《大眾科學》2013年度十大科學新聞

故事太多，名額太少。我們今年的選擇涵蓋了物理學、生物學和技術等多個領域。但從整體上看，氣候變化相關的故事最多，其次是空間科學。

和往常一樣，我們不得不遺漏許多令人興奮的進展。為此，我們決定效仿《搖滾萬歲》，將榜單擴充套件到11個，特別增加了一頁榮譽提名。

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腦部“登月”：全球倡議聚焦大腦
2013年的大科學研究並沒有把目標放在尋找另一個亞原子粒子，而是放在了揭示思維和大腦的基本運作機制上。全球範圍內的大規模研究專案紛紛啟動，致力於解碼人類大腦中860億個神經元之間相互連線的100萬億個訊號。

要破解頭骨下1.36公斤的器官可能需要幾十年，甚至幾個世紀。儘管如此，神經科學領域還是取得了一大步——或者至少是一小步——奧巴馬政府宣佈其第二任期的重點科學專案將聚焦大腦。

今年早些時候，奧巴馬總統宣佈了透過推進創新神經技術進行大腦研究，即“大腦”計劃。該計劃旨在開發能夠記錄數千甚至數百萬神經元的工具。其目標是：理解生理學——腦細胞活動——如何轉化為心理功能。這將揭示您的神經元如何儲存剛學到的電話號碼，或者如何識別紅色玫瑰的盛開，以便日後回憶。

一項更雄心勃勃的專案在歐洲委員會的支援下於10月的第二週正式啟動。人類大腦專案的目標是在10年內完成對人體主控制器的完整計算機模擬——整合從對小鼠和人類的認知分析到構建更快超級計算機的一系列專案的結果。中國、以色列和澳大利亞的其他大腦研究專案也在進行中。一種顯著的共識似乎正在形成：如果沒有來自全球各個角落最優秀、最聰明的人才的持續努力，思維和大腦之間巨大的鴻溝將無法彌合。——加里·斯蒂克斯

更多資訊： » 當研究大腦時，資金如潮湧：奧巴馬的大型（神經）科學專案 » 當我們甚至不知道神經程式碼時，新的大型大腦專案有意義嗎？ » 人類大腦中每個神經元數字模擬的倒計時 » 神經科學家對奧巴馬的“大腦”計劃的看法 » “大腦”計劃：成功還是失敗？

圖片來源：Dkroetsch/維基共享資源

無人機飛向廣泛商業應用，引發新的擔憂
2013年，無人機——或者至少是關於無人機的討論——無處不在。這種無人駕駛飛行器已經改變了美國發動戰爭的方式，它有潛力徹底改變執法、野生動物監測、新聞採集，以及正如亞馬遜執行長傑夫·貝佐斯最近宣佈的那樣，包裹遞送。

隨著美國等待聯邦航空管理局在2015年釋出關於國內使用無人駕駛飛行器的新指南，無人機計劃正在各個行業中成形。在缺乏監管法規的情況下，像貝佐斯這樣的企業家和技術愛好者已經構想出雄心勃勃的無人機使用計劃（也許過於雄心勃勃），正如其他人敲響警鐘，指出無人機可能發生災難性故障，甚至成為駭客的攻擊目標。與此同時，隱私倡導者擔心無人機的廣泛使用將侵犯長期以來被視為理所當然的公民自由。《大眾科學》在4月份的一篇社論中警告說，如果執法機構、私人偵探甚至愛管閒事的公民濫用無人駕駛飛行器，“將對隱私構成巨大威脅”。

當然，還有殺人無人機。據報道，12月，一次無人機襲擊的目標是葉門的一個婚禮車隊，導致十幾人死亡。隨著這項強大而可能危險的技術適應越來越多的民用用途，《大眾科學》部落格作者約翰·霍根警告說，“我們必須保持警惕，以確保無人機被用於有益而非陰險的目的。”——約翰·馬特森

更多資訊： » 當間諜無人機進入美國時，我們必須保護我們的隱私 » 眾籌無人機可以幫助保護肯亞犀牛 » 做好準備，無人機新聞即將到來 » 在無人機在美國領空漫遊之前，需要更好的安全措施

基因療法取得重大成功
血液癌症是否遇到了對手？當然，12月初在血液學會議上展示的基因療法結果似乎表明了這一點。然而，這種對抗白血病的新武器並不完美，但它仍然標誌著一項重大成就。

在2010年開始的一項針對患有慢性或急性白血病的成人和兒童的研究中，研究人員提取了患者的T細胞——免疫系統對抗入侵者的精確制導魚雷。然後，研究人員對T細胞進行基因改造，使其能夠識別僅存在於癌細胞上的蛋白質，並在遇到癌細胞時迅速增殖。重新注射到患者體內後，經過改造的細胞就可以尋找並摧毀這些癌細胞。

