盤點(diǎn)2012年國(guó)外十大科技新聞

“國(guó)外科技十大新聞”記錄了2012 最值得銘記、對(duì)人類社會(huì)影響最為深遠(yuǎn)的科技成果，這些成果涵蓋了天文、生物等多個(gè)前沿科技領(lǐng)域，不僅指引著未來(lái)世界科技的發(fā)展方向，也與我們的生活息息相關(guān)。

那些激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)讓我們敬畏：上帝粒子的發(fā)現(xiàn)，是近幾十年來(lái)物理學(xué)領(lǐng)域最重大的發(fā)現(xiàn)；“好奇號(hào)”登陸火星，再次激發(fā)了人類對(duì)空間探索的熱情和愿望；來(lái)自超級(jí)計(jì)算機(jī)的虛擬大腦將是未來(lái)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域；量子網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展，有望使未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)更方便、更快捷，給未來(lái)人類社會(huì)帶來(lái)難以想象的變化；人工合成的XNA 具有可代替DNA 的功能，對(duì)人造生命有重大意義；艾滋病的預(yù)防藥物上市，也給減少艾滋病的威脅帶來(lái)了新的希望。讓我們走入“國(guó)外科技十大新聞”。

1.“好奇”號(hào)在火星成功著陸

美國(guó)東部時(shí)間8月6日凌晨，遠(yuǎn)征5.67 億公里的美國(guó)“好奇”號(hào)火星車歷經(jīng)8個(gè)月飛行，在位于火星蓋爾隕坑中心山脈的山腳下成功著陸，開始其探索火星生命痕跡的旅程。登陸火星數(shù)分鐘后，“好奇”號(hào)首次向地球傳回火星圖像，隨后，分辨率更高的圖像也陸續(xù)傳回地球。“好奇”號(hào)長(zhǎng)約2.8 米，重900 多千克，共有6 個(gè)輪子，每個(gè)均擁有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，兩個(gè)前輪和兩個(gè)后輪還配有獨(dú)立的轉(zhuǎn)向馬達(dá)。“好奇”號(hào)的動(dòng)力由一臺(tái)多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器提供，其本質(zhì)上是一塊核電池，設(shè)計(jì)使用壽命為14年。“好奇”號(hào)被譽(yù)為人類在其他星球登陸的最精密移動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是美國(guó)，同時(shí)也是世界太空探索歷史上又一重要里程碑。

2.首個(gè)原子X 射線激光誕生

1月，美國(guó)能源部國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC）的科學(xué)家獲得了迄今為止波長(zhǎng)最短、顏色最純的X 射線激光，并應(yīng)驗(yàn)了45年前的一個(gè)預(yù)言——可以像制造可見光激光一樣，通過使原子內(nèi)部電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷并在這一過程中釋放單色光來(lái)獲得X 射線激光。

相比號(hào)稱世界最強(qiáng)大X 射線激光器的LCLS 發(fā)出的脈沖，原子X 射線激光的波長(zhǎng)只有其1/8，并且顏色更純，能夠清楚地區(qū)別以前不可能看到的超快反應(yīng)的細(xì)節(jié)，將生物分子的工作情況“盡收眼底”。該成果能幫助深入觀察分子和原子世界，相當(dāng)于開啟了一扇通往新發(fā)現(xiàn)的大門。

3.首個(gè)量子初級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成功

量子世界有一種“心靈感應(yīng)”——兩個(gè)微觀粒子無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，只要彼此處于量子糾纏，通過改變一個(gè)粒子的量子狀態(tài)，就可以使另一個(gè)粒子狀態(tài)也發(fā)生改變。利用量子糾纏特性，制造出比互聯(lián)網(wǎng)快千萬(wàn)倍的通信方式，是長(zhǎng)期以來(lái)的幻想。

4月15日，德國(guó)馬普量子光學(xué)研究所的科學(xué)家歷經(jīng)數(shù)年，設(shè)計(jì)出一種“完美控制”量子網(wǎng)絡(luò)中所有組件的方法，首次將兩個(gè)各自代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)通過60 米長(zhǎng)的光纖相連，并在它們之間進(jìn)行量子信息的高效率和高保真交換。

