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《自然》杂志盘点2016年八大科学事件
《自然》杂志盘点2016年八大科学事件
来源:CDSTIC | 12/29/2016 4:23:05 AM | 浏览:589 | 评论:0

《自然》杂志盘点2016年八大科学事件

英国《自然》杂志12月16日在其官网发布了2016年产生重大影响的八项科学事件,内容包括引力波的首次探测、人工智能的发展、各国航天成就以及基因技术等领域取得的重要成果与重大科学发现。

1.引力波的首次探测

2016年2月11日,美国科学家宣布,成功利用激光干涉引力波天文台(LIGO)探测器于2015年9月14日探测到了13亿年前两个黑洞合并的引力波信号。据估这两个黑洞合并前的质量分别相当于36个与29个太阳质量,合并后的总质量是62个太阳质量,其中相当于3个太阳质量的能量在合并过程中以引力波的形式释放。引力波是一种时空涟漪,黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在, 该发现为爱因斯坦的理论提供了证据。发现引力波将开启天文物理学的新纪元,让科学家们能以全新的视角对宇宙进行研究。

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2月11日,物理学家宣布首次探测到引力波

法国巴黎时间12月3日,欧洲航天局用于验证引力波观测技术的“LISA探路者”(LISA Pathfinder)探测器成功发射,为后续真正能探测到引力波的LISA进行技术验证。

2.政治新格局 科学新秩序

11月举行的美国总统竞选,以共和党商人唐纳德·特朗普的意外胜利结束。研究人员很难理解特朗普政府将如何对待科学,因为其在竞选活动中未做明确说明。特朗普曾提出气候变化是骗局,并称美国将从《巴黎协定》中撤出。11月下旬,超过2300名科学家(包括22名诺贝尔奖得主)致信特朗普,敦促他“在应对当前和新出现的公共卫生和环境健康威胁时,坚持高标准的科学完整性和独立性”。

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竞选时的唐纳德·特朗普

英国6月23日公投脱欧也震动了科学界。研究人员担心来自欧盟数百万欧元年度研究经费的走向,以及英国大学中来自其他欧盟国家的工作人员的命运。一些英国报告称,欧盟合作被削减,部分外国科学家感到自身不受欢迎,并计划离开该国。但脱欧后英国内阁宣布,2020年前计划每年增加20亿英镑(25亿美元)的科研经费。

7月发生在土耳其的军事政变也为学术界带来了一定程度的动荡。高等教育委员会迅速解雇了1500多名大学校长,虽然58%的人员随后复职,但6500多名教授因涉嫌参与政变而被解雇,人权组织表示,许多被解雇的人是无辜的。政治和经济危机今年也震动了委内瑞拉、巴西和南非,引发预算削减、资金不足、科技部降级,科技人员受到不同程度的影响。

3.太空探索永不停息

今年是《星际迷航》系列50周年,各国在太空探索领域都有不同的收获,其中虽有一些任务未能顺利完成,但人类探索太空的脚步从未停歇,无论成败都不能阻止其航向前所未至的宇宙洪荒。3月,日本航空航天探索局的Hitomi X射线天文卫星发射几周后失败,经调查确定,软件故障导致航天器旋转失控。7月,NASA的“朱诺” 号(Juno)探测器抵达木星,但发射出现推进系统阀门故障,导致主发动机点火推迟,使“朱诺号”围绕木星的轨迹不得不由最优化椭圆轨道调整为次优化轨道,从而导致搜集数据时间比原计划减慢。

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NASA的木星探测器“朱诺”号在7月正式进入木星轨道,其搭载的相机拍下了这张绚丽照片

欧洲航天局(ESA)两个探测器完成使命:“罗塞塔”彗星探测器已成功按计划撞向彗星“67P/丘留莫夫-格拉西缅科”表面,结束了12年的“追星”之旅。火星试验登陆器“斯基亚帕雷利” 顺利进入火星轨道,但在降落火星表面时坠毁,欧洲航天局认为,“斯基亚帕雷利”所反映的问题能够对未来登陆器的设计提供帮助。