初步分析表明，積極的反應可能發生在高達三分之二的時間裡。在一項針對27名急性白血病患者的研究中，24人在治療一個月後顯示出完全緩解，儘管其中6人後來複發。在另一項針對15名患者的研究中，6人顯示出完全緩解，另有6人顯示出部分緩解。

會議上的其他科學家還報告了基因療法在其他疾病（包括SCID-X1，或“泡泡男孩”病）方面的積極結果。治療恢復了9名男孩中8名的免疫系統。

除了報告的成功之外，所有研究都沒有發現基因療法的嚴重副作用，而在過去的臨床試驗中，基因療法導致了一些死亡，最著名的是1999年傑西·吉辛格的死亡，這使該領域倒退了很多年。最新的結果表明，基因療法已經迎來了一個重要的轉折點，並且即將成為危及生命的疾病的可行治療選擇。請關注計劃於2014年3月出版的《大眾科學》上的概述文章。——菲利普·楊

更多資訊： » 基因療法是如何運作的？ » NIH開始帕金森病基因療法試驗 » 試驗的磨難：專訪基因療法先驅詹姆斯·M·威爾遜 » 基因療法將治癒許多疾病

圖片來源：GreatBeyond/Flickr

已證實：水力壓裂及相關作業導致地震  

美國石油和天然氣行業的繁榮帶來了一個不想要的副產品：受汙染的水。該國化石燃料井每天至少產生 90 億升這種物質，而處理所有這些廢水已成為石油和天然氣公司最頭疼的問題——尤其因為目前最常見的處理方法正在導致地震。

這種廢水通常被傾倒回處置井中，然後被遺忘。但是，在俄克拉荷馬州和俄亥俄州等通常地震活動平靜的地區，地震活動有所增加，這引起了人們的關注，即這些水是否正在引發地震。今年發表的關於俄克拉荷馬州布拉格附近異常強烈地震的研究表明，廢水處理確實是罪魁禍首。

這並不令人驚訝。20 世紀 60 年代在科羅拉多州的實驗證明，向地下注入水會引發地震。但即使是以高壓向地下泵水——這種做法被稱為水力壓裂或壓裂——也可能導致地面震動。問題是：既然我們知道了這一點，我們應該採取什麼行動？—大衛·比耶洛

更多：» 水力壓裂的最大問題可能是如何處理廢水 » 我們如何應對水力壓裂產生的汙水？ » 水力壓裂會導致地震，但石油和天然氣開採也會導致地震 » 注水井引發強烈地震 [影片]

來自太陽系外的第一批中微子
今年，天文學家首次捕捉到了來自遙遠星系的中微子，這一進展預示著天文學新時代的開始——用粒子而不僅僅是光來觀察的時代。

科學家們研究中微子已有數十年之久，但地球上幾乎所有的中微子都來自附近的來源——要麼是我們的太陽，要麼是來自撞擊大氣層的高能宇宙射線。今年，天文學家利用南極的 冰立方探測器 報告了28 箇中微子的發現，這些中微子的能量如此之高，不可能起源於這些區域性來源。（研究人員將兩個最強大的中微子命名為“厄尼”和“伯特”，以紀念深受喜愛的《芝麻街》角色。）

至於是什麼產生了這些超強力的中微子，猜測層出不窮——這些粒子並非一次性全部到達，而且似乎來自天空中的隨機方向。一旦科學家能夠將中微子爆發的位置與光學對應物相關聯（可能來自像超新星這樣的高能、短暫的物體），中微子天體物理學的時代就將真正開始。—邁克爾·莫耶

更多： » 南極中微子天文臺探測到無法解釋的高能粒子 » 高能中微子預示著粒子天文學的新黎明 » 中微子實驗為新物理學開闢道路

最古老的人類 DNA 的恢復
儘管近年來古代 DNA 研究取得了驚人的進展，但科學家們一直認為他們永遠無法測序來自 10 萬年前以上的人類化石的 DNA。但在 12 月，一個團隊報告說，他們已經成功地從一個屬於人類家族已滅絕成員的40 萬年前的股骨中提取了儲存完好的 DNA。

股骨來自西班牙北部一個名為 Sima de los Huesos 的重要遺址。此前，研究人員曾從在該遺址發現的類似古老的洞穴熊遺骸中獲取了 DNA，這增加了人們從人類化石中提取 DNA 的希望。

