2018年震撼世界的12大科学事件：AlphaZero、基因编辑入选 ｜《卫报》评选

来源：theguardian

转自：新智元

英国《卫报》邀请12名科学家，选出2018年12项最重要的科学突破和发现，包括横扫围棋、国际象棋和将棋的棋类AI AlphaZero，仅从遗传序列预测蛋白质三维结构的AlphaFold、基因编辑香蕉、对抗塑料污染、了解人类基因等。

“海上游牧民族”帮助我们了解自然选择的秘密

一名巴瑶族潜水者 摄影：Timothy Allen

深吸一口气。潜入翠绿色的水里。离你的午餐还有13分钟，70米。你死了吗？如果你是东南亚的巴瑶族(Bajau)，你就不会这么想了。1000多年来，这些海洋游牧民族一直像这样自由潜水，依靠的是他们卓越的生理机能，以及我们在4月份了解到的，他们的基因。人类在5万年前离开非洲，遇到了需要适应才能生存的新环境。适应主要是文化上的——建造庇护所，生火，决定吃什么，以及代代相传。但与此同时，自然选择也掌握了有利的基因突变。

如今，寻找驱动适应性的基因变化已经变得容易得多，基因组测序已经变得成本低廉，今年对巴瑶族人的一项研究就是一个很好的例子。超声波扫描显示，巴瑶族人的脾脏增大——这个被忽视的器官的反射性收缩有助于在潜水过程中将含氧红细胞泵入血液循环。

研究人员对巴瑶族人的基因组进行测序，并将其与非潜水民族的基因组进行比较，结果发现，基因显示出自然选择的特征，其中一种基因与脾脏大小特别相关。了解潜水反应在急性缺氧(A&E常见的杀手)中具有医学应用。

Mark Jobling，莱斯特大学遗传学教授

全球终于采取行动来对抗塑料污染

在肯尼亚首都内罗毕的丹多拉贫民窟的垃圾场里，一名男子扛着一袋塑料瓶子。称重后，这些瓶子将被回收。摄影: Ben Curtis/AP

在今年关于塑料废物的海啸般的坏消息中，有一个小小的好消息。今年4月，英国非盈利组织促成了一项协议，到2025年，100%的塑料包装都将是可回收、可重复使用或可堆肥的。这项协议被称为“英国塑料公约”(UK plastic Pact)，它的承诺意义重大，因为它不是来自政府，而是由企业和组织组成的团体提出的，包括超市、咖啡连锁店、品牌商、制造商、废物处理公司和地方政府。

这些组织联合起来解决这个问题，主要是因为他们承受了巨大的公众压力。他们提议创造一种塑料循环经济，改变公司设计和使用塑料的方式。这对英国的环境来说是一个巨大的胜利，而且它也将产生全球影响，因为参与其中的许多公司——如可口可乐、联合利华和宝洁——都是跨国公司，产品销往全球各地。一旦英国创造出无污染的塑料包装循环经济，这些公司在世界其他地区推广这种经济的可能性就很高。

虽然仍有大量的工作要做，但我希望当我们的孩子们回首21世纪的环境灾难时，他们会发现2018年是塑料污染开始减少的一年。

Mark Miodownik，伦敦大学学院材料与社会学教授

遥远的公海有了新的防御者

 地中海的一艘金枪鱼捕捞船。摄影：Andreas Solaro

大多数人对公海不怎么了解。在遥远的地平线之外，它们从国家控制的终点开始，距离海岸200海里，覆盖了61%的海洋和43%的地球表面。这里很少有法律限制捕鱼；国家可以选择不加入那些已经存在的法律限制，而且许多活动由于偏远而被掩盖。但是，2018年可能标志着掠夺鱼类和屠杀海洋动物的自由的终结。

今年，“全球渔业观察”(Global Fishing Watch)揭开了公海上的面纱，首次将渔船和渔业公司暴露在审查之下。他们的工具基于来自船上的卫星传输来跟踪船只的运动，并使用机器学习根据船只的行为来确定船只在做什么。