這是首個(gè)初級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)，其包含一對(duì)糾纏原子，這對(duì)糾纏原子可通過單光子相互傳遞信息，成為“第一個(gè)在節(jié)點(diǎn)之間可完成量子信息可逆交換的量子網(wǎng)絡(luò)原型”。盡管它只是初級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)，但卻是第一次遠(yuǎn)距離在大量分離的粒子之間創(chuàng)建量子糾纏，為科學(xué)家們提供了一個(gè)清晰的可擴(kuò)展視角。

4.人工合成XNA 可實(shí)現(xiàn)DNA 功能

4月，英國(guó)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室人工合成了一種名為XNA 的物質(zhì)，在存儲(chǔ)、傳遞遺傳信息等關(guān)鍵功能上可以替代DNA。它與DNA 一樣使用堿基作為鏈齒，XNA 鏈條和DNA 鏈條之間還可互相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遺傳信息的傳遞，準(zhǔn)確度高達(dá)95%以上。如果滿足一些前提條件，部分XNA 聚合物在試管中還能如DNA 一樣進(jìn)化成不同形態(tài)。此外，XNA 還具有抗生物降解特性，比天然DNA 更堅(jiān)固，將來(lái)應(yīng)用在核苷酸治療方面更具優(yōu)勢(shì)。

這一人工物質(zhì)的誕生，或許能在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造出遺傳方式與地球現(xiàn)有生物不同的“另類生命”，從而揭示生命起源的秘密。它還可以幫助解析DNA 如何在生命演化中變得如此至關(guān)重要，甚至有助于尋找地外生物。

5.人類首次可用意念控制機(jī)械手臂取物

5月，美國(guó)布朗大學(xué)公開了利用腦機(jī)接口技術(shù)，讓殘障病人通過“意念控制”活動(dòng)機(jī)械手臂的實(shí)驗(yàn)：兩位癱瘓多年的中風(fēng)患者腦部植入電極后，只用大腦信號(hào)的指示就能控制機(jī)械手臂抓起小球，其中一位臥床14年的女士還拿起咖啡杯送到嘴邊喝了一口。

將思維與機(jī)械相結(jié)合的嘗試從上世紀(jì)70年代開始。腦機(jī)接口技術(shù)獲取大腦神經(jīng)信號(hào)的方式有兩種，大部分采用頭皮電極，相對(duì)安全但其信息采集的效果較差。此次實(shí)驗(yàn)則用了具有侵入性的植入電極技術(shù)，帶給我們兩個(gè)驚喜：研究顯示大腦處理運(yùn)動(dòng)的部分在人癱瘓10 多年后還能繼續(xù)發(fā)揮作用；這些電極均已植入兩位受試者腦內(nèi)達(dá)5年之久，雖有些退化，但仍完全具有記錄大腦活動(dòng)并控制機(jī)械手臂的能力。這也在一定程度上消除了對(duì)電極植入腦內(nèi)時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致信號(hào)讀取能力退化的憂慮。

6.歐核中心發(fā)現(xiàn)“疑似”上帝粒子

歐核中心（CERN）宣布發(fā)現(xiàn)了一種新粒子，其特性與所謂的“上帝粒子”，即希格斯玻色子的理論描述保持了高度一致（信號(hào)確定水平5 西格瑪左右，99.98%）。它被認(rèn)為是30年來(lái)最偉大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。CERN 主任評(píng)論：這是人們“理解自然的一個(gè)里程碑”。

7月末，CERN 稱“上帝粒子”被找到的可信度增大。更為完整的分析結(jié)果將確定性水平提高到了接近6 西格瑪，準(zhǔn)確率達(dá)到99.997%，為此新粒子就是希格斯玻色子提供了更強(qiáng)有力的支撐。盡管如此，直到12月中旬，科學(xué)家們認(rèn)為新粒子為“上帝粒子”的身份依舊存在那么一絲疑慮。一句話：“我們需要更多的時(shí)間去分析。”

7.第一種艾滋病預(yù)防藥物在美上市

作為人類歷史上首個(gè)艾滋病預(yù)防藥物，美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）于7月16日批準(zhǔn)“特魯瓦達(dá)”（Truvada）上市，以幫助高危人群預(yù)防艾滋病病毒感染。結(jié)果顯示，感染艾滋病病毒一方的健康異性戀伴侶服用“特魯瓦達(dá)”后，感染病毒的幾率能降低75%。