中国的航天事业在本年度取得了巨大成就。今年8月发射了第一颗量子卫星,旨在测试将安全量子通信扩展到太空的方法;9月在贵州建成了世界上最大的望远镜——500米口径球形射电望远镜;11月中国发射了长征五号运载火箭,为未来载人空间站、探月和探火工程等一系列重大航天任务奠定了基础;10月~11月,执行天宫二号和神舟十一号载人飞行任务的两名中国航天员在太空驻留一个月,打破了中国航天员执行太空任务的最长记录。

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贵州平塘建成世界最大的射电望远镜

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航天员陈冬和景海鹏入驻天宫二号(图左)及长征五号运载火箭在海南文昌成功发射(图右)

4.基因编辑专利之争

基因组编辑工具新应用CRISPR-Cas9持续快速发展。10月28日,中国四川大学华西医学院肺癌患者成为第一位使用CRISPR-Cas9编辑细胞的患者。作为临床试验的一部分,研究人员将通常用来保持细胞免疫系统的基因失效,希望经过编辑的细胞能对癌症进行免疫应答。中国和美国预计2017年将使用CRISPR-Cas9开展更多癌症试验。但CRISPR-Cas9治疗的商业前景仍然不明确,美国专利商标局于1月宣布两个研究小组之间的专利之争成为热点,预计2017年初会有结果。

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预计不久后将在临床试验中使用CRISPR来修改人类T细胞(蓝色)以抗击癌细胞(粉色)

同时,在人类胚胎中应用CRISPR-Cas9技术的研究有所增多。这是一个有争议的研究领域,“设计婴儿”引发广泛关注,但是一些国家的监管机构已批准了这一领域的项目。中国、英国和瑞典的团队宣布计划使用该技术来研究人类发育。随后美国也将使用该技术,尽管目前联邦政府禁止研究人类胚胎。

5.气候危机

4月22日地球日当天,来自174个国家和欧盟代表签署了针对气候变化的《巴黎协定》。9月,美国和中国正式加入该协议。巴西和其他30个国家在几周后加入,欧盟于10月5日签署该协议,该协议于11月4日生效。

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《巴黎气候协定》11月4日正式生效 ,艾菲尔铁塔亮绿光庆贺

但这不是唯一的全球气候协议。10月6日,联合国国际民用航空组织限制了国际航班的碳排放。10月15日,197个国家同意修订旨在保护臭氧层的“蒙特利尔议定书”,以便淘汰空调中常用的氢氟碳化合物。各国还于10月28日在南极洲沿海的罗斯海建立了世界上最大的海洋保护区。

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南极罗斯海建立全球最大海洋保护区,帝企鹅是保护区内诸多受保护的野生动物之一

全球变暖趋势仍在持续并达到新高,2016年成为最热的一年。

6.寨卡病毒传播

2月,世界卫生组织宣布,与巴西寨卡病毒爆发相关的一系列出生缺陷构成了全球公共卫生紧急事件。这些出生缺陷包括严重的小头畸形症,但美洲地区小头症和其他与寨卡病毒相联系的出生缺陷并没有大规模爆发。即使在巴西,小头症也仅局限于东北地区,研究人员开始怀疑混杂因素的影响。7月,巴西发起了一项研究,探索与寨卡感染相结合的环境,预计2017年年初公布初步结果。

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世界卫生组织宣布,将寨卡病毒及小头畸形症列为全球紧急公共卫生事件

11月18日,在确定寨卡与出生缺陷之间的联系后,世卫组织宣布结束国际公共卫生紧急状态,后续将重点转向寨卡感染的后果研究,并开发相关疫苗。

7.人工智能技术与人类的超级对决

3月,由谷歌子公司DeepMind开发的人工智能(AI)程序AlphaGo首次击败了世界围棋冠军李世石。10月,DeepMind公司研究人员推出另一个新的AI,该程序能够在没有任何知识积累的情况下在伦敦地铁上导航。复杂的程序结合经验学习能力,这使得AI更接近执行类似人类的任务。

