每年12月，《科學(xué)》雜志（英文報(bào)道原文）都會(huì)公布年度突破及入圍成果。以下為今年的10大突破和贏家，排名不分先后。

1.時(shí)空漣漪撼動(dòng)科學(xué)界

今年發(fā)現(xiàn)時(shí)空漣漪（即引力波）撼動(dòng)了科學(xué)界。它完成了阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在100年前完成的一項(xiàng)預(yù)測(cè)，為40年來(lái)尋找這種無(wú)窮小的漣漪畫(huà)上了句號(hào)。但這個(gè)故事并未結(jié)束，科學(xué)家將此次發(fā)現(xiàn)看作是一個(gè)新領(lǐng)域的誕生：引力波天文學(xué)。

1915年，愛(ài)因斯坦解釋引力的產(chǎn)生是因?yàn)榇筚|(zhì)量天體使時(shí)間和空間（或時(shí)空）產(chǎn)生扭曲，導(dǎo)致自由落體物體遵循曲線路徑，如投球的弧度或是一顆星圍繞其恒星的橢圓軌道。愛(ài)因斯坦隨后計(jì)算，一個(gè)杠鈴形狀的質(zhì)量分布會(huì)像一個(gè)接力棒那樣首尾相連地旋轉(zhuǎn)，并會(huì)在時(shí)空中產(chǎn)生以光速迅速前進(jìn)的波紋。2月11日，在激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO，位于美國(guó)華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的雙胞胎觀測(cè)臺(tái)）工作的物理學(xué)家宣布，他們已經(jīng)觀察到了愛(ài)因斯坦預(yù)測(cè)的現(xiàn)象：距地球13億光年的兩個(gè)黑洞合并時(shí)產(chǎn)生的一系列波紋。

此次勝利來(lái)之不易。愛(ài)因斯坦本人也曾就引力波是否存在猶豫了數(shù)十年。每個(gè)LIGO干涉儀都有兩個(gè)4公里長(zhǎng)的手臂，在其末端分別裝著鏡子，它們位于巨大的真空室內(nèi)。通過(guò)在鏡子之間反彈激光，物理學(xué)家能夠?qū)⑹直鄣拈L(zhǎng)度與一個(gè)光子直徑的萬(wàn)分之一作對(duì)比。經(jīng)過(guò)的引力波會(huì)通過(guò)不同的數(shù)量拉伸手臂，這正是LIGO發(fā)現(xiàn)的。首個(gè)信號(hào)和計(jì)算機(jī)模型的密切配合史無(wú)前例地證明了愛(ài)因斯坦的引力論，即廣義相對(duì)論。

2.鄰居系外行星現(xiàn)行蹤

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了距太陽(yáng)系最近恒星——比鄰星的一顆小行星。這個(gè)新世界被認(rèn)為是詳細(xì)研究太陽(yáng)系系外行星的一個(gè)最佳機(jī)會(huì)，研究人員正在努力發(fā)現(xiàn)它的樣子。

比鄰星光線頻率的細(xì)微轉(zhuǎn)變揭示了這個(gè)被稱(chēng)作比鄰星b的行星。監(jiān)測(cè)這顆恒星的天文學(xué)家探測(cè)到它的光線以每11.2天的頻次周期性地增加和減少，這是由于光線的多普勒頻移造成的，因?yàn)榭床灰?jiàn)的行星在反復(fù)地將這顆恒星朝著遠(yuǎn)離地球的方向拖拽。 目前，科學(xué)家只知道比鄰星b至少相當(dāng)于1.3個(gè)地球，其軌道與其恒星非常接近——可能僅是日地距離的5%。但這并不意味著它非常熱，因?yàn)檫@顆恒星是光線較暗的紅矮星，天文學(xué)家認(rèn)為其表面可能會(huì)足夠冷可使液體水存在。但其可居住性并不理想：比鄰星是一顆任性的恒星，可能會(huì)用過(guò)劇烈的太陽(yáng)風(fēng)、x光和紫外線轟炸這顆行星。

天文學(xué)家在觀測(cè)比鄰星b是否會(huì)通過(guò)比鄰星的前方。若如此，比鄰星亮度的下降可能會(huì)揭示這顆行星的半徑，從而了解其質(zhì)量和密度，而經(jīng)過(guò)其大氣層的恒星星光則可以告訴我們它是由什么構(gòu)成的。但簡(jiǎn)單的幾何學(xué)使這樣的“過(guò)渡”很難發(fā)生——僅有1.5%的幾率，到目前為止的探測(cè)仍未獲得結(jié)果�，F(xiàn)在，科學(xué)家需要等待為未來(lái)10年設(shè)計(jì)的更好的空間和地面望遠(yuǎn)鏡。

