仰望星空、躬耕大地、探微解密

徐銳

仰望星空、躬耕大地、探微解密……近日，《科學(xué)》公布了2022年十大科學(xué)突破，用科學(xué)視角帶領(lǐng)人們上天入地、溯古追今。

窺視深空的“黃金之眼”?

2021年12月25日發(fā)射升空的詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST），在遭受了小型太空巖石撞擊的波折下，依然在2022年產(chǎn)出了諸多令人驚嘆的成果。從“毒蜘蛛星云”逐漸被塵云遮掩的新生恒星，到連紅色新生恒星都清晰可見的高精細版“創(chuàng)生之柱”，再到迄今最深、最清晰的遙遠宇宙紅外圖像……這個耗時20年、耗資100億美元、擁有鍍金鏡面的“黃金之眼”，給天文學(xué)家?guī)砹藷o數(shù)驚喜，使其穩(wěn)居《科學(xué)》2022年科學(xué)突破榜首。

年度突破榜單還包括：發(fā)現(xiàn)一種比許多細菌細胞大近5000倍的巨大微生物；多年生水稻品種的開發(fā)；對黑死病如何改變歐洲人基因的新見解；由格陵蘭永久凍土中保存的 200萬年前的環(huán)境DNA重建的古老生態(tài)系統(tǒng)；呼吸道合胞病毒疫苗的進展；美國國家航空航天局成功實施DART衛(wèi)星任務(wù)；通過具有里程碑意義的氣候法案； 創(chuàng)意人工智能的快速發(fā)展以及識別可能導(dǎo)致多發(fā)性硬化癥的病毒。

種一次吃三四年的多年生水稻?

春種秋收，年復(fù)一年，農(nóng)民的辛苦不言而喻。而中國云南大學(xué)胡鳳益團隊聯(lián)合國內(nèi)外研究人員開發(fā)的多年生水稻品種，種植一次后，自第二季起可連續(xù)免耕收獲三四年，免去了農(nóng)民每年數(shù)周的買種、育秧、犁田和移栽等重復(fù)勞動。跳過這一步，每季每人每公頃水稻種植的工作量可減少77天，成本降低了一半。此外，種植多年生水稻的田地養(yǎng)分有所增加。但到了第五年，產(chǎn)量就會下降很多，此時需要重新種植。該革命性多年生稻的誕生，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展注入了新動能。

具有創(chuàng)造力的AI“加速中”?

下棋、編程、玩桌游、做科研、搞創(chuàng)作……2022年的人工智能（AI）正在以極快的速度，進軍被認為只有人類才能駕馭的領(lǐng)域。充斥在社交媒體平臺的文本生成圖像模型讓人耳目一新，它能夠通過機器學(xué)習(xí)技術(shù)，分析、對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上的圖片和文字，并依據(jù)用戶輸入的文本創(chuàng)造新圖像。比如，OpenAI推出的軟件DALL-E，在接收到“牛油果形狀的扶手椅”這一指令后，能夠生成數(shù)張符合該描述的圖片。這些依據(jù)擴散模型的AI都能供公眾使用，甚至有一位藝術(shù)家使用其中一個模型生成的圖片贏得了美術(shù)大賽?？梢?，當(dāng)AI擁有創(chuàng)造力，其實力不容小覷，或能超越人類。

進擊的細菌界“巨人”?

細菌的“細”，意指其是只可用顯微鏡觀測的“小個頭”。但是也有細菌個頭不小。被稱為Thiomargarita magnifica的單細胞細菌，狀如發(fā)絲，掛在紅樹林水中的落葉上。一根細絲就是一個細胞，長達1厘米，肉眼可見。這一迄今最大的單細胞細菌，接受了細致的結(jié)構(gòu)分析和測序。它的發(fā)現(xiàn)，鼓舞了那些尋找大型和更復(fù)雜細菌的科學(xué)家。他們相信類似Thiomargarita magnifica的細菌界“巨人”，可能就隱藏在人們眼皮下。

RSV疫苗掙脫“致死”枷鎖?

為攻克呼吸道合胞病毒（RSV）而研發(fā)的疫苗，在50年前非但不能治病，反而可能醫(yī)死人。當(dāng)時，一種實驗性候選RSV疫苗的臨床試驗，導(dǎo)致兩名兒童死亡、80%的接種者入院。此后，RSV疫苗的研發(fā)停滯了數(shù)十年。今年，有兩款RSV疫苗掙脫了“致死”的枷鎖，證明了它們可以安全地保護嬰兒和老年人這兩個受RSV感染影響最嚴重的群體。這兩種疫苗可預(yù)防60歲以上人群患重癥，且無嚴重副作用，甚至其中一款疫苗可供孕晚期母親接種，并能將抗體傳給胎兒，保護嬰兒免受RSV影響長達6個月。

這種病毒誘發(fā)MS的“罪名”坐實?