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谷歌人工智能系统AlphaGo战胜世界围棋冠军李世石

AI还能使得机器翻译的语言错误率减少约60%,并帮助物理学家寻找新的超级材料。这些进步主要由深度学习驱动,利用大数据和智能计算方法完成。

8.备受争议的三亲胚胎

经过几十年的研究,混合来自三个人的DNA信息辅助再生技术正在奏效,“一父两母”人工授精技术是一种旨在防止母亲通过线粒体将有害基因传递给后代的基因治疗技术。9月,墨西哥一家诊所报告了第一个健康出生的三亲婴儿,10月,乌克兰的一家诊所也通过类似程序帮助了两位先前不孕的妇女。据报道,中国的一个婴儿也使用相同的技术出生。12月15日,根据科学家的建议,英国人类受精与胚胎管理学管理局表示,该技术已准备好临床试验,将于2017年正式获批用于相关疾病的治疗。

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替换有缺陷的DNA可预防某些遗传疾病


 

相关讯息:Science评2016年十大科技突破!

来源:纳米人

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1.首次直接探测到引力波

Science将“发现引力波”评为2016年最重要科技突破。引力波的发现应验了100年前爱因斯坦的预测,并为人类探索宇宙的引力波天文学开辟了新的道路。

引力波是爱因斯坦在广义相对论中预言的一种以光速传播的时空波动,被称为“时空涟漪”。宇宙中黑洞等大质量天体碰撞、加速和合并等情况下才有可能产生强大的引力波。

探测引力波的意义在于:检验包括广义相对论在内的各种理论的正确性,并让我们探索宇宙大爆炸瞬间,了解宇宙的开端和运行方式。

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2.发现相邻的系外行星

   开辟人类探索太阳系之外的世界的新道路!

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3.人工智能打败顶级围棋选手

经过五轮拼杀,AlphaGo打败了世界排名第二的围棋高手!人工智能这一里程碑事件表明了机器深度学习的强大,昭示人工智能时代的来临。

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4.杀死衰老细胞可保持年轻

     小白鼠已证明有效!

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5.发现大猩猩也有读心术

人类不是唯一能够读懂心灵的了,大猩猩也能看穿你的心思……

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6.定制设计蛋白质

通过计算生物学解析氨基酸的三维组装机制,指导蛋白质仿生设计,获得一系列全新的蛋白结构,实现新功能。

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7.实验室培育卵细胞

       首次实现在体外以多能干细胞为材料培育成熟卵细胞!

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8. 发现非洲外居住的人类来源于同一批移民

基因分析证明,非洲之外人类的祖先来源于10万年前从非洲移民的同一批种群。这是真的么?

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9.实现便携式基因测序

基于纳米孔的便携式检测技术,可在野外使用,24h内生成测序信息,有效控制类似埃博拉的疫情爆发,并将用于太空寻找生命迹象。

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10. TiO2超材料透镜

约600纳米的二氧化钛“纳米砖”形成超薄超表面聚光镜片,有效聚集可见光,超高的图象分辨率。这一技术将大幅减小镜片的尺寸和成本,并对目前大多数光学设备带来重大改变。

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《科学》杂志刊出五大“年度科技突破”

来源:生物探索

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  2016年科学发现、发展和趋势中,哪个最令你印象深刻?不久前,《科学》杂志收回11000张读者对这一问题的投票,刊登出读者所选的5项“年度科技突破”。《科学》杂志还将于12月22日宣布“2016年度十大科技突破”,届时读者可以将自己的答案与权威发布进行对比,来一场智慧较量。

  老细胞清除术

  让小鼠焕发新活力

  美国梅奥诊所研究人员简?万?德尔森团队通过小鼠实验发现,衰老细胞会促进动脉粥样硬化形成,为心脏病或中风等心血管疾病埋下隐患。

  携带受损DNA的衰老细胞会在体内长期“逗留”,一旦继续分裂就会引发癌变,因此保持“沉默”才是好消息。但它们有时会打破“沉默”,向周围释放酶和其他分子,影响其他正常细胞。

