《科学》评选2019年十大突破

　　12月20日，《科学》公布了2019年十大科学突破。中国科学院青藏高原研究所等单位组成的联合研究团队，在东亚首次发现丹尼索瓦人遗骸入选，黑洞照片拍摄同样有中国科学家参与。

　　第一张黑洞照片

　　一直以来，黑洞是宇宙中最为神秘的天体之一。它质量极大、无处不在，连光也无法逃逸，其“魔口”，但直到今年4月，还没有人直接看到它们的模样。

　　“事件视界望远镜”项目4月10日发布了人类获得的首张黑洞照片，引起全球关注和热议。这是人类第一次看到曾经只存在于理论中的天体。

　　该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。

　　全球200多名科学家组成了“事件视界望远镜”合作组。2017年4月，他们挑选了世界上多个海拔最高、位置最为偏僻的射电天文台，包括夏威夷和墨西哥的火山、亚利桑那州的山脉、西班牙的内华达山脉、智利的阿塔卡马沙漠以及南极点共计6个地区8个台站，最终打开了观测黑洞的新窗口。

　　在200多名科研人员中，来自中国大陆的学者有16人，还有部分来自中国台湾地区的学者。 

　　致命的撞击 

　　6600万年前，一颗巨大的小行星撞击地球后，包括大型恐龙在内，全世界76%的物种消失了。但它们究竟是如何、何时死亡的，生态系统恢复速度有多快，目前还不清楚。现在，从墨西哥尤卡坦半岛的撞击地点提取的沉积物核心，加上在美国发现的几块丰富的化石，使这场灾难及其后果成为人们关注的焦点。 

　　2016年，国际海洋探索计划钻取了希克苏鲁伯陨坑的岩石中含有爆炸性熔融、大地震、海啸、泥石流和森林大火导致的约130米厚的沉积物。而这些都是在小行星撞击地球后24小时内形成的。 

　　研究人员发现了木炭和与土地真菌有关的生物标记物，这些生物标记物位于沙层内部或沙层之上，表明沉积物是海啸回流带来的。他们还发现陨坑周围的岩石都富含硫，但陨坑中的岩石却没有硫，这表明小行星撞击时将含硫物质气化，并硫释放到大气，导致持续几十年的全球平均温度大幅降低。 

　　古生物学家Vivi Vajda说，所有这些结果使得白垩纪—古近纪大灭绝研究进入了“超级年”。 

　　埃博拉患者的希望 

　　1976年，一种新病毒在刚果民主共和国的雨林中出现。它在当地造成280人死亡，随后消失，但又零星地出现，造成了毁灭性的影响。这种病毒的名字取自附近的一条河：埃博拉。 

　　科学家最终确定了两种能够显著降低该病死亡率的药物，它们都是疫苗，一种是从1996年埃博拉疫情的一名幸存者身上分离出来的，另一种是由3种抗体混合而成的，这些抗体是在具有人类免疫系统的小鼠体内产生的。 

　　在一项随机试验中，研究人员对4种不同的药物进行了相互对照，接受其中一种药物治疗的患者中约有70%存活下来，而接受另外两种药物治疗的患者中约有50%存活下来。结果是如此引人注目，以致于试验提前结束了。 

　　与丹尼索瓦人面对面 

　　大约40年前，一位僧人在西藏高原边缘的白石崖溶洞里发现了一块奇怪的人类颌骨。 

　　中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士、兰州大学资源环境学院张东菊副教授和德国马普学会进化人类学研究所教授Jean-Jacques Hublin等带领的研究团队，利用古蛋白分析方法，对比检测了这块有16万年历史的人类下颌骨化石，结果显示它属于丹尼索瓦人。 

　　此前丹尼索瓦人的骨骼遗存只发现于丹尼索瓦洞，而新研究首次确认在阿尔泰山脉以南也存在。 

　　这件下颌骨化石也成为目前已知最早的青藏高原人类化石，也是青藏高原最早的人类活动证据。它不仅将青藏高原有人类活动的历史从距今4万年上推至距今16万年，而且为进一步揭示现代藏族人和夏尔巴人的高海拔环境适应基因来源提供了新线索。 

　　研究人员还对化石发现地及其周边地区进行了近10年的系统考古调查，发现了大批可能与该化石共存的文化遗存，为深入研究丹尼索瓦人的文化内涵、行为特征和高海拔环境适应策略等提供了关键信息。 

　　实现量子霸权 

　　10月，谷歌物理学家声称，他们使用了一台量子计算机来计算一些普通计算机无法计算的东西，达到了一个被称为量子霸权的里程碑。尽管有人对这一说法提出了异议，但它仍被广泛誉为一项重大成就。但是，能够解决实际问题的量子计算机可能还需要几十年时间才能真正出现。 

