《Science》期刊於1880年由著名發明家愛迪生投資創辦，是世界頂級雜誌之一，代表了人類自然科學研究的最高水平。該期刊每年都會評選出當年度的最大科學突破冠軍，以及其他九項年度科學突破，這些研究被認為是一年中世界範圍內最重大的科學發現、進展和趨勢。2023年12月14日，《Science》雜誌官網發布了今年的年度十大科學突破，小編也為大家精心整理了下來，讓我們來看一下究竟花落誰家？
實至名歸！GLP-1藥物登頂封面奪下本次冠軍！
肥胖無論對於個人還是公共衛生都是一場危機，在美國，大約70%的成年人受到超重的影響，而在歐洲，也達到了50%的比例，肥胖對於健康的影響毋庸置疑，它被認為是II型糖尿病、心臟病、關節炎、脂肪肝和許多癌症的誘因，然而，從20世紀初以來，人們一直沒有開發一種安全且成功高效的減肥藥物。
GLP-1（胰高血糖素樣肽-1）藥物的出現則為降低肥胖率及治療相關疾病帶來了新的希望！這些GLP-1受體激動劑最初是為糖尿病而開發，可在顯著減輕體重的同時，將副作用控制在較低水平。並且今年的臨床試驗發現，這些藥物還可以緩解心力衰竭以及心臟病發作和中風的風險，這是強有力的證據證實這些藥物除了對減肥本身之外還有其他的健康好處。也正是因為它所展現出的無限潛力和希望，《Science》期刊將GPL-1藥物評選為2023年度十大科學突破冠軍！
其餘九項《Science》年度科學突破分別是：
1. 地球的碳泵正在逐漸減速
南冰洋可以說是海洋的心臟，含鹽的地表水沉入海底。下行的水從大氣中吸收熱量、氧氣和二氧化碳，並將它們隔離在深淵中，在那裡水慢慢向北擴散。它是全球翻轉循環的主要組成部分之一，這種巨大的流動連接著世界上所有的海洋，幫助捕獲了人類年碳排放量的三分之一。這一過程的激增或是減弱都將加劇氣候變化的程度。
然而，今年的幾項研究卻表明，水泵正處於嚴重的危險之中，南極底層水域正在變暖，體積也正在縮小，且氣候模型和浮標測量顯示，自20世紀70年代以來，環流已經放緩了20%，深海水流從1992年到2017年減緩了~30%，雖然南極洲冰川融化產生的淡水很可能是主要原因，但到目前為止，這一現象的確切原因、以及人類在多大程度上推動了這种放緩、或者它會如何影響氣候仍然未知。
來自威德爾海的稠密鹹水有助於推動南大洋的深層環流，然而，南極的融水似乎正在減緩這股洋流。
A.TRAYLER-SMITH/GREENPEACE/PANOS/REDUX
2. 尋找天然氫源愈演愈烈
地球上含有任何氫，這完全違背了傳統的地質學知識。由於氫的能量豐富且具有反應性，研究人員認為在地殼中，大部分氫會被微生物吞噬或轉化為其他化合物。它廣譜性的存在引發了人們的猜測，即它是從地核泄漏出來的，或者是地殼中的放射性元素分裂水產生的。但許多研究人員認為，這是由水在高溫高壓下與富含鐵的礦物反應產生的。
美國地質調查局一項未發表的研究表明，地球可能擁有1萬億噸氫氣，足以滿足數千年來對氫氣作為燃料和肥料成分日益增長的需求。一些勘探者表示，提取氫氣可能比用可再生電力製造「綠色氫能」更便宜，而這種方法也獲得了數十億美元的政府資助。但最大的問題是，地球上的氫氣是否集中在企業可以經濟開採的範圍內。
北卡羅來納州沿海的雷射雷達地圖顯示了一公里寬的圓形凹陷，可能包含氫氣的滲漏。
VIACHESLAV ZGONNIK
3. AI天氣預報員即將現世
