除了新冠還有什麼？《自然》盤點2020年科學事件

作者：文樂樂

新冠病毒的電子顯微圖，其表面覆蓋著刺突蛋白。圖片來源： National Infection Service

日前，《自然》盤點了影響2020年的科學事件。新冠肺炎疫情的大流行讓2020年成為科學史上非凡的一年。而除了這一最受關注的災難性事件，在科學和研究領域仍有許多其他有價值的進展，比如太空探索、室溫超導體等。

新冠肺炎疫情

2020年發生了一件大事：一種致命的、以前未知的病毒在全球肆虐，造成150多萬人死亡、更多人感染，並造成經濟衰退。

新冠病毒一經發現，世界各地的研究小組就開始研究其機理、開發診斷測試方法、研究公共衛生措施來控制它。科學家還爭先恐後地尋找治療方法，並研製出能夠控制疫情的疫苗。美國洛克菲勒大學病毒學家Theodora Hatziioannou說：「我們從未在其他傳染性疾病上取得過如此快的進展。」

新冠疫苗的研製和測試速度驚人。在11月的最後一次統計中，世界衛生組織說，有200多種疫苗正在開發中，其中大約50種疫苗處於臨床試驗的不同階段。研發人員使用了各種方法進行開發。

大型療效試驗結果表明，由美國輝瑞製藥公司和德國生物技術公司BioNTech、美國生物技術公司莫德納、英國阿斯利康製藥公司和英國牛津大學研製的疫苗，有效預防了新冠肺炎疫情。在過去的一個月裡，英國和美國監管機構已經發布了輝瑞疫苗的緊急授權，允許其廣泛使用，預計歐盟的監管機構未來幾周將做出決定。

疫苗本身不太可能結束這一流行病，因為全球人口可能需要定期注射疫苗。荷蘭烏得勒支大學醫學中心的重症監護醫生Lennie Derde說：「阻止疫情蔓延的唯一出路是疫苗和治療相結合。」

研究人員爭先恐後測試了一系列潛在治療方法，但取得了喜憂參半的結果。一些候選者（包括瘧疾藥物羥氯喹和兩種HIV藥物的混合物）在小型臨床試驗和觀察性研究中顯示出初步希望，但後來在大型隨機對照研究中（針對住院的新冠肺炎患者）未能顯示出益處。

今年4月，研究人員進行了一項大型臨床試驗，宣布一種名為瑞德西韋的抗病毒藥物縮短了新冠肺炎患者的住院時間，但後來的研究發現，這種藥物並沒有顯著減少死亡人數。11月，世界衛生組織建議不要使用它。

今年6月，一項對名為地塞米松的免疫抑制類固醇的試驗發現，將這種藥物用於需要補充氧氣的新冠肺炎患者，可使死亡人數減少約1/3。另一種名為託珠單抗的針對免疫系統的藥物，在臨床試驗中取得了喜憂參半的結果，但在新冠肺炎重症患者中顯示出了希望。

研究人員正在對新冠肺炎輕症患者進行其他幹預措施的測試，以了解是否能減緩病情的惡化。 最終，新冠肺炎的治療可能需要根據患者的危險因素和疾病嚴重程度量身定製藥物組合， Derde說，「最合理的假設是，沒有一種神奇的藥物會產生巨大的變化」。

這一全球蔓延的疫情也影響了研究人員的工作和生活。對於許多不研究病毒及其影響的科研人員而言，疫情意味著項目推遲、職業生涯擱置、研究經費中斷。

不過，疫情中也有一些亮點。例如，儘管交通不便，但一些國際合作也在增加；研究人員開始更開放地分享數據，許多人在預印本伺服器上發表了論文；大多數出版機構的新冠肺炎論文都可以免費閱讀。

美國宇航局「毅力」號探測器發射升空前往火星。圖片來源：Joe Skipper

目的地：火星

今年是太空探索具有裡程碑意義的一年。

3次火星探測任務在7月啟動。阿聯發射了 「希望」號火星探測器，「希望」號將繞火星飛行並研究火星天氣。中國發射了「天問一號」探測器，其中包括一輛火星車，這是中國首次嘗試登陸火星。美國發射了「毅力」號火星車，將在火星赤道以北尚未探索的耶澤羅隕石坑鑽孔並收集巖石樣本。「毅力」號火星車是美國宇航局與歐洲空間局合作計劃的第一階段，該計劃旨在首次將火星巖石帶回地球進行研究。

美國宇航局在其從小行星上返回樣本的首次嘗試中也取得了進展。10月，該機構的「奧西裡斯—雷克斯」探測器從小行星「本努」上收集了灰塵和巖石，並預計於2023年返回地球。然而，它不是第一個從小行星表面收集樣本並返回的太空飛行器。12月初，日本的「隼鳥2號」探測器領先一步，帶著來自小行星「龍宮」的少量塵埃安全返回地球。

中國在探月方面向前邁出一大步，開啟了中國首次地外天體採樣返回之旅。12月1日，嫦娥五號探測器平穩降落在月球並開展採樣工作。12月17日，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在預定區域安全著陸。

