果壳网科学人2016年度十大科学突破榜单，今年份的科学前沿全在这儿了！
中国春节正月初四，一个由1000多位科学家组成的LIGO科学合作组织宣布：“We did it！”，在世界的一片惊诧和惊喜之中，拉开了2016年科学大发现的序幕：人类第一次捕捉到了来自13亿光年外双黑洞合并引发的时空“涟漪”。
除了接收到来自宇宙的新信息，这一年，人类撒向太空的种子遍地开花，科学家们探索了遥远星球大气的成分，“看”见了“暗物质星系”，发现了卫星冰壳下的海洋，还找到了离人类更近的宜居星球。
这一年，一只被昵称为“阿法狗”的AI，打败了两位人类顶级围棋手，人类用失败宣告了胜利，人工智能的崛起迈出了里程碑式的一步。
这一年，科学家在谨慎中尝试着对人类自身生命的探索，升级版的人工合成生命体问世，第一个“三亲”宝宝降生，对人类胚胎基因的编辑也获得了批准。
浩瀚的人类历史长河里，这一年只是短短的一瞬。每年的盘点与回望，都让我们振奋也迷茫，科学的突破与进展，还将把人类带向何方？
科学早已为2017年准备好了下一段征途。
果壳网科学人
TOP10
发现
4个新元素被发现
化学元素周期表第七行被填满
本月初，国际纯化学和应用化学联合会（IUPAC）正式通过决议，将113号新元素命名为Nihonium（元素记号Nh）。自此，元素周期表中正式迎来了首位由非欧美国家命名的元素。图片来源：www.visionlearning.com
2015年12月30日，国际纯化学和应用化学联合会（IUPAC）确认了113号、115号、117号和118号四个新元素的发现。2016年6月，IUPAC宣布这四个新元素被正式加入到元素周期表中。自此，元素周期表第七行被填满。
依照命名传统，发现者对新元素有命名决定权。IUPAC将115、117和118号元素的发现归功给了一支来自俄罗斯和美国的合作团队，将113号元素的发现归功给了一支日本团队。最终，这4个新元素被命名为：
· 第113号元素Nihonium，元素符号Nh
· 第115号元素Moscovium，元素符号Mc
· 第117号元素Tennessine，元素符号Ts
· 第118号元素Oganesson，元素符号Og
新元素的发现，再一次用观察数据证实了科学理论，让人类依据元素周期表所做的预测更为可信；同时，也为将来制造更重、更有用的新元素打下了坚实的基础。
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TOP9
历史
琥珀里的真恐龙
链接鸟类和恐龙的新证据
琥珀中的恐龙标本（左）和该标本所属的恐龙复原图（右，局部）。图片来源：左：Royal Saskatchewan Museum (RSM/ R.C. McKellar)；右：Cheung Chung-tat
2016年12月，一条来自琥珀中的恐龙尾巴震惊了世界。来自多个国家的古生物学研究团队，第一次找到了非鸟类恐龙的琥珀标本。这项由中国和加拿大研究者合作的研究，在一块琥珀中发现一截毛茸茸的尾巴。这段尾巴展开后长约6厘米，包含了至少8枚完整的尾椎。科学家们推测尾巴的主人是手盗龙类，生活于距今约9900万年前。不同于以往发现的骨骼化石，琥珀中的动物标本能够提供大量的细节，比如恐龙尾巴上的羽毛。这为探索羽毛演化发展模式提供了线索。
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琥珀里有蚊子有啥了不起，来看琥珀里的恐龙！
http://www.guokr.com/article/441886/
TOP8
谨慎
CRISPR-Cas9和“三亲”婴儿
人类胚胎基因研究技术在争议中谨慎前行
体外人工授精。接受线粒体置换的胚胎，将具有父母及线粒体捐献者三方的DNA，因而被成为“三亲婴儿”。图片来源：Alamy/Telegraph
2月，英国生育和胚胎学管理局（HFEA）宣布，伦敦的科学家已获得以研究为目的编辑人类胚胎基因组的授权。英国成为第一个允许人类胚胎基因编辑的国家。获得批准的科学家为伦敦弗朗西斯·克里克研究所的发育生物学家凯西·尼亚坎（Kathy Niakan）团队，他们希望利用CRISPR-Cas9技术对健康人类胚胎进行编辑，以了解为什么一些妊娠会终止。