3、人工智能?chē)�棋�?chǎng)顯身手

今年，人工智能（AI）經(jīng)過(guò)了重要的里程碑，被稱(chēng)為“阿爾法狗”（AlphaGo）的程序在5場(chǎng)比賽中擊敗了世界第二圍棋高手。這并非AI首次在游戲中戰(zhàn)勝人類(lèi)。20年前，IBM的深藍(lán)計(jì)算機(jī)曾在圍棋游戲中擊敗Garry Kasparov，并在隨后一年的6場(chǎng)游戲中擊敗這位世界冠軍。但其類(lèi)似之處也僅限于此。

圍棋的規(guī)則比象棋更加直接：你要做的是將同色棋子放在圍棋網(wǎng)上，通過(guò)圍繞對(duì)手的棋子占領(lǐng)地盤(pán)。但這種簡(jiǎn)單性和開(kāi)放性導(dǎo)致參與者需要考慮非常多的步驟，比已知宇宙中的原子更多。這使得像深藍(lán)一樣的AI采取方法擊敗圍棋選手時(shí)，需要依賴(lài)圍棋專(zhuān)家的手動(dòng)編碼策略來(lái)評(píng)估每個(gè)可能的步驟。

與此相反，由谷歌公司位于倫敦的子機(jī)構(gòu)深層思維設(shè)計(jì)的“阿爾法狗”研究了人類(lèi)之間進(jìn)行的千萬(wàn)次圍棋游戲，并用那些落子步驟作為其學(xué)習(xí)算式的數(shù)據(jù)。然后“阿爾法狗”會(huì)自己再玩一次，或是玩一些略有不同的版本，利用一種叫作深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的策略對(duì)下棋戰(zhàn)略進(jìn)行反復(fù)錘煉。最終的結(jié)果是AI不僅戰(zhàn)勝了蠻力計(jì)算，而且采用了一些類(lèi)似人類(lèi)直覺(jué)的東西。

4、殺死老細(xì)胞永葆年輕

價(jià)格高昂的整形外科不會(huì)停止你的衰老，膳食補(bǔ)充劑、睪丸素注射或是那些宣稱(chēng)會(huì)讓你看起像21歲的抗皺霜都不會(huì)。但今年，研究人員證明了一種方法能夠延緩時(shí)間帶來(lái)的破壞，至少在大鼠中如此。當(dāng)他們選擇性地清除掉破壞的細(xì)胞時(shí)，這些動(dòng)物壽命會(huì)更長(zhǎng)，而且變老后還會(huì)更加健康。

科學(xué)家靶向的這些衰弱細(xì)胞經(jīng)歷了部分停工，即衰老，它們因此喪失了分化能力。研究人員認(rèn)為細(xì)胞衰老能夠阻止致癌細(xì)胞生成腫瘤，但它也會(huì)加速衰老。隨著人們變老，越來(lái)越多的細(xì)胞會(huì)停止繁衍，從而奪去人們的組織替換死亡細(xì)胞或受傷細(xì)胞的能力。衰老細(xì)胞還會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致諸如異常細(xì)胞增長(zhǎng)和發(fā)炎等問(wèn)題。

首項(xiàng)研究表明，清除衰老細(xì)胞能夠帶來(lái)健康和長(zhǎng)壽的益處，至少對(duì)于中年小鼠是這樣，相關(guān)成果于今年2月發(fā)表。這些動(dòng)物的心臟和腎臟退化減緩，它們直到生命末期才出現(xiàn)腫瘤。一些與年齡相關(guān)的衰老，如記憶和肌肉協(xié)調(diào)性并未減輕。然而，這些嚙齒類(lèi)動(dòng)物的壽命比其未經(jīng)治療的同類(lèi)延長(zhǎng)了20%。10月份，該團(tuán)隊(duì)又瞄向了聚集在動(dòng)脈斑塊免疫細(xì)胞中的衰老細(xì)胞，清除小鼠體內(nèi)這些可能導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的細(xì)胞能使小鼠動(dòng)脈中的脂肪堆積減少60%。

