北京時間 1 月 7 日消息，據國外媒體報導，隨著 2021 年的到來，生物醫學科學家仍將繼續與致命的疫情作鬥爭，好讓我們的世界恢復如初。儘管新冠病毒帶來了各種各樣的挑戰，各個領域的研究人員卻不曾停下腳步，仍朝著重大突破努力前進或積極啟動新的項目。歐洲的科學家還必須應對英國退歐之後的局面。與之相反，很多美國的科學家，倒是可能會迎來一個更加有希望的政治環境。美國總統選舉之後，有些研究人員可能會在應對另一個全球危機——氣候變化中，發揮重要作用。《科學》雜誌的新聞工作人員將為我們呈上他們對 2021 年在研究與政策領域可能出現的大事件的預期，涉及內容包括保護公海生物多樣性到探索古人類的互動方式等等。
全球變暖：氣候變化評估報告▲ 氣候變化可能會導致更多乾旱，使得山火更加嚴重。
自聯合國政府間氣候變化專門委員會發布第五份評估報告以來，已經過去了近八年時間。這個由氣候科學家志願者組成的著名機構從 1990 年開始，一直在記錄人類對全球變暖的影響。第六份報告由 700 多名科學家精心編制，因為疫情而推遲發布。這份報告預期將在今年和明年分期發布，並有望進一步闡明人類對氣候變化的影響。新的報告以新一代氣候模型和場景為基礎，以未放緩的全球變化指標為依據：數據顯示海平面上升正在加速；兩極冰川迅速融化；還有極端高溫、乾旱和火災陸續發生。今年 11 月份，世界各國將在蘇格蘭的格拉斯哥大學舉行下一個聯合國氣候峰會，屆時各國成員將進一步提高他們對溫室氣體減排的承諾，並商定巴黎協定的完整規定。在新任總統表示將重新加入巴黎協定之後，美國亦會出席今年的氣候峰會。
傳染性疾病：針對新冠病毒的藥物除了針對新冠病毒的大規模疫苗接種之外，製藥公司也會在今年著手開發可阻止新冠病毒流行和治療該傳染病症狀的藥物。即便監管機構最近幾周已經批准了一些新的高效疫苗，許多人也接種了其中一種疫苗，但新冠病毒仍未根除。2020 年，只有抗病毒藥物瑞德西韋和其他少數幾種藥物對新冠病毒病的治療表現出有限的療效。這幾種藥物最初的開發其實也都是為了治療其他的疾病。根據領先的製藥行業研究機構的數據，為了確定新的候選藥物，研究人員已經部署了人工智慧和超級計算機，以及已經有超過 590 種實驗藥物正在開發中。例如，研究人員十分看好一些化合物，它們可以通過抑制病毒的兩種蛋白酶中的一個，來破壞流行病毒的繁殖。雞尾酒療法或許可以控制病毒，這種療法已經成功地用於治療愛滋病。蛋白酶抑制劑和其他化合物在細胞和動物研究中看起來也十分有前景。但基於人類志願者的研究才剛剛起步，可能需要數年時間才能通過安全性和有效性評估。
行星科學：奔向火星的新型探測器▲「空中吊車」，一種著陸裝置，用於放下重達 1 噸的 NASA 探測器，使其在火星表面軟著陸
火星的大氣層十分稀薄，因此探測器難以有效減速以在火星表面軟著陸。過去 50 年中，人們一共向火星表面發射了 18 個機器人探測器，其中有八個墜毀。今年，另外兩個探測器將再次嘗試登陸火星。2 月 18 日，NASA 的毅力號火星探測器（大小几乎相當於一輛 SUV）將開始它的冒險。著陸時，毅力號將藉助降落傘和 「空中吊車」平臺上的減速火箭，來進行減速。毅力號的目標著陸點位於古老三角洲附近的耶澤羅撞擊坑。著陸後，毅力號將採集附近的巖石樣本，最後再返回地球。與此同時，中國的 「天問一號」也將帶著一個軌道飛行器、一個著陸器平臺和一個探測器抵達火星。