4月，世界上第一个“三亲”宝宝在墨西哥诞生。“三亲”婴儿，指婴儿同时带有三个人的遗传物质。婴儿除携带父母的DNA外，还拥有来自捐献者的线粒体DNA。“创造”这个“三亲”宝宝的团队负责人是纽约新希望生殖医学中心（New Hope Fertility Clinic）的医师张进，他表示这名男婴健康状况良好，但并没有透露多少其他信息。健康“三亲”宝宝的诞生令人欣慰，但研究团队的做法也引来了广泛的伦理争议。干预人类胚胎的技术可以拯救生命，但在临床应用之前，也必须经过谨慎的评估与审视。
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世界上第一个“三亲”宝宝已经诞生了
http://www.guokr.com/post/758340/
TOP7
探索
最近普适共同祖先携带的355种基因确定
生命起源探索的重要一环
细菌，古菌，和真核生物最早的共同祖先，被称为“LUCA”，即最近普适共同祖先。图片来源：revistatransilvania.ro
2016年7月，科学家宣布找到了最近普适共同祖先LUCA（Last Universal Common Ancestor）的355个基因。LUCA可能是生活在40亿年前无氧环境中的喜热微生物，并且依赖氢气为生。这有力地支持了先前的假说：地球生命起源于类似海底火山周围的那些深海热泉。目前为止的遗传学研究发现了有关LUCA的一些十分诱人的线索。大部分证据都暗示，LUCA也和现代细胞一样，用DNA储存遗传信息；也会制造蛋白质，并使用ATP作为能量来源。加州大学洛杉矶分校的进化生物学家詹姆斯·莱克（James Lake）称这一新研究“令人瞩目”，“往前迈了重要一步”。尽管LUCA早已仙逝，与它最为邻近的亲戚们也许仍和我们一起生存在这地球上。
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TOP6
想象
成功诱导活细胞生成碳-硅键
2016年11月，科学家成功诱导活细胞生成碳-硅键产物，第一次证明硅元素能够参与到自然界的生命活动中。
硅与碳虽然性质相似，但对绝大多数生物而言，并没什么用。即便像硅藻这样可以利用硅酸盐或二氧化硅构建自己外骨骼的生物，也不能把硅元素分离出来加以利用。诱导活细胞生成碳-硅键，不仅大大提高了合成碳-硅键的效率与安全性，也为借助自然之力提升化工生产技术水平打开了新的思路。这项研究也展示了演化中，自然适应新挑战的速度之快。这或许就意味着，如果某一天环境剧变，地球上突然多出了很多有机硅小分子，那么也许只需要几年时间，实验中所用到的海洋红嗜热盐菌，就能演化出利用硅的能力——而工具是一种功能原本与此八竿子打不着的蛋白质。
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眼睛，鞭毛，有机硅：自然如何“无中生有”？
TOP5
突破
从超级地球到土星卫星
空间探索大突破
距离地球40光年的巨蟹座55 e，大气主要由氢和氦构成，不含水蒸气，却可能含有一定的氰化氢。这是天文学家首次测出了一颗超级地球的大气成分。图片来源：ESA/Hubble, M. Kornmesser
2月，天文学家在《天体物理期刊》（Astrophysical Journal）上发表了对太阳系外行星巨蟹座55 e大气成分的分析结果，这是人类第一次有能力分析一颗超级地球的大气层成分。5月，NASA的研究者们宣布SOFIA（Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy）天文台在火星大气层中探测到氧原子，这距离上世纪70年代首次探测到氧原子已过去40年。8月，天文学家们在距离地球3亿光年外的蜻蜓44星系中发现了大量暗物质的存在，这是目前天文学家发现的质量最大、暗物质比例最高的星系。同月，欧洲南方天文台（ESO）宣布，在半人马座比邻星（Proxima Centauri）周围发现了一颗位于宜居带内的行星。9月，比利时皇家天文台发布公告称，根据数据推测，在土卫四（Dione）冰壳下存在一个深度达数万米的地下海洋。这是继土卫二和土卫六后，第三颗被发现有海洋存在的土星卫星。人类撒向太空的种子，正在逐渐开花。
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TOP4
未来
最新疗法延长早衰小鼠寿命
普通衰老小鼠的肌肉细胞状态（左）和接受了重编程的衰老小鼠的肌肉细胞状态（右）。图片来源：
Juan Carlos Izpisua Belmonte Lab /Salk Institute
