故事太多,名额太少。我们今年的选择涵盖了物理学、生物学和技术等多个领域。但从整体上看,气候变化相关的故事最多,其次是空间科学。
和往常一样,我们不得不遗漏许多令人兴奋的进展。为此,我们决定效仿《摇滚万岁》,将榜单扩展到11个,特别增加了一页荣誉提名。
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| 2013年度十大科学新闻 | 下一页 » 10. 脑部“登月”:全球倡议聚焦大脑 |
脑部“登月”:全球倡议聚焦大脑
2013年的大科学研究并没有把目标放在寻找另一个亚原子粒子,而是放在了揭示思维和大脑的基本运作机制上。全球范围内的大规模研究项目纷纷启动,致力于解码人类大脑中860亿个神经元之间相互连接的100万亿个信号。
要破解头骨下1.36公斤的器官可能需要几十年,甚至几个世纪。尽管如此,神经科学领域还是取得了一大步——或者至少是一小步——奥巴马政府宣布其第二任期的重点科学项目将聚焦大脑。
今年早些时候,奥巴马总统宣布了通过推进创新神经技术进行大脑研究,即“大脑”计划。该计划旨在开发能够记录数千甚至数百万神经元的工具。其目标是:理解生理学——脑细胞活动——如何转化为心理功能。这将揭示您的神经元如何存储刚学到的电话号码,或者如何识别红色玫瑰的盛开,以便日后回忆。
一项更雄心勃勃的项目在欧洲委员会的支持下于10月的第二周正式启动。人类大脑项目的目标是在10年内完成对人体主控制器的完整计算机模拟——整合从对小鼠和人类的认知分析到构建更快超级计算机的一系列项目的结果。中国、以色列和澳大利亚的其他大脑研究项目也在进行中。一种显著的共识似乎正在形成:如果没有来自全球各个角落最优秀、最聪明的人才的持续努力,思维和大脑之间巨大的鸿沟将无法弥合。——加里·斯蒂克斯
更多信息: » 当研究大脑时,资金如潮涌:奥巴马的大型(神经)科学项目 » 当我们甚至不知道神经代码时,新的大型大脑项目有意义吗? » 人类大脑中每个神经元数字模拟的倒计时 » 神经科学家对奥巴马的“大脑”计划的看法 » “大脑”计划:成功还是失败?
« 上一页 引言 | 2013年度十大科学新闻 | 下一页 » 9. 无人机飞向广泛商业应用,引发新的担忧 |
图片来源:Dkroetsch/维基共享资源
无人机飞向广泛商业应用,引发新的担忧
2013年,无人机——或者至少是关于无人机的讨论——无处不在。这种无人驾驶飞行器已经改变了美国发动战争的方式,它有潜力彻底改变执法、野生动物监测、新闻采集,以及正如亚马逊首席执行官杰夫·贝佐斯最近宣布的那样,包裹递送。
随着美国等待联邦航空管理局在2015年发布关于国内使用无人驾驶飞行器的新指南,无人机计划正在各个行业中成形。在缺乏监管法规的情况下,像贝佐斯这样的企业家和技术爱好者已经构想出雄心勃勃的无人机使用计划(也许过于雄心勃勃),正如其他人敲响警钟,指出无人机可能发生灾难性故障,甚至成为黑客的攻击目标。与此同时,隐私倡导者担心无人机的广泛使用将侵犯长期以来被视为理所当然的公民自由。《大众科学》在4月份的一篇社论中警告说,如果执法机构、私人侦探甚至爱管闲事的公民滥用无人驾驶飞行器,“将对隐私构成巨大威胁”。
当然,还有杀人无人机。据报道,12月,一次无人机袭击的目标是也门的一个婚礼车队,导致十几人死亡。随着这项强大而可能危险的技术适应越来越多的民用用途,《大众科学》博客作者约翰·霍根警告说,“我们必须保持警惕,以确保无人机被用于有益而非阴险的目的。”——约翰·马特森
更多信息: » 当间谍无人机进入美国时,我们必须保护我们的隐私 » 众筹无人机可以帮助保护肯尼亚犀牛 » 做好准备,无人机新闻即将到来 » 在无人机在美国领空漫游之前,需要更好的安全措施
« 上一页 10. 脑部“登月”:全球倡议聚焦大脑 | 2013年度十大科学新闻 | 下一页 » 8. 基因疗法取得重大成功 |
基因疗法取得重大成功
血液癌症是否遇到了对手?当然,12月初在血液学会议上展示的基因疗法结果似乎表明了这一点。然而,这种对抗白血病的新武器并不完美,但它仍然标志着一项重大成就。
在2010年开始的一项针对患有慢性或急性白血病的成人和儿童的研究中,研究人员提取了患者的T细胞——免疫系统对抗入侵者的精确制导鱼雷。然后,研究人员对T细胞进行基因改造,使其能够识别仅存在于癌细胞上的蛋白质,并在遇到癌细胞时迅速增殖。重新注射到患者体内后,经过改造的细胞就可以寻找并摧毁这些癌细胞。
