新浪科技讯 北京时间12月22日消息，据国外媒体报道，12月21日，美国《科学》杂志公布了2017年十大科学突破的评选结果，由数千位研究者共同观测到的双中子星合并事件被选为“年度科学突破”。
1、双中子星合并
12月21日，美国《科学》杂志公布了2017年十大科学突破的评选结果，由数千位研究者共同观测到的双中子星合并事件被选为“年度科学突破”。今年8月17日，全世界953个研究机构3674名研究者通力合作，首次对1.3亿光年之外两颗中子星的合并及其后续事件进行了观测和研究。
整个研究过程中尤其不寻常的是发现中子星合并事件的方式：研究者探测到了空间中极其微小的涟漪，即旋转的中子星在合并之前发出的引力波。这一事件证实了好几个天体物理模型，揭示了许多重元素的来源之一，并以前所未有的方式检验了广义相对论。
在27个月之前，科学家利用激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到来自两个黑洞合并时产生的引力波，这一发现也被《科学》杂志评选为2016年的年度科学突破。
如果说2016年的发现吹响了宇宙探索的号角，那今年的发现就像是一场科学交响乐。二者的区别在于物质，黑洞是大型恒星塌缩而成，内部没有可以升温和辐射的物质。相比之下，中子星就是几乎完全由中子组成的球体。碰撞的黑洞只能产生引力能，但中子星碰撞却能产生被超过70家天文台观测到的“灯光秀”。
LIGO探测器和不久前刚完成升级、开始记录数据的室女座干涉仪（位于意大利比萨附近）都探测到了中子星碰撞时产生的引力波。与黑洞碰撞不同，中子星产生的引力波频率更高，持续时间更长（超过100秒，黑洞碰撞产生的引力波只持续数秒）。
就在探测到引力波之后两秒，美国航空航天局（NASA）的费米伽马射线太空望远镜就探测到了一阵短时伽马射线暴，之后其他望远镜也捕获了目标。科学家通过3个相距很远的探测器所探测到的引力波数据，确定了两颗中子星在天空中的位置。还不到11小时，就有好几个光学和红外望远镜团队在NGC 4993星系边缘发现了新的信号。几天之后，中子星光源从亮蓝色逐渐变为暗红色，11天之后开始以X射线和无线电波的形式发射能量。这一事件成为了目前为止被研究得最为充分的天文学事件，全世界953个研究机构3674名研究者对这次合并及其后续事件进行了观测和研究。
此次探测也支持了一个25年前提出的假说，即中子星合并会产生短时伽马射线暴。此外，探测结果也反映出两颗中子星最后时刻的死亡螺旋，然后是一次被称为“千倍新星”（kilonova）的大爆发，此前天文学家从未观测到这一现象。不过，观测中获得的数据也令研究者感到困惑，比如伽马射线暴显得非常微弱，这或许是因为射线暴并没有直接朝向地球，但也有可能是天文学模型不准确所致。为了解决这一问题，天体物理学家还需要观测到更多这样的合并事件。
科学家还希望观测到其他新的事件，比如中子星和黑洞的碰撞。此外，银河系中的超新星爆发也可能产生可以探测到的引力波，或许将帮助天文学家了解恒星如何膨胀、爆发的过程。旋转的中子星又被称为脉冲星，可能也会产生稳定的引力波。接下来几十年里，科学家希望推动建立一个太空中的引力波探测器，对星系中心超大质量黑洞碰撞产生的低频引力波进行探测。
2、在原子水平观察生命
这是罕有的一项能赢得科学界顶级荣誉的创新技术，而且其影响力还在继续攀升。冷冻电镜技术（cryo–electron microscopy，cryo-EM）使科学家能获得复杂分子间相互作用时的定格图像。2017年，冷冻电镜技术揭示了关键蛋白复合物的多种工作机制。美国国立卫生研究院（NIH）建立了一个全国性的冷冻电镜中心网络，一些该技术的先驱者也在今年获得了诺贝尔化学奖。
冷冻电镜利用液态乙烷来快速冻结水中移动的分子，使研究人员能在电子显微镜下面对其进行观察，并使用计算机程序分拣图片，同时将数据组合成一个完整结构。与X射线晶体学不同，冷冻电镜技术不要求目标分子处于晶体结构，而且由于该技术能捕捉运动中的分子，因此能提供有关分子功能的线索。冷冻电镜技术可以追溯到几十年前，近年来由于设备的改进，软件的升级，使图像处理和分析的速度大大加快，同时误差也大为减少，这一切都为众多创新成果的爆发提供了可能。
