12月15日，《科学》(Science)杂志每年的年度十大科学突破如期而至。GLP-1药物成为年度科学突破之首。

除了能高效减肥，GLP-1药物还可以减少中风、心衰等。「由于这些原因，科学将 GLP-1 药物评为年度突破药物。」《科学》杂志编辑部表示。

现在，让我们一起来揭晓2023年度的十大科学突破榜单吧！

2023年度十大科学突破之首：减肥药GLP-1有望战胜肥胖

图源：Science

一种名为胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的肠道激素，它们正在以令人兴奋和不安的方式重塑医学、流行文化，甚至影响全球股市。

GLP-1最初是为治疗糖尿病开发的，它可显著减轻体重，且副作用大多可控。GLP-1的减肥机制是通过与胃肠道GLP-1受体结合，抑制胃肠蠕动、延缓胃排空；并通过与中枢GLP-1受体结合，增强饱腹感、抑制食欲。今年，临床试验发现，它们还可以减轻心力衰竭的症状以及降低心脏病发作和中风的风险。这是迄今最令人信服的证据，证明这些药物除了减肥之外还有其他主要的健康益处。基于这些原因，《科学》杂志将GLP-1药物评选为2023年度十大科学突破之首！

但，GLP-1是必须终身服用的药物吗？

目前看来，尽管没有定论，但答案也许是肯定的。研究人员报告称，在人们停止治疗一年后，其减轻的体重的三分之二又反弹了回来。对于越来越多将肥胖视为慢性疾病的研究人员来说，持续治疗的必要性并不奇怪。但这些药物高昂的价格也令人望而却步——每月用药的价格超过1,000美元。

其他9项Science年度科学突破分别为：

图源：Science

抗体疗法在减缓阿尔茨海默病方面取得进展

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病变 | 图源：Science

阿尔茨海默病患者的大脑中有一种名为β淀粉样蛋白的缠结蛋白质团，多年来，科学家们一直在争论去除它们是否有助于患者。在一项新的为期18个月的关键试验中，与安慰剂组相比，这种名为lecanemab的抗淀粉样单克隆抗体，将认知能力的丧失减缓了27%。而在今年夏天的试验结果中，另一种同样针对脑淀粉样蛋白的抗体治疗药物多奈单抗，在略有不同的患者群体中，与安慰剂组相比，将认知能力下降的速度减缓了35%，美国随时可能批准其上市。这两种疗法均为静脉注射。但黑暗的一面是药物治疗带来的脑肿胀和脑出血的风险，在极少数情况下将会是致命的。

寻找天然氢源的热潮

Carolina bays near Read Springs, NC. Image created using High Resolution Topographic Model
(HRTM) by Michael Davias rendered from LiDAR elevation data.

美国北卡罗来纳州沿海的激光雷达地图上有数公里宽的圆形凹陷，其中可能包含地底的氢气渗漏 | 图源：Science

今年我们则见证了一场能源热潮的开始。这场热潮基于地球内部自然产生的氢气，这种气体可能会成为气候的解药。

这场能源热潮的诞生还可以追溯到另一个不起眼的城镇：马里共和国的布拉克布古（Bourakébougou）。2012年，工程师们拔掉了在1987年由一根香烟引发爆炸后用水泥封闭的一个钻孔，发现它喷出的气体98%是氢气。人们由此连了一台发电机，为该村庄提供了第一批电力，而产生的废物只有水。奇怪的是，经过十年的抽取后，钻孔中的气体压力并没有下降，这表明地底深层正源源不断地补充氢气。

九月份，美国地质调查局在雪佛龙和英国石油公司的支持下启动了一个研究联盟，而美国能源高级研究署也启动了一项价值2,000万美元的天然氢研发计划。美国地质调查局一项未发表的研究表明，地球上可能储存有1万亿吨氢气，足以满足未来数千年燃料和肥料不断增长的需求。

在全球机构中系统性改变职业早期科学家的待遇

图源：Science

去年冬天，加州大学系统的48,000名学术工作者举行了美国历史上最大的学术罢工，为研究生和博士后赢得了可观的加薪。在加拿大，数千名学术工作者于5月举行了为期一天的大规模抗议活动，要求增加联邦对研究生和博士后的资助。在德国，职业早期科研人员为改革博士后合同而奔走。