初步分析表明,积极的反应可能发生在高达三分之二的时间里。在一项针对27名急性白血病患者的研究中,24人在治疗一个月后显示出完全缓解,尽管其中6人后来复发。在另一项针对15名患者的研究中,6人显示出完全缓解,另有6人显示出部分缓解。
会议上的其他科学家还报告了基因疗法在其他疾病(包括SCID-X1,或“泡泡男孩”病)方面的积极结果。治疗恢复了9名男孩中8名的免疫系统。
除了报告的成功之外,所有研究都没有发现基因疗法的严重副作用,而在过去的临床试验中,基因疗法导致了一些死亡,最著名的是1999年杰西·吉辛格的死亡,这使该领域倒退了很多年。最新的结果表明,基因疗法已经迎来了一个重要的转折点,并且即将成为危及生命的疾病的可行治疗选择。请关注计划于2014年3月出版的《大众科学》上的概述文章。——菲利普·杨
更多信息: » 基因疗法是如何运作的? » NIH开始帕金森病基因疗法试验 » 试验的磨难:专访基因疗法先驱詹姆斯·M·威尔逊 » 基因疗法将治愈许多疾病
« 上一页 9. 无人机飞向广泛商业应用,引发新的担忧 | 2013年度十大科学新闻 | 下一页 » 7. 证实:水力压裂导致地震 |
图片来源:GreatBeyond/Flickr
已证实:水力压裂及相关作业导致地震
美国石油和天然气行业的繁荣带来了一个不想要的副产品:受污染的水。该国化石燃料井每天至少产生 90 亿升这种物质,而处理所有这些废水已成为石油和天然气公司最头疼的问题——尤其因为目前最常见的处理方法正在导致地震。
这种废水通常被倾倒回处置井中,然后被遗忘。但是,在俄克拉荷马州和俄亥俄州等通常地震活动平静的地区,地震活动有所增加,这引起了人们的关注,即这些水是否正在引发地震。今年发表的关于俄克拉荷马州布拉格附近异常强烈地震的研究表明,废水处理确实是罪魁祸首。
这并不令人惊讶。20 世纪 60 年代在科罗拉多州的实验证明,向地下注入水会引发地震。但即使是以高压向地下泵水——这种做法被称为水力压裂或压裂——也可能导致地面震动。问题是:既然我们知道了这一点,我们应该采取什么行动?—大卫·比耶洛
更多:» 水力压裂的最大问题可能是如何处理废水 » 我们如何应对水力压裂产生的污水? » 水力压裂会导致地震,但石油和天然气开采也会导致地震 » 注水井引发强烈地震 [视频]
« 上一篇 8. 基因疗法取得重大成功 | 2013年度十大科学新闻 | 下一篇 » 6. 来自太阳系外的第一批中微子 |
来自太阳系外的第一批中微子
今年,天文学家首次捕捉到了来自遥远星系的中微子,这一进展预示着天文学新时代的开始——用粒子而不仅仅是光来观察的时代。
科学家们研究中微子已有数十年之久,但地球上几乎所有的中微子都来自附近的来源——要么是我们的太阳,要么是来自撞击大气层的高能宇宙射线。今年,天文学家利用南极的 冰立方探测器 报告了28 个中微子的发现,这些中微子的能量如此之高,不可能起源于这些局部来源。(研究人员将两个最强大的中微子命名为“厄尼”和“伯特”,以纪念深受喜爱的《芝麻街》角色。)
至于是什么产生了这些超强力的中微子,猜测层出不穷——这些粒子并非一次性全部到达,而且似乎来自天空中的随机方向。一旦科学家能够将中微子爆发的位置与光学对应物相关联(可能来自像超新星这样的高能、短暂的物体),中微子天体物理学的时代就将真正开始。—迈克尔·莫耶
更多: » 南极中微子天文台探测到无法解释的高能粒子 » 高能中微子预示着粒子天文学的新黎明 » 中微子实验为新物理学开辟道路
« 上一篇 7. 确认:水力压裂导致地震 | 2013年度十大科学新闻 | 下一篇 » 5. 最古老的人类 DNA 的恢复 |
最古老的人类 DNA 的恢复
尽管近年来古代 DNA 研究取得了惊人的进展,但科学家们一直认为他们永远无法测序来自 10 万年前以上的人类化石的 DNA。但在 12 月,一个团队报告说,他们已经成功地从一个属于人类家族已灭绝成员的40 万年前的股骨中提取了保存完好的 DNA。
股骨来自西班牙北部一个名为 Sima de los Huesos 的重要遗址。此前,研究人员曾从在该遗址发现的类似古老的洞穴熊遗骸中获取了 DNA,这增加了人们从人类化石中提取 DNA 的希望。
新的序列为 Sima 人的祖先提供了一些惊人的见解。根据化石的解剖结构,专家们怀疑它们属于早期尼安德特人或一种名为海德堡人 的物种,据认为该物种产生了尼安德特人。
