《科学》公布 2017 年度人类10大突破，你知道几个？
《科学》期刊公布了2017年最令人类激动的10大科学突破，科学仪器界的朋友们，也许你正在使用其中的几种科技继续求索，其中，我们还看到了中国在量子通信方面的翘楚地位。接下来，就让我们一起分享2017的这些美好时刻，希望2018全球在科学界求索的人们，带给人类更多的惊喜。
Top10
冷冻电镜标志年
科技让人类看到前所未见的生命过程
冷冻电镜技术，我们能看到的微观世界从图片左侧这样，变成了右侧这样。
2017年诺贝尔化学奖当地时间4日上午11时45分揭晓，获奖者既不是CRISPR的发明者，也不是锂电池技术的发明者，而是授予三位冷冻电镜领域学者，表彰他们对冷冻电镜技术的发展做出突出贡献。
冷冻电镜技术（cryo-electron microscopy）作为一项物理技术，给结构生物学领域带来了一场完美风暴。受益于该技术，生命科学领域近年来取得了重要的突破，比如程亦凡博士、施一公博士、杨茂君博士和柳正峰博士所解析的原子分辨率重要复合体结构就震惊世界。
早在2015年，《自然》杂志子刊Nature Methods就将冷冻电镜技术评为年度最受关注的技术。冷冻电镜技术的最新革命主要有两大核心的技术突破：电子直接探测相机以及三维重构软件，能够大幅提高解析大型蛋白复合体原子分辨率三维结构的效率。
Top9
卡西尼坠毁
坦然走向死亡的老战士
1997 年，卡西尼号探测器发射升空，前往土星。7 年间，他离开了地球，飞过金星、月球、木星。他将惠更斯号轻轻放在泰坦星上，然后环绕土星飞行。2008 年，他的设计寿命已经用完。但他就如此超期服役了 9 年，历经星际间的 " 风雨 "。9月15日，经过了漫长的旅程之后，卡西尼号将一头扎进土星的怀抱，用自己的生命最后一次为人类探索这颗太阳系里最美的行星。
如今她已安息，在遥远的土星。
Top8
人造子宫：
早产儿救治的新希望
早产是新生儿死亡和致残的重要病因，也是无数人不懈钻研的课题。然而目前的医学水平对于早产儿的救治手段，还停留在从源头监控与针对相应器官不足采取治疗措施两个方面。然而，这些治疗手段作为出生后的补救措施，不仅不能媲美成熟器官的功能，还常常会顾此失彼，在解决需求的同时带来不小的副作用。延长胎龄成为了早产儿救治的重要砝码，人造子宫也成为科学家们探索的焦点。
4月，美国费城儿童医院的胎儿外科医生在《自然-通讯》（Nature Communication）上发表了他们的研究成果：通过体外模拟子宫的环境，成功使相当于23-24周人类胎儿大小的羔羊宝宝在母体外生存了670小时，并实现了胎儿在母体环境中一样的正常发育。
虽然从羊过渡到人类胎儿仍有不小的距离，但这项研究已经在模拟成熟器官功能、预防早产和治疗早产儿方面迈出了一大步。
Top7
最古老人类化石和新种大猿：
人类对祖先和近亲演化的探索
无论是对历史的追溯还是对新物种的发现，2017年，人类还在不断探寻着自己和近亲的演化本源。
6月，在摩洛哥发现了目前已知最古老智人化石。这批在杰贝尔依罗发现的化石测年结果为30万年，是目前我们已知的拥有精确定年的智人在非洲最早期演化的证据。通过对头骨化石的分析，科学家发现了其具有进步与原始特征共存的镶嵌现象，虽然这些古人类拥有较为现代的面部形态，颅内模的形态虽然较为原始，但与中更新世古老型人类又不完全相同。此外，化石发掘于北非这一特殊地理位置，也证明了智人在非洲大陆上演化的复杂性。
11月，人类发现了新的近亲：达巴奴里猩猩（Pongo tapanuliensis）。这个在印尼北苏门答腊省达巴奴里被发现的红毛猩猩，是自1929年以来人类首次发现的新种大猿，自此，现生人科物种增加到了8种。此前，科学家们一直把他们当中是苏门答腊猩猩（P. abelii）的一个种群，然而在大规模的研究后，人们发现达巴奴里猩猩的颅骨、牙齿、下颌和其他猩猩有显著区别，毛发更卷，胡子更长，基因也有显著差异，应该独立成种。这种濒危的物种使科学家重新思考了猩猩属的演化轨迹，并思考如何区分物种，制定保护政策，保护古老而特殊的生物类群。
Top6
时间晶体：打破时间的限制
2012年，诺贝尔物理学奖得主维尔切克（Frank Wilczek）提出了一个疯狂的想法：时间晶体。时间晶体的神奇之处在于，降温后它能在时间上自发地出现周期性的运动，从而打破时间平移对称性。如果我们把空间晶体和时间晶体的概念综合起来，就会得到一种特殊的物质，可以同时在四维时空中结晶，形成所谓的时间-空间晶体。在维尔切克的设想中，未来会有一天，人类可以对时空晶体进行编程，把大脑意识上传到“时空晶体”中，做成时光胶囊。即使地老天荒，即使宇宙热寂，那些美妙的情感仍旧永存。
时间晶体引发了广泛的争议，很多人认为它是不可能做到的。但终于还是有人做出来了。
今年3月，美国哈佛大学和马里兰大学两个实验组在《自然》（Nature）上发表两篇论文，宣布基于金刚石色心和离子阱系统，在实验中验证了离散时间晶体的存在。实验的成功促使人们在各种物理模型中，研究离散时间晶体，乃至时间准晶体。
未来是否还会出现时间玻璃态？谁知道呢，我们期待大自然带来的惊喜。
Top5
针对基因的疗法：
CRISPR-Cas9为医学带来新希望
今年，科学家不断探索着基因治疗的可能性。
7月，中国的科学家们意外地发现了通过DNA靶向编辑 CRISPR-Cas9技术治疗染色体遗传病的可能。研究团队发现，利用Y染色体敲除实验的方法，设计专门针对21号染色体的特定CRISPR靶向系统，可以在体外细胞实验中实现多余21号染色体的精确敲除。这项研究首次为唐氏综合征的治疗提供了希望。