多發(fā)性硬化（MS）是一種“自己人打自己人”的疾病，即免疫系統(tǒng)攻擊神經(jīng)元。輕癥患者視力模糊、疲勞、麻木，而重癥患者會逐漸無法說話、行走?？茖W(xué)家此前鎖定了“嫌犯”愛潑斯坦-巴爾二氏病毒（EB病毒），但卻沒有找到其“犯罪”的關(guān)鍵性證據(jù)。因為雖然幾乎所有MS患者都有EB病毒抗體，但95%的健康成年人也有該抗體。因此，研究人員很難確定該病毒是否為病因。去年，研究人員利用大量軍事醫(yī)療記錄給EB病毒“定罪”，證明了其所含蛋白質(zhì)能夠欺騙免疫系統(tǒng)，使其攻擊神經(jīng)細胞，從而造成神經(jīng)損傷。這一發(fā)現(xiàn)可能會促成治療或預(yù)防這種神秘疾病的新方法。

美通過氣候法不再空談減排?

古語云：“光說不練假把式?！睅资陙?，美國科學(xué)家對氣候變化風(fēng)險的記錄、分析可謂頭頭是道，處于世界前列。但作為世界第二大溫室氣體排放國的美國卻從未通過一項法律，以落實大幅減少溫室氣體的排放。終于，2022年夏天，一項名為《降低通脹法案》（IRA）的通過，有望結(jié)束美國此前的“空談”。該法案是美國有史以來為減緩全球變暖邁出的最大一步，將在未來10年向可再生能源與核能發(fā)電提供3690億美元的資金、鼓勵向電動汽車的全面轉(zhuǎn)型并激勵與減少工業(yè)排放相關(guān)的研究。這能使美國在10年后將其溫室氣體排放量降低到2005年排放水平的40%。然而，美國僅靠IRA實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的承諾可能還遠遠不夠。

藏在基因中的黑死病“禮物”?

黑死病即鼠疫，曾是歐洲人揮之不去的夢魘。700年前，約一半的歐洲人死于該疾病。但它在奪取生命的同時，也給予了生者一份“禮物”——增強對鼠疫耶爾森氏菌（鼠疫的病原）免疫反應(yīng)的基因變異。研究小組通過分析英國倫敦和丹麥黑死病之前、期間和之后埋葬的500多人的骨骼中的古代DNA，發(fā)現(xiàn)了這種基因變異。黑死病發(fā)生后的一個世紀里，這種保護性基因變體在歐洲人群中迅速傳播，是迄今最有力的人類基因組中自然選擇的案例。

人類首次行星防御測試成功?

9月26日，在距離地球1100萬公里的地方，一架自動售貨機大小的航天器以每秒6公里的速度撞擊了一顆直徑160米的“無辜”小行星——Dimorphos。這一“暴力”行動，是人類有史以來首次對行星防御任務(wù)進行實地測試，即美國宇航局（NASA）雙小行星重定向測試（DART）。地球周圍并不平靜，時常有天外來客光顧，雖然大部分在進入大氣層時消磨殆盡，但不排除有更大的天體，如小行星等威脅地球安全。而解決方法是用足夠的力度撞擊小行星，使其轉(zhuǎn)向，但同時又不能太過猛烈，導(dǎo)致其向地球發(fā)射小巖石碎片。DART任務(wù)的成功為科學(xué)家完善行星防御計劃提供了更多數(shù)據(jù)。

凍土古DNA序列揭示失落世界?

DNA可以保存多久？最新答案是200萬年。近期，科學(xué)家從格陵蘭島東北角凍土中提取到了200萬年前的DNA序列。這些迄今最古老的DNA序列秒回了一個失落的世界——如今這個荒涼貧瘠的地方，在200萬年前曾經(jīng)是乳齒象和馴鹿的家園，被低緯度地區(qū)常見的楊樹、云杉和紫杉森林，以及至今仍然生長在此的莎草、灌木和樺樹覆蓋。這些發(fā)現(xiàn)顯示，古代沉積DNA可能有助揭開過去生態(tài)系統(tǒng)的驚人面貌。

◎ 來源|中國科學(xué)報