但他们恢复的 DNA(所谓的线粒体 DNA,来自细胞的能量产生结构,仅占个体 DNA 的一小部分)类似于一个神秘的人类群体,称为 丹尼索瓦人,他们生活在 8 万年前左右的西伯利亚。
Sima 人是如何获得类似于丹尼索瓦人的 DNA 序列而不是尼安德特人的 DNA 序列,目前尚不清楚。从细胞核中提取 DNA(远比线粒体 DNA 罕见)无疑会澄清情况。6 月份对 70 万年前的马化石进行核 DNA 测序表明,这种壮举很有可能在可行范围内。—凯特·王
更多: » 最早的人类 DNA 显示出与神秘人群的意外混合 » 尼安德特人基因组研究表明我们体内有一些穴居人 » 发现我内心的尼安德特人 » 新的 DNA 分析表明古代人类与丹尼索瓦人杂交
« 上一篇 6. 北极海冰的创纪录融化 | 2013年度十大科学新闻 | 下一篇 » 4. 台风海燕,已知登陆的最强风暴 |
图片来源:NOAA
台风海燕,已知登陆的最强风暴
2013 年 11 月 8 日,台风海燕以每小时 305 至 314 公里的持续风速袭击了菲律宾,使其成为有记录以来袭击陆地的最强风暴。此前有三次风暴,最早一次在 1958 年,在海上时风力较高,但在登陆前减弱。现在,海燕被认为造成了 6000 多人死亡,并摧毁或损坏了 600 多万人的家园。
高风速意味着巨大的潜在破坏,因为风中的能量随着速度的立方增加;速度快一倍的风会传递八倍的能量。 Weather Underground 的气象主任杰夫·马斯特斯估计,如果海燕袭击迈阿密或纽约市,可能会造成 5000 亿美元的损失。
这场风暴使气候变化再次成为头条新闻。全球变暖正在升高海洋温度,并将更多的水分注入大气层,科学家们认为这两个因素都可以增强风暴。自 2007 年以来的研究表明,飓风、台风和气旋(都只是同一种系统的不同名称)在北大西洋可能会变得更强。马萨诸塞理工学院的克里·伊曼纽尔最近的研究表明,在世界许多热带海洋区域,也可能会形成更多的风暴。
海燕还促使菲律宾参加联合国气候变化框架公约的代表团团长耶布·萨诺个人反对国际气候谈判缺乏进展。在台风摧毁萨诺的家乡三天后在波兰华沙举行的公约会议上,他宣布他将进行绝食抗议,直到谈判代表取得“有意义的进展”。两周后,他停止了绝食,对谈判代表就解决未来气候变化事件造成的损害的规定达成一致感到满意。—马克·费斯凯蒂
更多: » 台风海燕是创纪录的风暴吗? » 气候变化是否导致了台风海燕? » 飓风是如何形成的?一个即时蛋头视频
« 上一篇 5. 最古老的人类 DNA 的恢复 | 2013年度十大科学新闻 | 下一篇 » 3. 流星在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸 |
M. Ahmetvaleev/NASA
流星在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸
2 月 15 日,当一颗来自太空的大型岩石在俄罗斯城市车里雅宾斯克上空爆炸时,世界收到了一个刺耳的提醒,即地球正面临小行星的威胁。这颗流星以近 60 倍音速的速度飞入,后来分析显示,它在大气层中的解体所携带的能量相当于 500 千吨 TNT。流星的冲击波震动了地面,震碎了玻璃,并造成约 1500 人受伤;幸运的是,没有人丧生。科学家估计,这颗小行星最初约 20 米宽,使其成为自 1908 年一颗小行星撞击西伯利亚通古斯卡以来,已知撞击地球的最大流星。
车里雅宾斯克火球 的出现令人惊讶,即使对于 NASA 和世界其他航天机构的人员来说也是如此,他们事先没有发现这颗小行星。而且,就在另一颗更大的小行星 2012 DA14 在地球附近掠过,进入地球同步通信卫星的轨道范围的 16 小时前,它袭击了地球。
这些事件对一些人来说敲响了警钟,让他们意识到小行星构成的危险。10月份,联合国采取措施应对这一风险,成立了“国际小行星预警小组”,以便成员国分享对危险太空岩石的探测信息。如果科学家发现一颗以地球为目标的小行星,联合国和平利用外层空间委员会计划牵头一项国际任务,使该岩石偏离其轨道。——克拉拉·莫斯科维茨
更多: » 车里雅宾斯克目击者帮助科学家解开流星之谜 » 关于俄罗斯流星,我们了解些什么? » 联合国将采纳小行星防御计划
