科学2012《自然》杂志盘点这一年

向春阁 2013-01-01

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科学2012《自然》杂志盘点这一年

日期：2012-12-27 作者：方陵生来源：文汇报

科学2012《自然》杂志盘点这一年

年度人物罗夫·霍耶尔催生希格斯粒子全球发布的“门外汉”

　　2012年7月4日，发现希格斯玻色子的消息向全世界宣布，但如果不是罗夫·霍耶尔（Rolf Heuer）的外交谋略，也许就不会有这一宣布。

　　霍耶尔是欧洲核子研究中心（CERN）粒子物理实验室主任，对大型强子对撞机（LHC）拥有预算掌控权。LHC以高于世界上任何其他加速器的能量产生希格斯粒子，但霍耶尔对于检测粒子碰撞碎片的两项实验的权威则要小得多。那些实验设施是由数以千计的物理学家建造、管理和运行的。

　　直到6月中旬前，霍耶尔甚至都不知道物理学家们究竟看到了什么。当两位明显睡眠不足的项目组负责人法比奥拉·吉诺蒂和乔伊·英卡戴拉简短地告诉他，那个如建筑物般大小的粒子探测器发现了什么时，这实在是太令人振奋了。经过数月的数据收集，两项实验结果都强烈显示，大型强子对撞机内产生了一种新的粒子，正是50年前理论物理学家希格斯所预测的希格斯玻色子。

　　但项目组的两位负责人都不愿意就这样宣称他们“发现”了希格斯粒子。在统计误差达到5西格玛（相当于350万分之一）之前，高能物理学家都不愿如此声明，而这两项实验都没有达到要求。两位负责人让小组成员暂时不要公布这一发现，而是等到年底，随着数据不断积累，能得出明确无误结论时再说。

　　霍耶尔同样承受着压力。在那一周，欧洲核子研究中心理事会举行了一次会议，与会者还包括实验室成员国的独立科学家们。理事会明确表示，如果关于希格斯粒子有什么要说的，物理学家有责任向政府和公民大声说出来，因为是他们为大型强子对撞机提供了资金。

　　霍耶尔与希格斯玻色子检测项目组商定于7月4日在欧洲核子研究中心举行一个发布会，但几天过去了，人们仍不清楚这次发布会上是否要宣布。随着越来越多的数据被分析，证据越来越强有力，但项目组仍持谨慎态度。

　　64岁的霍耶尔素以和蔼不专横著称。他说：“你必须体谅别人。”如果项目组无法达成共识，他不打算强行推到那一步。但与英卡戴拉、吉诺蒂等人商议后，霍耶尔决定，项目组不能冒这个险，但是：“我可以来说出‘发现’这个词。”

　　最终的新闻稿只有两天时间去起草。在宣布的那天上午，吉诺蒂和英卡戴拉站在他们的同事、政治家和记者面前，他们摆出了发现新粒子的证据。“我们一致认为，我们应该尊重事实。”吉诺蒂说。

　　扮演司仪角色的霍耶尔站在观众面前，台下座无虚席，他第一句话并非发表什么声明，而是一个疑问句：“作为一个门外汉，我现在要说的，‘我想我们已经发现了它’，你们同意我的说法吗？”

　　观众席上响起了热烈的掌声。

年度事件挑战与转型

　　2012年两项最大的科学突破依赖于惊人的数据量。

　　为揭示人类DNA的序列功能，ENCODE（DNA元素百科全书）在过去五年中已产生了15TB（15万亿字节）的数据。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机仅今年一年已存储了26PB（26千万亿字节）的数据，希格斯玻色子的存在由此得到了证明。

　　不过，大量的数据既是科学发现的依据，同时也是引起某些争议的源头。例如，是否应该公开发布有潜在危险流感病毒的信息，投资者、出版者和研究人员讨论了如何让原始数据以及同行审查研究，能够更公开地向外提供。同时，一些可疑或欺诈事件也提醒我们，必须保证科学发现的可信度。

　　1、终于找到了

　　掌声、欣慰、喜悦和泪水。7月，世界上最大的物理实验正式发现了希格斯玻色子。

　　日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室（CERN）的大型强子对撞机（LHC）在经过了500万亿次质子碰撞实验之后，物理学家们可以很自信地宣布，他们已经看到了一个质量大约为125千兆电子伏特的玻色子。大约50年前，包括彼得·希格斯在内的一些理论物理学家提出，希格斯场遍布宇宙，并赋予某些粒子以质量，希格斯玻色子正是希格斯场的具体化。但除了根据粒子物理学标准模型所作的预测，没有令人信服的线索揭示希格斯玻色子的行为。如今LHC终于发现了根据超对称理论预测的粒子，这将大大拓展人们对亚原子世界的理解，并有助于对暗物质等神秘现象进行解释。

　　2、挑战极限

　　2012年是奥运年，但在科学领域内，科学家在这一年里也在挑战极限，创了许多新发现记录。

　　经过二十年的钻探，一个俄罗斯团队突破了3.8公里的南极冰层，于2月抵达沃斯托克湖湖面，这里是一个与地球表面其他地方隔绝了数百万年的巨大水体，但早期样本分析尚未发现许多科学家推测存在的生命迹象。最近，一个英国研究小组希望能达到南极大陆的冰下湖泊之一的埃尔斯沃思湖，以高压喷射热水来克服钻透冰层所遇到的一些技术上的障碍。

