2023年度11个最令人震撼的科学发现

彩云彩2017

今年年初，科学家首次探测到低频引力波，这是黑洞相向发生大型盘旋运动后碰撞融合产生的巨大副产品。图中描绘的正是这幅场景。图源：MARK GARLICK, SCIENCE PHOTO LIBRARY
撰文：DINA FINE MARON
科学界的又一个辉煌年度即将结束，在这一年里，天文学家揭开了有关宇宙的新发现，生物学家绘制出了更加清晰的地球生物地图，古生物学家为几百万年前统治地球的恐龙增添了更加丰富的细节。人类科学研究的最新成果不断吸引着我们，并揭示着等待探索的新奥秘。
下面本文将带大家回顾美国《国家地理》2023年刊载的最精彩的突破。
1.天文学家探测到巨大的时空涟漪
这是科学家首次探测到经过银河系的低频引力波。这些宇宙涟漪可能是数十亿光年外的超大质量黑洞相互作用、融合而传来的遥远回响。一个国际研究者联盟通过测量脉冲星发出的无线电信号中的细微时间变化，发现了这些宇宙波。研究结果表明，在早期宇宙中存在的巨型黑洞远比之前想象的要多；继续研究这些新型引力波有助于挖掘更多有关宇宙起源的信息，更好地解释驱使宇宙运动的暗物质和不可见力。
2.大脑解码者翻译人的思想——为失语者创造希望
美国得克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）研究者报告在基于人工智能技术的新型系统上取得了革命性进展——该系统可以在实验室中将人的脑部活动翻译为连续的文字流。严格来说，这不是一个“读心”设备。这个语义译码器不要求外科植入；它依赖功能性核磁共振成像抓取受试者对广播或图像等内容做出反应时的脑部活动。该大脑解码系统并不提供逐字对应的翻译文本，本质上，它根据个人对特定词语或图像的反应编撰出大脑活动模式词典；在观察受试者面对其他事物产生的大脑活动时，该词典可为推断受试者的想法提供参照。这项技术以AI语言生成算法为基础，目前还处在研发初期，但已引发了非自愿情境下心灵隐私和伦理方面的棘手问题。不过对于沟通障碍患者的家人而言，它唤起了新的希望。
3.古代鲸种或成为有史以来最大的动物



它是有史以来最大的动物吗？研究团队对秘鲁南部出土的秘鲁巨鲸（Perucetus colossus）化石展开的新研究显示，这只古代动物长约18米，体重可能超过272吨。图源：GIOVANNI BIANUCCI

这只古老的鲸目动物被贴切地命名为“秘鲁巨鲸”（Perucetus colossus），它的体型远超蓝鲸，可能是有史以来最大的动物。有关这只古老鲸种骨骼化石的新研究显示，这只3700万年前穿梭于秘鲁沿岸海域的动物体重超过272吨，身长约18米。如果它真的和科学家猜想的一样重，那么它将是在地球上生活过的最大动物。蓝鲸虽然长约30米，但体重大约只有181吨。
4.霸王龙有嘴唇，这改变了我们对它的想象



一个跨机构古生物学家研究团队指出，霸王龙与其他食肉恐龙可能长有嘴唇，就像这张插图里画的那样幅覆盖住了它们锋利的牙齿。图源：MARK P. WITTON

霸王龙（Tyrannosaurus rex）和其他食肉恐龙可能具有与此前设想不符的软组织，形成了覆盖住恐怖利齿的嘴唇。一个古生物学家团队研究了鸟类和爬行动物等可与这种史前动物类比的现代物种，再结合恐龙解剖结构的已知细节，得到了这一令人惊讶的结论。他们写到，霸王龙和其他同类食肉恐龙的利齿上可能覆盖着软组织，这些构造保护了它们的嘴巴，保证牙齿处于最佳状态，随时可以发动攻击。
5.300万年石器展现了非人近亲的聪明才智



图中是在肯尼亚尼亚扬加遗址（Nyayanga）发现的石器，古代非人类人族似乎使用过这样的工具。尖锐的石片可以从图中左侧的大石头上敲下来。图源：T.W. PLUMMER, J.S. OLIVER, AND E. M. FINESTONE, HOMA PENINSULA PALEOANTHROPOLOGY PROJECT

