《Science》发布 2023 年度十大科学突破

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发布来源：ScienceAAAS

整理：小博

《Science》期刊于1880年由著名发明家爱迪生投资创办，是世界顶级杂志之一，代表了人类自然科学研究的最高水平。该期刊每年都会评选出当年度的最大科学突破冠军，以及其他九项年度科学突破，这些研究被认为是一年中世界范围内最重大的科学发现、进展和趋势。2023年12月14日，《Science》杂志官网发布了今年的年度十大科学突破，小编也为大家精心整理了下来，让我们来看一下究竟花落谁家？

实至名归！
GLP-1药物登顶封面夺下本次冠军！

肥胖无论对于个人还是公共卫生都是一场危机，在美国，大约70%的成年人受到超重的影响，而在欧洲，也达到了50%的比例，肥胖对于健康的影响毋庸置疑，它被认为是II型糖尿病、心脏病、关节炎、脂肪肝和许多癌症的诱因，然而，从20世纪初以来，人们一直没有开发一种安全且成功高效的减肥药物。

GLP-1（胰高血糖素样肽-1）药物的出现则为降低肥胖率及治疗相关疾病带来了新的希望！这些GLP-1受体激动剂最初是为糖尿病而开发，可在显著减轻体重的同时，将副作用控制在较低水平。并且今年的临床试验发现，这些药物还可以缓解心力衰竭以及心脏病发作和中风的风险，这是强有力的证据证实这些药物除了对减肥本身之外还有其他的健康好处。也正是因为它所展现出的无限潜力和希望，《Science》期刊将GPL-1药物评选为2023年度十大科学突破冠军！

其余九项《Science》年度科学突破分别是：

01

地球的碳泵正在逐渐减速

南冰洋可以说是海洋的心脏，含盐的地表水沉入海底。下行的水从大气中吸收热量、氧气和二氧化碳，并将它们隔离在深渊中，在那里水慢慢向北扩散。它是全球翻转循环的主要组成部分之一，这种巨大的流动连接着世界上所有的海洋，帮助捕获了人类年碳排放量的三分之一。这一过程的激增或是减弱都将加剧气候变化的程度。

然而，今年的几项研究却表明，水泵正处于严重的危险之中，南极底层水域正在变暖，体积也正在缩小，且气候模型和浮标测量显示，自20世纪70年代以来，环流已经放缓了20%，深海水流从1992年到2017年减缓了~30%，虽然南极洲冰川融化产生的淡水很可能是主要原因，但到目前为止，这一现象的确切原因、以及人类在多大程度上推动了这种放缓、或者它会如何影响气候仍然未知。

来自威德尔海的稠密咸水有助于推动南大洋的深层环流，然而，南极的融水似乎正在减缓这股洋流。

A.TRAYLER-SMITH/GREENPEACE/PANOS/REDUX

02

安全生产法宣传周

地球上含有任何氢，这完全违背了传统的地质学知识。由于氢的能量丰富且具有反应性，研究人员认为在地壳中，大部分氢会被微生物吞噬或转化为其他化合物。它广谱性的存在引发了人们的猜测，即它是从地核泄漏出来的，或者是地壳中的放射性元素分裂水产生的。但许多研究人员认为，这是由水在高温高压下与富含铁的矿物反应产生的。

美国地质调查局一项未发表的研究表明，地球可能拥有1万亿吨氢气，足以满足数千年来对氢气作为燃料和肥料成分日益增长的需求。一些勘探者表示，提取氢气可能比用可再生电力制造“绿色氢能”更便宜，而这种方法也获得了数十亿美元的政府资助。但最大的问题是，地球上的氢气是否集中在企业可以经济开采的范围内。

