2019年世界十大科技進展新聞

2020-12-23 中國科學院

  人類首次「看到」黑洞

  數百名科研人員參與合作的「事件視界望遠鏡」項目於2019年4月10日在全球多地同時召開新聞發布會,發布他們拍到的第一張黑洞照片。

  照片「主角」是室女座超巨橢圓星系M87中心的超大質量黑洞,其質量是太陽的65億倍,距離地球大約5500萬光年。

  照片展示了一個中心為黑色的明亮環狀結構,看上去有點像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的「陰影」,明亮部分是繞黑洞高速旋轉的吸積盤。

  DNA顯微鏡研製成功

  美國霍華德—休斯醫學研究所和布羅德研究所共同開發出「DNA顯微鏡」,這是一種全新的細胞可視化技術,利用化學手段獲取細胞內部信息,繪製的圖像反映出細胞內生物分子的基因序列和相對位置的情況。

  該項研究發表在2019年6月20日出版的《細胞》雜誌上。

  據悉,DNA顯微鏡可以做一些光學顯微鏡做不到的事情。例如,光學顯微鏡往往無法區分DNA存在差異的細胞,例如免疫細胞,而通過識別能夠攻擊腫瘤的免疫細胞,DNA顯微鏡可以幫助改善某些癌症的治療。

  隼鳥2號首次降落小行星「龍宮」並採樣

  日本宇宙航空研究開發機構於2019年2月22日表示,根據接收到的數據判斷,日本當地時間7時48分(北京時間6時48分),小行星探測器隼鳥2號成功降落在小行星「龍宮」上並採集樣本,經短暫停留後再次升空。

  據悉,隼鳥2號於2014年12月從日本鹿兒島縣種子島宇宙中心發射升空,經過約3年半的太空之旅,2018年6月27日抵達小行星「龍宮」附近。它在「龍宮」附近逗留約1年半,2020年底返回地球。

  谷歌研究人員宣布成功演示「量子優勢」

  「量子優勢」被用於描述量子計算機發展的關鍵節點,指量子計算機能解決傳統計算機在合理時間範圍內無法解決的一些特殊問題。

  要實現這一目標需要克服很多挑戰,在產生較大計算空間的同時保證較低錯誤率,以及設計一種傳統計算機難以處理但量子計算機可以輕鬆完成的基準測試。

  谷歌公司研究人員領銜的團隊於2019年10月23日在英國《自然》雜誌發表論文稱已成功演示了「量子優勢」,讓量子系統花費約200秒完成了傳統超級計算機用幾天才能完成的任務。

  科學家合成世界首個含18個碳原子的純碳環

  2019年8月15日,《科學》雜誌發表了牛津大學化學系與 IBM 蘇黎世研究實驗室合作的一項成果,他們合成了世界上第一個完全由碳原子構成的環狀分子——C18,其中的18個碳原子通過交替的單鍵和叄鍵連接而成,早期研究發現C18環分子具有半導體特性,這意味著類似的碳直鏈結構可能成為分子級別的電子元件。

  研究團隊下一步將對得到的C18分子繼續進行包括穩定性在內的基礎性質研究。

  新型人造DNA結構信息密度可加倍

  脫氧核糖核酸(DNA)中存儲著遺傳代碼,它由4種核苷酸組成,以4個不同字母表示。美國研究人員最新合成出一種由8個字母組成的新型DNA結構,信息存儲密度加倍,未來有望應用於合成生物等領域。

  美國應用分子進化基金會史蒂文·本納領導的科研團隊2019年2月在《科學》雜誌上發表報告說,他們合成的新型DNA分子系統與天然DNA最大的不同是,前者擁有8個而非4個生命信息組分。

  新結構除了包含腺嘌呤等4種天然核苷酸,同時還包含另外4種結構相似的人造信息單元,它們共同構成了雙螺旋結構,能夠存儲和傳遞信息。

  人體生理年齡首次成功逆轉

  一項在美國加利福尼亞州進行的小型臨床研究首次表明,逆轉人體的表觀遺傳生物鐘是可能的。表觀遺傳生物鐘可用來測量一個人的生理年齡。

  在為期1年的時間裡,9名健康志願者服用了3種常見藥物——生長激素和兩種糖尿病藥物。通過分析人體基因組的標記,研究人員發現,這些受試者的平均生理年齡減少了2.5歲。

