《科學(xué)》2021年科學(xué)事件展望

科學(xué)家預(yù)計(jì)，氣候變化將帶來更多的干旱現(xiàn)象，從而加劇諸如2020年美國加利福尼亞州西爾維拉多大火之類的火災(zāi)

2021年已經(jīng)到來，當(dāng)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家繼續(xù)與致命的新冠肺炎大流行做斗爭(zhēng)，努力幫助世界恢復(fù)正常之時(shí)，各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的科研人員盡管面臨新冠肺炎疫情帶來的重重挑戰(zhàn)，仍致力于實(shí)現(xiàn)重大里程碑式的突破或啟動(dòng)新的科研項(xiàng)目。歐洲科學(xué)家要應(yīng)對(duì)英國脫歐后帶來的新挑戰(zhàn)。相比之下，許多美國科學(xué)家似乎迎來一個(gè)更有希望的政治前景，他們很可能在應(yīng)對(duì)另一場(chǎng)全球性危機(jī)——?dú)夂蜃兓邪l(fā)揮更加積極的作用，因?yàn)樾庐?dāng)選的美國總統(tǒng)拜登承諾，新一屆美國政府將把應(yīng)對(duì)氣候變化作為一件頭等大事，并宣布在他入主白宮時(shí)，美國將重新加入《巴黎協(xié)定》。值此辭舊迎新之際，《科學(xué)》雜志預(yù)測(cè)了2021年有望成為頭條新聞的科學(xué)研究和相關(guān)政策，包括保護(hù)公海的生物多樣性到探索古人類如何相互影響等諸多方面。

氣候變化加劇

自聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）發(fā)布第五次評(píng)估報(bào)告，已經(jīng)過去了將近8年。IPCC這個(gè)由氣候科學(xué)家志愿組成的著名機(jī)構(gòu)，自1990年起，一直在記錄人類活動(dòng)導(dǎo)致地球持續(xù)變暖的情況，并發(fā)布評(píng)估報(bào)告。第六次評(píng)估報(bào)告由700多位科學(xué)家精心編纂，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步凸顯人類活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響。受新冠肺炎大流行影響，該報(bào)告或?qū)⑼七t至2021年分章節(jié)發(fā)布。其研究結(jié)果將由新一代氣候模型和情景推演支撐，以持續(xù)演進(jìn)的全球氣候變化指標(biāo)為依據(jù)：數(shù)據(jù)顯示海平面加速上升，南北兩極的冰川迅速融化，極端高溫、干旱和火災(zāi)等頻頻發(fā)生。2021年11月，世界各國將齊聚蘇格蘭格拉斯哥，舉行下一次聯(lián)合國氣候峰會(huì)，屆時(shí)各國預(yù)計(jì)將增強(qiáng)其在溫室氣體減排承諾上的雄心壯志，并就實(shí)施《巴黎協(xié)定》的一整套規(guī)則達(dá)成一致。美國也將參會(huì)，新當(dāng)選的美國總統(tǒng)拜登已表示，美國將重新加入該協(xié)定。

世衛(wèi)組織調(diào)查新冠病毒起源

許多國家開展的免疫運(yùn)動(dòng)增加了人們對(duì)新冠肺炎大流行終結(jié)的希望。但是，這場(chǎng)突如其來的疫情究竟是如何開始的仍然撲朔迷離，世界衛(wèi)生組織（WHO）2020年將派出一個(gè)由10名科學(xué)家組成的國際專家組，調(diào)查新冠病毒起源，中國是其中的一站。世衛(wèi)組織專家組希望在宿主蝙蝠上找到新冠病毒的近親，查明新冠病毒是在哪里以及如何傳播給人類的，是否還有其他物種充當(dāng)中間宿主，最重要的是，我們?nèi)绾文軌蚍乐蛊渌罅餍行圆《镜某霈F(xiàn)。

修復(fù)受損的中美關(guān)系

能否使美國與中國的科研合作回歸健康狀態(tài)，是考驗(yàn)新當(dāng)選的美國總統(tǒng)拜登能否與中國成功談判的試金石。由美國政府主辦的一個(gè)關(guān)于科學(xué)、技術(shù)和國家安全的新論壇將為新政府提供建議，如何在科研開放合作和技術(shù)保護(hù)之間取得恰當(dāng)?shù)钠胶狻Ｃ绹?lián)邦政府撥款科研經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)者若在提交項(xiàng)目申報(bào)書時(shí)，未能披露所有經(jīng)費(fèi)來源，美國的一項(xiàng)新法律將施以嚴(yán)厲的處罰，其邏輯前提為：更高的透明度是監(jiān)測(cè)美國與中國及其他對(duì)美國安全構(gòu)成潛在威脅的經(jīng)濟(jì)體之間關(guān)系的最佳方式。美國大學(xué)校長們希望拜登能夠扭轉(zhuǎn)特朗普總統(tǒng)的限制性移民政策，避免加劇中美之間經(jīng)濟(jì)和政治的緊張局勢(shì)。但是，美國國會(huì)中一些知名的共和黨人威脅將對(duì)中國采取更嚴(yán)厲的懲罰措施。