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大气二氧化碳含量达到历史新高:百万分之400
5月份,大气中的二氧化碳浓度达到了百万分之400。换句话说,人类活动,如燃烧化石燃料和砍伐森林,已将温室气体水平提高到至少80万年来从未见过的浓度,远早于人类文明甚至现代人类的出现。
事实上,据知,上次二氧化碳水平如此之高是在上新世时期,那是250多万年前,那时北极拥有森林而不是苔原,世界平均气温大约高3摄氏度。自19世纪以来,大气中的二氧化碳已经使平均气温升高了0.8摄氏度,而且还会进一步升温。
更多的二氧化碳也将随之而来。按照目前的速度,世界可能在几十年内达到百万分之450,每年以百万分之二或更高的速度增加浓度。关于如何应对这一问题的想法,从建造人工树木以将二氧化碳从空气中吸收出来,到用核反应堆取代所有燃化石燃料的发电厂。但可以肯定地说,二氧化碳水平将会更高,而且全球变暖很快就会到来。——大卫·比埃罗
更多: » 气候科学家说,危险的全球变暖比你想象的更近 » 百万分之400:大气中二氧化碳浓度达到史前水平 » 百万分之400:一个变暖的星球接下来会怎样?一份深入报告
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图片:PhotoDisc/ Getty Images
美国财政减支:对科学的沉重打击
2013年3月1日,美国研究人员感到震惊,当时被称为“自动减支”的大规模联邦预算削减生效。由于国会未能达成预算协议而产生的自动减支迫使政府在本财政年度剩余时间内削减850亿美元的政府支出,同时也大幅削减了研究经费。
这850亿美元仅仅是开始:高达1.2万亿美元的全面削减开始生效,将在2021年之前的九年中逐步落实。强制性的削减给科学研究的未来带来了不确定性,因为联邦政府掌握着美国三分之一以上的研发资金。自动减支不仅迫使政府削减拨款,还推迟或取消了招聘新员工的计划。研究小组感叹,一系列的削减将对创新产生长期的影响,因为科学进步是一个渐进的过程,它依赖于未来的研究人员和正在进行的研究。美国国立卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯甚至拿起吉他,在这个春季里真切地唱起了“自动减支蓝调”。
广泛领域的研究都感受到了压力。美国最大的基础研究支持机构国立卫生研究院不得不将其本财政年度的预算削减16亿美元。与上一年相比,这些资金限制导致了减少640个研究项目拨款。美国国家科学基金会削减了2.83亿美元,今年也减少了大约700个拨款。研究拨款每年都会自然波动,但各个机构的削减幅度远大于正常水平。其他机构(包括美国环境保护署、能源部和美国宇航局)的联邦政府支持的科学研究,如果还没有感受到预算压力,也可能会感受到。
12月10日公布的一项新的国会协议,可能会阻止部分资金损失。但到目前为止,削减的全部影响仍笼罩在不确定性中,并且可能已经使美国的创新倒退了多年。——蒂娜·费恩·马龙
更多: » 受限的科学:研究如何与联邦资金捆绑在一起 [时间线] » 自动减支将钱转移给了俄罗斯人 » 自动减支削减科学经费,减缓生物医学研究 » 应有辉煌:自动减支阴影下的科学
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中国首个月球车于2013年12月14日着陆月球后从静止的着陆器中驶出。图片:新华社/李鑫
特别提及
排名不分先后
美国最高法院驳回了癌症基因BRCA1和BRCA2的专利,裁定自然存在的基因不能获得专利。
由于一种新的、可扩展的制造工艺,碳纳米管计算机可能会取代当今基于硅制造的机器。
由于表观遗传学(研究我们的经历如何开启或关闭基因),对恐惧经历的记忆可以传递至少两代人。
美国食品和药物管理局在11月份告知个人基因组测试公司23andMe停止销售其试剂盒,这也可以看作是一个大规模的信息收集行动。
嫦娥三号探测器使中国成为第三个访问月球的国家。这一成就表明,太空技术正在向其他国家和私人公司扩散,这些公司在发射方面继续展示自己的能力。
在南非发现的惊人的人类化石骨架改写了我们的家族史,并引入了新的亲属。
美国宇航局的行星搜寻卫星开普勒在银河系中发现了大量的类地系外行星。
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