今年我们了解到，公海捕捞仅占野生鱼类捕捞量的4.2%，其中64%的战利品仅流向五个富裕国家，而且如果没有公共补贴，这种捕捞渔业中大部分无法盈利。今年9月，联合国开始就一项保护公海野生动物的新条约进行谈判，为全球渔业观察组织能够帮助监管的海洋保护区铺平了道路。

Callum Roberts，约克大学海洋保护学教授

气候变化行动变得更加紧迫

去年11月，加州天堂镇森林大火的余波。在夏季和秋季，全球范围内野火的增加被归因于气候变化的影响。摄影：Josh Edelson

虽然用好的科学新闻来结束这一年总是件好事，但我觉得10月份联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的新报告非常重要，影响巨大，以至于其他一切都变得无足轻重。

10月8日，这份报告发表时震惊了全世界。报告表明，对话的时间已经结束，我们能够真正采取行动应对气候变化最糟糕影响的窗口正在快速关闭。报告称，“将全球变暖控制在1.5摄氏度以内，需要社会各方面进行迅速、深远和空前的变革”。

这份报告由来自40个国家的91名科学家和评论编辑撰写，有6000多篇科学文献和来自世界各地数千名专家的贡献。报告解释说，我们已经看到了全球变暖1摄氏度带来的后果：更极端的天气、海平面上升和北极海冰减少。报告强调，如果我们不立即采取行动，情况可能会变得更糟。

该报告评估了避免灾难需要采取的措施，以及可能产生的后果。但预兆并不好。全球二氧化碳排放量再次上升，否认气候变化的民粹主义领导人的受欢迎程度也在上升，这让一切变得更加困难。

Jim Al-Khalili，萨里大学理论物理学教授

人类的故事变得更加复杂

今年在婆罗洲发现的一幅石窟画。摄影:Pindi Setiawan

随着最古老的人类洞穴艺术的记录从德国转移到东南亚，欧洲在人类历史上的霸主地位有所动摇。今年11月，Nature发表了一项考古学研究：科学家称在婆罗洲的一个偏远洞穴里发现了一幅迄今已知最早的具象绘画，描绘了一只叫做“瓜哇牛”(banteng)的当地野生母牛。这幅画年代至少有4万年，略早于德国Hohlenstein Stadel的狮子人雕像。

今年9月，南非布隆伯斯洞穴(Blombos Cave)出土了一块石片，上面用赭色蜡状物画着一个十字形图案。这块石片的年代可以追溯到7.3万年以前，不过这些图案还不足以被认定为“画作”。

所有这些人工制品都表明，在世界各地，出现了所谓的行为现代性的人类思想。但这并不仅限于智人。在西班牙坎塔布里亚海岸，一头牛和其他一些神秘形象的抽象画被发现在一堵洞穴墙上。今年2月，人们发现那幅画有65000年的历史，尽管这个数字还存在争议。当时西班牙北部唯一的人种是尼安德特人。

Adam Rutherford博士，Radio 4《科学内幕》节目主持人

畜牧业对生态系统的影响得到了体现

委内瑞拉圣西尔维斯特牧场里的奶牛。摄影：Federico Parra

我儿子小的时候，他有一张羽绒被，上面画着世界各地的动物。他睡在五颜六色的老虎、大象和袋鼠的图案里。然而，如果这张羽绒被代表所有哺乳动物的体重，那么世界上所有的野生哺乳动物只占据枕头套的一角。这个令人震惊的事实是我在今年早些时候发表的“对地球生命生物量的详细分析”一文中得到的主要信息。人类和牲畜(主要是牛和猪)占地球上哺乳动物生物量的96%。同样，家禽(主要是鸡)的重量是所有野生鸟类重量总和的三倍。

这些严峻的统计数据有助于我们了解人类在多大程度上主宰着生态系统。虽然野生动物纪录片仍用野生动物在野外的精彩画面震撼着我们，但这些地方正在缩小。几乎在所有地方，你最可能遇到的大型哺乳动物是人或牛。我希望提醒这一点能帮助社会采取行动，确保未来的孩子们不会生活在一个只能通过图片了解野生物种的世界。