5、會(huì)“讀心”的類(lèi)人猿

今年，大猩猩展示了讀心術(shù)，而這種能力過(guò)去據(jù)認(rèn)為僅有人類(lèi)掌握。這種被稱(chēng)作“心智理論”的能力可以了解他人的欲望、意圖和知識(shí)。一些測(cè)試表明，人類(lèi)的近親具有足夠的洞察力欺騙同類(lèi)大猩猩或是了解其他同類(lèi)的動(dòng)機(jī)。但在此之前，它們一直未能勝任需要能力判斷其他人擁有錯(cuò)誤信念的任務(wù)。

在經(jīng)典的錯(cuò)誤信念實(shí)驗(yàn)中，一名兒童會(huì)看到有人在一個(gè)盒子中藏了一塊巧克力然后離開(kāi)了屋子。然后另一人溜進(jìn)來(lái)，在其他的地方藏了糖果。那么，第一個(gè)人會(huì)在哪里尋找目標(biāo)呢？那些猜測(cè)“在第一個(gè)盒子里”的兒童會(huì)通過(guò)測(cè)試：通過(guò)被稱(chēng)作讀心術(shù)的能力，他們意識(shí)到第一個(gè)人擁有錯(cuò)誤信念。這種技能被認(rèn)為對(duì)欺騙、憐憫、教化以及利用語(yǔ)言等非常重要。

今年，研究人員通過(guò)大猩猩、倭黑猩猩和猩猩等進(jìn)行了另一個(gè)版本的實(shí)驗(yàn)，這些靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物觀看一個(gè)關(guān)于金剛的電影，內(nèi)容是金剛從人那里偷了一塊巖石并將其藏在兩個(gè)箱子中的一個(gè)內(nèi)。一個(gè)男人知道了，但當(dāng)金剛威脅他的時(shí)候他跑開(kāi)了。當(dāng)他跑了以后，金剛也離開(kāi)了這個(gè)石塊。問(wèn)題是，當(dāng)這名男性再次歸來(lái)時(shí)，他會(huì)在哪里找石頭？

研究人員利用紅外眼動(dòng)技術(shù)觀察猩猩們的注意力聚焦在哪里。結(jié)果，幾乎所有猩猩全都注視著這名男性一開(kāi)始錯(cuò)誤地認(rèn)為石塊隱藏的地方。不過(guò)，并非所有人都相信這一研究結(jié)果，但隨后的研究可能會(huì)不僅僅局限于大猩猩。眼睛跟蹤方法還可用于其他動(dòng)物的面部。

6、計(jì)算軟件設(shè)計(jì)人工蛋白

蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)。它們會(huì)加速重要的化學(xué)反應(yīng)，讓肌肉用力，使細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)部交流，還可以防止細(xì)菌�？紤]到蛋白質(zhì)的這些特性，研究人員一直希望培育蛋白。他們已經(jīng)通過(guò)對(duì)有機(jī)體DNA編碼進(jìn)行小的改變，從而對(duì)很多現(xiàn)存蛋白質(zhì)進(jìn)行了修飾，今年，研究人員將蛋白質(zhì)修飾提高到一個(gè)新水平：他們創(chuàng)建了一套不同于自然界發(fā)現(xiàn)的任何蛋白的設(shè)計(jì)蛋白，為新藥和新材料做好了鋪墊。

從頭設(shè)計(jì)新蛋白一直是一個(gè)“中或不中”的難以確定的事。編寫(xiě)任何想要的DNA編碼都很容易，但研究人員并沒(méi)有辦法知道由這種DNA編碼的氨基酸新鏈條如何折疊成復(fù)雜的三維形狀。這是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閷?duì)于蛋白來(lái)說(shuō)，形狀決定功能。然而，近期計(jì)算生物學(xué)家已經(jīng)在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件方面做出了令人興奮的進(jìn)展，它們可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)蛋白如何折疊。這些進(jìn)展使今年的設(shè)計(jì)者蛋白成為可能。

今年2月，由華盛頓州的研究人員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)用這種程序設(shè)計(jì)了潛在的具有普適性的流感疫苗，它能夠同時(shí)激發(fā)對(duì)所有流感病毒株的免疫防御。7月，由參與上述研究的很多研究人員在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了能夠自我組合為空籠的蛋白，未來(lái)某一天，它可能被填滿藥物或是DNA片段，用于治療一些疾病。另一個(gè)團(tuán)隊(duì)利用類(lèi)似的程序制作了三維可折疊RNA分子，它呈現(xiàn)了類(lèi)似蛋白以及RNA蛋白復(fù)合物的折疊問(wèn)題，打開(kāi)了新研究的可能性。現(xiàn)在，研究人員希望利用這些技術(shù)創(chuàng)建從新生物感應(yīng)器到去除大氣二氧化碳的新方法。