自現代計算機開發以來，它一直被用來預測天氣。儘管這一嘗試變得越來越複雜，現在提前幾周做出了可靠的預測，但它的方法仍然是一樣的：使用大量的計算能力來求解控制大氣的流體動力學方程。在過去的一年裡，人工智慧已經開始改變這一現狀。包括谷歌（Google）、華為（Huawei）和英偉達（Nvidia）在內的科技公司已經訓練了人工智慧模型，可以提前10天預測天氣，其準確性可以與傳統模型相媲美，甚至超過傳統模型，而且計算成本要小得多。些「深度學習」模型不是求解方程，而是基於通過對40年來的天氣進行訓練所學到的模式來預測不久的將來，這些模式是通過世界頂級預報員歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）的數值模型提供的觀測所捕捉到的。一旦經過系統訓練，這些模型可以在1分鐘內在桌面上發布天氣預測，而不是在超級計算機上運行2小時。
經過40年的天氣數據和模型訓練，人工智慧現在可以以驚人的準確性預測颶風的路徑。
ALEX GERST/NASA
4. 對抗瘧疾的新希望
瘧疾是經按蚊叮咬或輸入帶瘧原蟲者的血液而感染瘧原蟲所引起的蟲媒傳染病。寄生於人體的瘧原蟲共有四種，即間日瘧原蟲，三日瘧原蟲，惡性瘧原蟲和卵形瘧原蟲。瘧疾到目前為止仍然是全球發病率最高的傳染性疾病之一，幼年兒童發病率高，若治療不及時則會導致死亡，據不完全統計，僅在撒哈拉以南非洲每年就有近47萬人死亡。
今年，用疫苗擊退瘧疾的努力得到了雙重推動。對世界上第一種名為Mosquirix的瘧疾疫苗的大規模評估顯示，它顯著降低了幼兒的死亡率。最近，隨著世界衛生組織（世界衛生組織）批准一種名為R21/MatrixM的疫苗，第二種疫苗即將加入這場鬥爭。與Mosquirix在設計上類似，它可以更便宜、更大量地生產，有望助力於填補瘧疾疫苗供需之間的巨大缺口，每年有可能防止數萬兒童死亡。
肯亞基利菲縣醫院的母嬰病房裡有許多兒童出現瘧疾症狀。新R21疫苗的臨床試驗在該市進行。LUIS TATO/EYEVINE/REDUX
5. 對抗阿爾茨海默氏症新的曙光！希望與風險並存！
阿爾茨海默氏症一直是醫學領域難以攻克的難題，患者的大腦中有一種名為β澱粉樣蛋白的纏結蛋白質團，多年來，科學家們一直在爭論去除它們是否有助於患者，然而各種療法都失敗了。但在1月份，美國監管機構批准了第一種藥物，該藥物通過解決疾病的潛在生物學問題，明顯地（如果適度的話）減緩了認知能力的下降；之後又緊接著發不了另一種有效藥物。雖然兩者都不接近治癒，都有嚴重的風險，但它們為患者和家人帶來了新的希望。
儘管阿爾茨海默病的研究人員、醫生和患者迎來了希望，但也存在負向的一面：治療帶來的腦腫脹和腦出血的風險，在部分數情況下是致命的。尤其是，具有易患阿爾茨海默病的基因變體APOE4的人容易出現這種副作用；阿爾茨海默氏症患者也可能面臨更高的風險，他們服用藥物來預防或溶解血栓，包括那些中風並在緊急情況下服用強效血栓阻斷劑的患者。
新的抗體療法可能會減緩阿爾茨海默病患者大腦的神經退行性變。
JAMES CAVALLINI/SCIENCE SOURCE
6. 美洲遠古人類定居的歷史真相！
人們一直認為，美洲移民最早是通過連接白令海峽的陸地從亞洲而來，在~16,000年前沿著太平洋海岸向南而至。但在今年，研究人員驗證了一個新的推斷，將這一遷徙時間提前了至少5,000年。2021年，來自美國新墨西哥州白沙國家公園的科研人員發布了一個新的發現：在一座古老湖泊的岸邊有明顯的人類足跡，可追溯到21,000 ~ 23,000年前。研究人員通過放射性碳測年法對周圍的殘留種子進行了鑑定，推斷了其年代，但由於湖水中的沉積物里吸收了更為久遠的碳元素，因而可能增加了它們的測量年代。於是，白沙團隊使用了來自陸生植物的花粉和嵌入在足跡之間以及下方的沉積物中的石英顆粒，重新對足跡的年代進行了鑑定，並發現，新的測定年代與最初報道完全一致。
若這一時間是正確的，這些足跡則是在上一冰河時代的頂峰時期留下的，人類必定是在這些冰川形成之前進入了美洲。對這一足跡年代的重新確定將引發考古學家對其他有爭議的遺址重新進行評估，並可能促使人們進一步挖掘其他冰河時代的沉積物，以尋找更多的證據和發現。
