Tony's blog: 《环球科学》 2010 年十大科学新闻

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《环球科学》 2010 年十大科学新闻

将要过去的2010年，经历了许多重大科学事件：人造生命的诞生毫无疑问具有划时代的意义；墨西哥湾原油泄漏则给当地生态带来灭顶之灾；而曾被认为只在微观世界存在的量子效应也能用肉眼看到了……经过编辑初选、网友投票，以及专家顾问团评议，《环球科学》最终盘点出2010年最值得铭记的十大科学新闻。

1、人造生命诞生

2010年5月20日，美国J•克雷格•文特尔研究所（J. Craig Venter Institute）宣布，他们利用人工合成的基因组，创造出了世界上第一个"人造生命"，取名为"辛西娅"（Synthia）。文特尔领导的研究团队首先选取了一种名为丝状支原体的细菌，对这种细菌的基因组进行测序后，人工合成了它的基因组。然后，科学家将人造基因组移植到另一种名为山羊支原体、去除了遗传物质的细菌中。通过分裂和增生，山羊支原体逐渐为人造基因组控制，最终成为一种全新的生命。在培养皿中，合成细菌的分裂等行为就像天然细菌一样。

文特尔认为，这种人造细菌将来可用于制造生物燃料，帮助人类从岩石和工业废料中提取金属，把泄漏的石油转化为无毒物质，还可用于制造新药物、疫苗。但也有科学家认为，文特尔的研究无异于打开了潘多拉魔盒，人造的有机体如果扩散到自然界，引发生物基因变化，有可能造成环境灾难，还有可能被用来制造生物武器。（参见《环球科学》2010年第7期《人造生命背后》一文。）

2、墨西哥湾大规模漏油事件

2010年4月20日，位于美国路易斯安那州威尼斯东南约82公里处海域的"深海地平线"（Deepwater Horizon）钻井平台发生爆炸并引发大火。这一平台属于瑞士越洋钻探公司，由英国石油公司租赁。火势持续约36小时后，平台沉入墨西哥湾，其底部油井自4月24日起漏油不止，造成大面积海域受到原油污染。直到9月19日，漏油油井才被彻底封堵。

浮油涌至美国海岸，多处野生动物保护区面临严重威胁。原油泄漏还威胁着墨西哥湾海岸生态及沿岸百姓生活。据美国哥伦比亚大学研究人员评估，此次原油泄漏事件造成约440万桶原油流入墨西哥湾，是人类历史上仅次于海湾战争漏油事故（约800万桶原油流入波斯湾）的第二严重的原油泄漏事故。墨西哥湾漏油事件造成的影响将持续数年或者数十年。（参见《环球科学》2010年第8期《漏油猛于虎》一文。）

3、私营太空产业迈出第一步

2010年12月8日22时53分，美国SpaceX公司在卡纳维拉尔角使用"猎鹰-9"大型火箭将名为"龙"的太空舱发射升空。这个子弹形状的太空舱在 10分钟后进入轨道，绕地球两周后从低轨道再次进入大气层，于12月9日3时04分在墨西哥海岸外以西海域成功软着陆。

"龙"是第一架私人设计的载人宇宙飞船，这意味着人类史上首次有私人公司（而非国家）有能力进入地球轨道。此次太空舱飞行试验没有搭载相关人员，但它具备搭载7名工作人员和充裕货物的空间。美国航空航天局计划在明年航天飞机退役计划后，使用"龙"太空舱向国际空间站运送补给。它的成功发射和回收，意味着新的太空产业的硬件部分已准备完成。

4、NASA发现"砷基生命"

2010年12月2日，美国航空航天局宣布，天体生物学家费丽莎•沃尔夫－西蒙（Felisa Wolfe-Simon）在加利福尼亚州的莫诺湖新发现了一种名为GFAJ-1的独特细菌，能利用砷来代替磷元素构筑生命分子，进行一些关键的生化反应。

长期以来，科学界都认定碳、氢、氧、氮、磷和硫是组成地球生命的6大基本元素，它们不可代替。磷元素在细胞中起着极为重要的作用，包括维持遗传物质DNA 和RNA的骨架、参与形成细胞膜、以三磷酸腺苷分子的形式输送能量等。GFAJ-1的出现打破了这一理论。因此，那些过去被描述为"不适合生命存在"的外星环境或许也可以存在生命，这将极大提高人类在外星球上找到生命的可能性。（这一发现尚存争议，参见本期第30 页《质疑砷基生命》一文）

5、科学家首次探测到暗物质粒子

        神秘的暗物质一直令科学家感到迷惑不解，这种不可见物质在星系、星系团等宇宙大尺度结构中发挥着重要作用，施加着我们可以观测到的引力作用，但它们本质上由何种粒子构成依然成谜。2010年2月，美国佛罗里达大学科学家宣称，他们已首次探测到暗物质粒子。