　　量子霸权被用于描述量子计算机发展的关键节点，指量子计算机能解决传统计算机在合理时间范围内无法解决的复杂难题。 

　　研究团队研制了一个由54个量子比特组成的处理器“西克莫”，与传统比特相比，该处理器利用量子叠加和量子纠缠使计算空间指数级增长。他们设计了一项对量子电路产生的随机数字进行采样的任务。对于传统计算机来说，这一任务的难度会随量子电路中量子比特数的增加而增加。实验中，量子处理器在约200秒的时间内从量子电路中采集了100万个样本，而一台尖端的超级计算机要约1万年才能完成这项任务。 

　　填补生命“缺失环节” 

　　今年，微生物学家朝着解决真核生物起源争议迈出了重要一步。 

　　真核生物是指所有的植物和动物，包括人类。经过12年的努力，一个日本研究小组成功地从深海沉积物中培育出一种神秘微生物，并对其基因组进行了测序。它可以揭示我们所有人的终极祖先。 

　　该古菌是最近被确认的一类重要微生物的一员，它们不是细菌，而是完全独立的生命分支。研究人员通过从深海沉积物和其他极端环境中分离出的DNA片段才知道这种古菌。令人惊讶的是，这些片段包含以前被认为只在真核生物中存在的基因。DNA分析表明，它或近亲甚至可能产生了真核生物。 

　　这个激进的想法将生命的范围从三个古菌、真核生物和细菌，缩小到两个：细菌和古菌，而真核生物则成为古菌的一个子集。但由于证据不足，许多研究人员持怀疑态度。 

　　最远天体的特写镜头

　　去年，它只是黑暗空间中的一个小灰点。现在，它是Arrokoth（天涯海角）。今年的第一天，耗资8亿美元的美国宇航局“新视野号”在海王星外柯伊伯带的2014 MU69附近掠过。天文学家发现柯伊伯带隐藏着大量冰冻岩石小天体，它们可能完好保存着太阳系刚刚形成时的信息。此前，尚未有人类探测器近距离观测过柯伊伯带小天体。 

　　这次，研究人员揭开了人类迄今探测的最遥远太阳系天体——“天涯海角”的神秘面纱。“天涯海角”位于太阳系边缘柯伊伯带，距太阳大约65亿公里。它表面呈淡红色，是一颗相接双星，由两个球体连接构成，总长度为31公里。“新视野”号团队给直径19公里的大球体取名“天涯”，直径14公里的小球体取名“海角”。 

　　治疗囊性纤维化病 

　　今年10月，基因药物迎来了里程碑式的时刻：一种能有效治疗囊性纤维化（CF）的药物获得批准。这种名为Trikafta的三联疗法可用于治疗携带最常见基因突变的囊性纤维化患者。对于那些有这种变异的人——大约90%的CF患者，它可以将CF从一种进展性疾病转变为一种更易控制的慢性疾病。 

　　囊性纤维化患者的肺部、消化道和身体其他部位可形成稠厚的黏液，从而导致严重的呼吸和消化系统病变，也可导致感染、糖尿病等其他并发症。其发病机制是名为 CFTR 的基因发生突变，最常见的类型为 F508del 突变。 

　　现有的治疗囊性纤维化的药物大多靶向CFTR，但Trikafta由3种药物组成，针对至少携带一份F508del突变的CF患者，共同靶向CFTR。在临床试验中，该药使肺活量增加了10%至15%，并使CF的并发症减少。 

　　对抗营养不良 

　　每年，数百万严重营养不良的儿童无法完全康复，即使他们吃饱了，仍然发育不良、体弱多病。一项10年研究指出了根本原因：他们的肠道微生物没有成熟。今年一个国际团队在该研究的基础上，提出了一种低成本、易得的补充剂，能优先刺激有益肠道细菌的生长。 

　　这些补充剂在小规模试验中表现良好，目前正在进行更大规模的临床试验，以观察其在预防发育迟缓方面的效果。 

　　标准食品——奶粉和大米对关键菌群的生长几乎没有帮助，但含有鹰嘴豆、香蕉、大豆和花生粉的补充剂有助于微生物群的成熟。经过短暂的临床试验后，服用补充剂的儿童血液中含有更多的蛋白质和代谢物，这些都是正常生长的标志。 

　　如果这种方法有效，尤其是如果可以在家使用，其影响将是巨大的。 

　　人工智能打扑克 

　　今年，一款人工智能程序在德州扑克中击败了一些世界上最优秀的玩家。这一里程碑式的结果标志着人工智能首次在多人游戏竞赛中获胜。 

　　该系统与13名德州扑克高手进行了1万手不限注对局的六人桌比赛，每次比赛中由机器对5名人类选手，结果机器取得胜利。在另外一种形式的六人桌比赛中，由5个机器与1名人类选手对局，结果机器分别在5000手对局中先后击败了德州扑克世界冠军达伦·伊莱亚斯和克里斯·弗格森。 

　　研究人员指出，与让机器下国际象棋和围棋相比，德州扑克的挑战更大。 

　　11月，另一款人工智能程序成为首个在敌友不明的多玩家游戏中战胜人类玩家的人工智能程序。

　　中文原文链接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/12/434105.shtm  作者：唐凤 来源：中国科学报

　　英文原文链接：https://vis.sciencemag.org/breakthrough2019/