在澳大利亞新南威爾斯州，消防員正在與大火搏鬥。圖片來源：Kate Geraghty

火與冰

2020年也是極端環境頻發的一年。

從1月開始，澳大利亞燃起了史無前例的森林大火。失控的大火和煙霧導致數百人死亡、數千座房屋被毀，並使生態系統遭到破壞。儘管基於野外的研究受到幹擾，但生物學家仍記錄下這場大火對生物多樣性的影響，考古學家也調查了數千處古代土著遺址的破壞情況。

類似的毀滅性場景在全球各地展開，創紀錄的大火燒光了西伯利亞苔原、南美洲的熱帶溼地和美國西部。在美國加州，大火威脅著歷史悠久的利克天文臺和威爾遜山天文臺。

大西洋颶風季節也打破了紀錄，有30個被命名的風暴，其中12個在美國登陸。今年9月，北極海冰縮小到有記錄以來的第二低水平。在南極洲，科學家繼續探索位於南極大陸邊緣的巨大且越來越不穩定的斯韋茨冰川。數據表明，溫暖的海水正從冰下湧出並混合，這加劇了人們對冰川即將崩塌的擔憂。

由於新冠肺炎疫情的出行限制，備受期待的聯合國COP26氣候峰會推遲到明年舉行，國際氣候談判被擱置。然而，一些國家政府加強了對氣候變化的承諾。中國承諾到2060年實現碳中和，日本設定了到2050年實現溫室氣體淨零排放的目標。同樣以2050年達到碳中和為目標的歐盟，則提出了雄心勃勃的短期排放新目標。

政策變化

一旦拜登於2021年1月20日就職，他將有機會扭轉川普政府推出的許多科學和公共衛生政策。除了在氣候變化和環境問題上採取更積極的政策外，拜登還承諾以更科學的方式應對新冠肺炎疫情，並承諾取消旅行禁令，讓外國科學家和工程師更容易永久留在美國。

在歐洲，研究人員繼續表達了關於英國退歐對資金和國際合作的潛在影響的擔憂。英國1月31日脫離歐盟，但另一個重要的脫歐裡程碑將於12月31日到來，屆時英國為期11個月的「過渡期」將結束。儘管最後期限迫在眉睫，但許多影響科學家的問題——包括歐盟研究項目的準入，仍未得到解決。

關注不平等

今年5月，George Floyd在美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市死亡。世界各地聚集了數百萬名抗議者，譴責種族主義和警察的行為。

科學家也在其中。研究人員分享了他們在科學領域遭受種族歧視的經歷，並呼籲採取更有力的行動解決系統性的不平等。許多主要科學組織都發布了公開信息支持抗議運動。6月10日，數千名研究人員與科學團體、大學和機構一起停止工作，反思並計劃如何對抗科學界的種族主義，這是在網上發起的一場運動。

現在，一些大學已經著手改變為一些歷史人物（有種族主義或歧視性信仰）設立的校園建築、項目和紀念館的名稱。研究人員正在探索一些幹預措施，這些措施可能有助於打擊種族主義，並控制警察在工作中使用武力。10月，霍華德·休斯醫學研究所成為首個承諾為繼續使用黑人女性Henrietta Lacks的細胞而提供資金補償的大型生物醫學研究機構。1951年，醫生在未經同意的情況下，從Lacks體內取出癌細胞，後來創造了海拉細胞系，如今該細胞系支撐著價值數十億美元的生物技術產業。

冷凍電鏡下的去鐵蛋白。圖片來源： Paul Emsley

物理學的第一次

2020年，凝聚態物理學迎來了多個「第一次」。研究人員展示了一種室溫超導體——這種材料可以導電而不產生任何餘熱，並且可以在0℃以上正常工作。這一期待已久的突破還有一個重要的註腳——到目前為止，這種物質只能在接近地球中心的壓力下存在，因而限制了它的用途。

另一個研究小組發現了被稱為任意子的「編織」電子態的第一個確鑿證據，朝著構建量子計算機的新方法邁進了一步。國際空間站上的一個物理實驗室產生了首個玻色—愛因斯坦凝聚態—— 一種在零重力下表現為單個原子的氣體。

與此同時，理論數學界對日本數學家Shinichi Mochizuki發表的令人困惑的論文感到震驚。8年前,他就聲稱證明了數論中的一個重大問題——abc猜想，不過至今仍有爭議。

兩項重大突破致使對蛋白質結構的理解更為容易。首先，冷凍電鏡技術達到了單原子的解析度，接近已經成熟但更複雜的X射線晶體學的精度。其次，機器學習首次成功從蛋白質的遺傳密碼中推斷出蛋白質的結構，其方式接近實驗技術所能達到的效果。結構生物學家說，位於英國倫敦的人工智慧公司DeepMind（谷歌的姊妹公司）開發的「AlphaFold」系統可能會改變藥物開發的遊戲規則。

（原標題：《自然》：2020年科學事件盤點）