新冠肺炎藥物研發(fā)加速

為了抗擊新冠病毒，除了大規(guī)模疫苗接種之外，世界各大制藥公司今年將對(duì)新冠肺炎治療藥物研究發(fā)起沖擊，努力研制出可阻斷大流行性新冠病毒并治療新冠肺炎癥狀的藥物。即使許多人接種了監(jiān)管機(jī)構(gòu)最近幾周批準(zhǔn)的一種新型高效疫苗，但預(yù)計(jì)新冠病毒仍會(huì)繼續(xù)流行相當(dāng)一段時(shí)間。2020年，只有抗病毒藥物瑞德西韋和少數(shù)其他藥物對(duì)新冠肺炎具有有限的療效，而且這些藥物最初都是用于治療其他疾病的。據(jù)一家領(lǐng)先的醫(yī)藥行業(yè)追蹤機(jī)構(gòu)稱，為了篩選出新的候選藥物，研究人員部署了人工智能和超級(jí)計(jì)算機(jī)，590多種實(shí)驗(yàn)藥物正在研發(fā)中。例如，研究人員寄希望于研制出能抑制新冠病毒的兩種蛋白酶之一的化合物，來破壞病毒的復(fù)制。這種“雞尾酒療法”顧名思義就是通過將多種抗病毒藥物聯(lián)合使用來抑制病情，已成功用于抗擊艾滋病毒，也可能馴服新冠病毒。蛋白酶抑制劑和其他化合物藥物在細(xì)胞和動(dòng)物試驗(yàn)中看起來很有希望。但是，在人類志愿者上的臨床試驗(yàn)研究才剛剛開始，可能需要數(shù)年時(shí)間才能通過安全性和有效性評(píng)估。

一種“空中吊車”著陸裝置將一噸重的NASA火星探測(cè)器軟著陸到火星上

紅色星球迎來新訪客

火星的大氣層十分稀薄，探測(cè)器很難通過空氣阻力減速來實(shí)現(xiàn)軟著陸。50年來，人類共向火星表面發(fā)射了18個(gè)探測(cè)器，其中有8個(gè)墜毀。2021年，將有兩個(gè)新的探測(cè)器嘗試在火星表面著陸。2月18日，美國宇航局（NASA）的“毅力號(hào)”火星漫游車（大小相當(dāng)于一輛SUV）將借助“空中吊車”平臺(tái)上的降落傘和制動(dòng)火箭，進(jìn)行減速。毅力號(hào)在火星表面一個(gè)古老三角洲附近的耶澤洛隕石坑著陸后，將采集巖石樣本并最終返回地球。大約在同一時(shí)間，中國的“天問一號(hào)”火星探測(cè)器將攜帶一個(gè)軌道器、一個(gè)著陸器平臺(tái)和一個(gè)高爾夫球車大小的漫游車抵達(dá)火星。著陸點(diǎn)選在了烏托邦平原南部邊緣，距耶澤洛隕石坑不遠(yuǎn)的地方，這是一個(gè)寬闊的平原地帶，可能是由古代泥石流沖擊而成。如果天問一號(hào)成功著陸，這將是中國首次登陸火星。

更清晰地觀察蛋白質(zhì)

研究人員今年的目標(biāo)是提高冷凍電鏡（cryo-EM）的分辨率，該技術(shù)用于研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，有望幫助我們進(jìn)一步了解蛋白質(zhì)在保持人類健康和引發(fā)疾病中起到的作用。長期以來，另一種技術(shù)X射線晶體學(xué)一直是繪制蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)、標(biāo)測(cè)單個(gè)原子的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但僅適用于可以結(jié)晶的蛋白質(zhì)。而冷凍電鏡則不需要晶體，并且其分辨率在過去十年中一直在穩(wěn)步提高。2020年，當(dāng)研究人員使用配備了改進(jìn)型電子探測(cè)器的冷凍電鏡和軟件，繪制一種鐵結(jié)合蛋白——去鐵鐵蛋白的結(jié)構(gòu)圖時(shí)，冷凍電鏡技術(shù)已突破原子分辨率的極限。去鐵鐵蛋白異常“剛硬”，因此在使用冷凍電鏡繪制結(jié)構(gòu)時(shí)也更容易保持穩(wěn)定。下一步，研究人員希望繪制剛性較低的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，一旦成功，將是結(jié)構(gòu)生物學(xué)家的福音，使他們能夠?qū)o法結(jié)晶的大型蛋白質(zhì)和多種蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)行研究，生成精度更高、更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)圖譜。