Julia Jones，班戈大学保护科学教授

基因编辑开始培育更好的香蕉

香芽蕉是世界上出口最广的香蕉品种。摄影：Jacek Sopotnicki

基因编辑是生物技术的一个突破，尤其是在作物改良方面。科学家们最喜欢的Crispr/Cas9方法可以对单个基因进行精确的改变，甚至可以改变遗传密码的单个“字母”。这种方法快捷、简单，而且用途广泛。2018年一个备受关注的新闻是欧洲法院的一项裁决，即基因编辑过的作物必须接受与传统基因工程方法相同的繁琐监管，尽管Crispr突变与整个自然界中发现的突变没有什么不同。植物育种者迫切要求推翻这一决定，以便农民和消费者能够从水果、蔬菜和田地作物的改良中获益。

与此同时，他们抓住Crispr提供的机会，改造作物生产过程。2018年，印度和澳大利亚的科学家团队宣布，他们成功编辑了香蕉的基因组。这将拯救这种世界上最受欢迎的水果免受疾病的威胁。香蕉改良面临两大挑战。一是单一栽培：香芽蕉是超市里最受欢迎的香蕉品种，但世界各地的香芽蕉种植园都容易受到黄叶病的影响。对于其他作物，杂交可能产生抗病品种，但香蕉花是不育的，这是第二个挑战。基因编辑提供了一种令人兴奋的前景，科学家们将最终能够制造出一种抗病香蕉。

James Brown，英国John Innes Centre作物遗传学主管

流产原因研究取得突破性进展

滋养层细胞的显微镜图像。照片:Margherita Yayoi Turco

任何经历过流产的女性都可能会担心自己做错了什么；怀孕末期的妇女如果患上严重的先兆子痫，她会想知道为什么这种病特别折磨自己。这两种情况，虽然很常见，而且伴随着痛苦，都可能是由胎盘问题引起的。但这很难确定，因为很难有现成的人体胎盘用于研究。

剑桥大学的一个科学家团队取得了一项突破性进展，他们创造出了一种3D的“类器官”，其细胞簇来自流产胎儿的胎盘。这些细胞已经被证明可以生长并产生蛋白质，足以模拟妊娠试验产生的阳性结果。这种直径只有一毫米甚至更小的小型胎盘有望最终解释导致胚胎未正确植入子宫的发育异常的起源。对许多女性来说，解决这个问题可能会带来变革。显然，从创造第一个微型胎盘到回答这些基本问题还有很长的路要走，但这项研究似乎向前迈进了关键的一步。

Athene Donald, 剑桥大学实验物理学教授

登陆小行星

这张照片由隼鸟2号探测器拍摄于小行星“龙宫”的表面

今年6月，日本航空航天研究开发机构(JAXA)的“隼鸟2号”(Hayabusa2)探测器与2.8亿公里外的一颗名为“龙宫”(Ryugu)的近地小行星会合。最初传回的照片显示，一块奇怪而美丽的钻石形岩石穿过太空。9月末，隼鸟2号探测器将两辆漫游车投放到“龙宫”表面。上面这张照片是第一张从小行星表面传回来的照片。隼鸟2号还将采集岩石样本，这些岩石样本可能会揭示地球上水和有机化合物(甚至生命)的潜在来源，但这一过程将是漫长而危险的——预计要到2020年12月才能返航。

Pete Etchells，Bath Spa大学心理学家

对疫苗的恐惧导致旧病死灰复燃

一名巴基斯坦卫生工作者在白沙瓦为一名儿童接种疫苗。摄影:Muhammad Sajjad

今年出现了一些发人深省的科学故事，尤其是由于“疫苗犹豫”(vaccine hesitancy)现象和反疫苗的日益政治化，麻疹等可预防疾病的病例有所增加，有时甚至是致命的。直到20世纪60年代，许多人仍然目睹过麻疹、风疹和百日咳的潜在灾难性影响，并且对开发预防这些疾病的疫苗有巨大的需求。疫苗的引入大大降低了感染的发生率，现在已经很少有人感染这些疾病。现在我们看到，由于疫苗犹豫，可预防的疾病，如麻疹又死灰复燃。虽然没有一个明确定义的反疫苗团体，但出现了六个主题：