北卡罗来纳州沿海的激光雷达地图显示了一公里宽的圆形凹陷，可能包含氢气的渗漏。

VIACHESLAV ZGONNIK

03

AI天气预报员即将现世

自现代计算机开发以来，它一直被用来预测天气。尽管这一尝试变得越来越复杂，现在提前几周做出了可靠的预测，但它的方法仍然是一样的：使用大量的计算能力来求解控制大气的流体动力学方程。在过去的一年里，人工智能已经开始改变这一现状。包括谷歌（Google）、华为（Huawei）和英伟达（Nvidia）在内的科技公司已经训练了人工智能模型，可以提前10天预测天气，其准确性可以与传统模型相媲美，甚至超过传统模型，而且计算成本要小得多。些“深度学习”模型不是求解方程，而是基于通过对40年来的天气进行训练所学到的模式来预测不久的将来，这些模式是通过世界顶级预报员欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的数值模型提供的观测所捕捉到的。一旦经过系统训练，这些模型可以在1分钟内在桌面上发布天气预测，而不是在超级计算机上运行2小时。

经过40年的天气数据和模型训练，人工智能现在可以以惊人的准确性预测飓风的路径。

ALEX GERST/NASA

04

对抗疟疾的新希望

疟疾是经按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所引起的虫媒传染病。寄生于人体的疟原虫共有四种，即间日疟原虫，三日疟原虫，恶性疟原虫和卵形疟原虫。疟疾到目前为止仍然是全球发病率最高的传染性疾病之一，幼年儿童发病率高，若治疗不及时则会导致死亡，据不完全统计，仅在撒哈拉以南非洲每年就有近47万人死亡。

今年，用疫苗击退疟疾的努力得到了双重推动。对世界上第一种名为Mosquirix的疟疾疫苗的大规模评估显示，它显著降低了幼儿的死亡率。最近，随着世界卫生组织（世界卫生组织）批准一种名为R21/MatrixM的疫苗，第二种疫苗即将加入这场斗争。与Mosquirix在设计上类似，它可以更便宜、更大量地生产，有望助力于填补疟疾疫苗供需之间的巨大缺口，每年有可能防止数万儿童死亡。

肯尼亚基利菲县医院的母婴病房里有许多儿童出现疟疾症状。新R21疫苗的临床试验在该市进行。LUIS TATO/EYEVINE/REDUX

05

对抗阿尔茨海默氏症新的曙光！希望与风险并存！

阿尔茨海默氏症一直是医学领域难以攻克的难题，患者的大脑中有一种名为β淀粉样蛋白的缠结蛋白质团，多年来，科学家们一直在争论去除它们是否有助于患者，然而各种疗法都失败了。但在1月份，美国监管机构批准了第一种药物，该药物通过解决疾病的潜在生物学问题，明显地（如果适度的话）减缓了认知能力的下降；之后又紧接着发不了另一种有效药物。虽然两者都不接近治愈，都有严重的风险，但它们为患者和家人带来了新的希望。

尽管阿尔茨海默病的研究人员、医生和患者迎来了希望，但也存在负向的一面：治疗带来的脑肿胀和脑出血的风险，在部分数情况下是致命的。尤其是，具有易患阿尔茨海默病的基因变体APOE4的人容易出现这种副作用；阿尔茨海默氏症患者也可能面临更高的风险，他们服用药物来预防或溶解血栓，包括那些中风并在紧急情况下服用强效血栓阻断剂的患者。

新的抗体疗法可能会减缓阿尔茨海默病患者大脑的神经退行性变。

JAMES CAVALLINI/SCIENCE SOURCE

06

美洲远古人类定居的历史真相！

人们一直认为，美洲移民最早是通过连接白令海峡的陆地从亚洲而来，在~16,000年前沿着太平洋海岸向南而至。但在今年，研究人员验证了一个新的推断，将这一迁徙时间提前了至少5,000年。2021年，来自美国新墨西哥州白沙国家公园的科研人员发布了一个新的发现：在一座古老湖泊的岸边有明显的人类足迹，可追溯到21,000 ~ 23,000年前。研究人员通过放射性碳测年法对周围的残留种子进行了鉴定，推断了其年代，但由于湖水中的沉积物里吸收了更为久远的碳元素，因而可能增加了它们的测量年代。于是，白沙团队使用了来自陆生植物的花粉和嵌入在足迹之间以及下方的沉积物中的石英颗粒，重新对足迹的年代进行了鉴定，并发现，新的测定年代与最初报道完全一致。