韋伯望遠(yuǎn)鏡即將發(fā)射

漫長的等待很快就會(huì)結(jié)束：NASA延誤已久的旗艦望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）將于2021年10月31日升空。JWST是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的繼任者，它的鏡面寬6.5米，采光能力是前者的6倍，鍍金的蜂窩狀鏡面可以被冷卻，以便收集遙遠(yuǎn)天體的紅外光，這些天體因宇宙膨脹而發(fā)生紅移。JWST靈敏度非常高，可以仔細(xì)觀察附近系外行星的大氣層，尋找生命跡象，并收集宇宙中最早期的恒星和星系的光。JWST項(xiàng)目耗資88億美元，比原計(jì)劃多花費(fèi)數(shù)十億美元，并且發(fā)射時(shí)間也推遲了好幾年。最近，它剛經(jīng)受了最后一系列測(cè)試——模擬發(fā)射時(shí)的劇烈搖晃。等到年中，JWST將被封裝運(yùn)往法屬圭亞那，然后在那里裝載到歐洲的阿麗亞娜5型運(yùn)載火箭上，前往下一站——深空。

JET啟動(dòng)較大功率發(fā)電試驗(yàn)

世界上最大的核聚變反應(yīng)堆“歐洲聯(lián)合環(huán)”（JET）今年將開始進(jìn)行較大功率的核聚變發(fā)電。總部位于英國的JET是一個(gè)托卡馬克裝置，它使用強(qiáng)大的磁體來約束熱等離子體，使原子核碰撞并融合在一起，從而釋放出巨大能量。升級(jí)后，JET具有新的金屬內(nèi)壁和額外的加熱功率；在今年的試驗(yàn)中，將采用氫同位素氘和氚（D-T）的強(qiáng)效混合燃料，這種燃料很少使用，因?yàn)殡熬哂蟹派湫裕枰⌒奶幚砗颓謇怼Ｉ弦淮问褂眠@種燃料還是在1997年，JET產(chǎn)生了16兆瓦的功率，并且只維持了幾秒鐘，遠(yuǎn)低于促成反應(yīng)所消耗的功率。今年試驗(yàn)的最初目標(biāo)是達(dá)到類似的功率水平，但試圖維持更長時(shí)間。這將有助于推進(jìn)正在法國建設(shè)的大型國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER），因?yàn)镮TER擁有和JET相似的形狀和內(nèi)壁。ITER將于2025年開始運(yùn)行，但要到2030年代中期才會(huì)開始使用D-T燃料。

營養(yǎng)不良兒童的腸道健康

一種新的治療方法可以幫助營養(yǎng)不良的兒童，比如圖中這個(gè)在孟加拉國羅興亞難民治療中心的男孩

2021年，數(shù)百萬營養(yǎng)不良的兒童有望得到救助，這些兒童之前即使接受了適當(dāng)治療并改善營養(yǎng)后，也不能完全康復(fù)，仍然是病懨懨的。疫情帶來的混亂和失業(yè)，更會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)不良的兒童數(shù)量激增。這些兒童面臨的一個(gè)問題是腸道微生物群紊亂，這導(dǎo)致了消化系統(tǒng)發(fā)育不良、營養(yǎng)吸收效率低下，從而阻礙生長。為了修復(fù)腸道微生物群，健康專家們正期待著孟加拉國一項(xiàng)研究的結(jié)果。該研究評(píng)估了一種低成本的營養(yǎng)補(bǔ)充劑：它由容易獲得的多種食物成分混合而成，如鷹嘴豆、香蕉、大豆和花生粉等。2019年，該研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，在小鼠和豬的實(shí)驗(yàn)中獲得成功。隨后，他們對(duì)60名兒童進(jìn)行了為期一個(gè)月的試點(diǎn)研究，血液標(biāo)志物變化表明，這種營養(yǎng)補(bǔ)充劑對(duì)腸道起到了修復(fù)作用。但這項(xiàng)研究沒有持續(xù)足夠長的時(shí)間，不足以測(cè)試對(duì)兒童生長的影響。此后，研究人員在一項(xiàng)樣本量更大、為期3個(gè)月的營養(yǎng)不良兒童試驗(yàn)中，將干預(yù)措施與現(xiàn)有的補(bǔ)充劑進(jìn)行了比較。

