12月25日，由科技日?qǐng)?bào)社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評(píng)選出的2023年國(guó)內(nèi)、國(guó)際十大科技新聞揭曉。從活體中的電極，到引力波的“歌聲”;從單原子水平的探索，到廣袤太空里中國(guó)人自己的實(shí)驗(yàn)室;從人類(lèi)對(duì)自身細(xì)胞級(jí)的了解，到人工智能真正走入我們的生活……2024年即將開(kāi)啟，前行不輟的科學(xué)家們，向著科技新紀(jì)元一步步邁進(jìn)。

　　1.活體組織中“長(zhǎng)出”電極

　　瑞典研究人員通過(guò)注入以酶作為“組裝分子”的凝膠，再利用人體分子作為觸發(fā)器，首次成功地在活體組織中培育出電極。今年2月發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這項(xiàng)成果，為在生物體中形成完全集成的電子電路鋪平了道路。這種直接在活體組織內(nèi)創(chuàng)建電子電路的方法，提供了通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)電信號(hào)或調(diào)節(jié)神經(jīng)回路就能治療疾病的途徑。

　　2.雄性小鼠產(chǎn)生功能性卵細(xì)胞

　　雄配子和雌配子——分別為精子和卵母細(xì)胞(卵子)，由名為原生殖細(xì)胞的一類(lèi)干細(xì)胞產(chǎn)生。這些干細(xì)胞分化成配子，需要性染色體發(fā)揮正常功能?！蹲匀弧冯s志3月發(fā)表的論文報(bào)告了一項(xiàng)干細(xì)胞研究重磅成果：將雄性小鼠干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為雌性細(xì)胞并產(chǎn)生功能性卵細(xì)胞。這些卵細(xì)胞在受精后得到的胚胎中，約有1%能產(chǎn)生健康的后代。這是一項(xiàng)能啟發(fā)或推動(dòng)未來(lái)生育力的研究。

　　3.雙縫實(shí)驗(yàn)在時(shí)間維度重建

　　2023年4月，英國(guó)科學(xué)家借助一種能在飛秒(千萬(wàn)億分之一秒)內(nèi)改變特性的“超材料”，在時(shí)間而非空間維度重現(xiàn)了著名的雙縫實(shí)驗(yàn)。最新實(shí)驗(yàn)揭示了更多光的基本性質(zhì)，也為創(chuàng)造出能在空間和時(shí)間尺度上精細(xì)控制光的終極材料奠定了基礎(chǔ)。這項(xiàng)成果未來(lái)或有多種應(yīng)用，例如用于信號(hào)處理和通信或光計(jì)算的光開(kāi)關(guān)。

　　4.國(guó)際團(tuán)隊(duì)公布引力波背景輻射劃時(shí)代發(fā)現(xiàn)

　　2023年6月，科學(xué)家們第一次“聆聽(tīng)”到了在宇宙中蕩漾著的引力波永恒合唱，聲音比預(yù)期要大得多。這是針對(duì)引力波背景的劃時(shí)代重大發(fā)現(xiàn)。此次探測(cè)到的引力波背景最可能的來(lái)源是陷入“死亡螺旋”的一對(duì)超大質(zhì)量黑洞。這些黑洞龐大到能達(dá)到數(shù)十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。由于幾乎所有星系，包括銀河系中心都盤(pán)踞著這樣一個(gè)黑洞怪物。因此當(dāng)兩個(gè)星系合并時(shí)，它們的超大質(zhì)量黑洞會(huì)相遇并開(kāi)始相互繞轉(zhuǎn)。一旦兩個(gè)黑洞足夠接近，就有可能被脈沖星計(jì)時(shí)陣列觀測(cè)到。

　　5.單原子X(jué)射線(xiàn)信號(hào)首次探到

　　讓材料檢測(cè)方式發(fā)生歷史性突破，并不是僅僅依靠設(shè)備升級(jí)就可以，科學(xué)家們需要從原子水平進(jìn)行革新。6月，來(lái)自美國(guó)俄亥俄大學(xué)、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校等的科學(xué)家，首次拍攝到了單原子X(jué)射線(xiàn)信號(hào)，這一突破性的成就有望徹底改變?nèi)藗儥z測(cè)材料的方法。

　　因?yàn)閱蝹€(gè)原子產(chǎn)生的X射線(xiàn)信號(hào)極其微弱，傳統(tǒng)探測(cè)器的靈敏度不足以檢測(cè)到它。為解決這個(gè)問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)的X射線(xiàn)探測(cè)器上添加了一個(gè)鋒利的金屬尖端，該探測(cè)器放置在待研究樣品上方僅1納米處。當(dāng)銳利的尖端在樣品表面移動(dòng)時(shí)，電子穿過(guò)尖端和樣品之間的空間產(chǎn)生電流，這本質(zhì)上檢測(cè)到每個(gè)元素獨(dú)特的“指紋”，從而使該研究人員將掃描隧道顯微鏡的超高空間分辨率與強(qiáng)X射線(xiàn)照明提供的化學(xué)靈敏度結(jié)合了起來(lái)。