  德尔森团队首次通过药物清除转基因小鼠体内大部分衰老细胞,然后喂食高脂肪食物,让它们“大快朵颐”3个月,并每天注射药物。测量主动脉内脂肪累积量后发现,存留衰老细胞对照组的小鼠动脉病变斑块内含有大量衰老细胞。

  如何针对性清理衰老细胞,是他们下一步要解决的问题。德尔森参与创建的公司宣布,将于明年初针对其中一种能靶向衰老细胞的化合物,在一类关节炎患者中开展临床试验。

  纳米孔测序仪

  被诉讼、再升级、上太空

  因开发出快速、便携式基因测序平台,牛津纳米孔技术公司已成为英国最具价值的科技公司,2016年虽历经基因测序垄断巨头Illumina的专利诉讼,仍然实现飞跃式发展。基因测序平台不断升级后精确度提高,更随着美国宇航员登上国际空间站,经受住发射途中的颠簸和太空微重力的考验。

  纳米孔测序理念是,让单链DNA碱基逐个穿过纳米蛋白孔,检测不同碱基组合穿过时的电流变化来进行测序。2012年正式发布的纳米孔测序平台——MinION,只有U盘大小,价格仅1000美元左右,能对很长的DNA进行测序,特别适用于非洲临时实验室诊断埃博拉患者。

  为回避占据基因测序90%市场的Illumina公司的专利诉讼,MinION的核心部件——微通道R7被公司升级成R9,精确度更提高了10个百分点。MinION今年8月甚至登上了国际空间站,宇航员用它在太空对老鼠、病毒和细菌的DNA样本进行了测序,结果与地球同时进行的测序“完美匹配”,预示着纳米孔测序仪必将占领基因测序的“制高点”。

  人机围棋大战

  赢了比赛也是工具

  今年3月,谷歌人工智能“阿尔法狗”与世界排名第一的围棋选手李世石展开人机围棋大战,最终以4∶1完胜世界冠军。继人工智能“深蓝”在象棋比赛中战胜人类冠军后,再次引起人工智能是否会威胁人类的大讨论。

  但回顾“深蓝”战胜人类的历程,人类或许不必担心:人工智能虽然在诸多方面改变了我们的生活,但真正的挑战不是如何击败它们,而是如何使其更好地为我所用。“深蓝”经过多年发展,已成为很多象棋选手学习和备赛的工具。

  今年的人机围棋大赛留给人们的思考也应如此。“阿尔法狗”不可怕,它只是在经过程序员精心准备后的一次检验而已。未来这些智能程序会逐渐进入围棋培训领域,帮助快速提高围棋竞赛水平,甚至人机组团参赛。

  首次探测到引力波

  开启天文学全新时代

  2月11日凌晨,美国科学家宣布了物理学领域具有里程碑意义的重大成果:激光干涉引力波天文台(LIGO)首次直接检测到引力波。6月,LIGO再次捕捉到引力波信号,虽然比首次探测到的信号要弱,但置信度高达5西格玛。

  12月初,LIGO完成重新升级工作,经过对其激光器、电子回路和光学设备的升级后,它的灵敏度和观测时长进一步提高。未来必将探测到更多引力波,开启天文学的全新时代。

  体外胚胎发育

  首次超越一周存活13天

  人类胚胎发育研究出现里程碑式突破。5月初,美国洛克菲勒大学胚胎实验室主任阿里?布莱文卢、英国剑桥大学生理学教授玛格丽娜?泽尼卡-戈茨带领的研究团队分别在《自然》和《自然?细胞生物学》杂志上发表论文称,他们将人类胚胎在实验室培育时间提升到10天和13天,突破了以前难以超越的7天局限。

  之前科学家们曾认为,胚胎在第7天后只有进入子宫并接受母体指令才能继续发育。他们设计了一组特殊的氨基酸、激素和生长因子混合物,使胚胎成功度过第7天,并开始自我组织,形成身体内各个复杂器官组织极早期阶段的结构。