冷冻电镜技术提供了接近原子水平的解析度，帮助科学家解释了几十年来的许多生物化学和遗传学观察结果。今年，该技术使科学家对剪接体（spliceosome）的功能、蛋白质在细胞周期中如何重塑细胞膜，以及酶如何修复DNA损伤等方面都有了更清晰的了解。该技术还能提供神经原纤维缠结（在阿兹海默症患者大脑中积累的病变）的高解析度模型，以及揭示CRISPR系统如何捕获并编辑DNA。研究人员还利用冷冻电镜处理不同大小分子的能力，揭示了红藻光合作用复合体和其他几种小型蛋白质复合体的功能，这是以往无法达到的成就。
3、探测最“害羞”粒子的微型探测器
物理学家采用新的方法轰击原子核，在2017年发现了最难以捉摸的亚原子粒子——中微子。这一成就实现了跨越40年之久的探索目标，并且不需要以往观测中所使用的那些大型设备。相反，研究者使用的是一个重量和微波炉差不多的便携式探测器。
中微子产生于特定的核反应过程，与其他物质的相互作用极少，因此尽管有无数的中微子不断地穿过地球，但一直很难探测。有时候，中微子也会撞击原子核中的中子，使其变成质子，自身则变成可以被探测到的粒子，如电子。另一种情况是，中微子只会与质子或中子碰撞弹开。这两种相互作用都非常罕见，以至于探测器需要用到非常大重量的目标物质——从铁到干洗液体等都被用过——才能探测到极少数中微子。1974年，理论物理学家预测称，如果一个中微子的能量足够低，那它就可以视为一种量子波，能同时反射原子核中所有的质子和中子。这种“相干散射”（coherent scattering）可能会极大地增加相互作用的概率，但原子核的低能量反冲很难能观测到。
今年，由81个成员组成的COHERENT团队利用一个重14.6千克、由掺杂钠的碘化铯晶体制成的探测器，探测到了这种相干散射。当晶体内部的原子发生反冲时，晶体就会发出闪光。研究人员将探测器置于橡树岭国家实验室由散变中子源产生的中微子中，这些中微子的能量足够低，可以产生相干散射，但同时也足以产生可被探测到的反冲。
也许在不远的将来，这种中微子探测器可以用来检测核反应堆，确保它们在核不扩散原则下运行；或者还可以用来寻找更加神秘的“惰性中微子”。通过比较来自不同原子核的中微子，物理学家或许还能以新的方式来探测原子核结构。
4、智人的更古老起源
一个摩洛哥洞穴中长期被忽视的头骨，将我们这一物种（智人，学名为Homo sapiens）的化石记录向前推移一大步，也为2017年的现代人类起源研究提供了动力。研究人员发现，该头骨的历史达到惊人的30万年，比在埃塞俄比亚发现的化石年代早了约10万年，后者之前一直广泛地认为是最古老的智人遗存记录。
这块头骨于1961年由矿工发现，长期以来都被认为是非洲尼安德特人的头骨，因为它具有尼安德特人和其他早期智人的一些原始特征。对该头骨一颗牙齿的放射性检测发现，它的年龄为16万年。然而，这个头骨也呈现出一些现代特征，比如脸是收拢在头骨下方，而不是向前突出，这引起了德国马克斯普朗克演化人类学研究所的Jean-Jacques Hublin的兴趣。他猜测这个头骨可能属于一个非常早期的智人。
研究人员重新发掘了该头骨的发现地——位于摩洛哥附近杰贝尔依罗（Jebel Irhoud）的洞穴，希望对当时找到头骨的沉积物层进行更精确的年龄鉴定。他们找到了沉积物层，并发现了更多的化石，包括来自至少5个个体的部分头骨、下颌、牙齿和四肢骨骼。
利用热释光测年法，研究人员确定了与化石同时出现的石器年龄在28万年到35年间，这与牙齿的年龄检测结果相符，同时也契合了一项非洲人DNA研究的结果，该研究发现智人崛起于至少30万年前。
Hublin的团队认为，杰贝尔依罗人可能属于一个庞大的早期智人杂交种群。在33万年到30万年前，这些智人在非洲分布很广，并最终演化为现代智人。这一研究使我们这一物种在非洲的根基变得比以往认为的更深、更广。
5、精准基因编辑
与人类疾病有关的遗传突变超过6万个，其中将近3.5万个是由最微小的错误造成的：基因组中特定位点的某一个DNA碱基发生了变化。2017年，研究者宣布了“碱基编辑”新技术中一项重要的改进，不仅可以在DNA，也可以在RNA中修正这种点突变。研究人员已经在发掘这一新技术的潜力，或许很快就能见到其在医学上的应用。