        据研究人员介绍，在过去9年中，他们一直在美国明尼苏达州北部一个名为索丹的废弃铁矿来捕捉暗物质的踪迹。实验动用了30台高灵敏度探测仪，并将温度降低至-273.1℃。终于，他们通过位于地面以下2 000英尺（约610米）的高灵敏度探测仪捕捉到两个"暗物质粒子"的踪迹。科学家们认为，这次探测到的事物应该有3/4的可能是暗物质粒子，而不是背景噪音。但研究者也承认，要想确认所发现的确实是暗物质粒子，他们必须要继续发现更多这样的粒子。（参见《环球科学》2010年12期《暗宇宙里的隐秘生活》一文。）

   6、单分子层上的类脑计算

       2010年4月25日，来自日本筑波市国立材料科学研究所的人工智能和分子电子学科学家安尼班•班德亚帕德耶（Anirban Bandyopadhyay）、美国密歇根理工大学物理学院的兰吉特•帕蒂（Ranjit Pati）以及其他科学家模拟大脑的工作原理，首次在有机单分子层上制造了一个同样具备自我进化功能、能够解决复杂运算问题的电路，这是科学家首次制造出类似大脑、能够自我进化的电路。

        基于这种电路的新型计算机能够并行运算，远远胜于目前最快的超级计算机。迄今为止，世界上运行速度最快的超级计算机每一个通道一次也只能处理一个字节。而类脑计算能够为那些很难确定算法的问题提供解决方案，比如预测自然灾害和疾病的暴发等。为了证明这种独特性，研究人员在分子层面模拟了两种自然现象：自然散热和癌细胞的扩散。

    7、宏观物体的量子效应

2010年3月，美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的阿龙•奥康奈尔（Aaron O'Connell）及同事首次成功观测到宏观物体的量子效应。奥康奈尔制作了一个1微米厚、40微米长的类似音叉的谐振器，然后把它置入超导线圈并冷却到-273.125℃（只比绝对零度高0.025℃）。研究者向超导线圈导入特殊电流，就可以使谐振器出于振动和不振动的叠加态。实验表明，量子力学的原理不但适用于原子，还可用于日常所见物体。该研究结果对物理学的发展和量子计算机的研发具有非常重要的意义。（参见《环球科学》2010年第7期《量子麦克风》一文。）

8、可能适合生命存在的行星

2010年9月30日，由美国加利福尼亚大学圣克鲁斯分校物理学教授史蒂文•沃格特（Steven Vogt）和华盛顿卡内基学会的保罗•巴特勒（Paul Butler）领导的研究小组宣布，他们利用设在夏威夷的"凯克"天文望远镜发现了一颗处于所在恒星系统"宜居带"内的行星。所谓"宜居带"是指距离恒星不太远也不太近，适合液态水在行星表面存在的一个区域。地球就位于太阳系里的宜居带内。

这颗行星围绕天秤星座内名为Gliese 581的红矮星运行，距地球约20光年，质量至少为地球的3~4倍，公转周期约为37个地球日。与太阳系中的水星一样，这颗系外行星也被其恒星"锁定"，也就是说这颗行星的一面几乎永远面对恒星，另一面则几乎永远背对恒星，表面温差较大，平均温度在-31℃~-12℃之间。研究人员表示，这颗行星的引力足以固定住大气，表面具有很多岩石，也具备存在液态水的可能性，最适于生命存在的区域可能位于明暗交界带。（参见本期第9 页《可能孕育生命的外星行星》一文）

9、新一代DNA测序技术问世

DNA测序在个人医疗、精确搜查罪犯、超高速检验病毒等领域发挥着巨大作用。2010年4月6日，日本大阪大学产业科学研究所的川合知二（Kazumichi Yokota）和谷口正辉（Tomoji Kawai）宣布，他们利用电测方法，成功识别了DNA的核苷酸碱基，首次验证了新一代DNA测序技术的可行性。

研究者制作了两根间距仅为1纳米的电极，然后让碱基分子从电极之间通过。当不同碱基分子（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶）通过电极时产生的电流值不同，研究者就可以据此识别碱基的种类。以这项研究为理论依据，研究者预计，通过改变电极间距离（从纳米至微米），还可对病毒及过敏原等各种尺寸的分子粒子进行超高灵敏度、超高速度的检测。（参见本期第22 页《DNA 晶体管》一文。）

10、NASA发现地球附近最年轻黑洞

2010年11月15日，美国航空航天局宣布，天文学家利用钱德拉X射线望远镜发现地球附近最年轻黑洞。这个形成只有31年的黑洞是距离地球约5 000万光年的M100星系中的超新星SN 1979C的余烬，可以帮助科学家更好地理解大质量恒星是如何爆炸的，那些恒星爆炸后留下的是黑洞还是中子星，以及我们这个星系和其他星系黑洞的数量。

从美国航空航天局的钱德拉望远镜、欧洲航天局的XMM-Newton望远镜和德国ROSAT望远镜获得的数据显示了一个明亮的X射线源，在1995年— 2007年这段观测期内一直非常稳定。这说明该天体极有可能是一个黑洞，正在吞噬这颗超新星或一颗伴星落下的物质。如果上述解释得到证实，这将是人类观测到的最年轻黑洞，也是人类亲眼目睹它形成的唯一一个黑洞，更是到目前为止超新星爆炸能够形成黑洞的唯一的直接证据。

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