聯(lián)合國首推保護(hù)公海條約

地球上有2/3的海洋位于國家主權(quán)水域之外，迄今為止，這些公海的生物多樣性幾乎沒有適用的法律予以保護(hù)。2021年，聯(lián)合國預(yù)計(jì)將確定首個(gè)專門旨在改變這一現(xiàn)狀的條約。該條約有望提出一份公海指定海洋保護(hù)區(qū)（MPA）名單，研究人員一直在努力制定一份候選名單及其入選條件。該草案還將提出，各國在開始可能危及海洋生物的商業(yè)活動(dòng)之前，必須先設(shè)定環(huán)境影響評(píng)估的最低標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)合國可能會(huì)成立一個(gè)新的國際科學(xué)技術(shù)機(jī)構(gòu)，類似于管理南極洲周圍海洋生物的機(jī)構(gòu)，來審查MPA提案。條約草案還設(shè)想了一個(gè)系統(tǒng)，來管理從公海海洋生物中提取的基因序列。

古代社會(huì)的新線索

2021年，古人類研究有望開辟嶄新的研究道路，因?yàn)檠芯咳藛T正將古DNA分析與其他分子和微生物線索相結(jié)合，來研究古代社會(huì)關(guān)系和古人類遷徙。科學(xué)家將把DNA證據(jù)與蛋白質(zhì)和同位素的數(shù)據(jù)，以及骨骼、牙菌斑和糞便化石中的微化石和病原體結(jié)合起來。這些研究方法可以幫助確定究竟是哪些早期凱爾特人的家庭成員繼承了財(cái)富，還可幫助確定《圣經(jīng)》中非利士人的故鄉(xiāng)，澄清歐洲早期盎格魯-撒克遜人和希臘人的身份，破譯中國和埃及木乃伊中隱藏的謎團(tuán)。

縮水的疫苗傷害賠償

美國政府原先打算拿出大約40億美元資金，來補(bǔ)償因疫苗受到傷害的人。但是，這筆資金今年可能會(huì)繼續(xù)縮水。特朗普政府提出的疫苗傷害賠償?shù)母暮芸赡軙?huì)在1月中旬生效。如果人們?cè)诓磺‘?dāng)?shù)刈⑸淞肆鞲小⑵苽L(fēng)和其他疫苗后肩部受傷，他們想要獲得疫苗傷害賠償時(shí)，這個(gè)理賠程序可能會(huì)變得更加復(fù)雜且耗時(shí)。不過，新的規(guī)定不會(huì)影響因接種新冠病毒疫苗而受傷的那些人，他們需要申請(qǐng)另一個(gè)政府賠償項(xiàng)目。但是，在擴(kuò)大流感疫苗接種范圍之后，接種其他疫苗導(dǎo)致肩損傷的申訴增多。美國政府科學(xué)家在2010年的一篇文章中，首次描述了這種“與疫苗接種有關(guān)的肩損傷”（SIRVA）。

新型抗癌藥物即將獲批

30多年來，科學(xué)家一直夢(mèng)想通過關(guān)閉一種叫作KRAS的蛋白質(zhì)來縮小腫瘤，這種蛋白質(zhì)的生長信號(hào)驅(qū)動(dòng)了多種癌癥的發(fā)生。過去，科學(xué)家曾認(rèn)為KRAS對(duì)藥物不敏感，部分原因在于它的結(jié)構(gòu)中沒有明顯的缺口可供抑制劑靶向。但如今，多家制藥公司已經(jīng)研制出一些化合物，可以靶向某些促癌突變KRAS蛋白質(zhì)的缺口，并抑制其信號(hào)。這些藥物先是在嚙齒動(dòng)物試驗(yàn)中，繼而在癌癥患者試驗(yàn)中顯現(xiàn)出希望的療效。2020年12月，美國安進(jìn)公司已提請(qǐng)美國食品藥品管理局（FDA）審查其KRAS藥物sotorasib，這很可能成為今年首個(gè)獲批的該類型新藥，該藥物可能首先被許可用于某些肺癌患者。另一家公司預(yù)計(jì)今年也將提交其KRAS藥物申請(qǐng)批準(zhǔn)。

資料來源 Science