1. 控制：我们可以通过其他方式重新控制我们自己的身体。

2. 养育方式：避开主流医学，选择“自然”疗法。

3. 过去：以前的不良医疗经历或接种疫苗的不良经历影响了人们的观念。

4. 风险：对疫苗接种风险与疾病风险的误解。

5. 对化学品的恐惧：担心疫苗会引入有毒化学品。

6. 对政府机构和企业的不信任。

通过倾听人们的意见，可以开始理解他们犹豫的背后隐藏着什么原因。可预防疾病的再次出现，鲜明地提醒人们，不信任、混乱和不良信息是如何传播的，并强调了该领域专家与公众进行对话和倾听的重要性。

Sheena Cruickshank，曼彻斯特大学生物医学科学教授

人工智能变得更加智能

AlphaZero取得了举世瞩目的成绩

人工智能在2018年继续取得长足进步。“深度神经网络”和“强化学习”解决复杂问题的能力已经迅速发展。今年有两个里程碑引人注目：AlphaZero和AlphaFold，均来自总部位于伦敦的AI公司DeepMind。AlphaZero是AlphaGo的最新版本。2016年，AlphaGo在一系列备受瞩目的比赛中击败围棋冠军李世乭，使DeepMind一举成名。

AlphaGo通过训练一个深度神经网络来预测棋局位置的值，利用数百万场过去的比赛作为训练数据。AlphaGo Zero后来改进了这一点，它完全是通过自我对弈来学习的。AlphaZero通过训练一个单独的网络(同样是完全通过自我下棋，没有任何游戏特定的知识)，在三种不同的棋类游戏(围棋、国际象棋和日本的将棋)中取得了最好的成绩。

这一令人瞩目的成就也让我们窥见了新的“机器式”思维方式：正如国际象棋大师马修•萨德勒(Matthew Sadler)所言，“这就像发现了一位过去的伟大棋手的秘密笔记”。AlphaFold采用同样的方法，超越了棋盘游戏，解决了一个真正重要的实际问题：仅从遗传序列预测蛋白质的三维结构。DeepMind再次取得了世界领先的成果，为生物学和医学带来了重要的影响，并展示了AI如何被用于科学发现本身。

Anil Seth，苏塞克斯大学认知和计算神经科学教授

离找到反物质更近一步

CERN阿尔法实验的Jeffery Hangst教授。照片：Maximilien Brice/CERN

当原子内部的电子跳跃时，原子会发射并吸收光。这种光的频率具有原子类型的特征——一种独特的条码。阅读这些条码可以告诉我们恒星、星系以及它们之间的稀薄气体中存在哪些元素。

但是有一件事我们不知道，那就是为什么周围没有更多的反物质(antimatter)。反物质是在放射性衰变和粒子碰撞中产生的；经常被用于医学诊断。但是等量的反物质和物质总是同时被创造和毁灭。所以如果我们周围的物质是在大爆炸中产生的，那么应该会有等量的反物质。那么它在哪里呢?

今年在欧洲核子研究中心(CERN)进行的ALPHA实验收集并控制了反电子和反质子，以制造和储存足够的反氢(anti-hydrogen)。他们首次发现了用来追踪星系间氢的关键标识符之一——所谓的“萊曼α线”。正如预测的那样，这条线与氢的线在同一位置。这让我们对宇宙的认识有了更坚实的基础。随着项目的进展，研究人员将寻找物质和反物质之间的微妙差异，这可能有助于解释反物质的去向。

Jonathan Butterworth，伦敦大学学院物理学教授

原文链接：

https://www.theguardian.com/science/2018/dec/23/the-science-stories-that-shook-2018-genetics-evolution-climate-change-artificial-intelligence

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