上海市科學技術(shù)協(xié)會供稿

由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評選出的 2022年國際十大科技新聞已經(jīng)揭曉。

2022年，生物醫(yī)學、核聚變以及人工智能是重點突破領(lǐng)域，航空航天作為大國實力較量的焦點炙手可熱，科學倫理和危機應對則是科技界永遠需要直面的話題……

豬心植入患者體內(nèi)標志器官移植新水平

美國馬里蘭大學醫(yī)學院的醫(yī)生們歷時7小時，首次將一顆經(jīng)過基因編輯的豬心臟移植到了一名心臟遭受重創(chuàng)的患者體內(nèi)。手術(shù)3天后，該患者的身體狀況仍然良好。這表明，來自動物的心臟可以在人體內(nèi)發(fā)揮作用。

不過，遺憾的是，雖然當時手術(shù)成功，但此名全球首例接受豬心臟移植的患者依然在術(shù)后2個月死亡，死因或與豬病毒有關(guān)。這種病毒名為豬巨細胞病毒，研究人員從未發(fā)現(xiàn)該病毒可引起活躍的感染跡象。

這一手術(shù)已經(jīng)成功克服了異種器官移植此前必然會發(fā)生超急性（48小時內(nèi)）排異反應、加速性排異反應（48小時至5天內(nèi)）以及急性排異反應（一周以上）的影響。

韋布望遠鏡拍攝到宇宙早期星系

在大名鼎鼎的哈勃空間望遠鏡之后，詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST，以下簡稱韋布望遠鏡）應該是為人們帶來最多震撼的空間望遠鏡。

它拍攝到了距離地球46億光年的星系團、385光年外的系外行星，還有一個歷史超過130億年的紅色光斑，給人們提供了有史以來最古老的“嬰兒宇宙”的快照……韋布望遠鏡因此也被稱為“時間機器”。

而由于使用的燃料比預期中少很多，所以至少在2040年以前，韋布望遠鏡都會是人類獲取宇宙深處數(shù)據(jù)的主要工具。天文學界也從2022年起開啟了一段新征程。

地外存在“生命之源”首次確認

2020年12月，探測器“隼鳥 2 號”搭載的回收艙從距離地球3億多千米的小行星“龍宮”返回地球，并帶回質(zhì)量約5.4克的行星表面樣本。2022年，日本文部科學省稱，科學家在“隼鳥2號”采集的樣本中檢測到20多種氨基酸。這是首個在地外存在氨基酸的證據(jù)，對理解這些至關(guān)重要的有機分子如何到達地球具有重要意義。

同樣是在2022年，科學家發(fā)現(xiàn)組成脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）必不可少的成分——嘧啶堿基，可能是由富碳隕石帶到地球的。日本北海道大學天文學家首次發(fā)現(xiàn)了此前從未在隕石樣本中發(fā)現(xiàn)的脫氧核糖核酸和核糖核酸信息單元中的最后兩個——胞嘧啶和胸腺嘧啶。雖然脫氧核糖核酸不太可能在隕石中形成，但該發(fā)現(xiàn)有助于理解早期地球上生命分子的發(fā)展。

“四中子態(tài)”迄今最明確證據(jù)發(fā)布

德國、日本、美國和中國等國的科學家組成的國際科研團隊2022年在《自然》雜志上發(fā)表論文稱，他們獲得了迄今最明確的證實“四中子態(tài)”這種物質(zhì)存在的證據(jù)。

20 年前，科學家們首次捕捉到了“四中子態(tài)”存在的蛛絲馬跡，他們發(fā)現(xiàn)了鈹和碳原子碰撞后可能形成“四中子態(tài)”的證據(jù)，但當時實驗誤差很大。

在最新研究中，科研團隊制造出了比普通氦原子多4個中子的氦原子，然后讓它與質(zhì)子碰撞。這些氦原子在碰撞后只留下了4個中子，而它們結(jié)合形成了“四中子態(tài)”。隨后，研究團隊計算出碰撞形成“四中子態(tài)”后丟失的能量，并推斷出“四中子態(tài)”的“壽命”僅為10～22秒。

人工智能成果頻出

人工智能公司“深度思維”2022年8月宣布將公布超2億個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。該公司在短短18個月內(nèi)，憑借“阿爾法折疊”算法，預測了迄今被編目的幾乎所有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，破解了生物學領(lǐng)域最重大的難題之一。元宇宙平臺公司（Meta）研究人員也利用人工智能預測了來自細菌、病毒和其他尚未被表征微生物的6億多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。這些成果除了幫助攻克生命科學瓶頸外，也將在解決可持續(xù)性、糧食安全等重要問題上開辟新機。

2022年4月，美國人工智能研究機構(gòu)OpenAI開發(fā)出了DALL-E 2，為圖像生成和處理領(lǐng)域樹立了新的標桿。它可生成更加真實和準確的畫像：綜合文本描述中給出的概念、屬性與風格等元素，生成現(xiàn)實主義圖像與藝術(shù)作品，分辨率更是提高了4倍。

2022年12月初，OpenAI發(fā)布了一款自然語言生成式模型，不同于此前一些聊天機器人經(jīng)常出現(xiàn)答非所問、言語混亂等問題，名為ChatGPT的新模型生成的答案不僅邏輯流暢，還能夠聯(lián)系上下文語境進行連貫問答。因此，ChatGPT一經(jīng)問世就迅速引發(fā)關(guān)注，上線5天，其體驗用戶就突破 100萬人次。