新墨西哥州一個古老湖泊的腳印可能在考古學家認為人們到達美洲之前5000年就已經留下。
NATIONAL PARK SERVICE
7. 巨型黑洞合併產生的信號！
超大質量黑洞位於星系的中心，其重量是太陽的數百萬或數十億倍。當星系合併時，它們的中心黑洞可能會被鎖定在一個不斷收緊的軌道上。它們死亡螺旋的最初階段隱藏在地球上的儀器之外。但當它們接近彼此幾光年以內時，它們的圓周運動會發出緩慢但強大的引力波。
今年，天體物理學家發現了一種微弱的、長期迴蕩的宇宙信號的跡象。時間回到6月，全球五個團隊聯合宣布，通過15年的觀測，他們已經消除了數據中的噪音，足以表明剩下的是宇宙中超大質量黑洞雙星的組合噪音，可能有數百萬顆。這些團隊現在正在尋找更多的脈衝星，以便繪製嗡嗡聲地圖，並放大巨大黑洞緩慢舞動的星系。這是來自運動中的巨大質量的引力波的聲音：宇宙中的超大質量黑洞以緊密的軌道對相互研磨。這一觀察結果（研究人員在確定之前不會將其稱為「發現」）既是迄今為止對這些可怕的黑洞合併存在的最有力支持，也是一種利用來自遙遠恆星的信號來探測引力波的方法的有力證明。
AURORE SIMONNET/NANOGRAV COLLABORATION
8. 早期職業科學家崛起！
幾十年來，研究生和博士後一直抱怨工資低和工作條件差。在過去的一年裡，當早期職業科學家聯合起來要求改變系統時，他們的沮喪情緒成為焦點。去年冬天，加州大學系統的48000名學術工作者舉行了美國歷史上最大的學術罷工，為研究生和博士後贏得了可觀的加薪。這種集體行動在美國尤其明顯，但在加拿大，全國數千名學術工作者於5月舉行了為期一天的大規模抗議活動，要求增加聯邦對研究生和博士後的資助。在德國，早期職業研究人員為改變博士後合同而奔走。
早期職業科學家也向大學施加壓力，要求他們通過放棄投票和完全離開學術界來實施變革。越來越多的人在畢業後前往利潤更豐厚的行業工作，這使得近年來許多教授難以填補博士後空缺。資助機構是否會增加撥款支持，以支付早期職業科學家的加薪，還有待觀察。與此同時，一些大學已經採取行動，幫助教師適應不斷上漲的人事成本。例如，加州大學伯克利分校的研究人員希望，將幫助教授支付加薪費用的短期措施與長期戰略規劃和預算相結合，最終將形成一個人人都能茁壯成長的生態系統。
DANIELVILLENEUVE/ISTOCK.COM
9. 超算計算機時代的曙光！
經過十多年的沉澱，EB科學的時代終於在今年到來。橡樹嶺國家實驗室的Frontier成為第一台向科學用戶開放的公開承認的六倍計算機，能夠以每秒一百億億次數學運算的速度應對從氣候到材料等領域的挑戰。（據說，我國的exascale機器已經運行多年，但國際上並不知道硬體的細節！驕傲！）預計明年將有大約60個團隊登錄Frontier進行試驗。
目前，一些早期的結果已經開始出現，其中：Frontier使密西根大學材料科學家領導的研究人員能夠合併兩個理論框架，以近乎完美的精度預測材料中多達60萬個電子的行為，而之前的工作只能預測大約1000個電子。這使該團隊能夠模擬鎂合金中的缺陷是如何形成、生長和移動的，這一進展將有助於推動用於節能汽車和飛機的超輕材料的開發。
超算計算機的探索才剛剛開始，阿貢國家實驗室的一台exascale機器在向用戶開放之前也正在進行最終調試。明年，新的EB級超級計算機預計將在加利福尼亞州和德國上線，法國和日本的其他超級計算機也將緊隨其後，為以前無法實現的科學打開大門。
橡樹嶺國家實驗室的Frontier類似的大規模計算機正在為許多科學領域帶來前所未有的計算能力。
OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY