【科學強國】《科學》雜誌公布2023年度十大科學突破（上篇）
近日，《科學》雜誌公布了其編輯團隊評選的2023年度十大科學突破，其中包括一項科學突破冠軍獎和9項科學突破入圍獎。榜單如下。
肥胖遇到了對手
圖片來源：STEPHAN SCHMITZ/FOLIOART
肥胖既是一場個人的戰鬥，也是一場公共健康危機。在美國，大約70%的成年人受超重的影響，而在歐洲，這個數字超過了一半。當身體質量指數為30或以上時就定義為肥胖，肥胖可能是2型糖尿病、心臟病、關節炎、脂肪肝和某些癌症的誘因。
然而，令人遺憾的是，一直以來人們未能找到安全有效的減肥藥物。但現在，一類新的療法帶給人們很大希望，人們期待它能降低肥胖和相關慢性疾病的發病率。
這些藥物模仿了一種名為胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）的腸道促胰素，它們正在以令人興奮又令人不安的方式重塑醫學、流行文化，甚至全球股市。這些GLP-1受體激動劑最初是為糖尿病開發的，可顯著減輕體重，副作用大多可控。今年，臨床試驗發現，它們還可以減輕心力衰竭的症狀以及心臟病發作和中風的風險，這是迄今最令人信服的證據，證明這些藥物除了減肥之外還有其他重要的好處。
基於這些原因，《科學》雜誌授予GLP-1藥物年度突破冠軍獎。
正在減速地球的碳泵
威德爾海的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。圖片來源：A.TRAYLER-SMITH/GREENPEACE/PANOS/REDUX
如果世界上的海洋有一顆心臟，那它一定在南大洋。在南極洲海岸附近，含鹽的表層水直接沉入海底。下沉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。它是全球翻轉環流的主要組成部分之一，這種大規模的環流連接著世界所有的海洋，幫助它們捕獲1/3的人類年碳排放量。許多研究人員認為，當它激增或減速時，這個碳泵會加劇氣候變化。
今年，幾項研究表明，該碳泵處於極度危險之中。第一個令人不安的跡象出現在幾年前，自主漫遊到4000米深處的深海Argo機器人發現，南極底層的海水正在變暖、體積正在縮小，這兩個跡象均表明洋流正在放緩，使得上層的溫暖海水得以侵入。
更直接的證據來自今年3月發表於《通訊地球與環境》的一項研究，美國研究人員將該地區歷史船隻測量的記錄輸入到一個氣候模型中，該模型顯示，自20世紀70年代以來，環流已經放緩了20%。5月，由澳大利亞科學家領導的一項發表於《自然-氣候變化》的研究表明，從1992年到2017年，深海水流減緩了近30%。
目前還不太確定為什麼會出現這種減速、人類在多大程度上推動了這種減速以及它將如何影響氣候。南極冰蓋融化帶來的淡水增加可能是一個主要原因，而隨著全球變暖的持續，冰川融化以碳泵減速肯定會加劇。
尋找天然氫氣的熱潮
美國北卡羅來納沿海的雷射雷達地圖顯示，一公里寬的圓形窪地可能有氫氣滲漏。圖片來源：VIACHESLAV ZGONNIK
1859年，美國第一口油井的挖掘開啟了美國的石油熱，並改變了世界。今年，世界興起了另一場能源熱潮，這次是基於地球內部自然產生的氫。與石油不同，天然氫氣對氣候而言是一種「滋補品」，而非「毒素」。
2012年，在西非國家馬里的一個城鎮，工程師拆除了一個被水泥封死的井眼，1987年，一個煙頭曾在井中引發爆炸。它噴出的氣體98%是氫氣。人們利用井內的氫氣發電，為村莊提供了第一次電力，而這個過程只產生了水作為「廢棄物」。奇怪的是，經過10年的開採，井內的氣體壓力並沒有減少，這表明有深層資源在補充氫氣。
受這一發現的啟發，勘探者現在在除南極洲外的每個大陸上都發現了大量氫氣沉積的跡象。今年9月，美國地質調查局（USGS）在美國雪佛龍公司和英國石油公司的支持下成立了一個研究聯盟，美國能源高級研究計劃署啟動了一項2000萬美元的天然氫氣研發計劃。
USGS一項未發表的研究表明，地球上可能蘊藏著1萬億噸氫氣，足以滿足未來數千年對燃料和肥料日益增長的需求。
人工智慧天氣預報員來了
基於40年的天氣數據和模型訓練，人工智慧現在能以驚人的準確性預測颶風的路徑。圖片來源：ALEX GERST/NASA
自從現代計算機出現以來，它就一直被用於預測天氣。儘管數值天氣預報變得越來越複雜，現在可以提前幾周做出可靠的預測，但其使用的方法與從前是一樣的：使用大量的計算能力來求解控制大氣的流體動力學方程。
2023年，人工智慧已經開始改變這種狀況。包括谷歌、華為和英偉達在內的科技公司已經訓練了人工智慧模型，使其提前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，而且運算負擔要小得多。
這些「深度學習」模型不是求解方程，而是根據對過去40年天氣數據的訓練獲得的模式來預測不久的將來，這些天氣數據是世界頂級天氣預報機構——歐洲中期天氣預報中心數值模型的觀測結果。
經過訓練後，這些模型可以在1分鐘內在台式電腦上做出預測，而無需在超級計算機上運行2小時。
研究人員預計，當人工智慧天氣預報員開始從傳感器收集的直接天氣數據中學習，而不僅是通過現有模型獲得的數據學習時，該技術會得到進一步發展。
抗擊瘧疾的新希望
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。圖片來源：LUIS TATO/EYEVINE/REDUX
今年，利用疫苗對抗瘧疾的努力有兩個振奮人心的進展。對世界上第一種瘧疾疫苗Mosquirix的大規模評估顯示，它顯著降低了幼兒的死亡率，而幼兒是受該疾病危害最重的群體，僅在撒哈拉以南非洲每年就有近47萬幼兒死亡。今年，世界衛生組織（WHO）還批准了第二種瘧疾疫苗R21/MatrixM。它與Mosquirix的設計相似，但成本更低、產量更大。它應該有助於填補瘧疾疫苗供需之間的巨大缺口，有可能每年防止數萬名兒童死亡。
2019年，一項關於Mosquirix的多年試點研究開啟，加納、肯亞和馬拉威的近200萬嬰幼兒接種了該疫苗。初步結果顯示，這種疫苗將嚴重瘧疾的發病率降低了22%。在接種疫苗的地區，接種疫苗年齡範圍內的兒童死亡率（除意外事故外）比未接種疫苗地區低13%，這表明即使這種疫苗不完美，也可以挽救生命。但是從現在到2025年，生產這種疫苗的英國葛蘭素史克公司只能生產1800萬劑疫苗，僅能為450萬名兒童接種疫苗，而在瘧疾流行地區，每年出生4000萬名兒童。
R21可以幫助填補這一空白。該疫苗由英國牛津大學開發，授權給大型疫苗生產商印度血清研究所使用。該公司表示，它每年可生產1億劑疫苗，每劑價格在2美元到4美元之間，不到Mosquirix的一半。R21三期試驗數據於今年9月公布，該試驗涉及4個國家的4800名兒童。結果表明，在接種的前18個月，該疫苗至少與Mosquirix一樣有效，甚至可能更有效。WHO表示，到2024年中期，R21有望廣泛使用。
未完待續，下集更精彩！
END
來源：中國科學報
作者：文樂樂
審核：龔紫陌
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