2023年最引人注目的10項科學突破-彭博社

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的驚人2023年圖像之一。

攝影師：美國國家航空航天局、美國航天局、加拿大航天局和斯皮策太空望遠鏡科學研究所/Getty Images每年，科學家們都會做出驚人的新發現，這些發現往往並未得到應有的關注。戰爭、悲劇和政治爭議理所當然地佔據着社交媒體和頭條新聞，但並非所有新聞都是壞的。隨着2023年即將結束，讓我們回顧一下過去12個月中我們見證的一些驚人突破。

新藥幫助我們減肥 — 並理解為什麼會增重

2023年最受關注的科學故事是日益擴大的被稱為GLP-1受體激動劑的減肥藥物的使用，最為知名的是奧澤普（Ozempic）。這種藥物在為減肥而開處方時被推廣為威戈維（Wegovy），這種藥物和一系列其他藥物已經幫助數千人減肥。在2023年，幾項研究還顯示GLP-1能夠降低肥胖人羣心臟病發作和中風的風險。

但這些藥物也揭示了肥胖的根源。傳統觀念認為肥胖的人缺乏意志力，因此吃得太多 — 或者運動太少。這是錯誤的，但這種普遍的誤解已經模糊了科學思維多年。

科學證據指向肥胖是一種激素功能障礙，正如我在2022年12月所寫的。根據哈佛大學內分泌學家大衞·路德維希最近的一項研究，這種功能障礙可能源自攝入過多糖和精製澱粉的飲食。這種激素觀點曾經備受爭議，但現在更難以否認，因為新藥物的作用是通過模擬激素GLP-1（胰高血糖素樣肽）來實現的。

氣候臨界點變得更加清晰，而我們仍有時間採取行動

2023年，氣候臨界點也是一個重要話題。這些臨界點不僅代表突然的變化，還代表着逐漸加強的反饋循環的開始。在過去，自然發生的惡性循環曾使我們的地球變成“雪球地球”，或者引發瞭如此極端的熱期，以至於超過90%的物種滅絕。熱期。

科學家們今年多次警告稱，人類造成的潛在反饋循環即將到來。研究人員估計，僅比工業化前水平高出1.5攝氏度的升温就可能引發多個全球性臨界點，包括永久凍土融化、亞馬遜雨林的燃燒以及格陵蘭和西南極冰蓋的崩潰。

2023年的兩項研究還顯示了南大洋環流的減速。這些洋流就像地球的跳動心臟，將寒冷的極地水域中的碳、氧和熱量向下輸送，並推動連接地球所有海洋的洋流。

這種心跳的減緩可能看起來令人沮喪，但這裏有一絲好消息：我們仍處於所有這些潛在臨界點的正確一側，而這些警告是在我們仍有時間採取行動之時發出的。

物理學家重複了核聚變壯舉

今年夏天，科學家們表示，他們從一個胡椒粒大小的膠囊中釋放出的能量比他們用一套激光束入的能量更多 —— 這是他們在2022年年底首次宣佈的壯舉的 重複。正如我去年夏天寫的，聚變能源是清潔的，燃料取之不盡且廉價，而且沒有熔燬的風險。人類終於捕獲了恆星的能源，這一事實肯定會載入史冊。

陰暗的一面是，這些成就是利用了一個主要用於測試旨在殺死數百萬人的武器的設施。清潔能源的希望是次要的。位於勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火設施（National Ignition Facility）與核武器工業緊密相連，一些物理學家表示，我們最好投資於專門提供清潔能源的項目。核戰爭將引起比我們從化石燃料得到的氣候變化更為災難性的氣候變化。

但利弗莫爾的壯舉讓我們更好地理解了聚變物理，並帶來了對聚變能源的資金激增。如今，至少有30家初創公司正在使用數十億美元的私人資金和政府撥款進行核聚變研究。有人會説它們都是不太可能成功的嘗試，但清潔能源的需求要求我們儘可能多地押注。

人類早期抵達美洲要求重新思考歷史

在史前時期，兩名成年人和一個孩子在今天的新墨西哥州白沙附近的泥土上留下了一串腳印。對石英顆粒和花粉的新分析顯示，他們是在21,000到23,000年前走過這條路的，比人們原以為的抵達美洲的時間要早數千年。

多年來，教科書上的故事一直認為人類首次抵達美洲是在16,000到14,000年前，通過西伯利亞和阿拉斯加之間的陸地橋。最古老的已知文物來自新墨西哥州的克洛維斯遺址，可以追溯到13,500年前。近年來，有關更早文物的説法已經提出，儘管沒有什麼像這些腳印一樣經過精心確定年代並且毫無爭議地屬於人類的。

新的日期意味着人們在最後一次冰河時期的高峯期已經居住在新墨西哥州。弄清他們是如何到達這裏將需要一些新的思考。牛津的研究人員提出，他們是乘船到達的。如果腳印的日期得到確認，這個或其他戲劇性不同的故事將成為新的共識。

一架新的望遠鏡幫助我們看到宇宙的年輕時期

天文學家估計我們的宇宙大約有137億年的歷史，因為遙遠的物體看起來就像很久以前一樣，天文學家已經能夠看到大約前10億年的情況。

但是那段長期隱藏的前10億年很重要。那時恆星和星系開始發光並組裝起來。2023年，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡開始發送來自那個形成時期的圖像。

JWST向我們展示了原始星系的碎片，但對於天體物理學家大卡夫理查德·斯珀格爾來説，這個時代最有趣的發現是最古老的超大質量黑洞。它位於一個名為UHZ1的星系中，看起來就像130億年前一樣——大爆炸後4.7億年。

