Wednesday, Sep. 17, 2014

     

2012年科學回顧

2012年是科學界史詩般的一年,許多重要的研究成果都在這年呈現,以下讓我們分段回顧2012年全世界的重要科學研究斬獲。

2012年是科學界史詩般的一年,研究者發現了希格斯玻色子,也有好奇號登上火星。在這飛躍的一年中,兩個最大的突破有賴於驚人的數據量。在過去五年來ENCODE計畫(Encyclopedia of DNA Elements)–由440位科學家組成–已產生15個太位元(Terabyte)的數據,以研究人類DNA序列的功能;而歐洲核子研究組織(CERN)已儲存了26個拍(10的15次方)位元由大型強子對撞機(LHC)所產生的數據,物理學家用它來尋找希格斯玻色子存在的證據。

但如同資料是發現的泉源一般,它也是矛盾的來源,矛盾可能如下:有潛在危險的感冒病毒資訊應不應該被公開?或者資助者、出版社、研究人員討論到底要如何展現資料,還有同儕審查的老問題,以及研究資料的更開放等議題。同時,可疑或偽造的研究成果重新提醒了我們,研究的發現必須得值得信任。

– 最後的希格斯–

掌聲、欣慰、喜悅和淚水。7月,世界上最大的物理實驗正式發現希格斯玻色子PanSci報導)。在物理學家可以自信地宣布他們發現了質量為125千兆電子伏特的新的玻色子PanSci介紹)之前,這項研究使用了位於日內瓦的大型強子撞擊機500兆次的質子撞擊。

大約50年前,彼得希格斯 (Peter Higgs) 與其他理論物理學家提出了一個理論–一個充滿在宇宙中的量子場賦予了一些粒子質量。

而這個量子場的化身–希格斯玻色子–看起來卻令人失望地普通,它的行為並未超出粒子標準模型所預測的。而LHC也尚未找到超對稱理論所預測的其他粒子,該理論能夠拓展人們對次原子世界的理解並且解開暗物質的神祕面紗。

–奔向極限–

2012年各國歡慶奧運的同時,科學界也締造了多項紀錄:

歷經二十年的鑽探,俄羅斯的工作隊終於在去年二月鑿穿深達3.8公里的南極冰冠,直達孤立了數百萬年的地下水體沃斯托克湖。經過初步檢驗,並未在水體樣本中發現之前許多科學家預測應有的生命跡象。嘗試以高壓熱水柱法探勘南極洲另一個冰下湖—埃爾斯沃斯湖的英國工作隊,則面臨了技術層面的挑戰

導演詹姆斯. 柯麥隆日前駕駛單人潛水器到達地球的最深處—距海平面下11公里處,馬里亞納海溝的底部,成為全球獨自完成此任務的第一人。

同樣令人感到刺激緊張的是高空跳傘運動員 Felix Baumgartner ,儘管可能在科學上沒那麼有價值,他由美國新墨西哥州上空39,000公尺處一躍而下PanSci報導),打破音速並刷新自1960年來人類最高跳傘高度。

然而,並非所有的紀錄挑戰都是成功的:花費35億美金位於美國加州的「國家點火設施(NIF)」經過六年的不斷嘗試,雖擁有世界上最強大雷射光束,但其「點火」計畫終究未能成功。該實驗若成功,將是人造核融的里程碑:超強雷射光束將施加高溫高壓於一小氫燃料球而啟動核融反應,並產生與輸入的雷射光同等的能量。

–反思能源政策–

福島核災事故(PanSci報導)促使各國能源政策持續調整。日本政府朝向未來零核電目標進行各項規劃(PanSci相關報導)。2012年五月日本關閉最後一座運營中的核電廠以作檢修,同時遭到國內民眾大規模示威抗議,反對重啟任何一座反應爐。儘管如此,其中的兩座仍在七月時恢復運作

歐盟也為境內核電廠作壓力檢測,發現超過140座反應爐需要全面性的安全升級PanSci 相關報導)。在此同時,美國核能管理委員會批准了一座核電廠以雷射技術提煉濃縮鈾,反對者則擔憂有心人士將暗地裡以此技術製造核彈。

為了供應日常生活所需能源,各國持續探索非傳統的石油及天然氣來源。因應日漸興盛的頁岩氣開採工業,美國對使用水力壓裂法提出了相關規定。頁岩氣的發展,使得美國10%的發電供應由原本的煤炭轉為天然氣。

根據國際能源署估計,2020年美國將成為最大的石油生產國,並有望在2035年自給自足國內能源所需。但過去發生的石油鑽探事故,也為尋找新石油庫存的人們敲了警鐘:由於其鑽井船遇風暴擱淺受損,殼牌將無法如期在北極冰洋實行鑽探計畫;而BP則因其於2010年發生的墨西哥灣鑽油平台「深水地平線」漏油事件遭刑事罰款40億美金。然而,剛起步不久的純淨能源工業也有自己的問題:由於電動車市場規模無法擴大,麻省的鋰電池製造商A123 Systems已於去年十月宣告破產PanSci相關報導)。