11月，来自德国和意大利的研究人员在《自然》（Nature）杂志发表了一篇利用基因编辑技术治疗单基因遗传病的文章。文章中涉及的病例是一位罹患交界型大疱性表皮松解症（JEB）的男孩，由于LAMB3基因的突变，患者的皮肤会经历频发性的破损、感染以及糜烂，导致患者处于长期的疼痛之中。研究者们通过逆转录病毒结合CRISPR-Cas9技术将完好的LAMB3基因成功地导入患者皮肤细胞，插入细胞的基因组中修复突变的LAMB3基因，治愈了患者。而在此前，这种罕见遗传疾病并没有有效的治疗方法，40%的患者甚至会在青春期前死亡。
在其他研究中，CRISPR-Cas9技术对遗传性心脏病、I型脊髓型肌肉萎缩症等疾病的治疗与治愈也起到了极大的推进作用。CRISPR-Cas9及其相关应用自从面世以来已经连续三年上榜“年度十大科学突破”，这种源自细菌的基因编辑技术究竟还有多少潜力，让我们拭目以待。
Top4
人工合成酵母基因组：
生命的了解再进一步
3月，《科学》（Science）杂志以专刊的形式介绍了世界上首例人造酵母合成项目的进展。人造酵母项目是深化生命科学研究进展、应用生命科学研究成果的重要一步，通过对比人造酵母与天然酵母的区别，科学家们可以更加准确地了解生命的运作方式，操控生命活动。
目前为止，科学家们一共合成了酵母16对目标染色体中的6对半。这并不是个简单的数字：人工化学合成的DNA一直面临着成本高、错误多的问题，合成染色体长度的DNA极具挑战性。在酵母DNA合成的研究中，科学家们通过合成寡核苷酸链（即短的DNA链）再拼接的方式，终于得到了全长的酵母染色体。从合成最简单的病毒、支原体开始，直到合成单细胞真核生物酵母菌，科学家们逐步攻克了基因大小与基因复杂程度上的障碍，为后续合成更加复杂的生命提供了可能。
Top3
量子技术爆发：
通信和计算领域的高速发展
量子技术经过实验室中的漫长发展，在今年迎来了爆发期。
1月，世界上第一颗量子通信卫星“墨子号”正式交付开展科学实验。“墨子号”不仅在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验，更在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态，圆满实现了全部三大既定科学目标。量子密钥是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。“墨子号”的成功，为构建覆盖全球的量子保密通信网络、开展空间尺度量子通信网络研究、空间量子物理学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础；同时，也为中国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了科学与技术基础。
5月，中国科学院在上海召开新闻发布会，宣布世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。IBM于同月发布了17量子比特位的处理器，又在11月宣布了20量子位的量子计算机问世，并构建了50量子比特的量子计算机原理样机，在科学界引起了轩然大波。
量子科学的征途任重道远，科学将全力以赴，上下求索。
Top2
AI技术节节开花：
人工智能带来的变化和挑战
3月，人工智能Libratus在宾夕法尼亚州挑战美国顶尖德州扑克游戏玩家，在12万手比赛后，Libratus完胜全部4个对手。Libratus使用的“强化学习”方式能让计算机生成更具创造性的策略，在信息不完全的情况下作出更好的决策。
5月，强化版围棋人工智能AlphaGo在中国乌镇3:0战胜世界第一棋手柯洁，并与八段棋手协同作战在组队战中全胜5位顶尖九段棋手。
10月，横空出世的AlphaGo Zero仅通过40天的学习就战胜了自己的双胞胎兄弟AlphaGo Master。AlphaGo Zero采用无监督学习，从零开始，不需要任何人类的经验，并通过强化学习发现了新的围棋定式。AlphaGo Zero还优化了核心算法，将策略网络和值网络结合，并引入深度残差网络，用更少的算力得到了更好的结果。
随着技术的发展，人工智能的时代已经到来。除了扑克和围棋，人工智能将会更加深入我们的生活，为人类社会带来新的变化和挑战。
Top1
双中子星并合引力波探测：
开启多信使天文学时代
8月17日，从遥远太空传来的短短一瞬的信号，沸腾了整个天文界；10月16日，全球数十家天文机构同时宣布了一个“前所未有”的重大消息：人类第一次探测到双中子星并合产生的引力波信号。这个信号，让世界各地的望远镜指向了同一个方向，也让全球天文学家空前联手。
与黑洞不同，双中子星的并合不但会产生引力波，而且还会抛射物质并产生各种电磁信号，让我们能够“看”到。此前，科学家虽然曾4测探测到引力波，但由于黑洞的并合不会有任何电磁波辐射，人类只能“听”到。而双子星并合事件，则意味着人类首次同时“看到”并“听到”来自宇宙的信号，是一场宇宙展现在人类面前的视听盛宴。
双子星并合引力波的成功探测，开启了多信使天文学的时代，在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义。在某种程度上，它的意义可以与第一次探测到引力波相提并论。在未来，随着对双中子星并合现象研究的深入，我们对宇宙的了解将翻开新的一页。
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