顯微鏡觀察：更清楚地觀察蛋白質今年，研究人員的一個目標是提高冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）的解析度。這項技術旨在用於研究蛋白質的結構，有望幫助我們進一步了解蛋白質在保持人類健康和引發疾病中起到的作用。另一項技術——X 射線晶體學，長期以來一直是在 3D 蛋白質結構內，標測單個原子的黃金標準。但這項技術僅適用於可以晶體化的蛋白質。冷凍電子顯微鏡則不要求晶體。另外，冷凍電子顯微鏡的解析度也在過去十年中得到了穩步提升。2020 年，在研究人員使用配備了改進型電子探測器的冷凍電子顯微鏡和軟體，繪製去鐵蛋白鐵的結構圖時，該顯微鏡已經突破了原子解析度極限。去鐵蛋白鐵異常 「剛硬」，因此在使用冷凍電子顯微鏡繪製結構時也更容易保持穩定。接下來，研究人員希望可以繪製穩定性稍差的蛋白質。如果成功，這對結構生物學家而言將是一大福音。他們將可以生成大型蛋白質的詳細結構圖，以及無法晶體化的多種蛋白質化合物的詳細結構圖。
天文學：韋伯空間望遠鏡即將發射漫長的等待將很快結束：NASA 的旗艦望遠鏡——詹姆斯 · 韋伯空間望遠鏡（JWST）曾因各種原因，發射時間數次推遲。終於，這臺期待已久的望遠鏡將於 10 月 31 日升空。韋伯空間望遠鏡是哈勃太空望遠鏡的後繼者，配備 6.5 米寬的反射鏡，聚光能力是哈勃望遠鏡的六倍。鍍金的蜂窩狀反射鏡可以被冷卻，以便收集遙遠天體的紅外光，調查大爆炸理論的殘餘紅外線證據。韋伯空間望遠鏡也足夠敏感，可以檢查附近系外行星的大氣層，以尋找生命跡象和收集宇宙中最古老恆星與星系的光線。該望遠鏡項目耗資 88 億美元，預期到項目完成還將花費十幾億美元。項目的發射時間也比原計劃推遲了好幾年。最近，韋伯空間望遠鏡完成了最後一系列測試。本月，工程師將最後一次展開設備上的反射鏡，打開設備上的多層遮陽板，以確定設備一切正常。等到年中，韋伯空間望遠鏡將被運往法屬蓋亞那，然後登上歐洲的亞利安五號火箭，前往下一站目的地：外太空。
能源：反應堆將再次用於能源製造世界上最大磁局限融合物理實驗反應堆——歐洲聯合環狀反應堆（JET）將在今年發起一項試驗，來產生大量的聚變能。歐洲聯合環狀反應堆位於英國，是一臺託卡馬克，即環磁機。它使用強大的磁體來約束熱等離子體，從而使原子核碰撞並融合，進而釋放能力。升級後，該反應堆將具備新的金屬內襯和額外的加熱能；在今年的試驗中，研究人員會向其注入氫同位素氘和氚（D-T）的有效混合物。這種燃料很少使用，因為氚具有放射性，需要小心處理和清理。這種燃料上一次被使用還是在 1997 年。當時，歐洲聯合環狀反應堆在幾秒鐘內只產生了 16 兆瓦的能量，遠低於反應生成所需的能量。新的試驗在一開始不會試圖產生更多能量，但會嘗試保持更長的反應時間。這個試驗將有助於規劃大型的國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）。國際熱核聚變實驗反應堆位於法國，目前正在建設中，擁有和歐洲聯合環狀反應堆相似的形狀和內襯。該反應堆計劃於 2025 年投入使用，但將在 2030 年代中期之後才會開始使用氘 - 氚混合燃料。
營養學：營養不良兒童的腸道健康▲ 一種新的治療方法可以幫助營養不良的兒童，比如圖中這個在孟加拉國羅興亞難民治療中心的男孩