–資料展現–

科學聲譽卓著之處就在於能自我修正。三月時, 科學家確定地反駁前一年所提出的–微中子可能跑得比光速快PanSci報導其他報導)。同時,許多實驗也反駁了2010年所聲稱的某種細菌的DNA中有「砷」相關報導)。

但修正總不是每次都來得這麼快:當研究不是那麼容易重複,偏見和錯誤就可以存在數年。日本麻醉學學者Yoshitaka Fujii 營養學學者 Eric Smart 數十年的研究瀆職到最近才雙雙被發現而遭受譴責。諸多關於資料數據操弄的指控使心理學門遭遇特別嚴厲的指責,許多重量級人事因此辭職下台。科學家更廣泛地擔心無法重複的結果,為此,科學社群推動「可重複實驗倡議」,設置了獨立實驗室去重複重要研究成果的研究。

在今年,科學家應該多溝通且資料應該更公開的想法也獲得了重視(相關文章)。基於這個想法,兩個線上開放期刊 eLife 和PeerJ 啟動了,同時,開放進用研究論文的行動在英國有所突破,政府與私人研究贊助者在2012年七月時表示將會為期刊開放上線使用的政策付款,從2013四月份開始。

– 好奇號登陸火星–

「就是那個輪子!就是那個輪子!」,NASA的科學家們看著「好奇號」像在天空中盤旋的鶴一般優雅地登陸火星表面PanSci報導)時這樣歡呼著。好奇號在八月登陸火星表面的蓋爾撞擊坑(Gale Crater)後,就開始提供火星表面與大氣初步的影像與分析,但尚未發現任何甲烷或其他有機分子等與生命現象相關的跡象。

在太陽系外,克卜勒太空望遠鏡(Kepler Space Telescope)已經發現許多新的行星,大約蒐集到了三千個有潛力的新世界。而地面望遠鏡同樣也是搜尋系外行星工作的主力,近來已經在太陽系周遭4.4光年遠的人馬座α處發現一顆跟地球大小差不多的系外行星PanSci報導)。

另外其他的太空斬獲如黎明號(Dawn)發現了灶神星(Vesta)上面存在水的證據PanSci報導),中國送出他們第一位女性太空人劉洋上太空

不過,今年的頭條並不是來自於政府,而是一間私人企業,SpaceX是間位在美國加州霍桑的太空運輸公司,在十月成功地送出第一發私人太空艙Capsule Dragon至國際太空站完成商業補給的任務PanSci相關報導),據說這家公司正在考慮是否也進行火星之旅

–地球有壓力–

夏天北極戲劇性的海冰融化破了氣候模型預測上的記錄PanSci相關報導),美國也面臨近半世紀以來最嚴峻的乾旱(PanSci相關報導),不過對於許多居住東岸的美國人來說,2012年十月的超級颶風珊迪PanSci報導、另一則報導)恐怕才真讓人對若有似無的全球暖化危機有感。這場造成500億美金損失的風暴也將話題導向究竟該如何適應可能性不斷攀升的極端天氣,而非該如何避免氣候變遷。

全球性的環境話題總蒙上經濟顧慮。六月的里約聯合國地球高峰會PanSci相關報導另一則報導)中,發展中國家認為不該限制他們的成長,而先進國家則不願意承諾對其發展的協助。即使代表團在十二月的杜哈氣候大會上同意將弱化版本的京都議定書延伸到2020,但相似的政治慣性依然發生

個別國家自己對此有較大的處理空間,例如墨西哥在四月立法減排。雖然巴西在十月通過一項可能弱化森林保護的爭議性法案,但其亞馬遜雨林遭砍伐的速率已在2012年達歷史新低。澳洲則在六月發表一個世界最大的海洋保護區網絡計畫,不過這個環南極洲三大水域的國際保存計畫卻在十一月被打了回票。

加拉巴哥群島的最後一隻明星陸生巨龜寂寞喬治(Lonesome George)於六月辭世,他是他所屬亞種中的最後一隻,而他的辭世也喚起全世界對於瀕臨絕種物種遭受困境的注意。(PanSci相關報導

–科學家發聲–

過去當科學研究具有社會爭議時,科學家通常選擇沉默。但現在有越多的科學家選擇反擊,捍衛研究的價值。2012年五月,英國科學家們公開捍衛在小麥基因改造上的研究成果,原因在於一反基改團體「Take The Flour Back」揚言摧毀這些成果。

十月也有跨國的科學家共同聲援義大利研究團隊,該團隊被義大利法院判決六年徒刑,罪刑是誤判2009年拉奎拉(L’Aquila)地震的嚴重性。輿論也批評這項判決將會使得科學家不敢發聲、提供專業意見。(PanSci報導:123