干細胞培育出全合成小鼠胚胎

2022年，科學家首次在不使用精子或卵子的情況下創(chuàng)造了合成小鼠胚胎，使胚胎成功地在子宮外生長。換句話說，這些胚胎并不是精子和卵子結(jié)合的產(chǎn)物，它們的生長甚至不需要借助雌鼠的子宮，它們是“人工合成”的胚胎，由生長于培養(yǎng)皿中的干細胞產(chǎn)生，并在人工生物反應器中發(fā)育生長。上述胚胎在第6天長出了尾巴，在第8天長出了一顆跳動的心臟，甚至還出現(xiàn)了大腦的雛形。

這項實驗由以色列魏茨曼科學研究所進行，相關(guān)論文于2022年8月1日發(fā)表在《細胞》雜志上。上述胚胎雖然只存活了8天半，卻標志著驚人的突破，也面臨著法律和倫理方面的考驗。目前，法律允許最多14天大的人類胚胎用于實驗室研究，超過這個時間范圍將被視為違法，而法律對合成胚胎的研究時間范圍則沒有做出任何規(guī)定。如果某一天，一個用人體干細胞合成的胚胎在實驗室里誕生，并擁有大腦和心跳，它違法嗎？

航天器撞擊小行星有助地球免遭威脅

到目前為止，人類還沒有像地球曾經(jīng)的“霸主”——恐龍那樣，遭受小行星撞擊帶來的大規(guī)模災難。但天體物理學家認為，從長遠來看，指望人類的運氣并不是靠譜的防御策略，人們必須修建起恰當?shù)幕A(chǔ)設施并做好小行星偏轉(zhuǎn)相關(guān)測試。

2022年9月27日早上7時14分，在人類對行星防御的第一次測試中，執(zhí)行美國國家航空航天局（NASA）“雙小行星重定向測試”任務的航天器成功撞向一顆名為“迪莫弗斯”的小行星。幾天后，NASA證實，DART航天器成功地將“迪莫弗斯”的軌道周期改變了32分鐘——從11小時55分鐘縮短到11小時23分鐘。當被撞小行星軌道周期變化大于73秒時，NASA則判定任務成功。而此次任務的實際成果達到了判定要求的25倍以上。

這是NASA首次全面展示小行星軌道偏轉(zhuǎn)技術(shù)，旨在為全人類確定，有朝一日該技術(shù)可以通過航天器以動能撞擊的方式使近地小行星或彗星軌道偏轉(zhuǎn)，從而保護地球家園免遭噩運。

中國空間站歷史性完成“合體”

“夢天”飛天，代表著中國航天人的步履不停、探索不止。

2022年10月31日15時37分，搭載空間站夢天實驗艙的長征五號B遙四運載火箭，在我國文昌航天發(fā)射場準時點火發(fā)射。約8分鐘后，夢天實驗艙準確進入預定軌道，發(fā)射任務取得了圓滿成功。

夢天實驗艙是中國空間站的第三個艙段，主要用于開展空間科學與應用實驗，參與空間站組合體管理，貨物氣閘艙可支持貨物自動進出艙，為艙內(nèi)外科學實驗提供支持。我國建設天宮空間站的主要目的，就是建成水平先進的國家太空實驗室，為科學研究服務，以產(chǎn)出重大的科技成果。而夢天實驗艙在第三個艙段中具有最強的支持載荷能力，它的成功發(fā)射將推動我國空間科學水平進一步提升。

量子計算研究從模擬蟲洞到隱形傳態(tài)獲突破

英國《自然》雜志2022年首次報道了利用一臺量子處理器對全息蟲洞進行量子“模擬”。此次演示使用的，就是谷歌公司推出的量子計算原型機“懸鈴木”，這一成果代表著人們距離在實驗室研究量子引力的目標又近了一步。

同樣是在2022年，來自美國亞馬遜云科技量子網(wǎng)絡中心和哈佛大學的科學家開發(fā)出一種新型量子存儲器，它可以在4開爾文的溫度（-269.15℃）下工作，這將對未來量子網(wǎng)絡的大規(guī)模實現(xiàn)產(chǎn)生重大的影響。因為將溫度降至4開爾文的低溫冰箱比將溫度降至0.1開爾文的冰箱便宜5倍、體積小10倍，還可安裝在服務器機架上。

在量子隱形傳態(tài)方面，之前關(guān)于這一效應的實驗演示一直局限于兩個相連節(jié)點之間。而在荷蘭代爾夫特理工大學的一項研究中，研究人員演示了在一個三節(jié)點量子網(wǎng)絡中兩個非相鄰節(jié)點之間的量子信息隱形傳態(tài)。這一結(jié)果被認為是朝著量子互聯(lián)網(wǎng)邁出的重要一步。

核聚變研究首次實現(xiàn)“凈能量增益”

2022年12月14日，美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置（以下簡稱美國國家點火裝置）宣布里程碑式突破：人類有史以來第一次成功在核聚變反應中獲得“凈能量增益”。美國國家點火裝置通過“慣性局限融合”技術(shù)，以全球最大型的激光去撞擊氫電漿粒子，引發(fā)核聚變反應。該實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，結(jié)果輸出了3.15兆焦耳的聚變能量。

核聚變研究的目的是復制在太陽上產(chǎn)生能量的核反應。這是自20世紀50年代以來科學家們一直在追求的無碳能源最終夢想。美國資深核聚變科學家直言，“對我們大多數(shù)人而言，（成功）只是時間早晚問題”。