哈佛大学的华裔科学家刘戴维（David Liu）是这项研究的先锋人物，他的团队对2012年出现的CRISPR技术（被称为“分子剪刀”）进行了发展，开发了一个碱基编辑器，能在不切断DNA的情况下，在特定位点解开DNA，用化学方法替换单个碱基。
今年10月，来自麻省理工学院博德研究所（Broad Institute）的张锋团队在《科学》杂志发表了一篇介绍CRISPR新系统“REPAIR”的文章。REPAIR可以高效地修复RNA的单个核苷酸，但不会改变DNA信息。他们团队还展示了如何通过碱基编辑将RNA中的鸟嘌呤（G）替换成腺嘌呤（A）。
同样是在今年，中国研究人员通过在人类胚胎中修复了一个致病点突变，表明了碱基编辑技术的力量。虽然修复并不总是成功，但研究人员称这一突破显示了碱基编辑的“巨大潜力”。
6、生物学预印模式起飞
几十年来，许多物理学家在同行评议的期刊上发表论文之前，经常把稿件放到网上，而生物学家却一直没有机会这么做。不过，生物学领域的预印模式在今年出现了快速发展，数以千计的生物学家将尚未经过同行评议的论文在线发表，资助机构也对这一科学交流模式逐渐重视起来。
4年前，美国冷泉港实验室设立了一个免费生物学预印服务器——bioRxiv。最初这一平台上只有计算生物学的论文，后来细胞生物学、微生物学和神经科学等领域的实验性研究论文也多了起来。很多杰出的生物学家也鼓励他们的同行参与预印服务，以加快科学交流过程，并帮助年轻科学家建立学术记录。
今年早些时候，美国和英国都推出了鼓励预印共享的政策，为该模式的发展注入了动力。4月，陈-扎克伯格基金会宣布对bioRxiv进行一项不公开投资，稳固其作为生物学最受欢迎预印平台的地位。现在，大多数学术期刊都允许作者提交预印本论文；一些编辑还会在bioRxiv上搜索可供出版的论文。
当然，这项事业还有很长的路要走。bioRxiv和其他平台上每个月会有大约1500篇生物学论文上传，只占生物学摘要数据库PubMed每月大约10万篇新论文的1.5%。相比之下，大约70%的粒子物理学论文都是以预印本的形式首先面世。许多生物学家对于未经同行评议就分享研究结果的方式也不大认可。对此，加州大学细胞生物学家罗纳德·韦尔（Ronald Vale）表示，预印模式“在交流上是一个重要的文化改变”。
7、广谱癌症药物
这是一项人们期盼已久的技术：一种不是基于癌症发源器官，而是基于癌细胞DNA的抗癌药物。今年5月，美国食品与药品监督管理局（FDA）批准了默克药厂的一款广谱抗癌药——Keytruda（pembrolizumab，派姆单抗治疗）。此前，这种药物已被证实能用于治疗黑色素瘤和其他一些类型的肿瘤，现在，它还能用来治疗一些儿童和成人体内的晚期实体瘤，前提是癌细胞必须具有“错配修复缺陷”（mismatch repair deficiency）。
FDA的批准意味着癌症领域研究的重要转变。尽管肿瘤可能会在不同的器官出现，无论是胰腺还是甲状腺或结肠，但它们可能会比相同部位出现的肿瘤更为相似。不过，要把这一理论变成治疗方法并不容易。2015年，约翰霍普金斯大学的路易斯·迪亚兹（Luis Diaz，现在在纽约的纪念斯隆-凯特琳癌症中心任职）团队在用派姆单抗治疗结肠癌患者时，发现了令人震惊的现象：在13位具有错配修复缺陷的患者中，有8位出现了肿瘤减小，另4位患者的肿瘤保持稳定；另外有25位没有错配修复缺陷的结肠癌患者则对治疗没有反应。研究者提出，由于具有这种缺陷的细胞会积累数百种突变，免疫系统能更容易地识别出患病细胞并将其杀死。
今年6月，迪亚兹等研究者在一篇论文中描述了患有12种癌症的86位重症患者的试验结果。这些患者都具有错配修复缺陷，其中53%的人对药物有所反应。FDA的批准有一部分就是根据该研究的结果。
8、新的类人猿
欢迎来到人科大家庭，打巴奴里猩猩（学名：Pongo tapanuliensis）。上一次人类发现类人猿新物种已经是将近90年前的事了。今年11月，研究者宣布在印度尼西亚一处森林中发现了一个新的猩猩物种，这也是自婆罗洲猩猩和苏门答腊猩猩之后，猩猩属的第三个成员。