斯珀格爾説，這個黑洞的質量可與整個星系的質量相媲美。這令人驚訝，因為我們星系中心的黑洞只佔星系質量的半個百分點。這一發現有助於天文學家理解超大質量黑洞是如何形成的，以及它們在塑造宇宙其他部分中的作用。

巨大的引力波震動宇宙

2023年春天，來自全球五個不同地方的科學家宣佈發現了空間和時間中的巨大振動。這一壯舉涉及20多年對脈衝星的精密觀測——這些燃盡的恆星以精確的節奏發射無線電波束，它們旋轉數百甚至數千次每秒。

微小的脈衝時間偏差揭示了這種長期尋求的引力波背景。科學家們表示，這些波是由超大質量黑洞相互螺旋或者更奇特的現象——空間結構缺陷即宇宙弦所激發的。

愛因斯坦最初預言了引力波會使空間波動，但直到2016年才宣佈了它們的存在。2023年的發現是更長週期的波浪在數年內上升和下降。發現它們需要美國、歐洲、中國和澳大利亞科學家的共同努力。隨着科學家承擔越來越雄心勃勃的項目，即使是對於單個國家來説成本太高的項目，這樣的合作變得更加普遍。

鐮狀細胞病的治癒

幾十年來，醫學研究忽視了鐮狀細胞病，儘管它導致數千名主要是非洲裔人羣的患者嚴重疼痛和早逝。但是2023年帶來了兩種依賴極其複雜的基因改變的新治療方法，包括使用被稱為Crispr的基因編輯技術的首個獲得FDA批准的治療。

鐮狀細胞病是由一種產生異常血紅蛋白的基因變異引起的 — 血紅細胞中的一種蛋白質。細胞變得畸形並且可能堵塞或引起血管炎症。患者可以通過骨髓移植來治癒，但只有大約25%的鐮狀細胞患者能找到合適的供體。兩種新療法使用不同的方式改變骨髓細胞中的DNA，恢復製造正常血紅蛋白的能力。

對於世界上大多數地方，甚至對於美國有嚴重症狀的4萬人來説，這些都還不是切實可行的解決方案 — 其中一種療法名為Casgevy，成本超過200萬美元，另一種名為Lyfgenia，成本為310萬美元。（儘管成本高昂，一家 主要保險公司已同意承保Lyfgenia。）但這是朝着一個鮮有關注的疾病的正確方向邁出的一步。

閲讀重度癱瘓患者的思維

五月份，科學家宣佈他們已經學會從腦部掃描中解碼人們的思維，使用AI系統作為解釋者。我在這篇專欄文章中描述的這些發現，可以恢復那些如此嚴重癱瘓以至於無法説話或寫字的人的交流能力。

這種所謂的完全癱瘓綜合症由於各種原因而發生 — 尤其是中風或神經系統疾病。當這種情況是暫時的時候，人們有時會描述一段令人痛苦的經歷 — 有個男人回憶起自己被凍結在原地，而他的妻子和一名醫生在辯論是否撤除生命支持並讓他死去。

在新系統中，發表在《自然神經科學》上的研究人員讓志願者躺在腦部掃描儀中聽播客。人工智能系統分析了腦部掃描圖案和文字之間的聯繫。最終，人工智能可以將腦部圖案轉化為文字。當受試者聽到“我還沒有駕照”的時候，系統讀取大腦的信息説，“她甚至還沒有開始學開車。”翻譯並不完美，但仍然非常準確。對於那些發現自己被困在僵硬身體中的人來説，這可能是一個恢復交流能力的強大工具。

ChatGPT學會了扮演醫生

在多年的報道中，我曾與世界各地的醫生討論令人難以置信的技術進步，但很少有人像今年談論ChatGPT-4的成就時那樣感到驚訝和驚奇。儘管ChatGPT的早期版本於2022年底推出，但直到2023年，我們才開始意識到大型語言模型的潛力。

ChatGPT可以診斷複雜的醫學問題，要求進行測試和檢查，甚至可以在大多數醫學執照考試中得到滿分。但它的推理方式有些陌生。哈佛大學生物醫學信息學助理教授安德魯·比姆表示，除非明確告訴它要這樣做，否則它不一定會通過測試。如果你告訴它要模仿世界上最聰明的人，它的表現會更好。

相信人工智能在診斷或推薦治療方面存在風險，但也有巨大潛力幫助醫生變得更聰明、更快速、更優秀。

在地球上發現了智慧生命

11月發佈的一項新研究推翻了只有人類能想象過去和未來，而動物只能活在當下的神話。事實證明，老鼠也能想象並提前計劃。正如我在這篇專欄文章中所寫的，最新的發現可能解釋了城市老鼠將比薩餅片帶進地鐵車廂的觀察結果，它們可以遠離其他飢餓的老鼠。

過去的10年已經帶來了人類對其他動物看待方式的範式轉變，大量研究結果表明許多種類的生物都能像人類一樣思考、推理和解決問題，這曾經被認為是人類獨有的。現在這也包括農場動物。一項研究表明豬有足夠的同理心來解救被困的同伴。牛被訓練如廁，這一發現表明它們也具有一種被認為超出它們能力範圍的身體意識。山羊理解人指向事物的含義。

人類夢想着在宇宙中找到智慧生命，但我們在地球上的經歷表明，當智慧生命就在我們面前時，我們並不擅長識別它。

讓我們希望2024年帶來另一個突破的一年，包括髮現一些隱藏在我們眼前的真相。

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