)計了提取方法，獲得了抗瘧藥效突出的黃花蒿提取物。后來，她和同事成功從中分離出抗瘧有效單體化合物“青蒿素”。后續(xù)研究明確了青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu)。投入臨床使用后，青蒿素及其衍生物使眾多瘧疾患者得到救治。

屠呦呦的獲獎引起了中國社會的熱切關(guān)注。從對中國學(xué)術(shù)評價體制的反思到關(guān)于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)地位的爭論，一系列觀點碰撞也伴隨這個獎項出現(xiàn)?！拔覀兪前血勴楊C給受傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)啟發(fā)而創(chuàng)造出新藥的研究者?！敝Z貝爾獎委員會成員漢斯·弗斯伯格說。正因為有了這些新藥，更多被寄生蟲病折磨的生命才得以存活。喧囂之上，我們應(yīng)當(dāng)看到，這一獎項的最根本意義，仍在于表彰拯救生命的人。

3已打開定制DNA的大門

一直以來，DNA支配著生命的生長發(fā)育，而現(xiàn)在我們能隨心所欲地篡改特定DNA，定制“基因編輯”的時代已經(jīng)開始?！癈RISPR-Cas9”的出現(xiàn)，讓科學(xué)家比以前更快更方便地替換部分基因組。對當(dāng)今的分子生物學(xué)界而言，CRISPR-Cas9不只是一種基因編輯技術(shù)，更是一場革命。由于它在基因編輯方面不可思議的高效和便捷，曾經(jīng)僅存于科幻小說中的情節(jié)如今幾乎成為事實。早些時候，科學(xué)家實驗出經(jīng)基因改造的抗瘧疾蚊子和抗豬瘟疫的非洲豬。與此同時，美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)了基因改造的速生鮭魚供我們食用。

2015年4月，中山大學(xué)副教授黃軍就實現(xiàn)了編輯人類胚胎基因零的突破——他們用CRISPR-Cas9改造了能導(dǎo)致β型地中海貧血的缺陷基因。在這項前無古人的創(chuàng)舉引發(fā)的爭議尚未平息之際，哈佛大學(xué)喬治·徹奇和楊璐菡的研究小組又利用這種CRISPR-Cas9對豬基因組進行批量編輯，一次性徹底解決了豬內(nèi)源性病毒的問題，為尋找器官移植的替代資源掃除了一大障礙。

2015年，CRISPR-Cas9技術(shù)先驅(qū)麻省理工學(xué)院的張鋒團隊成功破解了Cas9蛋白的結(jié)構(gòu)，從而在更堅實的基礎(chǔ)上引爆了一系列技術(shù)突破。張鋒的團隊設(shè)計出了一種利用Cas9調(diào)控基因表達的新技術(shù)，他們還開發(fā)出一種“迷你型”的CRISPR新體系。

2015年11月，另一位CRISPR-Cas9技術(shù)的先驅(qū)詹妮弗·杜德娜使用實時成像的方法揭示了CRISPR系統(tǒng)運作的過程。而最大的突破出現(xiàn)在不久前，通過對Cas9蛋白的優(yōu)化改造，張鋒團隊幾乎完全掃除了CRISPR系統(tǒng)的“脫靶”缺陷。

那么，基因工程的下一個目標(biāo)會是人類嗎？中國的科學(xué)家已經(jīng)在將實驗應(yīng)用在人胚胎上邁出了第一步，他們在已經(jīng)不能發(fā)育成人的“死”胚胎上研究如何改造能引起遺傳病的基因。即便如此，該實驗還是引起了巨大的爭議。一些人主張人類基因的修飾是有益的，希望將其應(yīng)用于一些易感性和毀滅性的疾病，如癌癥和老年癡呆;另外一些人認(rèn)為這樣的研究是導(dǎo)致世界基因多樣性被破壞的開始。以CRISPR-Cas9為代表的新基因編輯技術(shù)將無可避免地走向臨床，但在此之前，充足的研究與討論是必要的。

2與冥王星的近距離接觸

2015年7月14日，旅程已近十年的新視野號探測器近距離飛掠冥王星，完成了人類對這顆矮行星的首次探測，并發(fā)送回冥王星及其衛(wèi)星的高清照片。飛掠途中，飛船與地表的最近距離僅有7800米——這個距離足以展現(xiàn)出奇異巨大的冰山和自由分布的火山口，它們像“細胞”一樣分布在幾英里寬的地方。這些照片讓科學(xué)家們感到十分驚訝，他們原以為在過去的一億年中，冥王星早已“死去”，不再有地質(zhì)活動。而現(xiàn)在科學(xué)家在冥王星上發(fā)現(xiàn)了形成年代不足1億年的高大冰山，被氮冰覆蓋的巨大雪原以及過去可能噴發(fā)過的兩座冰火山。種種證據(jù)表明，冥王星上存在著持續(xù)至今的活躍地質(zhì)活動，甚至發(fā)生著類似地球上冰川活動的氮冰循環(huán)。