7、實(shí)驗(yàn)室制出小鼠卵子

今年，日本研究人員用完全來(lái)自實(shí)驗(yàn)室器皿中培育的卵細(xì)胞制作出了幼鼠，這項(xiàng)研究賦予“試管嬰兒”新的含義。這種長(zhǎng)期以來(lái)追求的目標(biāo)向研究人員提供了一種研究卵子發(fā)育的新方法，并提高了幾乎用任何種類(lèi)的細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室中制作人類(lèi)卵子愿景的可能性，這些細(xì)胞包括那些經(jīng)過(guò)遺傳改變的部分。這種可能性激發(fā)了不孕不育療法的新希望，但它也讓設(shè)計(jì)者嬰兒的恐懼重新出現(xiàn)。

2012年，同一批研究人員進(jìn)行了第一步關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)：他們利用干細(xì)胞制作受精卵細(xì)胞。然而，那種方法仍然需要未成熟卵子被植入活體小鼠體內(nèi)，從而完成發(fā)育。今年，研究人員發(fā)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室中制作卵子的一種方法。他們并不需要將未成熟的卵子植入小鼠體內(nèi)，而是在采集自胎鼠卵巢的細(xì)胞簇內(nèi)培育它們。該團(tuán)隊(duì)隨后將這些實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的卵子與小鼠精子混合，并將其胚胎植入“養(yǎng)母”體內(nèi)。其中，僅有3%的胚胎生長(zhǎng)為完全的幼鼠，而這些幼鼠均成長(zhǎng)為可孕育后代的健康成體。

如果科學(xué)家能夠利用人體干細(xì)胞進(jìn)行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，那么它將能發(fā)展為一些不孕不育女性的新療法。它甚至還能夠?qū)�獲取子男性體內(nèi)的干細(xì)胞培育成卵子。

8、單次非洲移民潮讓人類(lèi)走向全球

人種的故事是由流浪的癖好驅(qū)動(dòng)的�，F(xiàn)代智人出生于非洲，并在距今10萬(wàn)年前擴(kuò)散到地球上的偏遠(yuǎn)角落，并與已經(jīng)生活在那些地方的人種遇見(jiàn)、混雜。但研究人員一直以來(lái)都在爭(zhēng)論現(xiàn)代人究竟何時(shí)及如何離開(kāi)非洲：是單一的移民潮，還是反復(fù)性的移民潮？

2016年，大量基因組數(shù)據(jù)表明大多數(shù)生活在非洲以外的人源于單次遷徙；此前任何遷徙行為均被最后一次大遷徙淹沒(méi)。在一系列三篇文章中，與土著居民合作的研究人員收集并分析了生活在世界各個(gè)偏遠(yuǎn)角落的許多人的基因組信息，其中包括此前鮮有采集的澳大利亞、巴布新幾內(nèi)亞和非洲的土著居民的樣本。他們跟蹤了記錄在這些DNA中的人類(lèi)的古分支。

其中一項(xiàng)研究分析了來(lái)自澳大利亞的83個(gè)基因組，當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期被認(rèn)為是一個(gè)與眾不同的分批次到達(dá)地點(diǎn)。DNA分析表明，與此前的推測(cè)相反，澳大利亞最初僅在一次遷徙中被定居下來(lái)。此外，澳大利亞土著居民和歐亞大陸居民的祖先大約在相同的間從非洲分散開(kāi)來(lái)，可能是在距今約7萬(wàn)年前，這表明它們是早期人類(lèi)在分開(kāi)之前單獨(dú)一批走出非洲。另一項(xiàng)研究分析了來(lái)自142人的基因組，他們也報(bào)告了古人是一次性地走出非洲，隨后在距今約5萬(wàn)年前分化為在不同地方的“非非洲人”，不過(guò)其確切時(shí)期并不明確。

第三項(xiàng)研究分析了來(lái)自125人的379個(gè)基因組，也報(bào)告了同樣的遷徙模式，僅有一處轉(zhuǎn)折：僅有月2%的巴布新幾內(nèi)亞人的基因組可能源自更早走出非洲的一批人，距今或約10萬(wàn)年前。

9、納米孔基因測(cè)序技術(shù)領(lǐng)風(fēng)騷

今年，由于一種基因測(cè)序手持設(shè)備可廣泛獲取，基因測(cè)序正在成為生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)普遍工具，在實(shí)驗(yàn)室、野外均是如此。它已經(jīng)產(chǎn)生了一系列研究論文。