　　6.人類(lèi)Y染色體組裝與分析完成

　　人類(lèi)Y染色體由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜一直很難測(cè)序和組裝。超過(guò)一半的Y染色體在當(dāng)前的人類(lèi)參考基因組組裝中缺失，導(dǎo)致人們對(duì)Y染色體的認(rèn)識(shí)很不全面，限制了對(duì)其組成、復(fù)雜性以及在不同人群間差異的理解。作為“端粒到端?！甭?lián)盟的一部分，由美國(guó)國(guó)家人類(lèi)基因組研究所領(lǐng)導(dǎo)、包括約翰斯·霍普金斯大學(xué)、加州大學(xué)圣克魯斯分校等多家機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，此次報(bào)道了完整的人類(lèi)Y染色體的62460029個(gè)堿基對(duì)序列。這次的組裝糾正了當(dāng)前人類(lèi)參考基因組組裝中關(guān)于Y染色體的多個(gè)錯(cuò)誤，同時(shí)還向參考基因組中添加了逾3000萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，揭示了多個(gè)基因家族的完整結(jié)構(gòu)，并確認(rèn)了41個(gè)新的蛋白質(zhì)編碼基因。在另一篇論文中，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)組裝了代表世界21個(gè)不同人群的43名男性的人類(lèi)Y染色體。這些組裝結(jié)果更詳細(xì)闡釋了Y染色體在18.3萬(wàn)年的人類(lèi)演化歷史中的遺傳差異。

　　《自然》雜志8月發(fā)表的兩篇論文公布了人類(lèi)Y染色體的組裝和分析。這項(xiàng)全球100多名科學(xué)家參與的研究，填補(bǔ)了當(dāng)前Y染色體參考的諸多空白，帶來(lái)了對(duì)不同人群演化和變異的見(jiàn)解。

　　7.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出全新蛋白質(zhì)

　　8月，美國(guó)麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)宣布將注意力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，以更好地理解和設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)。該方法將幾何深度學(xué)習(xí)與語(yǔ)言模型的兩種優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，不僅可預(yù)測(cè)現(xiàn)有蛋白質(zhì)特性，還可設(shè)想自然界尚未設(shè)計(jì)出的新蛋白質(zhì)。此次新模型通過(guò)對(duì)基本原理建模，將大自然發(fā)明的一切作為基礎(chǔ)，重新組合了這些自然構(gòu)建塊。團(tuán)隊(duì)在訓(xùn)練模型時(shí)，根據(jù)不同蛋白質(zhì)的功能來(lái)預(yù)測(cè)它們的序列、溶解度和氨基酸組成部分。然后，在收到新蛋白質(zhì)功能的初始參數(shù)后，模型發(fā)揮出創(chuàng)造力并生成了全新的結(jié)構(gòu)。

　　8.中國(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行

　　8月18日，中國(guó)載人航天工程辦公室傳來(lái)喜訊：中國(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行，空間應(yīng)用正有序展開(kāi)、成果頻現(xiàn)。截至目前，空間站已開(kāi)展了60余個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、上萬(wàn)次在軌實(shí)驗(yàn)，獲得了近60TB原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，下行了300余個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品。

　　9.迄今最全人腦細(xì)胞圖譜發(fā)布

　　10月，同時(shí)刊發(fā)在美國(guó)《科學(xué)》《科學(xué)進(jìn)展》和《科學(xué)·轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上的21篇論文，公布并闡釋了迄今最全的人類(lèi)大腦細(xì)胞圖譜。多國(guó)科學(xué)家參與的這一系列研究，揭示了3000多種腦細(xì)胞類(lèi)型的特征，將有助于深入理解人類(lèi)大腦的獨(dú)特之處并推進(jìn)腦部疾病和認(rèn)知能力等研究。這一系列研究首次在單細(xì)胞水平上繪制了人類(lèi)大腦圖譜，顯示其復(fù)雜的分子相互作用，為更好理解人腦奠定了基礎(chǔ)。

　　10.大型語(yǔ)言模型不斷迭代升級(jí)

　　12月6日，谷歌公司宣布推出一種名為Gemini的新人工智能模型，并聲稱(chēng)該模型在一系列智力測(cè)試中的表現(xiàn)優(yōu)于GPT-4模型和“專(zhuān)家級(jí)”人類(lèi)。谷歌聲稱(chēng)，Gemini的中檔Pro版本擊敗了其他一些模型，例如OpenAI的GPT3.5，但更強(qiáng)大的Ultra超過(guò)了所有現(xiàn)有AI模型的能力。它在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MMLU基準(zhǔn)上的得分為90%，而“專(zhuān)家級(jí)”的人類(lèi)預(yù)計(jì)能達(dá)到89.8%。這是人工智能首次在測(cè)試中擊敗人類(lèi)，也是現(xiàn)有模型中得分最高的。

　　該測(cè)試涉及一系列棘手的問(wèn)題，包括邏輯謬誤、日常場(chǎng)景中的道德問(wèn)題、醫(yī)療問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)和地理問(wèn)題。在同一測(cè)試中，GPT-4的得分為87%，LLAMA-2的得分為68%，Claude?2的得分為78.5%。Gemini在其他9項(xiàng)常見(jiàn)基準(zhǔn)測(cè)試中的8項(xiàng)中擊敗了所有這些模型。

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