“特魯瓦達(dá)”屬于抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物，可通過抑制病毒逆轉(zhuǎn)錄酶，降低人體內(nèi)的病毒水平，在保持身體健康的同時(shí)降低病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)。在經(jīng)過一系列突破性的實(shí)驗(yàn)后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)使用該藥物的未感染人群，其患上艾滋病的概率大大降低，于是FDA 首次批準(zhǔn)一種艾滋病病毒預(yù)防藥物上市，使具有感染艾滋病高風(fēng)險(xiǎn)的健康人也可以使用“特魯瓦達(dá)”，這不僅是“抗艾”30年以來(lái)的里程碑事件，同時(shí)也讓這一含有兩種抗病毒成分的藥物，成為健康人群中預(yù)防艾滋病的有效方法。

8.日本科學(xué)家首次用“人造”卵子產(chǎn)下小鼠

在利用源自干細(xì)胞的精子產(chǎn)下了正常幼鼠后，日本京都大學(xué)的一個(gè)研究小組又通過同樣的方式利用卵子完成了這一壯舉。研究人員從ES 和iPS 細(xì)胞入手，培育形成了與原生殖細(xì)胞類似的細(xì)胞。隨后將這些原始細(xì)胞與小鼠胎兒的卵巢細(xì)胞相混合，從而形成了再造的卵巢，并最終將其移植到活體小鼠的正常卵巢中。4 周零4 天后，那些與原生殖細(xì)胞類似的細(xì)胞發(fā)育成為卵母細(xì)胞。進(jìn)行體外授精后再將得到的胚胎移植進(jìn)代孕母親體內(nèi)。大約3 周后，正常的小鼠崽誕生了。這項(xiàng)研究最終有望為幫助那些不育夫婦懷孕帶來(lái)新的方法。《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。

9.DNA 成為已知存儲(chǔ)密度最高的介質(zhì)

DNA 存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)在于：體積小，一個(gè)堿基只有幾個(gè)原子大小，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，整體體積將大大領(lǐng)先于傳統(tǒng)硬盤；密度大，一個(gè)DNA 片段就含有無(wú)數(shù)個(gè)堿基；穩(wěn)定性強(qiáng)，相比于其他需要低溫、真空保存的存儲(chǔ)介質(zhì)，DNA 可以在不苛刻的條件下保存數(shù)千年。

8月，哈佛大學(xué)研究人員進(jìn)行了迄今為止使用DNA 遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)量最大的一次實(shí)驗(yàn)。利用DNA 的4 個(gè)堿基進(jìn)行編碼，他們成功地將一本遺傳學(xué)課本的全部?jī)?nèi)容寫進(jìn)了一小段DNA 序列。利用測(cè)序儀對(duì)DNA 測(cè)序，就是將數(shù)據(jù)讀取出來(lái)的過程，結(jié)果顯示，這個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的底層讀取錯(cuò)誤率為每百萬(wàn)比特只有兩個(gè)錯(cuò)誤。這項(xiàng)最新突破有可能徹底革新我們存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。

10.加拿大開發(fā)出具備簡(jiǎn)單認(rèn)知能力的虛擬大腦

加拿大滑鐵盧大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)，創(chuàng)造了一個(gè)具備簡(jiǎn)單認(rèn)知能力的虛擬大腦“Spaun”，它有250 萬(wàn)個(gè)模擬“神經(jīng)元”，是迄今為止最接近真實(shí)大腦的機(jī)能大腦模型。

“Spaun”主體其實(shí)是基于超級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)建的數(shù)字模型，它通過變化的電壓來(lái)模擬腦電波，利用類似攝像頭的儀器來(lái)“觀察”，再指揮機(jī)械臂進(jìn)行書寫等動(dòng)作。它可執(zhí)行多項(xiàng)簡(jiǎn)單的認(rèn)知任務(wù)，對(duì)別人提出的問題或自己“觀察”到的事物作出回應(yīng)；也有一定的記憶力，可依次將之前看過的一連串?dāng)?shù)字寫出來(lái)；它甚至通過了最基本的智商測(cè)試。這是首個(gè)能模擬大腦利用不同區(qū)間溝通來(lái)展示復(fù)雜行為的模型，可幫助人類更清晰化地了解大腦的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行。（宦靜整理）■