這種設(shè)備利用一種叫作納米孔測(cè)序的突破性技術(shù)直接讀取DNA信息：當(dāng)一系列DNA通過(guò)一個(gè)狹小的孔時(shí)，這些基質(zhì)能夠通過(guò)一種獨(dú)特、可讀的方式改變離子電流。與傳統(tǒng)測(cè)序相比的優(yōu)勢(shì)在于，這種納米孔測(cè)序儀的啟始成本價(jià)格相對(duì)較低，它在理論上能夠解譯長(zhǎng)度無(wú)限的DNA；基因組不需要被切斷，這些序列最后可以通過(guò)計(jì)算機(jī)整合。而且因?yàn)樗�快速、便攜，該設(shè)備能夠在幾小時(shí)內(nèi)測(cè)出序列，可被用于生物監(jiān)控、臨床診斷以及區(qū)域疾病疫情調(diào)查等領(lǐng)域。

納米孔測(cè)序已經(jīng)發(fā)展了數(shù)年，經(jīng)過(guò)一年多的貝塔測(cè)試之后，英國(guó)牛津納米孔技術(shù)公司今年開(kāi)始在市場(chǎng)上推動(dòng)首批設(shè)備。目前，基于相關(guān)設(shè)備的30多篇論文已經(jīng)被上傳到生物預(yù)印本網(wǎng)站bioRxiv上。

研究人員可在數(shù)小時(shí)內(nèi)分辨出埃博拉病毒和其他病毒、對(duì)腸道內(nèi)的微生物進(jìn)行測(cè)序以及解析5300萬(wàn)的玉米真菌蟲(chóng)害基因組單位等，研究人員在12月初宣布，還用它對(duì)人類(lèi)基因組進(jìn)行了測(cè)序。國(guó)際空間站的宇航員甚至也用它對(duì)土壤中的微生物混合體進(jìn)行了測(cè)序。長(zhǎng)期從事這項(xiàng)工作的研究人員指出非常鮮少見(jiàn)到類(lèi)似的進(jìn)展發(fā)表于同行評(píng)議文章中，但一些人卻認(rèn)為今年是測(cè)序技術(shù)的轉(zhuǎn)變之年，它讓那些從未想過(guò)自己可以進(jìn)行基因研究的人產(chǎn)生了更多的遐想。

10、超透鏡帶來(lái)大前景

玻璃透鏡是人類(lèi)最早期的高科技發(fā)明之一。它們讓伽利略能夠看得到木星的衛(wèi)星，讓安東尼·凡·列文虎可觀察微生物，讓數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人可以更清楚地看這個(gè)世界。但今天的透鏡還在以與幾個(gè)世紀(jì)之前同樣的粗糙方式在生產(chǎn)，通過(guò)打磨和拋光玻璃以及其他透明材料使其聚光且不產(chǎn)生色差�，F(xiàn)在，透鏡技術(shù)正在向前邁進(jìn)一大步。今年，研究人員利用計(jì)算機(jī)芯片—模式技術(shù)制作了首批超級(jí)材料透鏡或超透鏡，它們能夠聚焦整個(gè)可見(jiàn)光光譜。因?yàn)槌�透鏡制造價(jià)格低廉，比紙更薄，而且比玻璃輕得多，它們將為從顯微鏡到虛擬設(shè)備、相機(jī)（包括你智能手機(jī)的相機(jī)鏡頭）等領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命。

超材料由一系列微小的柱狀、環(huán)狀及其他材料結(jié)構(gòu)組成，它們可在光波通過(guò)時(shí)對(duì)其產(chǎn)生作用。近年來(lái)，研究人員已設(shè)計(jì)了基于超材料的“隱形盾”，它能讓光避開(kāi)物體，此外還有濾光器和天線等。但超透鏡最早獲得的成功僅在紅外光以及其他較長(zhǎng)的光波波段，這種模式技術(shù)對(duì)于從透明材料到可見(jiàn)光并不能發(fā)揮作用。

今年，研究人員弄清了如何用傳統(tǒng)的芯片—模式技術(shù)，即原子層沉積技術(shù)，精確地排列柱狀二氧化鈦陣列模式，這些柱狀物僅有600納米高，它們?cè)诳梢?jiàn)光下是透明的，能聚焦并使物體放大170倍。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)用超透鏡制作全息圖以及進(jìn)行詳細(xì)的光譜學(xué)，驗(yàn)證了它們的特性，為其他潛在的應(yīng)用打開(kāi)了路徑。（馮麗妃）