直到今年之前，人科只包括7个物种：倭黑猩猩、黑猩猩、两种大猩猩、两种猩猩，以及人类。这种新发现的猩猩生活在印度尼西亚苏门答腊岛北部的森林中。通过遗传学、解剖学和生态学分析，研究人员鉴定出这种猩猩与另外两种猩猩之间有着很大不同。
对3种猩猩的基因组对比揭示了猩猩属的演化历史。现生猩猩的祖先可能是在数百万年前从马来西亚迁移到了印度尼西亚的海岛上，当时海平面较低，岛屿间可能存在陆桥。一项新研究称，大约340万年前，苏门答腊岛北部的猩猩从婆罗洲和苏门答腊岛南部的苏门答腊猩猩种群中分离出来，形成打巴奴里猩猩，但直到67.4万年前，苏门答腊猩猩才与婆罗洲猩猩分离。促成这种物种分化的原因是什么，我们还不得而知，但科学家推测7.3万年前一场大型火山喷发很可能使打巴奴里猩猩与苏门答腊猩猩之间更加隔离，最终导致所有杂交活动停止。
目前只有约800只打巴奴里猩猩生活在一片孤立的森林中。尽管有官方的保护措施，但这片面积约1100平方公里的栖息地还是受到了非法砍伐的威胁。保护主义者希望对这一猩猩的研究能够引起更多的关注。
9、270万年前的地球大气
通往另一段时间的入口就冰封在世界底部：地球古代大气就封存在南极冰层下一个个微小的气泡中。今年8月，普林斯顿大学和缅因大学的研究者宣布，他们获取了保存着270万年前地球大气的南极冰块，比之前的同类冰块早了170万年，将地球气候历史向前推到一个非常重要的时期。
这块冰芯采集自艾伦山（Allan Hills）。在这片荒芜的南极山区，猛烈的狂风吹走了表面的冰雪，露出古老的冰层。最古老的冰芯是科学家在2015年钻取的，其年代可以追溯到最早的冰河时期。当时的冰期可能每4万年发生一次，而不是像现在这样每10万年发生一次。
为了寻找引发气候变化的线索，研究人员测量了冰芯中的气体。解释这样的气体记录很具有挑战性，因为与以往的南极冰芯不同，这一冰芯是千层饼状分层，显得更为混乱。早期分析显示，在冰期开始时，二氧化碳水平保持在百万分之300（300ppm）以下，低于今天的400ppm。这一结果与一些当时的间接记录存在矛盾，后者显示当时的二氧化碳浓度更高。不过，该结果也证实了气候模型的预测，即在这样的低浓度下，地球会进入冰期循环。
科学家希望再次前往艾伦山采集冰芯，获取能追溯到500万年前的气候信息，当时的温室效应可能与今天人类活动导致的现状类似。
10、基因治疗的胜利
一项小型临床试验的成功，推动了今年基因治疗领域的发展。研究人员报告称，他们通过在脊髓神经元中添加一个缺失的基因，成功拯救了患有致命遗传性神经肌肉疾病的婴儿生命。如果不进行治疗，患儿可能会在2岁时死亡。这项试验还有着更为重大的意义，因为研究者可以利用这一基因保护大脑和脊髓免受血液传播病原体和毒素的伤害。该技术的成功也将开启利用基因疗法治疗其他神经退行性疾病的大门。
这项技术的关键是一种称为腺病毒（AAV）的无害病毒，在基因疗法中，腺病毒被广泛用来将基因转运到靶细胞中。2009年，法国和美国研究者发现，向新生小鼠静脉注射的腺病毒载体AAV9可以到达大脑和脊髓。
美国俄亥俄州全国儿童医院（Nationwide Children’s Hospital）的研究者发现，用注射腺病毒载体AAV9基因疗法可以阻止脊髓性肌肉萎缩症1型（SMA1）。这是导致婴儿死亡的最常见遗传疾病之一，患病儿童缺乏一种脊髓运动神经元所需的蛋白质，其肌肉萎缩无力，最终无法呼吸。研究人员用腺病毒载体AAV9将生成这种蛋白质所需的基因注入患儿体内，使他们开始能说话、吃饭，并能自己短暂坐起来。
现在，研究人员采用注射携带其他基因的腺病毒载体AAV9来治疗患有严重遗传性脑病儿童。以往，为了给这些孩子进行基因治疗，医生往往需要在他们的头骨上钻孔，但效果甚微。除了SMA1的治疗，今年还有其他一些基因治疗的成果。在两例癌症治疗中，患者的免疫细胞在他们体外进行了基因改造，然后又被重新注入体内。12月19日，美国食品与药品监督管理局批准了第一种治疗罕见遗传性致盲疾病的基因疗法。（任天）