在此之前，即使是哈勃空間望遠鏡，也無法分辨冥王星上的細節(jié)地貌。這顆曾經(jīng)的第九大行星一直徘徊在太陽系的外圍，除了軌道以外，沒有人確切知道冥王星的一切，就連大小都存在持久的爭議。如今，依靠新視野號陸續(xù)傳回地球的數(shù)據(jù)，我們不僅測出了冥王星的精確大小，還第一次看清了它的真實模樣。新視野號還發(fā)現(xiàn)，冥王星大氣層的規(guī)模遠遠超過預(yù)期，那里的大氣中甚至有多層藍色的霧霾。

除了冥王星本身，新視野號還對它的衛(wèi)星進行了探測。新視野號沒有在冥王星周圍發(fā)現(xiàn)新的衛(wèi)星，這一點出乎科學(xué)家的意料。冥王星大衛(wèi)星——冥衛(wèi)一卡戎（Charon）上則發(fā)現(xiàn)了巨大的裂谷，暗示了這顆衛(wèi)星過去發(fā)生的復(fù)雜地質(zhì)歷史。對其他小衛(wèi)星的探測，則對研究太陽系外圍其他的柯伊伯帶小天體提供了更多有價值的線索，對于揭露太陽系自身的形成歷史也有幫助。

掠過冥王星之后，新視野號飛向了宇宙深處，預(yù)計將于2019年飛掠下一個目標(biāo)：一顆柯伊伯帶小天體。由于距離遙遠，它在飛掠冥王星時記錄的數(shù)據(jù)，要花16個月的時間才能全部傳回地球。有關(guān)冥王星系統(tǒng)的新發(fā)現(xiàn)，將繼續(xù)震撼2016年的我們。

1SpaceX火箭回收成功開啟航天新紀(jì)元

2015年12月22日，美國太空探索科技公司（SpaceX）發(fā)射獵鷹9號火箭，將美國軌道通信Orbcomm公司的11顆通訊衛(wèi)星送入預(yù)定軌道?；鸺?分40秒后，一級火箭順利返回發(fā)射場附近，穩(wěn)穩(wěn)著陸在預(yù)定的1號著陸區(qū)。至此，SpaceX的一級火箭回收試驗終于取得成功。

2015年，SpaceX的火箭回收之路可謂一波三折：1月10日，獵鷹9號火箭在一級火箭分離后受控落向事先停泊在大西洋上的改裝駁船。雖然準(zhǔn)確命中駁盤，但下落速度過快導(dǎo)致一級火箭砸在甲板上爆炸損毀，首次嘗試失敗。2月12日，獵鷹9號火箭搭載“深空氣候觀測天文臺”衛(wèi)星成功發(fā)射升空。但回收時，駁船因海上風(fēng)浪太大被迫撤回，一級火箭最終落入水中。4月14日，獵鷹9號在執(zhí)行任務(wù)后，一級火箭著陸時未能站穩(wěn)，最終傾覆爆炸。而就在SpaceX打算第三次嘗試一級火箭海上回收時，6月28日，獵鷹9號遭遇發(fā)射失利，火箭連同貨運飛船全部在高空解體。為此，SpaceX暫停了所有火箭發(fā)射任務(wù)，調(diào)查失利原因。

就在SpaceX蟄伏期間，11月23日，美國藍色起源公司的新謝潑德飛行器實現(xiàn)了火箭從太空返回的垂直軟著陸。不過，與獵鷹9號相比，新謝潑德飛行器只能進行亞軌道飛行，沒有能力將航天器發(fā)射入軌。直到12月22日，重整旗鼓的SpaceX復(fù)飛獵鷹9號，并首次嘗試在陸地上回收一級火箭，終于取得成功。SpaceX的最終目標(biāo)，是將運載火箭由一次性使用轉(zhuǎn)變?yōu)槎啻螐?fù)用——此舉將大幅度降低航天發(fā)射的費用?？梢哉f，SpaceX回收火箭的成功，將開啟航天產(chǎn)業(yè)新的紀(jì)元。