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2016《自然》精選八大科學事件:除了重力波,還有什麼?

編譯/Nihil

從今年美國的總統大選,到太空中所發生的災難性技術故障,對於科學研究者來說,2016 年似乎是個動盪的一年。然而與此同時,科學家們也宣佈了諸多令人矚目的科學成果,例如觀測重力波、DNA 來自三個人的嬰兒以及人工智慧打敗李世乭等。在這歲末時分,就讓我們與您分享,來自《自然》(Nature)期刊精選出 2016 年的八大科學新聞。

重力波,I got you!

相鄰黑洞的靠近引發重力波的漣漪。圖/Public Domain

相鄰黑洞的靠近引發重力波的漣漪。圖/Public Domain

在今年 2 月 11 日,研究者們宣稱,他們在太空中找到了重力波(gravitational wave)的證據,方式為透過雷射干涉重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, LIGO)的探測器,在 2015 年 9 月偵測到來自 10 億年前,兩個黑洞碰撞所產生重力波的訊號。

這項觀測的重要性在於,它進一步證實了愛因斯坦在廣義相對論的預言,認為大質量的天體相互碰撞,或是超新星爆發等天文事件,都可能引發波的漣漪;同時這項觀測也再次為黑洞的存在提供證據。就在 LIGO 宣稱結果的數週後,歐洲太空總署的雷射干涉太空天線開路者號(LISA Pathfinder)任務,針對新的技術進行了相關測試。該技術將有機會比 LIGO 觀測到更大、且更遠的天體所產生的重力波信號。

新世界秩序的誕生!

川普在2016年當選美國總統。圖/By Gage Skidmore, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=51041412

川普在2016年當選美國總統。圖/By Gage Skidmore, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

紛亂的 2016 年美國總統大選,就在唐納.川普(Donald Trump)於眾人跌破眼鏡的勝利中劃下句點。對於科學研究者來說,最關注的在於成為總統後的川普,在政策上將會如何對待科學。事實上,從川普的競選過程中可以發現,其並未凸顯出科學的重要性。另外川普的一些觀點是顯而易見的,例如他認為氣候變遷(climate change)本身是場由中國主導的騙局,並由此做出承諾美國將會退出巴黎氣候變遷協議;順帶一提的是,他還認為孤獨症和童年時期注射疫苗有所關聯。

當川普的政府開始成形之際,科學家們針對新總統對科學的漠不關心提出反對。在今年 11 月尾,包含 22 名諾貝爾得主在內的 2300 位科學家聯合提交給川普一封信,希望能「堅持科學的誠信與獨立性的高標準,以用來因應當前公共衛生及環境健康的威脅」。另外,如果各位還記得,今年 6 月 23 日英國宣佈脫離歐盟,這件事同時也震驚了當地的科學界。對於科學家來說,他們擔心這將會使他們失去每年來自歐盟的補助,以及和其他歐盟國家之間的交流。但略感欣慰的是,英國表示,政府仍將會持續提供科學家研究經費直到 2020 年。

大膽前進太空吧!

被陽光照射一部份的木星。圖/NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Mai

被陽光照射一部份的木星。圖/NASA

在 2016 年,不時出現一些太空任務未盡理想的消息。今年 3 月,日本宇宙航空研究開發機構(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA)所研製的 X-ray 天文衛星「瞳」(Hitomi)在發射一週後失敗了。根據研究人員推論,失敗的理由在於軟體上的失誤,進而造成太空飛行器的旋轉超出控制。7 月的時候,美國國家太空總署(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的探測器「Juno」抵達木星,然而由於主引擎的問題,造成火箭升空的延遲,使得運行的橢圓軌道更加接近星球。雖然這樣的結果使得比原定計劃還要緩慢,不過「Juno」仍持續收集木星的大氣及磁層的數據。另一方面,歐洲太空總署在今年 10 月時,作為 ExoMars 任務的其中一項環節──Schiaparelli著陸器出現問題,原因在於測量上的失誤,導致降落傘在不對的時間點開啟。

以上各種失敗雖讓人有些氣餒,但對太空學界而言,2016 年還是有一些令人振奮的成果。中國在今年 8 月時,發射了第一顆量子衛星(quantum satellite),目標在於進行太空中相關安全量子通訊的測試。而在 9 月時,中國也在貴州完成了世界最大的單口徑電波望遠鏡。到了 11 月,中國發射了長征五號,並且在 10 月及 11 月期間送了兩名太空人在天宮二號太空實驗室生活了一個月,這些都創下了過去的紀錄。

CRISPR的爭議

基因編輯技術在 2016 年獲得唐獎,也有更多的研究者開始針對人類胚胎使用CRISPR-Cas9技術。圖/NIH Image Gallery@flickr

基因編輯技術在 2016 年獲得唐獎,也有更多的研究者開始針對人類胚胎使用 CRISPR-Cas9技術。圖/NIH Image Gallery@flickr

CRISPR-Cas9 是一個至今仍持續發展的新基因編輯工具。在今年 10 月 28 日,一名在中國成都華西醫院的肺癌患者,成為了史上第一位進行CRISPR-Cas9技術的人。在臨床試驗中,研究者會試圖讓一些原控制免疫系統的細胞失去作用,並讓已編輯的基因增加免疫效果,用以對抗癌症。然而關於這種技術的商業前景仍有不確定性。美國專利與商標局宣稱將「干預」兩個研究團隊的訴訟時,關於基因編輯技術的專利權爭論可說達到了最高峰。