　　在这一年里，加拿大电影导演詹姆斯·卡梅隆成为独自一人潜入地球最深处——近11公里深的马里亚纳海沟底部的第一人。虽然科学价值稍逊，但同样引人注目的是跳伞运动员费利克斯·鲍姆加特纳在新墨西哥州39,000米以上高空的惊人一跃，突破了音速以及自1960年以来一直保持的跳伞高度纪录。

　　并非每项挑战极限的尝试都获得了成功。例如，经过6年努力，美国加州建造和运行的成本高达35亿美元的“美国国家点火设施”——世界上最大的激光器，未能实现其“点火”目标。

　　3、能源反思

　　2011年福岛核事故后，美国国家的能源政策的转型还在继续。面对公众对重启任何核反应堆的抗议，日本提出了“零核”目标，并于5月关闭了最后运行的反应堆进行维修，但在7月，又重新启动了两个核反应堆。在欧洲，140多个反应堆在接受压力测试后被认为都需要进行大规模的安全升级。

　　与此同时，美国核管理委员会授权某家核电厂使用激光浓缩核燃料铀，但一些人担心这可令炸弹制造者私下浓缩铀。美国还将继续探索非传统能源以保障照明和道路运输。该国提出大力发展页岩气的水力压裂勘探，这将使美国的发电能力的10%从燃煤向天然气转移。国际能源机构称，到2020年，美国将成为全球最大的石油生产国，到2035年，几乎可以达到能源自给。需要提醒的是，寻找新的石油储量也存在着一些风险。例如壳牌公司的钻井船损坏后，无法实施其在北极海的钻探计划；英国石油公司2010年4月的墨西哥湾石油泄露事故后，被处罚了40亿美元，大伤元气。

　　羽翼未丰的清洁能源产业也面临自身的问题：因为电动车的市场仍然太小，美国锂电池生产商A123系统公司于10月破产倒闭。

　　4、涤清荡浊

　　科学体系素以其自我修正而著称。2012年3月，研究人员坚决否定了去年提出的中微子速度超光速的观点。此外，2010年科学家曾宣布发现了一种生活在极端环境中的细菌，其DNA中的磷被砷取代，于是该细菌被称为砷基生命，但后来的大量实验已推翻了这种说法。

　　修正并不总能来得这么快，当研究很难再次复制，偏见或错误有时可持续数年。例如，麻醉学者藤井善隆和营养学研究员埃里克·斯马特在2012年备受责难，因其伪造的实验结论在几十年时间里一直未被发现。为此，科学家成立了一些独立实验室以重复一些备受关注的研究。有观点认为，更乐于公开沟通和发布数据的科学家自身也会同时获得研究的动力。英国一些网上开放型期刊正在往这方面努力，政府和私人研究基金会在7月份表示，从2013年4月开始他们将为论文付费以向公众开放。

　　5、探路游侠

　　美国国家航空航天局（NASA）的科学家看到“好奇号”火星车在空中吊车的操纵下，轻轻登陆火星表面后发来的第一批图像之后，都不由得欢呼出声。“好奇号”自8月降落在盖尔环形山以来，提供了大量令人惊叹的图像，以及对火星表面和大气的分析数据，但目前为止尚未发现任何可能暗示生命存在的甲烷或有机分子。

　　太阳系之外，凭借开普勒太空望远镜的“鹰眼”，太阳系外行星开始进入视线，这类“新世界”目前累计已达约3000个。在地球上，太空望远镜也在离我们仅4.4光年的半人马座发现了一颗与地球大小相仿的系外行星。

　　人类空间探险也获得了一系列的成功，NASA的“黎明号”航天器在小行星灶神星上发现了有水存在的证据；中国的一位女宇航员刘洋乘坐飞船进入预定轨道；10月，美国私营太空探索技术公司SpaceX向际空间站发射了“龙”飞船，这是“龙”飞船首次承担太空商业补给任务，总部设在美国加州霍桑的这家私人公司甚至已经开始考虑未来的火星之旅。

　　6、被压迫的地球

　　夏天，北极地区海冰大量融化,打破了历史纪录，超过了气候模型的预测。美国遭遇半世纪以来最严重的干旱。但对于生活在东海岸的许多美国人来说，超级暴风“桑迪”来袭表明，全球变暖的威胁迫在眉睫。这场风暴导致500亿美元的损失，并引发了更激烈的辩论，焦点在于——如何适应越来越有可能出现的极端天气，而不是如何防止气候变化。

　　但全球气候问题的重要性在涉及经济问题时也会黯然失色。6月在里约热内卢召开的联合国全球峰会上，发展中国家反对限制其发展，富裕国家不愿意承诺更多的发展援助。12月在多哈进行的气候变化谈判，代表们同意将约束力弱化的“京都议定书”延长至2020年。