  與此同時,這些受試者的免疫系統也顯示出恢復活力的跡象。該研究結果於2019年9月5日發表在《老化細胞》雜誌上。

  愛滋病治療奇蹟再現 「倫敦病人」或被治癒

  據英國《自然》雜誌2019年3月5日發表的一篇論文,一名被稱為「倫敦病人」的愛滋病患者,經幹細胞移植治療後已18個月未檢測到愛滋病病毒。

  他可能成為繼「柏林病人」之後被治癒愛滋病的第二人,但專家們謹慎認為療效尚需持續監測。為治療癌症,兩位患者還分別接受了放療和化療,這可能也有助於消滅愛滋病病毒。不過,放療和化療均有副作用。

  與「柏林病人」接受全身放療相比,「倫敦病人」接受了相對溫和的化療。研究人員認為,「倫敦病人」的經驗可能更好推廣。

  科學家培養新型大腸桿菌能以二氧化碳為食

  2019年11月28日,以色列魏茨曼科學研究所的科學家們改造了一種通常以單糖為食的細菌,使其可以像植物一樣通過吸收二氧化碳構建細胞。相關成果發表於《細胞》。

  據悉,研究人員向大腸桿菌基因中添加了一種轉化二氧化碳的酶,並去除了用於代謝糖的其他酶,最終成功改變了它們賴以生存的「食物」來源。為了證明其真的不需要糖來維持生存,科學家們把這些細菌在實驗室裡放了200天。當再次對這些細菌進行研究時,研究人員發現它們已經成功地「進化」了,而且能夠在不需要糖的情況下生長。

  全球首支伊波拉疫苗獲歐盟批准上市

  2019年11月12日,歐洲監管機構批准了一種疫苗,這種疫苗已經幫助控制了伊波拉病毒的致命暴發——這是針對伊波拉病毒的免疫接種首次通過這項審查。伊波拉病毒是一種烈性傳染病病毒,主要通過體液傳播,可引發致命性出血熱。

  此前,醫學研究人員已投入大量精力進行伊波拉疫苗的研發,但大多停留在臨床試驗階段,而Ervebo成為首支正式獲批用於人體的伊波拉疫苗。默沙東公司也向美國食品藥品監督管理局遞交了申請,該疫苗有望於2020年第一季度在美國獲批上市。

其他候選新聞條目

(按發布時間順序排列)

  科學家首次用移植睪丸產下小猴

  在美國比佛頓市俄勒岡國家靈長類動物研究中心,一隻名為Grady的小猴正在人們的密切關注下茁壯成長。這隻小猴子擁有不同尋常的血統——研究人員在Grady的父親幼年時收集了其睪丸組織,然後在成年後又將這部分組織重新移植回其體內,由此產生的精子最終誕下了Grady。這項技術有朝一日可能會被用來恢復那些接受癌症治療的男孩所喪失的生育能力。科學家在2019年3月21日出版的《科學》雜誌報告了這一研究成果。

  新研究讓死亡數小時後的豬腦部分「復活」

  美國耶魯大學學者領銜的一個團隊於2019年4月17日在英國《自然》雜誌發表報告說,他們在豬死亡數小時後,使取出的豬腦部分「復活」,在細胞層面恢復了某些循環和神經功能。但研究人員強調,這離恢復完整的腦功能還相差甚遠。儘管如此,研究人員認為這一技術如果發展成熟,未來將有很大實用價值。BrainEx系統可用於輔助研究大型哺乳動物腦部的構造和功能,找到大腦在某些情況下受損的原因,以及測試新藥對腦部構造的影響等。

  人類可能首次探測到黑洞與中子星相撞引力波

  美國雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)2019年5月2日發布新聞公報說,他們可能首次探測到黑洞與中子星碰撞產生的引力波信號。LIGO探測器和歐洲「處女座」(Virgo)引力波探測器2019年4月26日同時探測到這一信號,該信號可能由大約12億光年外的黑洞和中子星碰撞產生。引力波是由黑洞、中子星等碰撞產生的一種時空漣漪,宛如石頭丟進水裡產生的波紋。探測引力波對人類探索宇宙起源和發展具有重要意義。自2015年首次探測到引力波以來,兩家機構的探測器已探測到13次由雙黑洞碰撞產生的引力波、兩次由雙中子星碰撞產生的引力波,以及此次可能由黑洞和中子星碰撞產生的引力波。

  天文學家首次確定 「一次性」快速射電暴來源

  一個國際天文學團隊2019年6月28日發表論文說,他們首次發現「一次性」快速射電暴的準確來源,為解釋這種困擾了天文學家十幾年的宇宙「神秘電波」提供了關鍵線索。在發表於美國《科學》雜誌的研究中,研究人員開發出一種新技術,利用快速射電暴抵達「澳大利亞平方公裡陣列探路者」射電望遠鏡不同天線之間的微小時間差,製作了一幅展示「一次性」快速射電暴FRB 180924來源的高清圖,成功破解了其起源星系。人工智慧在多人桌德州撲克比賽中