新的序列為 Sima 人的祖先提供了一些驚人的見解。根據化石的解剖結構，專家們懷疑它們屬於早期尼安德特人或一種名為海德堡人 的物種，據認為該物種產生了尼安德特人。

但他們恢復的 DNA（所謂的線粒體 DNA，來自細胞的能量產生結構，僅佔個體 DNA 的一小部分）類似於一個神秘的人類群體，稱為 丹尼索瓦人，他們生活在 8 萬年前左右的西伯利亞。

Sima 人是如何獲得類似於丹尼索瓦人的 DNA 序列而不是尼安德特人的 DNA 序列，目前尚不清楚。從細胞核中提取 DNA（遠比線粒體 DNA 罕見）無疑會澄清情況。6 月份對 70 萬年前的馬化石進行核 DNA 測序表明，這種壯舉很有可能在可行範圍內。—凱特·王

更多： » 最早的人類 DNA 顯示出與神秘人群的意外混合 » 尼安德特人基因組研究表明我們體內有一些穴居人 » 發現我內心的尼安德特人 » 新的 DNA 分析表明古代人類與丹尼索瓦人雜交

圖片來源：NOAA

颱風海燕，已知登陸的最強風暴 

2013 年 11 月 8 日，颱風海燕以每小時 305 至 314 公里的持續風速襲擊了菲律賓，使其成為有記錄以來襲擊陸地的最強風暴。此前有三次風暴，最早一次在 1958 年，在海上時風力較高，但在登陸前減弱。現在，海燕被認為造成了 6000 多人死亡，並摧毀或損壞了 600 多萬人的家園。

高風速意味著巨大的潛在破壞，因為風中的能量隨著速度的立方增加；速度快一倍的風會傳遞八倍的能量。 Weather Underground 的氣象主任傑夫·馬斯特斯估計，如果海燕襲擊邁阿密或紐約市，可能會造成 5000 億美元的損失。

這場風暴使氣候變化再次成為頭條新聞。全球變暖正在升高海洋溫度，並將更多的水分注入大氣層，科學家們認為這兩個因素都可以增強風暴。自 2007 年以來的研究表明，颶風、颱風和氣旋（都只是同一種系統的不同名稱）在北大西洋可能會變得更強。馬薩諸塞理工學院的克里·伊曼紐爾最近的研究表明，在世界許多熱帶海洋區域，也可能會形成更多的風暴。

海燕還促使菲律賓參加聯合國氣候變化框架公約的代表團團長耶布·薩諾個人反對國際氣候談判缺乏進展。在臺風摧毀薩諾的家鄉三天後在波蘭華沙舉行的公約會議上，他宣佈他將進行絕食抗議，直到談判代表取得“有意義的進展”。兩週後，他停止了絕食，對談判代表就解決未來氣候變化事件造成的損害的規定達成一致感到滿意。—馬克·費斯凱蒂

更多： » 颱風海燕是創紀錄的風暴嗎？ » 氣候變化是否導致了颱風海燕？ » 颶風是如何形成的？一個即時蛋頭影片

M. Ahmetvaleev/NASA

流星在俄羅斯車里雅賓斯克上空爆炸
2 月 15 日，當一顆來自太空的大型岩石在俄羅斯城市車里雅賓斯克上空爆炸時，世界收到了一個刺耳的提醒，即地球正面臨小行星的威脅。這顆流星以近 60 倍音速的速度飛入，後來分析顯示，它在大氣層中的解體所攜帶的能量相當於 500 千噸 TNT。流星的衝擊波震動了地面，震碎了玻璃，並造成約 1500 人受傷；幸運的是，沒有人喪生。科學家估計，這顆小行星最初約 20 米寬，使其成為自 1908 年一顆小行星撞擊西伯利亞通古斯卡以來，已知撞擊地球的最大流星。

車里雅賓斯克火球 的出現令人驚訝，即使對於 NASA 和世界其他航天機構的人員來說也是如此，他們事先沒有發現這顆小行星。而且，就在另一顆更大的小行星 2012 DA14 在地球附近掠過，進入地球同步通訊衛星的軌道範圍的 16 小時前，它襲擊了地球。

這些事件對一些人來說敲響了警鐘，讓他們意識到小行星構成的危險。10月份，聯合國採取措施應對這一風險，成立了“國際小行星預警小組”，以便成員國分享對危險太空岩石的探測資訊。如果科學家發現一顆以地球為目標的小行星，聯合國和平利用外層空間委員會計劃牽頭一項國際任務，使該岩石偏離其軌道。——克拉拉·莫斯科維茨

