末日危機(jī)不存在 今年十大科學(xué)突破讓人類更進(jìn)步

科技的發(fā)展總有一天讓我們不在恐懼末日的到來，讓我們一起來看看今年的十大科學(xué)突破吧。

對(duì)于耗資55億美元方才建成、直到啟動(dòng)日仍麻煩纏身的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(Large Hadron Collider，簡(jiǎn)稱LHC)，希格斯玻色子(Higgs Boson)確實(shí)是來自“上帝”的一個(gè)好消息。這顆在粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中被最后發(fā)現(xiàn)的粒子，被充滿敬畏地稱為“上帝粒子” -- 科學(xué)家曾認(rèn)為，它將能夠解釋物理學(xué)上其他基本粒子何以擁有重量的關(guān)鍵。

12月20日，希格斯玻色子被美國(guó)《科學(xué)》雜志列為本年度最重大科學(xué)突破。緊隨其后，丹尼索瓦人基因組、基因組的精密工程、“好奇”號(hào)火星車的著陸系統(tǒng)等等，同時(shí)進(jìn)入年度十大科學(xué)突破。

毫無疑問，“上帝粒子”的發(fā)現(xiàn)，是2012年最受關(guān)注的科學(xué)進(jìn)展。媒體蜂擁，大眾雀躍，“‘上帝粒子’日快樂?！绷餍袠穲F(tuán)黑眼豆豆的主唱will.i.am在推特上寫到。

此前，研究人員一直在觀測(cè)位于瑞士的世上最大的粒子加速器LHC。就在7月4日，他們宣布發(fā)現(xiàn)了一個(gè)粒子，可能是研究者夢(mèng)寐以求的希格斯玻色子。粒子物理學(xué)也許是科學(xué)領(lǐng)域中最詳細(xì)和精確的理論，它描述了組成普通物質(zhì)的粒子，但乍一看，這一標(biāo)準(zhǔn)模型似乎是無質(zhì)量粒子的理論。這便是希格斯玻色子的來源：物理學(xué)家認(rèn)為真空充滿了“希格斯場(chǎng)”，粒子與希格斯場(chǎng)相互作用獲得能量。

假設(shè)在40多年前，對(duì)希格斯玻色子的觀察將使這整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型變得完整?！澳壳懊媾R的唯一問題，是它是否標(biāo)志著粒子物理發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代開端，還是該領(lǐng)域順其自然的最后歡呼?！薄犊茖W(xué)》雜志在其刊布的文章中說。

《科學(xué)》選擇希格斯玻色子，更因?yàn)樗谥R(shí)性、技術(shù)性和組織性上獲得的勝利。除了耗費(fèi)巨資制造的27千米長(zhǎng)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員還為發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，制造了25米高、45米長(zhǎng)的ATLAS粒子探測(cè)器，以及重達(dá)12500噸的CMS粒子探測(cè)器。

為了測(cè)試發(fā)現(xiàn)的粒子是否真的是希格斯玻色子，研究人員現(xiàn)在正在計(jì)算它衰變?yōu)槠渌Ｗ咏M合的比率。物理學(xué)家曾在之前做了類似的預(yù)測(cè)。1970年，當(dāng)時(shí)只有3種夸克是已知的，理論家預(yù)言了第四種的存在，4年后即被發(fā)現(xiàn)。1967年，他們預(yù)言傳遞弱作用力的粒子存在，1983年W玻色子和Z玻色子被發(fā)現(xiàn)。

“粒子理論家提供了各種預(yù)言竅門。”《科學(xué)》雜志繼續(xù)寫道，“鑒于沒有兩個(gè)星系是完全相同的，而所有的質(zhì)子是相同的。所以當(dāng)碰撞它們時(shí)，物理學(xué)家無需擔(dān)心這個(gè)質(zhì)子或那個(gè)質(zhì)子的特性，因?yàn)樗鼈兏緵]有特性。”另一些理論家則認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)模型應(yīng)將其預(yù)測(cè)能力歸功于該理論基于數(shù)學(xué)對(duì)稱概念的事實(shí)。“簡(jiǎn)而言之，對(duì)稱性的觀點(diǎn)是預(yù)測(cè)中強(qiáng)有力的工具?！?/p>

但希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著標(biāo)準(zhǔn)模型中已無預(yù)言可測(cè)試。“他們有充足的理由認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)模型并不是基礎(chǔ)物理的最終結(jié)果……理論本身證明，希格斯玻色子和其他粒子之間的相互作用應(yīng)該會(huì)使希格斯玻色子變得非常重。所以物理學(xué)家懷疑，潛伏在真空中的新粒子可能會(huì)抵消這種效果?！?/p>

實(shí)際上，科學(xué)家無法保證在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC或其他可以想象的對(duì)撞機(jī)的工作范圍內(nèi)是否還存在著新的物理成分?！皹?biāo)準(zhǔn)模型可能是所有宇宙內(nèi)部運(yùn)作中大自然愿意透露的全部。希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)突破。粒子物理學(xué)家未來是否會(huì)再一次獲得類似的突破呢？”

其他九大科學(xué)突破

古代DNA研究的全壘打

兩年前，古遺傳學(xué)家發(fā)布了尼安德特人(Neandertal)的完整核基因組，從而成功入選了“年度突破”的榜單；去年，同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室組合出了 5萬年前生活在西伯利亞古老人類 -- 丹尼索瓦人(Denisovan)的基因組，因此再度當(dāng)選。今年，一個(gè)執(zhí)著的博士后 -- 馬蒂亞斯·邁耶 (Matthias Meyer)摸索出了一個(gè)聰明絕頂?shù)男路椒?，這個(gè)方法幫助他的團(tuán)隊(duì)重新審視丹尼索瓦人的DNA，并將其重新排序了31次。他們從這個(gè)生活在丹尼索瓦山洞的西伯利亞女孩兒身上得到的DNA細(xì)節(jié)，清晰、豐富的程度已經(jīng)不遜于從活人身上提取的DNA。很明顯，科學(xué)家對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)促進(jìn)古代DNA研究的飛速發(fā)展。

基因組的巡航導(dǎo)彈

今年，基因工程師開始利用一些十分有利用潛力的強(qiáng)大新工具，以便生物學(xué)家在研究從酵母到人類的各種有機(jī)體之時(shí)，可以輕松修改DNA。轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶(transcription activator–like effector nucleases，簡(jiǎn)稱TALEN)便是這些工具中的一個(gè)，它可以破壞或改變斑馬魚、爪蟾以及其他牲畜的特定基因。TALEN是一種蛋白質(zhì)，它可以切除特定位置的DNA，并隨之修復(fù)修改目標(biāo)基因。一組研究人員利用該技術(shù)制造了一只迷你豬，并將其應(yīng)用到心臟病的研究中去。其他人正在忙于修改老鼠、蟋蟀甚至人類的病變細(xì)胞中。僅僅在幾年前，這些進(jìn)展還都是難以想象的。TALEN相對(duì)于過去所用的鋅指蛋白(zinc finger protein)更加便于使用，成本也更低。而同時(shí)，還有另一種利用細(xì)菌細(xì)胞里的CRISPR效應(yīng)酶蛋白Cas9因子的新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如今的工程師們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展前景十分看好，他們正在對(duì)其進(jìn)行細(xì)菌之外的嘗試，或許它有一天可以取代鋅指蛋白與TALEN，成為核基因組工程技術(shù)的新霸主。