2016年12月，索尔克研究所的科学家宣布了一种新的基因疗法使得早衰小鼠的寿命延长了30%。这项发表在《细胞》上的研究表明，通过周期性诱导Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc四种“山中因子”的短期表达，研究者能够减轻早衰症小鼠模型的衰老症状，并延长它们的寿命。在年龄较老的野生型小鼠中，类似的操作也能够减轻代谢疾病和肌肉损伤的症状。
TOP3
AI
AlphaGo战胜世界顶级围棋选手
人工智能里程碑的一步
1月28日，名为“阿尔法围棋”（AlphaGo）的人工智能，在没有任何让子的情况下以5:0完胜欧洲冠军、职业围棋二段樊麾。面对谷歌围棋AI，人类最后的智力骄傲即将崩塌。上图为AlphaGo与欧洲围棋冠军樊麾的5局较量。图片来源：David Silver, et al. "Mastering the game of Go with deep neural networks and tree search." Nature doi:10.1038/nature16961
2016年3月，人工智能程序AlphaGo战胜围棋世界冠军李世乭。这是人工智能程对弈人类职业棋手的又一次胜利。AlphaGo是Google旗下DeepMind公司开发的计算机程序，开发团队将改进的蒙特卡洛决策树算法与深度神经网络算法相结合的方法构建了AlphaGo最终的学习系统。其中，深度神经网络由一个多达12层的包含上百万个神经元节点的神经网络构成。可以说AlphaGo的研发是当今人工智能领域各类技术的集大成者，体现了人工智能技术的最高水平。
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TOP2
“上帝”
科学家制造出最简单的人工合成生命体
人类成为造物者的第一步
在Syn3.0的473个基因中，159个基因与基因组信息的表达（蓝色）有关，34个基因与基因组信息的维持（红色）有关，84个基因涉及细胞膜结构和功能（黄色），81个基因涉及细胞代谢（紫色），79个基因的功能则无法归类（蓝绿色）。图片来源：Clyde A. Hutchison III, et al. Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science Vol. 351, Issue 6280, DOI: 10.1126/science.aad6253
2016年3月，遗传生物学家文特尔宣布他的团队在实验室中用473个基因创造了一种新的生物——辛西娅3.0（细菌JCVI-syn3.0）。这种细菌所包含的是目前已知的维持生命活动所必需的最少数量的基因。这是目前人类能够制造的最简单的生命体。
辛西娅3.0已经不是人类第一次创造生物了。2010年，辛西娅1.0诞生。文特尔和他的同事就仿佛扮演了一回上帝的角色，构造出从未存在过的生命形式。辛西娅1.0的基因组有901个基因，以当时的技术，没有办法一次合成。经过不断地精简，他们最终成功，得到了仅仅含有473个基因的辛西娅3.0——最接近“生命基石”的基因组。
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人造细胞：活下来，最少需要几个基因？|科学人
TOP1
革命
LIGO引力波探测：人类认识宇宙的新方式
在爱因斯坦提出广义相对论整整一个世纪的历史性时刻，我们站在了一个新时代的起点：通过位于美国列文斯顿和汉福德的高新引力波探测器，人类有望在不远的将来捕捉到时空的涟漪，用一种前所未有的方式看待这个世界。图片来源：tech.qq.com
2016年2月，引力波天文台LIGO的科学家们宣布，人类首次直接探测到宇宙中的引力波信号及首次观测到双黑洞碰撞合并。这个被命名为GW150914的引力波于2015年9月14日被探测到。经过1000多位LIGO科学家连续数月对信号的分析，科学家们发现GW150914来自南天球，产生于13亿年前两个黑洞的合并，在合并的瞬间大约有3倍于太阳质量的物质转化为能量。引力波的发现证实了黑洞的存在，也是对广义相对论的重要检验。
如果说电磁波望远镜是人类的眼睛，那么引力波探测器就像人类的耳朵，从此，人类终于可以聆听来自宇宙的声音。
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（编辑：婉君、明天、吴欧；排版：Sol_阳阳）
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