在肯尼亚西南部，考古学家挖掘到了出人意表的发现：石器与古人类中的傍人（Paranthropus）的化石一同被发现，而后者并非现代人的祖先。这些工具可能有300万年历史，它们的发掘证实非智人的古人类也发展了石器技术。它还表明工具的发展比此前我们以为的更早。克利夫兰自然历史博物馆（Cleveland Museum of Natural History）古人类学家艾玛·芬斯通（Emma Finestone）告诉美国《国家地理》：由于傍人有巨大的牙齿与上下颌，所以工具在食物处理中可能不是必要的；正因如此，有关傍人可能使用石器的想法过去一直被排除在外。而这项最新的发现看来推翻了此前的假设。
6.“失落的世界”或能证明复杂生命起源于更早时期
从澳大利亚及其他地区古岩石中提取出的化学线索显示，复杂细胞在16亿年前~8亿年前已近广泛存在。这一发现为有关复杂生命起源于极早时期的理论提供了支持。具有轮廓分明的细胞核的有机生物体——真核细胞的演化过程极难被发现，因此，一个国际研究团队采取了一种新策略：寻找真核生物赖以形成细胞膜的分子副产品。他们推断，假若古岩石样本中出现此类证据，那就表明真核生物曾存在其中。团队找到的最古老的分子样本出自有16亿年历史的澳大利亚巴尼溪组地层，它们将真核生物起源的化学证据回推到了与微化石和遗传学证据更加符合的时间点。
7.已发现的行星数量超过了5500颗
距离天文学家发现太阳系外第一颗行星差不多过去了三十年，而就在今年8月，科学家公布发现了第六颗系外行星，人类已知行星的总数由此超过5500。人类通过凌日系外行星勘测卫星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）等空间望远镜对系外行星展开的搜寻持续展现着银河系新世界非凡的多样性。此外，詹姆斯·韦布空间望远镜及其他强大的天文台也在向我们提供这些星球的更多详情，譬如K2-18这颗大小介于地球和海王星之间的小行星，在其厚重的大气层下可能就存在全球海洋。
8.和人类一样，黑猩猩也有绝经期

雌性黑猩猩加入了生育期结束后仍能生存很久的少数物种的行列。

长期以来，生物学家一直苦苦思索生育期后仍长久存活的动物有何进化论收益。目前已知有绝经期的动物只有虎鲸、短肢领航鲸、一角鲸、白鲸、伪虎鲸和人类。但一项基于黑猩猩尿液长期稳健分析的新研究证实：至少有一个地点的黑猩猩（此研究中选取了乌干达基巴莱国家公园，Kibale National Park）会经历绝经期并继续存活。这项尿液研究的实验对象包含14岁到67岁的雌性黑猩猩；结果显示，黑猩猩在50岁左右绝经，这与人类形成了有趣的平行关系，人类女性差不多也在这个年纪前后绝经。证据表明，在部分鲸和海豚物种当中，老年雌性为抚育后代做出贡献；不过黑猩猩似乎没有这种情况，因为它们不会抚养亲戚的后代。然而另有一则理论称，绝经期有助于减少灵长类的繁殖竞争。科学家将在未来几年继续研究这个课题。
9.第一例处女生育的美洲鳄



在古巴女王花园海洋公园（Gardens of the Queen National Marine Park）茂密的红树林中，一只美洲鳄（Crocodiles acutus）在水下游泳。今年哥斯达黎加的一项新发现表明，该物种不需要雄性参与就可以繁殖。图源：DAVID DOUBILET, NAT GEO IMAGE COLLECTION

哥斯达黎加的一处公园里，一只单独的雌性美洲鳄在没有雄性的情况下繁殖了后代，成为孤雌繁殖这一单性繁殖领域的最新实例。这种现象通常在动物面临极端种群数量压力时出现，此前，在其他动物（包括严重濒危的加州兀鹫、多个鲨鱼物种、科莫多巨蜥和某些蛇类）中曾有相关的报告，不过鳄类中还没出现过任何案例。这只鳄鱼妈妈已有近16年未与任何同类动物接触过了，而且遗传分析证明它的鳄鱼宝宝确确实实就是母亲的部分科隆。由于世界自然保护联盟已将美洲鳄列为易危物种，这只人工繁育环境下的雌性美洲鳄的研究成果对它的野生同族同样具有重要意义。
10.科学家找出更具代表性的新基因组
今年，美国国立卫生研究院（U.S. National Institutes of Health，NIH）揭示了一个新型泛基因组，对于已有20年历史的人类参考基因组来说，这项更新适逢其时。新模型极大增加了民族与种族多样性，形成更具代表性的切片，这是提高个性化医疗水平的必经之路。新的泛基因组目前包含47个个体的基因序列，而新模型预计最终将引入近700个个体基因组信息。此前的参考基因组样本主要基于某一个体的基因组，其他数据点则主要来自欧洲后裔。NIH表示，虽然任意两个人的基因组通常有99%以上的重合度，但通过分离个体差异，相关研究就能为疾病易感性提供关键认识，还能为重要的医疗决策提供指导。
11.土卫二上发现磷，这是生命可能存在的重要标志



土星的第六大卫星——土卫二大概与云南省一样大。在这张插图上，土卫二喷出了水蒸气羽流，但近期有关这颗遥远石质卫星冻土颗粒的分析表明，它含有磷——形成生命的关键元素。图源：TOBIAS ROETSCH, FUTURE PUBLISHING/GETTY IMAGES

新的化学证据表明，土星的卫星也许能够孕育生命。今年，科学家宣布在土星第六大卫星——土卫二（Enceladus）上发现了磷。在碳、氢、氮、氧、硫之后，磷是第六种维系生命的重要元素。卡西尼号搭载的宇宙尘埃分析仪（Cassini spacecraft’s Cosmic Dust Analyzer）在铲取的冰粒中检测到的磷元素作为继天文学家已发现的其他五种元素后的最新发现，使这颗冰冻岩质卫星一跃成为孕育外星生命的潜力“候选星”。