【科学强国】《科学》杂志公布2023年度十大科学突破（下篇）

上期（《科学》杂志公布2023年度十大科学突破（上篇））我们介绍了《科学》杂志公布的其编辑团队评选的2023年度五大科学突破，这期我们将介绍另外五个2023年科学重大突破。

阿尔茨海默病的新疗法

新的抗体疗法可能会减缓阿尔茨海默病患者大脑的神经退行性变。图片来源：JAMES CAVALLINI/SCIENCE SOURCE

今年1月，美国监管机构批准了第一种药物，这种药物可以显减缓阿尔茨海默病患者的认知能力下降速度，第二种相关的治疗方法紧随其后。这两种方法都无法治愈阿尔茨海默病，而且都有严重风险，但它们依然为患者和家属带来了新希望。

阿尔茨海默病患者大脑中有一种名为β淀粉样蛋白的缠结蛋白质团，多年来，科学家一直在争论去除它们是否有所帮助。在一项为期18个月的关键试验中，与安慰剂相比，一种名为lecanemab的抗淀粉样蛋白单克隆抗体，将患者认知能力的丧失减缓了27%。这足以说服美国和日本的监管机构批准它。另一种同样针对淀粉样蛋白的名为donanemab的抗体治疗方法与安慰剂相比，在略有不同的患者群体中，使患者认知能力下降速度减缓了35%。美国随时可能批准这两种疗法。这两种疗法都是静脉注射。

值得注意的是，上述治疗会导致脑肿胀和脑出血的风险，在极少数情况下，这是致命的。携带易患阿尔茨海默病的基因变异APOE4的人尤其容易出现这种副作用。服用药物预防或溶解血栓的阿尔茨海默病患者也可能面临更高的风险。

当阿尔茨海默病患者权衡抗淀粉样蛋白药物的益处和风险时，他们也渴望获得更多数据。一个问题是，认知能力减退的适度减缓是否会随治疗时间的推移而增加；另一个问题是，如果这些治疗尽早给予高风险人群，是否能延缓症状的出现。 

关于美洲早期人类的新发现

美国新墨西哥州一个古老湖泊上的脚印可能比考古学家认为的人类到达美洲的时间早5000年。图片来源：NATIONAL PARK SERVICE

美洲人的故事可能揭开了新的第一章。在主流观点中，美洲的第一批移民来自亚洲，途经曾经连接白令海峡的陆地，然后在大约1.6万年前沿太平洋海岸南下。今年，研究人员更接近于证实一个说法，该说法将这个日期往前推了至少5000年。

此前，一些遗迹暗示，人们开始这段旅程的时间可能比普遍看法预计得更早。但没人能够提供明确的人类活动证据，因此大多数考古学家对此持怀疑态度。

2021年，美国新墨西哥州白沙国家公园的研究人员发现，早在2.3万年前至2.1万年前，人类就在一个古老湖泊的泥泞岸边留下了确切的足迹。研究人员使用放射性碳测年方法对发现于足迹周围地层中的一种水生植物种子进行测定，得出了这些日期。但这些种子可能从溶解于湖水中的沉积物中吸收了更古老的碳元素，从而影响了测定年代的准确性。因此，研究人员利用陆地植物的花粉与嵌在足迹之间和下方沉积物中的石英颗粒重新确定足迹的年代。今年10月，他们报告说，新的测定时间与最初的测定结果完全吻合。

如果这个时间是正确的，那么这些脚印是在上一个冰河时代的顶峰时期留下的，当时冰盖覆盖了加拿大，这表明人类一定是在这些冰盖形成之前就已经进入了美洲。

巨大黑洞合并的声音

图片来源：AURORE SIMONNET/NANOGRAV COLLABORATION

今年，天体物理学家发现了一种微弱的、人们寻找已久的宇宙隆鸣声。这是宇宙中的超大质量黑洞相互摩擦所产生的的引力波。这一观测结果是迄今对它们存在的最有力支持，也是一种利用遥远恒星信号探测引力波的方法的有力证明。

超大质量黑洞位于星系的中心，其重量是太阳的数百万倍或数十亿倍。当星系合并时，它们中心的黑洞最终可能会被引力锁定在一个不断收缩的轨道上。在这一被称为“死亡螺旋”的最初阶段，地面的仪器无法探测到相关信号，但当黑洞彼此接近到几光年以内时，它们的相互运动会释放引力波。

这些引力波无法被激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测到，LIGO在2015年首次探测到两个恒星大小的黑洞合并产生的引力波。为了感知这些毫秒级的波，LIGO测量了激光束沿着4公里长的真空管传播的距离。但捕获超大质量黑洞产生的波需要测量更长的距离。

因此，天文学家转向脉冲星，这是一种燃尽的恒星，每秒旋转数百次，同时喷射出携带无线电波的粒子射流。当灯塔般的波掠过地球时，射电望远镜会记录下像原子钟一样规律的脉冲。过去20年间，天文学家定期监测几十颗最具节律性的脉冲星，以寻找其脉冲节律的微小变化。经过的引力波会压缩或拉伸脉冲星和地球之间的空间，细微地改变脉冲到达地球的时间。

今年6月，全球5个团队联合宣布，经过15年的观测，他们已经将数据中的噪声降到了足够低的水平， 剩下的数据反映的是宇宙中超大质量黑洞合并所引起的轰鸣声。

初出茅庐的科学家崛起

图片来源：DANIELVILLENEUVE/ISTOCK.COM

几十年来，研究生和博士后一直抱怨工资低和工作条件差。在过去的一年里，当职业早期科学家联合起来要求改变现状时，他们的沮丧情绪成为了焦点。

去年冬天，美国加利福尼亚大学系统的4.8万人发起了美国历史上最大规模的学术罢工，为研究生和博士后赢得了大幅加薪。今年5月，加拿大数千名学术工作者举行了为期一天的大规模抗议活动，要求增加对研究生和博士后的资助。在德国，职业早期研究人员为改变博士后合同而抗争。

职业早期科研人员以完全离开学术界的方式向大学施加了压力，越来越多的人在毕业后进入收入更高的行业工作。

许多教职员工和大学管理者都认为有必要进行改革，但是应对预算压力也很有挑战性。资助机构是否会增加资助以支付职业早期科研人员的薪水，还有待观察。同时，一些大学已经采取措施帮助教师适应不断上涨的人事成本。

百亿亿次计算的曙光

像美国橡树岭国家实验室Frontier这样的百亿亿次计算机正在为许多科学领域带来前所未有的计算能力。图片来源：OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY

经过十多年的酝酿，百亿亿次计算科学的时代终于在今年到来了。美国橡树岭国家实验室的Frontier成为首台向科学用户开放的百亿亿次计算机，它能够以每秒百亿亿（1018）次的运算速度处理从气候到材料等各领域的挑战。

百亿亿次计算的威力已经显现。美国密歇根大学材料科学家使用Frontier将两个理论框架合并在一起，以近乎完美的精度预测材料中多达60万个电子的行为，而以前的计算只能处理大约1000个电子。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和桑迪亚国家实验室使用Frontier提高了美国能源部主要的全球气候模型的分辨率，有望大幅改善气候变化预测精度。

预计明年将有约60个团队使用Frontier。

百亿亿次的计算探索才刚刚开始。美国阿贡国家实验室的百亿亿次计算机目前正在进行最后的调试，准备向用户开放。明年，新的百亿亿次超级计算机预计将在美国和德国启用，法国和日本的其他超级计算机也将紧随其后，它们将以前所未有的规模打开科学之门。

来源：中国科学报

作者：文乐乐

审核：龚紫陌