數百萬營養不良的兒童有望在今年獲得幫助。這些兒童雖然獲得了適當的營養，也為營養不良接受了治療，但仍未能完全康復。疫情帶來的混亂和失業，更會導致營養不良的兒童數量激增。營養不良的兒童面臨的一個問題是腸道微生物組的損壞，這會導致消化系統發育不良。為了修復腸道微生物組，健康專家正在等待孟加拉國的一項研究結果。該研究評估了一種低成本的營養補充品；該營養補充品混合了容易找到的食材，比如鷹嘴豆，香蕉，大豆和花生粉。2019 年，該研究團隊報告說，在小鼠和豬的實驗中，血液標誌物的變化表明，該營養補充品可修復腸道。隨後，研究團隊對 60 名兒童進行了為期一個月的初步研究。但該研究的持續時間並不足以驗證該營養補充品對發育的影響。自此之後，這些研究人員在一項為期三個月的針對更多營養不良兒童的試驗中，將新的營養補充品的幹預效果與現有的補充品進行了比較。
保護：聯合國希望保護公海在我們地球上，有三分之二的海洋位於國家主權水域之外。這些公海的生物多樣性，幾乎沒有法律法規的保護。今年，聯合國計劃確定第一份專門旨在改變該狀況的公約。這份公約有望提供一個途徑，以在公海上劃定海洋保護區域（MPA）。公約草案的措辭還設定了環境影響評估的最低標準，將要求各國在開展可能危害海洋生物的商業活動之前，先對即將開展的活動進行評估。一個新的國際科學技術機構——類似於管理南極洲海洋生物的機構——將審查海洋保護區域的提案。公約草案還提供了一個系統，以管理來自公海海洋生物的基因序列。
考古學：古代社會的新線索今年，我們或許可以看到古人類研究領域的新突破，因為研究人員正將古代 DNA 分析與其他的分子和微生物線索相結合，以研究社會關係和遷徙。科學家將 DNA 證據與來自蛋白質和同位素的數據、以及來自骨頭、牙菌斑和化石糞便中的微化石和病原體的數據相結合。今年，這樣的研究可以確定哪些早期凱爾特家族成員繼承了財富。這些研究也可以用來確定《聖經》中非利士人的故鄉，以及弄清楚歐洲早期盎格魯 - 撒克遜人和希臘人的身份，還有中國和埃及的木乃伊身份。
公共健康：縮水的疫苗傷害賠償美國政府原先打算拿出 40 億美元資金來補償因疫苗受到傷害的人。但是，這筆資金在本月可能會繼續縮水。美國政府提出的更改很有可能會在一月中旬生效。如果人們在不恰當地注射了流感、破傷風和其他疫苗之後肩部受傷，他們想要獲得疫苗傷害賠償時，這個程序可能會更加複雜且耗時。但是，新的規定不會影響因接種新冠病毒疫苗而受傷的那些人，他們需要申請另一個政府賠償項目。
生物醫學：癌症藥物即將獲得批准三十多年來，科學家一直希望使用讓 KRAS 蛋白質失去活性的方法來縮小腫瘤。KRAS 蛋白質的生長信號會推動許多癌症類型。人們曾認為，藥物對 KRAS 蛋白質不起作用，部分原因在於 KRAS 蛋白質上沒有明顯的口袋可以讓抑制劑靶向該蛋白質。但如今，多家公司已經開發出一些化合物，可以靶向某些促癌突變體 KRAS 蛋白質，並抑制他們的信號。這些藥物先是在齧齒動物試驗中，接著在癌症患者試驗中，已經表現出積極的結果。2020 年 12 月，製藥公司安進已經向美國食品和藥物管理局（FDA）提出申請，審核該公司的 KRAS 藥物——sotorasib。Sotorasib 或許會成為今年該類新型藥物中第一個獲批准的藥物。該藥物可能會首先被批准用於治療部分肺癌患者。另一家公司也計劃在今年提交 KRAS 藥物的批准申請。