  戰勝世界頂尖選手

  美國卡內基—梅隆大學2019年7月11日宣布,該校和臉書公司合作開發的人工智慧Pluribus在六人桌德州撲克比賽中擊敗多名世界頂尖選手,成為機器在多人遊戲中戰勝人類的一個裡程碑。美國《科學》雜誌當日在線發表的相關論文顯示,Pluribus與13名德州撲克高手進行了1萬手不限注對局的六人桌比賽,每次比賽中由機器對5名人類選手,結果機器取得勝利。在另外一種形式的六人桌比賽中,由5個Pluribus與1名人類選手對局,結果機器分別在5000手對局中先後擊敗了德州撲克世界冠軍達倫·伊萊亞斯和克裡斯·弗格森。

  天文學家計算出新的宇宙膨脹速度

  美國科研團隊2019年7月採用新方法測量宇宙膨脹速度(即所謂哈勃常數)。此前兩項研究發現,宇宙目前的膨脹速度比早期預測的膨脹速度快,而新數值則縮小了兩者差距。芝加哥大學天文學家利用紅巨星測量得出的哈勃常數為69.8公裡/(秒·百萬秒差距),即一個星系與地球的距離每增加百萬秒差距,其遠離地球的速度就增加近69.8公裡/秒。

  研究人員通過對比距離值與目標星系看起來的退行速度,計算出介於裡斯團隊數值和「普朗克」衛星數值之間的新的哈勃常數。

  首例再編程幹細胞角膜手術實施完成

  日本大阪大學的研究團隊2019年8月29日宣布,他們完成了全球首例利用誘導多能幹(iPS)細胞培養出的角膜組織進行移植的臨床手術,一名四十多歲的日本女性成為世界上首個使用重編程幹細胞修復角膜的人。iPS 細胞是通過對成熟體細胞 「重新編程」 而培育出的幹細胞,擁有與胚胎幹細胞相似的分化潛力。與利用患者本人 iPS 細胞相比,用異體 iPS 細胞培育成組織細胞後再移植,所需費用和時間會大幅減少,因此相關研究在醫學界備受關注。

  科學家首次重建丹尼索瓦人容貌

  以色列和西班牙科學家2019年9月19日在《細胞》雜誌上報告說,他們根據丹尼索瓦人的表觀遺傳信息重建了這種早期智人的容貌,這是對丹尼索瓦人骨骼解剖學特徵的首次復原。

  丹尼索瓦人是一支神秘的早期智人,因發現於西伯利亞的丹尼索瓦洞而得名,生活在距今約20多萬年至5萬年前,被認為是同時期廣泛分布於歐洲的尼安德特人的近親。丹尼索瓦人的化石極為罕見,因此科學家對這種古人類的樣貌所知甚少。最新研究顯示,丹尼索瓦人擁有56處不同於現代人和尼安德特人的解剖學特徵,其中34處位於顱骨。整體來看,丹尼索瓦人可能具有與尼安德特人相似的骨骼特徵,如長臉和寬闊的骨盆等,但丹尼索瓦人的顱骨比尼安德特人和現代人更寬,牙弓也更長。

  新型轉基因玉米產量提高10%

  美國的研究人員2019年11月在美國《國家科學院院刊》上首次證明,通過改變一種促進植物生長的基因,可以將玉米產量提高10%,且無須考慮生長條件好壞。據悉,世界上種植最廣泛的轉基因作物,包括大豆、玉米和棉花,都是通過一些相對簡單的基因調整而產生的。例如,通過將細菌中的單個基因添加到某些農作物品種中,科學家們賦予了它們製造殺死多種昆蟲的蛋白質的能力。另一種簡單的基因操作使農作物能耐受草甘膦或其他除草劑,這樣在殺死雜草的同時不會侵蝕土壤。但是,由於植物的生長過程涉及許多複雜的遺傳因素,因此想要培育出在良好條件下產出更多糧食的農作物,難度很大。

  科學家完成太陽風迄今最佳研究

  美國宇航局的「帕克」太陽探測器對太陽風的誕生地進行了前所未有的最佳觀測,並發現了太陽風中的奇怪尖峰——粒子在那裡加速並改變了太陽風的磁場方向。該探測器還觀測到環繞太陽旋轉的太陽風的速度比預期的要快,這意味著科學家對於恆星如何隨著年齡增長而減慢自轉速度的理解可能是錯誤的。2019年12月4日發表在《自然》雜誌的4篇論文描述了這些發現,它們將為研究人員更好地應對太陽風最狂暴的時期做好準備。

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