然而,有些議題,科學家依然保持沉默。緩慢但確定地,動物權行動者在2012年成功阻止多家貨運業者運輸實驗用動物,並且未遭遇有效的阻礙。

–人類百科全書–

人類基因組的3億個DNA鹼基中只有少於1%,也就是約2萬個基因參與蛋白質的編碼。不過大量的非編碼序列區域仍有其至關重要的功能,如在不同細胞類型中影響基因組的裝配、調節與解讀方式。

一個由440位科學家組成的ENCODE計畫(Encyclopedia of DNA Elements)團隊在九月發表30篇論文(PanSci相關報導),估計至少有20%的基因組可以影響基因表現。其他極具野心壓縮大量生物數據的計畫包括老鼠全腦的迴路圖譜的初步研究結果,及追蹤人腦內約900個解剖區內的基因活動

在細胞層次上,幹細胞的可塑性依然讓人驚艷。美國研究人員發現女性卵巢內的幹細胞似乎可以再生新的卵子,這違反了傳統教條所認為的女性出生就註定了他們一生配子的數量。而日本科學家則示範如何從老鼠身上取出幹細胞轉化成可繁殖的卵子,受精後再植入任代理孕母的母鼠身上,並且產生健康的後代。

–病毒研究的衝突–

兩篇研究報告顯示,高致病性的H5N1變異病毒可以在雪貂間互相傳染(PanSci相關報導)。這項結果造成國際緊張,部分認為這些報告提供了恐怖分子製作H5N1生化武器的可能性,或者因意外而使得這些可在哺乳類之間傳染的病毒外流(PanSci相關報導)。

2011年底,美國國家生化安全委員會(NSABB)建議這些研究不應該全文公開;然而有人批評這樣的審查制度將會阻礙科學研究的討論性,影響抗病毒藥物的研究。NSABB於2012年三月一改先前的態度,而兩篇報告也在五月六月相繼被發表(PanSci相關報導)。

然而爭議性仍持續著,政治人物批評美國政府太過輕率即讓研究發表;部分科學家則批評NSABB花太多時間做出決定。而現在美國立法部門也考慮加強限制這些病毒類的研究工作。美國國家過敏與傳染疾病研究所(NIAID)便提倡「自主性暫停」流感相關研究,同時也觸怒了渴望持續相關研究的科學家。(PanSci相關報導

–勒緊褲帶的一年–

2012年,富國紛紛裁減了公共支出,許多國家也緊縮研究預算。加拿大對其環境削減開支:關閉一系列研究計畫,包含已運作40年、著名的實驗湖泊區—安大略省的58個偏僻的淡水湖泊, 這個實驗湖泊區曾提供科學家們進行操作以研究汙染物輸入湖泊造成的影響。

延續去年刪減25%的研究經費,西班牙2013年的預算案,將邁入第四年持續刪減

在美國,去年科學家們擔心計畫經費將在2013年一個全面性的刪減中遭砍,NASA行星科學家為此舉辦了杯子蛋糕特賣會以凸顯航太領域收到日益減少的支持。

由歐盟提出、將於2014-20年間實行的大型科學研究計畫 “Horizon 2020″,其所提出的800億歐元預算案在11月遭駁回,並將於2013年繼續進行討論。

而即使在研究預算一年比一年高的印度,也感受到國內通貨膨脹的警訊,減緩了2012-13年的預算成長

但也不是每個國家的科研都面臨財政吃緊的窘境:中國政府在新的一年將多花近12.5%在科學研究預算上;採樽節措施的法國,仍想辦法調高了比去年多2.2%的經費給科學研究;德國聯邦政府撥更多款項給大學 (例如在柏林設立一所大型健康科學研究中心);美國的生技業也因公共市場投資者的參與而見到復興的曙光

–醫藥的發展–

美國食品藥物監督管理局(FDA), 自1999年以來, 第一次核準了兩款減重藥物上市,BelviqQsymia。也核准了Truvada,Truvada為第一款可預防愛滋病毒(HIV)感染的上市藥物。然而兩款抗阿茲海默症的抗體bapineuzumab和solanezumab,並未通過臨床試驗,雖然,某些試驗結果顯示solanezuma能減緩認知喪失的症狀。研究人員認為預防阿茲海默症於病之初可能是較為有效的策略,並冀望能於2013年建立早期偵測試驗。 2012年有許多重要的商業交易,

中國生化公司BGI以1億1千8百萬美元買下美國基因測序公司Complete Genomics,擊敗了競爭對手Illumina;美國生化大廠Amgen將以4億1千5百萬美元購買冰島生化公司deCODE Genetics;美國醫藥公司BMS(Bristol-Myers Squibb)和阿斯利康製藥(AstraZeneca)以53億美元共同收購生化公司Amylin;以及英國製藥公司GlaxoSmithKline以36億美元買下基因公司Human Genome Sciences。另外,許多製藥公司在美國被判決創下歷年紀錄的罰款

 

原文:366 days: 2012 in review-Nature News

Nature 492, 324–327 (doi:10.1038/492324a

譯文整理編輯自Taiwan EU Watch(1,2,3,4,5,6)

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