「我们需要为未来一代科学家提供更好的条件。」——哥伦比亚大学分子生物学家Álvaro Cuesta Domínguez

与此同时，一些大学已经采取行动，帮助院系适应不断上涨的人事成本。例如，加州大学伯克利分校的研究人员希望将帮助教授支付加薪费用的短期措施与长期战略规划和财政预算相结合，最终将形成一个人人都能茁壮成长的科研生态系统。

接近美洲远古人类定居的历史真相

在美国新墨西哥州一座古老湖泊沿岸留下的足迹，或许证明人类抵达美洲的时间比考古学家所认为的早5,000年 | 图源：Science

在2021年，在美国新墨西哥州白沙国家公园工作的研究人员宣布了一个或许是颠覆性的发现：在一座古老湖泊泥泞的岸边留存有明显的人类足迹，其可追溯到21,000到23,000年前。这些足迹周围的相同地层中留存有一些草本水生植物的种子，研究人员通过放射性碳测年法推断了其年代。白沙团队使用了来自陆生植物的花粉和嵌入在足迹之间以及下方的沉积物中的石英颗粒重新确定了足迹的年代。他们在十月份报告称，新的测定年代与最初论文完全吻合。

如果这一时间是正确的，这些足迹则是在上一冰河时代的顶峰时期留下的。当时冰川覆盖了加拿大，这说明人类必定是在这些冰川形成之前进入了美洲。

地球的碳泵正在减速运行

A lone Adelie penguin stands on an ice floe off Paulet Island in the Erebus and Terror Gulf at the entrance to the Weddell Sea. 
The Greenpeace ship Artic Sunrise was in the Antarctic on the last stage of a pole to pole voyage from the Arctic to the Antarctic to investigate and document the impacts the climate crisis is already having in this area.
Creation Date:

威德尔海（Weddell Sea）的浓密咸海水有助于推动南大洋的水向深层循环。然而，来自南极洲的冰川融水似乎正在减缓洋流的流速 | 图源：Science

今年，一些研究明确指出这个碳泵面临着迫切的危机。令人不安的迹象首次出现在几年前，最值得注意的是深海阿尔戈机器人采集到的数据，它的探测器可以自主漂游到4,000米的海洋深处。人们发现南极底部水温升高，体积缩小，这两个迹象表明洋流的流速减缓，且使得上方较温暖的水体能够侵入。

更直接的证据来自一项于今年3月发表在《通讯-地球与环境》杂志的研究。研究人员将该地区历史船只测量的有限记录输入到气候模型中，结果显示自上世纪70年代以来，环流流速已减缓了多达20%。随后在五月，一项发表在《自然气候变化》上的研究利用船只和浮标的测量数据，认为从1992年到2017年深层水流速度减缓了近30%。传统气候模型曾预测环流可能会减缓，但没有这么快。新数据表明，曾被认为是遥不可及的威胁现在已经迫在眉睫。

巨型黑洞合并产生的星际信号在无声轰鸣

图源：Science

今年，天体物理学家捕捉到了人们长期寻找的一种微弱的宇宙轰鸣声。它事实上是宇宙中两个超大质量的黑洞相互环绕、紧密摩擦所产生的引力波。这一观测是迄今为止对这些庞大黑洞双星系统存在的最有力支持，其也体现了利用来自遥远恒星的信号来探测引力波是一种强有力的观测手段。

今年6月，全球范围内负责监测不同组脉冲星的5个团队共同宣布，通过15年的观测，他们已经将数据中的噪音降到了足够低的程度，使得剩下的数据反映了宇宙中超大质量黑洞双星所引发的合鸣，数目可能多达几百万个。这些团队现在正在寻找更多的脉冲星以便能够绘制这种轰鸣声的波形，并聚焦观测缓慢舞动的巨型黑洞所在的星系。

AI辅助天气预报的发展

经过使用40年间的天气数据和模型训练，AI现在可以以惊人的准确性预测飓风的路径 | 图源：Science

在过去的一年里，人工智能（AI）开始改变「用大量的计算能力来求解控制大气的流体动力学方程，用以模拟未来的大气状态」的现状。包括谷歌、华为和英伟达在内的科技公司已经训练了人工智能模型，可以提前10天预测天气，其准确性可与传统模型相媲美，甚至超过传统模型，而且计算开销要小得多。这些「深度学习」模型不是求解方程，而是基于来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的数值模型在40年间的观测数据所训练出的模型。一旦经过训练，模型可在台式电脑上仅用时1分钟做出天气预测，而无需在超级计算机上运行2小时。