另一方面自今年起,有更多的研究者開始針對人類胚胎使用 CRISPR-Cas9 技術。當然,這樣的方式引起不少關於該研究領域的爭議,理由在於設計嬰兒的可能性。話雖如此,目前仍有國家允許這樣的研究,其中包含了中國、英國以及瑞典。他們認為透過這樣的技術,將可幫助人類未來的發展。

氣候危機的到來

綠色的艾菲爾鐵塔,象徵巴黎協議的通過。圖/usa.gov@flickr

綠色的艾菲爾鐵塔,象徵巴黎協議的通過。圖/usa.gov@flickr

來自 174 個國家及歐盟的代表們,在 4 月 22 日地球日這天共同簽署了巴黎氣候協定。不過事實上若要讓協定生效,需要超過 55 個國家、並且其加總的溫室氣體排放量要超過全球 55% 才能成功。而最大的進步莫過於在今年 9 月,佔據全球共 38% 溫室氣體的兩個國家—美國和中國,正式加入巴黎協定。在一週後,巴西及其他 30 多個國家也陸續加入,最後由歐盟在 10 月 5 日正式底定這場協議,並在 11 月 4 日生效。

不過,以上這些並非是唯一為氣候變遷所做的努力。在今年 10 月 6 日,聯合國的國際民用航空組織(International Civil Aviation Organization)決定將針對國際航班減少碳排放量。而在 10 月 15 日,共有 197 個國家同意修改蒙特婁議定書(Montreal Protocol),藉由逐步淘汰氫氟碳化物等溫室氣體來達到保護臭氧層的目標。在 10 月 28 日,相關國家也打破長達 4 年的僵局,在南極洲旁的 Ross 海成立了世界最大的海洋保護區。

茲卡病毒的肆虐

巴西因茲卡病毒爆發而導致的相關先天缺陷例如小頭症案例,已成為全球公共衛生的重大議題。圖/Centers for Disease Control and Prevention - http://www.cdc.gov/ncbddd/birthdefects/images/microcephaly-comparison-500px.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46674502

巴西因茲卡病毒爆發而導致的相關先天缺陷例如小頭症案例,已成為全球公共衛生的重大議題。圖/Centers for Disease Control and Prevention, Public Domain, wikimedia commons.

今年 2 月,世界衛生組織(World Health Organization, WHO)聲明,巴西那些因茲卡病毒爆發而導致的相關先天缺陷案例,已成為全球公共衛生的重大議題。這些先天缺陷包含小頭症(microcephaly),意為新生兒擁有比一般正常嬰兒更小尺寸的頭腦。然而縱使茲卡病毒在美洲肆虐,事實上並沒有造成想像中大規模的小頭症及其他茲卡所導致的先天缺陷案例。即使在巴西,高比例的小頭症患者也只存在於東北部,因此研究人員開始猜想,這種疾病的背後,可能同時存在多種因素的影響

到了 11 月 18 日,世界衛生組織宣佈茲卡病毒與先天缺陷之間的相關案例不再是公共衛生的重大事件,但會持續研究茲卡病毒傳染造成的影響,並發展疫苗。許多國際研究單位也將繼續為相關問題提出解答,例如受感染的孕婦,會有多少比例生出具有先天缺陷的嬰兒。

鬥智遊戲的頂尖對決!

今年 3 月,來自 Google 旗下公司「DeepMind」所研發的人工智慧 AlphaGo,在圍棋比賽上擊敗了世界知名棋手李世石。而在 10 月時,研究者揭示了另一項人工智慧產品,它能在不需預先擁有相關知識的條件下,了解倫敦地鐵複雜的路線分佈。這些複雜的程序結合記憶與從經驗學習的能力,將人工智慧又更進一步的朝人類邁進。

除了讓人工智慧做以上這些事外,透過大量的深度學習(deep learning),它同時也能降低 60% 由機器進行語言翻譯所造成的失誤,並幫助物理學家尋找新的材料

來自三人的DNA

藉由替換缺陷的DNA,避免母親的下一代遺傳到相關疾病。圖/ZEISS Microscopy@flickr

藉由替換缺陷的DNA,避免母親的下一代遺傳到相關疾病。圖/ZEISS Microscopy@flickr

經過十多年的研究,透過輔助生殖技術(Assisted-Reproductive Technology),進而達到結合三個人的 DNA 研究已取得突破。這些研究的目的之一,在於避免孩子從上一代的粒線體中遺傳到疾病。今年 9 月,研究人員在墨西哥診所宣佈第一個利用此技術的嬰兒誕生了

另外,就在今年 12 月 15 日,根據科學家們建議,英國的人類生殖及胚胎學管理局(Human Fertilisation and Embryology Authority)允許了該項技術在臨床上的使用,並將在 2017 年開始上路。

以上,為本年度《自然》(Nature)期刊精選的八大科學新聞,其中醫學相關領域就佔了三項,包含茲卡病毒、基因編輯以輔助生殖技術,可謂豐收的一年;另外,雖然本次人工智慧領域只佔一項,但筆者相信,假以時日,一旦 AI 領域有更大突破,當「科學研究」本身都能藉更臻於完美的人工智慧之手操刀時,在往後的年度科學新聞中,它將會是顆耀眼的巨星。

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關於作者

Nihil

Pansci實習編輯,熱愛自然科學,期許自己能成為一個對人生永保好奇心的孩子。