  新研究再次掀起伦理之争:实验室胚胎是否应该延长“14天”禁令。在12月7日召开的一次会议上,英国权威专家表示,现在延长为时尚早,或要等5年之后时机才更成熟。

《Science》评选出2016年度最有趣科学故事Top10

bioonline

植物居然会赌博?在外星世界的云层里有漂浮的生物?由于气候变暖,冰封在格陵兰冰盖下的冷战时期美军秘密军事基地即将问世?《Science》最近评选出了2016年度我们最喜爱的十个科学故事,这些科学故事可能并不是科学前沿也不是什么重大突破,但它非常有趣,使读者和社会大众产生共鸣,启发我们的好奇心去阅读。不管怎样,现在让我们简单重温一下这10个有趣的故事。

Top10:“不死基因”会在死后复活

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死亡真的代表一切都结束了吗?对于某些基因来说,恐怕并不是这样。《Science》在今年6月的一项研究表明,有些动物的某些基因会在死后复活,甚至在死后数天后仍然保持活性。科学家可以用这些“不死基因”来培养胚胎,虽然这听起来有点毛骨悚然。

Top9:某些寓言可能存在6000年之久

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寓言的出现可比格林童话早很多年,但令科学家感到不可思议的是这些寓言存在之久。利用生物学家追踪物种历史演化进程的特定方法,研究员发现一些寓言故事起源于2500~6000年以前。

Top8:睡鲨可能已经400岁,打破了长寿记录

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科学家对于睡鲨的生命周期长度只有一个态度:太神奇了!这货居然存活超过了400年。但科学家也说了,雌性睡鲨只有在156岁后达到成熟阶段才能产子,也是等够久。

Top7:研究表明:植物也会打赌

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人类常常如此,某些鸟类或者蜜蜂会这样,但你能想到植物居然也会赌博吗?我们美好的多叶植物朋友,在不确定的环境中,对于去哪寻找营养物质这种难以抉择的问题,居然是靠摇骰子决定的。(就是随机决定)这项新发现还在研究当中。

Top6:外星生物靠宇宙射线的照射存活

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地球上所有的生物获取能量只有两种方法:1、太阳光能。2、消耗有机物。但外星生物如何存活呢?也是如此吗?科学家在南非一处金矿的深处发现了一种神奇的微生物,这货居然是从放射性铀中获取能量维持自身的存活。这让科学家不禁好奇是不是还有别的生物也以此类物质为食,尤其是一些宇宙射线。《Science》在十月发表的一篇文章称,外星的生物有可能靠着宇宙射线存活。

Top5:人类仍然在不断的进化

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万物仍然在不断的进化。就拿人类举例,控制身高和眼球颜色的基因演化的相对越来越快,人体内关于烟草味敏感基因仅在一代就翻了一倍。

Top4:你可能比霸王龙跑的快

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《侏罗纪公园》的热映使得我们对于恐龙的恐惧又重新席卷而来。但《Science》在2016年的一篇文章指出,根据古生物学家的研究,霸王龙奔跑的速度不会超过8千米/小时。这速度也是够醉人,这意味着霸王龙的速度不会超过一个中年男性步速。所以你只要稍微走快点,就不会成为他的盘中之餐了。

Top3:为什么座头鲸要救这只海豹呢?

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自然总是这样的,物竞天择,适者生存。激烈的竞争往往是无情的,但有时候有些生物也会突然的显示出柔软的一面。《Science》中一篇文章描述了一只座头鲸将一只海豹从一群虎鲸的嘴边救下。科学家也不能确定这神奇的一幕为什么会发生,但能确定的是当虎鲸在这带觅食时,会多想想会不会突然窜出一只座头鲸打乱它们的计划。

Top2:由于全球变暖,冰封的美军军事基地即将面世

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在格陵兰冰盖下有一个秘密的军事基地,曾经引起了全球的恐慌。这听起来神奇到很像詹姆斯·邦德电影里的桥段,但这确实是生活中真实存在的。现在,受全球变暖的影响,这个军事基地可能要问世了。

Top1:为什么我们自己的细胞却有自己独立的DNA?