　　但一些国家也有了具体的行动，如墨西哥4月实施了具有法律约束力的减排措施，巴西亚马逊地区的森林砍伐率今年下降到历史新低，但10月份该国通过了一项有争议的法案，可能会削弱对森林的保护。今年6月，澳大利亚推出了世界上最大的海洋保护区网络计划，但是11月其关于南极洲附近三大海域国际保护计划的提议被驳回。

　　在厄瓜多尔的加拉帕戈斯群岛上，今年6月，巨大的象龟乔治——该亚种最后的幸存者在寂寞中死去，这呼吁人们更多地关注世界各地濒危物种所面临的困境。

　　7、学者之辩

　　当科学争论爆发之时，许多研究人员会保持沉默，但当整个科学领域或科学价值受到威胁时，他们也会奋起战斗。2012年5月，当某个反转基因活动团体扬言要摧毁转基因小麦时，英国科学家奋起为转基因作物的价值进行辩护。2012年10月，意大利一家法院判处一个专家小组人员入狱六年，指称其涉嫌在2009年意大利拉奎拉地震前低估了地震风险，此事令世界各地的科学家深感沮丧。

　　一些评论文章告诫道，这类事件可能会导致科学家因对起诉或报复的恐惧，而不愿提供专家意见。但是，科学家们对于其他方面一些挑战的反应则较为平静。可以肯定的是，2012年里，动物权利活动家极大地限制了货运航空公司实验动物的运输数量，此举并未遭到有力的反对。

　　8、基因全书

　　人类基因组30亿个DNA碱基对中，只有1%多一点（大约只有2万个基因）是用于蛋白质编码的。但其余大量非编码序列仍然拥有重要的功能，影响着基因在不同类型细胞中的调节和表达方式。2012年9月，由大约440个科学家组成的科学讨论会发表的30余篇来自ENCODE项目（DNA元素百科全书）的论文估计，至少基因组的20%有可能影响到基因表达。

　　生物学大数据研究也有一些雄心勃勃的项目，包括首次成功描绘出小鼠大脑基因活性的完整图谱项目，以及跟踪调查900多个人类大脑解剖结构的基因活性等。在细胞水平上干细胞的灵活性继续令我们惊讶：美国研究人员发现女性卵巢中的干细胞似乎能够产生新的卵子，日本科学家设法诱使小鼠身上获得的干细胞变成可生育的卵子，受精后移植到雌鼠体内，就能产生健康的后代。

　　9、病毒式传播

　　两篇指出高致病性H5N1禽流感病毒变异版本如何在雪貂之间传播的论文在国际上引起了争论，很多人担心，一旦这种能够在哺乳动物间传播的H5N1病毒的制造方式意外流失，有可能会被恐怖分子利用。

　　2011年年底，美国国家生物安全科学咨询委员会（NSABB）提议以节录方式发表论文，但也有人认为这有可能影响到一些可能挽救生命的研究。3月，NSABB改变了其立场，两篇论文在5月和6月相继发表。但争论并未就此结束，政客们毫不留情地批评美国政府批准论文发布为草率行为，而一些科学家则责备政府花了太多时间才做出最后决定。政府监管部门目前正在考虑加紧限制对此类病毒的研究。

　　10、囊中羞涩

　　一旦富裕国家开始缩减公共支出，科研经费也会被削减，尽管并非每一个国家都是如此。

　　加拿大削减了环境支出，并叫停了一系列研究项目，其中包括对安大略省58个淡水湖污染问题的研究项目。西班牙在2012年削减研究经费25%之后，2013年将连续第四年继续削减预算。美国科学家一直在担心2013年的全面预算削减方案，尽管在当前选举年里，NASA的行星研究等很多领域的研究经费已经减少了许多。

　　2014-2020年的欧洲研究预算，包括之前的80亿欧元计划，将于2013年重启讨论。即使印度也一反其历年增加研究预算的做法，以缩减开支来谨慎应对2012-2013年上升的通胀水平。

　　但并非全是坏消息：中国的科研经费提高了近12.5%，法国2013年的科研投资增加了2.2%，德国将更多的联邦资金投入大学，并在柏林新建立了一个大型保健科学研究所，美国的生物技术行业也从公共市场投资者中看到了科技复兴的曙光。

年度稿件

　　1、纪念图灵诞辰100周年

　　《自然》杂志以一组特稿和评论文章，纪念计算机之父阿兰·图灵诞辰100周年。图灵悲剧性的短暂一生，形成了为数不多的论文，塑造了如今许多最热门的科学领域。

　　2、公众健康：甜味剂毒性之真相

　　罗伯特·勒斯蒂格、劳拉·施密特和克莱尔·布林迪斯在文中指出，食品中添加甜味剂对健康构成危险，有理由对其加以控制，正如对酒精的控制一样。

　　3、变异流感病毒

　　当科学家们研制出可在哺乳动物之间传播的H5N1禽流感病毒，这种可能带来危险的“双刃剑”研究有多少？是否应予以发表？这引起了激烈辩论。

　　4、药物开发：

　　提高临床前癌症研究标准

　　格伦·贝格利和李·埃利斯提出，要真正让患者受益，医疗体制和激励机制必须改变。