若这一时间是正确的，这些足迹则是在上一冰河时代的顶峰时期留下的，人类必定是在这些冰川形成之前进入了美洲。对这一足迹年代的重新确定将引发考古学家对其他有争议的遗址重新进行评估，并可能促使人们进一步挖掘其他冰河时代的沉积物，以寻找更多的证据和发现。

新墨西哥州一个古老湖泊的脚印可能在考古学家认为人们到达美洲之前5000年就已经留下。

NATIONAL PARK SERVICE

07

巨型黑洞合并产生的信号！

超大质量黑洞位于星系的中心，其重量是太阳的数百万或数十亿倍。当星系合并时，它们的中心黑洞可能会被锁定在一个不断收紧的轨道上。它们死亡螺旋的最初阶段隐藏在地球上的仪器之外。但当它们接近彼此几光年以内时，它们的圆周运动会发出缓慢但强大的引力波。

今年，天体物理学家发现了一种微弱的、长期回荡的宇宙信号的迹象。时间回到6月，全球五个团队联合宣布，通过15年的观测，他们已经消除了数据中的噪音，足以表明剩下的是宇宙中超大质量黑洞双星的组合噪音，可能有数百万颗。这些团队现在正在寻找更多的脉冲星，以便绘制嗡嗡声地图，并放大巨大黑洞缓慢舞动的星系。这是来自运动中的巨大质量的引力波的声音：宇宙中的超大质量黑洞以紧密的轨道对相互研磨。这一观察结果（研究人员在确定之前不会将其称为“发现”）既是迄今为止对这些可怕的黑洞合并存在的最有力支持，也是一种利用来自遥远恒星的信号来探测引力波的方法的有力证明。

AURORE SIMONNET/NANOGRAV COLLABORATION

08

早期职业科学家崛起！

几十年来，研究生和博士后一直抱怨工资低和工作条件差。在过去的一年里，当早期职业科学家联合起来要求改变系统时，他们的沮丧情绪成为焦点。去年冬天，加州大学系统的48000名学术工作者举行了美国历史上最大的学术罢工，为研究生和博士后赢得了可观的加薪。这种集体行动在美国尤其明显，但在加拿大，全国数千名学术工作者于5月举行了为期一天的大规模抗议活动，要求增加联邦对研究生和博士后的资助。在德国，早期职业研究人员为改变博士后合同而奔走。

早期职业科学家也向大学施加压力，要求他们通过放弃投票和完全离开学术界来实施变革。越来越多的人在毕业后前往利润更丰厚的行业工作，这使得近年来许多教授难以填补博士后空缺。资助机构是否会增加拨款支持，以支付早期职业科学家的加薪，还有待观察。与此同时，一些大学已经采取行动，帮助教师适应不断上涨的人事成本。例如，加州大学伯克利分校的研究人员希望，将帮助教授支付加薪费用的短期措施与长期战略规划和预算相结合，最终将形成一个人人都能茁壮成长的生态系统。

DANIELVILLENEUVE/ISTOCK.COM

09

超算计算机时代的曙光！

经过十多年的沉淀，EB科学的时代终于在今年到来。橡树岭国家实验室的Frontier成为第一台向科学用户开放的公开承认的六倍计算机，能够以每秒一百亿亿次数学运算的速度应对从气候到材料等领域的挑战。（据说，我国的exascale机器已经运行多年，但国际上并不知道硬件的细节！骄傲！）预计明年将有大约60个团队登录Frontier进行试验。

目前，一些早期的结果已经开始出现，其中：Frontier使密歇根大学材料科学家领导的研究人员能够合并两个理论框架，以近乎完美的精度预测材料中多达60万个电子的行为，而之前的工作只能预测大约1000个电子。这使该团队能够模拟镁合金中的缺陷是如何形成、生长和移动的，这一进展将有助于推动用于节能汽车和飞机的超轻材料的开发。

超算计算机的探索才刚刚开始，阿贡国家实验室的一台exascale机器在向用户开放之前也正在进行最终调试。明年，新的EB级超级计算机预计将在加利福尼亚州和德国上线，法国和日本的其他超级计算机也将紧随其后，为以前无法实现的科学打开大门。

橡树岭国家实验室的Frontier类似的大规模计算机正在为许多科学领域带来前所未有的计算能力。

OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY

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