更多： » 車里雅賓斯克目擊者幫助科學家解開流星之謎 » 關於俄羅斯流星，我們瞭解些什麼？ » 聯合國將採納小行星防禦計劃

大氣二氧化碳含量達到歷史新高：百萬分之400
5月份，大氣中的二氧化碳濃度達到了百萬分之400。換句話說，人類活動，如燃燒化石燃料和砍伐森林，已將溫室氣體水平提高到至少80萬年來從未見過的濃度，遠早於人類文明甚至現代人類的出現。

事實上，據知，上次二氧化碳水平如此之高是在上新世時期，那是250多萬年前，那時北極擁有森林而不是苔原，世界平均氣溫大約高3攝氏度。自19世紀以來，大氣中的二氧化碳已經使平均氣溫升高了0.8攝氏度，而且還會進一步升溫。

更多的二氧化碳也將隨之而來。按照目前的速度，世界可能在幾十年內達到百萬分之450，每年以百萬分之二或更高的速度增加濃度。關於如何應對這一問題的想法，從建造人工樹木以將二氧化碳從空氣中吸收出來，到用核反應堆取代所有燃化石燃料的發電廠。但可以肯定地說，二氧化碳水平將會更高，而且全球變暖很快就會到來。——大衛·比埃羅

更多： » 氣候科學家說，危險的全球變暖比你想象的更近 » 百萬分之400：大氣中二氧化碳濃度達到史前水平 » 百萬分之400：一個變暖的星球接下來會怎樣？一份深入報告

圖片：PhotoDisc/ Getty Images

美國財政減支：對科學的沉重打擊
2013年3月1日，美國研究人員感到震驚，當時被稱為“自動減支”的大規模聯邦預算削減生效。由於國會未能達成預算協議而產生的自動減支迫使政府在本財政年度剩餘時間內削減850億美元的政府支出，同時也大幅削減了研究經費。

這850億美元僅僅是開始：高達1.2萬億美元的全面削減開始生效，將在2021年之前的九年中逐步落實。強制性的削減給科學研究的未來帶來了不確定性，因為聯邦政府掌握著美國三分之一以上的研發資金。自動減支不僅迫使政府削減撥款，還推遲或取消了招聘新員工的計劃。研究小組感嘆，一系列的削減將對創新產生長期的影響，因為科學進步是一個漸進的過程，它依賴於未來的研究人員和正在進行的研究。美國國立衛生研究院院長弗朗西斯·柯林斯甚至拿起吉他，在這個春季裡真切地唱起了“自動減支藍調”。

廣泛領域的研究都感受到了壓力。美國最大的基礎研究支援機構國立衛生研究院不得不將其本財政年度的預算削減16億美元。與上一年相比，這些資金限制導致了減少640個研究專案撥款。美國國家科學基金會削減了2.83億美元，今年也減少了大約700個撥款。研究撥款每年都會自然波動，但各個機構的削減幅度遠大於正常水平。其他機構（包括美國環境保護署、能源部和美國宇航局）的聯邦政府支援的科學研究，如果還沒有感受到預算壓力，也可能會感受到。

12月10日公佈的一項新的國會協議，可能會阻止部分資金損失。但到目前為止，削減的全部影響仍籠罩在不確定性中，並且可能已經使美國的創新倒退了多年。——蒂娜·費恩·馬龍

更多： » 受限的科學：研究如何與聯邦資金捆綁在一起 [時間線] » 自動減支將錢轉移給了俄羅斯人 » 自動減支削減科學經費，減緩生物醫學研究 » 應有輝煌：自動減支陰影下的科學

中國首個月球車於2013年12月14日著陸月球后從靜止的著陸器中駛出。圖片：新華社/李鑫

特別提及
排名不分先後

• 美國最高法院駁回了癌症基因BRCA1和BRCA2的專利，裁定自然存在的基因不能獲得專利。

• 由於一種新的、可擴充套件的製造工藝，碳奈米管計算機可能會取代當今基於矽製造的機器。

• 由於表觀遺傳學（研究我們的經歷如何開啟或關閉基因），對恐懼經歷的記憶可以傳遞至少兩代人。

• 美國食品和藥物管理局在11月份告知個人基因組測試公司23andMe停止銷售其試劑盒，這也可以看作是一個大規模的資訊收集行動。

• 3D列印日趨成熟，無論對於工業界還是愛好者而言。

• 嫦娥三號探測器使中國成為第三個訪問月球的國家。這一成就表明，太空技術正在向其他國家和私人公司擴散，這些公司在發射方面繼續展示自己的能力。

•  在南非發現的驚人的人類化石骨架改寫了我們的家族史，並引入了新的親屬。

• 美國宇航局的行星搜尋衛星開普勒在銀河系中發現了大量的類地系外行星。