ECMWF已经开始制作自己的人工智能预报，其他气象机构也在争先恐后地追赶。但新模型很难预测某些基本特征，例如飓风强度。

抗击疟疾的新希望

Mothers wait with their babies for medical checkups in the maternal child ward at Kilifi County Hospital in Kilifi, Kenya on May 20, 2022. Many parents come to the hospital with kids suffering malaria symptoms and will get tested for the disease and referred to a specialist.
Malaria kills 260,000 children under five in sub-Saharan Africa every year. Promising results from a recent vaccine trial in Kenya has raised new hope in the fight against malaria.
The phase II clinical trial was conducted at the Kenya Medical Research Institute (KEMRI) field located in Junju, Kilifi County Kenya. KEMRI-Wellcome Trust laboratory in Kilifi has been actively working in collaboration with other labs around the world in the development of a safe and effective malaria vaccine.
Photo: Luis Tato for The Guardian
© Luis Tato / Guardian / eyevine
Contact eyevine for more information about using this image:
T: +44 (0) 20 8709 8709
E: info@eyevine.com
http://www.eyevine.com

肯尼亚基里菲县医院的产妇儿科病房住有许多患疟疾的儿童。研究人员在该城市进行了R21疫苗的临床试验 | 图源：Science

今年，在通过疫苗来抗击疟疾的道路上有两个振奋人心的消息。经过大规模的评估，全球第一种抗疟疾疫苗Mosquirix确能显著降低幼儿的死亡率。幼儿是面对该疾病最脆弱的群体之一，仅在撒哈拉以南的非洲地区每年就有近47万幼儿因疟疾而死。现在，随着世界卫生组织的批准，名为R21（或MatrixM）的第二种疫苗也加入了抗击疟疾的行列。它的设计与Mosquirix类似，但生产成本更低、产量更大。它有助于填补疟疾疫苗供需之间的巨大缺口，每年能防止数万名儿童的死亡。

R21由牛津大学开发，授权给了大型疫苗制造商印度血清研究所予以生产。该公司表示，它每年可以生产1亿剂疫苗，每剂价格在2至4美元之间，不到Mosquirix价格的一半。9月，饱受期待的R21 3期临床试验数据作为预印本发表。该试验涉及四个国家的4,800名儿童，其结果表明，尽管尚未对这两种疫苗进行直接的比较，在接种的前18个月内，R21至少与RTS,S同等有效，甚至可能更为有效。世卫组织表示R21有望在2024年为人们提供广泛接种。

百亿亿次超级计算时代的来临

The Exascale-class HPE Cray EX Supercomputer at Oak Ridge National Laboratory

像美国橡树岭国家实验室的Frontier这样的百亿亿次级计算机为许多科学领域带来了前所未有的计算能力 | 图源：Science

经过十多年的努力，今年终于迎来了百亿亿次级的计算科学时代。美国橡树岭国家实验室的Frontier计算机成为首台向科学用户开放的公认百亿亿次级计算机，它能以每秒一百亿亿次运算的速度解决从气候到材料等领域的挑战。

密歇根大学材料科学家所领导的项目便是成果之一。通过Frontier，研究人员能够将两个理论框架联合起来，以几乎完美的精度预测材料中多达60万个电子的行为，而以前的计算大约只能处理1,000个电子。这使得该团队能够模拟镁合金中缺陷的形成、生长和移动，这一进展有助于推动超轻材料的发展，用于研发更节能的汽车和飞机。

美国的两个国家实验室的研究人员也利用Frontier提高了美国能源部全球气候模型的分辨率。这是有史以来第一个能够融入整个地球范围内云的形成的物理模型，预计这一进展将极大提升气象预测。

人们对超级计算的探索才刚刚开始。美国阿贡国家实验室的一台百亿亿次级计算机目前正在进行向用户开放之前的最后调试。明年，新的百亿亿次级超级计算机预计将在美国加利福尼亚州和德国上线，法国和日本的其他超级计算机也将紧随其后，人们正以前所未有的规模打开科学之门。

--ScienceAAAS