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《Science》将2016年度最受欢迎的科学故事给了生物细胞领域:为什么线粒体,这个为我们身体提供能量椭圆形细胞,有自己独立的DNA?这个答案已经被科学家找到,并且这项发现对于我们攻克一些稀有疾病有重要意义。

文章取自《Science》

以下为英文全文:

Our 10 favorite science news stories of 2016

Plants that gamble. Floating creatures in the clouds of alien worlds. An ice-encased military base uncovered by climate change. Our favorite stories of 2016 didn’t necessarily employ the most cutting-edge science—for that, see our breakthroughs of the year—but they were fun, compelling reads that resonated widely with our audience here and on social media. Some of these were our personal favorites; some were our most popular stories of the year. Either way, we hope you’ll enjoy reading them again.

10. 'Undead' genes come alive days after life ends

Is death really the end? Not for some genes. This spooky story revealed that hundreds of genes turn on after an animal dies—and many are still active days after death. Even more disturbing, some of these genes are involved in sculpting a developing embryo.

9. Some fairy tales may be 6000 years old

Fairy tales existed long before the Brothers Grimm came around, but even literary scholars may be shocked by just how old some of our favorite stories are. Using methods typically employed by biologists to trace the evolutionary history of species, researchers found that some of the first fairy tales may have originated between 2500 and 6000 years ago. The key to a yarn’s longevity? A story that’s strange enough to be remembered, but not so strange as to defy comprehension.

8. Greenland shark may live 400 years, smashing longevity record

“Astonishing.” That’s what scientists are saying about the life span of the Greenland shark, which new research reveals can live more than 400 years. The downside? Females aren’t ready to reproduce until they hit the ripe age of 156.

7. Plants can gamble, according to study

People do it. So do the birds and the bees. And now it appears that plants do it, too. Get your mind out of the gutter—we mean gambling. Our leafy friends, it turns out, roll the dice when it comes to making a tough decision such as where to find nutrients in uncertain circumstances. The findings need more testing, however, so don’t bring your favorite shrub to Las Vegas, Nevada, just yet.

6. Alien life could feed on cosmic rays

All life on Earth gets its energy either from the sun or by consuming organisms that do so. But would alien life do the same? A bizarre microbe found deep in a South African gold mine that gets energy from radioactive uranium suggests that life on other planets could feed off of this source as well, especially cosmic radiation raining down from space. In a somewhat related story—and one of our other favorites of the year—scientists found that alien life could thrive in the clouds of failed stars.

5. Humans are still evolving—and we can watch it happen

Evolution doesn’t just happen over millions of years—it can occur right before our eyes. Such is the case in humans, where genes for height and eye color have evolved relatively rapidly—and a gene that favors cigarette smoking has dwindled in just a single generation.

4. You could probably have outrun a T. rex

The Jurassic Park movies have made us fear dinosaurs all over again, but just how threatening was the infamous Tyrannosaurus rex? This story, concerning 66-million-year-old tracks found along an ancient shoreline in Wyoming, reveals that the beast may not have been able to run faster than 8 kilometers(or 5 miles)per hour. That’s slower than a middle-aged power walker, so with a bit of spring in your step, you probably could have avoided becoming a dino’s dinner.

3. Why did a humpback whale just save this seal's life?

Nature may be red in tooth and claw, but sometimes species show a softer side toward each other. Our favorite example from this year was the remarkable story of a humpback whale that saved a seal from a pack of killer whales. Scientists aren’t sure why it happened, but at the very least they say it should make killer whales think twice about hunting when a humpback is nearby.

2. Mysterious, ice-buried Cold War military base may be unearthed by climate change

A military operation hidden beneath the Greenland Ice Sheet. A covert plan known as Project Iceworm. Rising international tensions. These may sound like the ingredients for a James Bond movie, but they’re the real-life details of a Cold War base known as Camp Century. And now a warming world may be bringing them all to light.

1. Why do our cell's power plants have their own DNA?

Our most popular story of the year addresses one of the biggest mysteries of cell biology: Why do mitochondria—the oval-shaped structures that power our cells—have their own DNA, especially when the rest of the cell contains plenty of its own? A new study may hold the answers—and the clues to several rare and crippling diseases.

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