▲隨著全球變暖，南極海冰加速融化。 圖/視覺中國
剛剛過去的2020年，一場疫情給世界帶來了許多改變。然而，科學的步伐依舊堅定前行，讓人們在疫情中看到了希望。踏入2021年，科學之光能否照亮人類通往未來的路途？
最近， 《科學》和《自然》雜誌分別預測了今年最值得關注的科學大事件。它們有些預示著即將到來的科學大發現，有的則交織著人類社會發展的巨大挑戰。探索自然，將使人類對自身的認識更為清晰，希望理性與人文之光，幫助人類在穿越不確定性迷霧的航行中始終保持正確的航向。
《科學》雜誌預測，2021年以下研究和政策領域，將極有可能成為「頭條新聞」，內容涉及保護公海的生物多樣性、能源變革、宇宙探索、藥物研發，以及探究古代人類如何互動等。
應對氣候變化關鍵之年
距離聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布第五次評估報告已有近八年。該委員會是一個由氣候科學家志願組成的著名機構，自1990年以來一直在記錄人類活動導致地球持續變暖的情況。
第六次報告由700多名科學家精心編撰，預計報告將進一步凸顯人類對氣候影響的情況。受新冠疫情影響，該報告將在今年和明年分批發布。
第六次報告將得到新一代氣候模型和場景的支持，這些模型和場景將展示一系列全球變暖指標，如海平面加速上升、兩極冰層迅速融化，以及極端高溫、乾旱和火災頻發等。
今年11月，世界各國將在英國格拉斯哥舉行下一屆聯合國氣候峰會，預計各國將會提出更高的削減溫室氣體的承諾，並就實施《巴黎協定》達成一致。美國當選總統拜登已表示美國將重新加入該協議。
新冠藥物研發初現曙光
為了配合大規模接種新冠疫苗，全球多家藥企今年將為阻斷新冠病毒及其治療藥物而衝刺。儘管許多人已開始接種最近幾周剛剛獲批的新冠疫苗，但預計該病毒仍將流行相當一段時間。
目前，可對抗新冠病毒的只有瑞德西韋和少數其他藥物，它們最初都是為治療其他疾病而研發的，因此對新冠肺炎的治療效果相當有限。
據一家領先的醫藥行業追蹤機構稱，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，已有超過590種實驗性藥物正在開發中。例如，研究人員對一種通過抑制新冠病毒某種蛋白酶來破壞其繁殖的化合物寄予厚望。利用雞尾酒療法可能攻克新冠病毒，這種方法已成功用於對抗H IV。蛋白酶抑制劑和其他化合物在細胞和動物試驗中看起來頗有希望，但用於人體的臨床試驗才剛剛開始，可能需要更長時間才能通過藥物安全性和療效審查。
登陸火星「熱鬧」起來
火星空氣稀薄，探測器很難減速軟著陸。過去50年裡，18個被送往火星表面的探測器中有8個墜毀。今年，還有兩個人類探測器將嘗試在火星表面著陸。
2月18日，美國宇航局一個SUV大小的探測器「毅力」號將在一個「天吊」平臺上，通過降落傘和變軌器減速著陸。在火星表面的傑澤羅隕石坑降落後，「毅力」號將在一個三角洲附近收集巖石樣本，最終返回地球。
▲一個吊車式裝置被設計用來將NASA漫遊車吊運到火星上軟著陸。圖/NASA/JPL
大約同一時間，中國「天問一號」將攜帶軌道器、著陸器平臺和一個高爾夫球車大小的漫遊車抵達火星。它的著陸點離傑澤羅不遠，那是一個寬闊的平原，可能是由古代泥石流衝擊而成。如果「天問一號」成功著陸，這將是中國首次登陸火星。
更清晰解析蛋白質結構
研究人員今年的目標是提高冷凍電鏡（Cryo-EM）的解析度。Cryo-EM是一種研究蛋白質結構的技術，它可能會使人類在認識疾病機理、維持健康方面產生新的認識。
長期以來，X射線晶體學一直是繪製三維蛋白質結構的金標準，但它只適用於可以結晶的蛋白質。而Cryo-EM不需要晶體，其解析度在過去十年中一直在穩步提升。2020年，它跨越了原子解析度的門檻。研究人員使用配備了改進的電子探測器和軟體的冷凍電鏡，繪製了一種鐵結合蛋白的結構。
下一步，科研人員還將探索用Cryo-EM解析更多無法結晶的蛋白質的結構。一旦成功，這將是結構生物學家的福音，他們能夠對無法結晶的大型蛋白質和多種蛋白質複合物進行研究，生成精度更高、更詳細的結構圖譜。
「升級版哈勃」即將發射
漫長的等待很快就要結束。美國航天局拖延已久的旗艦天文臺「詹姆斯—韋伯空間望遠鏡（JWST）」將於今年10月31日升空。
JWST是哈勃太空望遠鏡的繼任者，它的鏡面寬6.5米，採光能力是前者的6倍，蜂窩狀鏡面塗有黃金塗層，可收集遙遠天體的紅外光，這些天體因宇宙膨脹而發生紅移。JWST靈敏度非常高，可以仔細觀察附近系外行星的大氣層、尋找生命跡象，並收集宇宙中最早的恆星和星系的光。
▲詹姆斯—韋伯望遠鏡由許多六邊形的蜂窩狀鏡面組成，鏡面及遮陽裝置在發射過程中將摺疊起來。圖/《科學》雜誌
這艘耗資88億美元的太空飛行器比原計劃多花了數十億美元，發射時間也推遲了好幾年。工程師們正在為它做最後一次檢查，最近它剛完成了一項測試——模擬發射時的劇烈搖晃。今年年中，JWST將被運往法屬蓋亞那，並在那裡裝上歐洲的阿麗亞娜5型火箭。
較大功率核聚變發電試驗
世界上最大的核聚變反應堆——歐洲聯合聚變反應裝置（JET）今年將開始進行較大功率的核聚變發電。
總部位於英國的JET是一個託卡馬克裝置。它使用強大的磁鐵來約束熱等離子體，使原子核碰撞並融合在一起，釋放出巨大能量。經過升級後，JET在今年的試驗中將採用氫同位素氘和氚（D-T）的強效混合燃料——這種燃料很少使用，因為放射性氚需要仔細處理和清理。
上一次使用這種混合燃料還是在1997年，JET只維持了幾秒鐘，產生了16兆瓦的功率，遠低於實現這一目標所消耗的功率。今年試驗的最初目標是達到類似的功率水平，但試圖維持更長時間。這將有助於推進正在法國建設的ITER反應堆。ITER將於2025年開始運行，但要到2030年代中期才會開始使用D-T燃料。
兒童腸道健康救助計劃
今年，數百萬營養不良的兒童有望得到救助。這些兒童看上去病怏怏的，即使在接受了適當治療和營養改善後也不能完全康復。他們面臨的問題是腸道微生物群紊亂，這導致了消化系統發育不良、營養吸收效率低下，從而阻礙生長。
專家們正期待著孟加拉國一項關於修復腸道微生物群的研究結果。該研究評估了一種低成本的營養補充劑：這是一種容易獲得的多種食物成分的混合物，如鷹嘴豆、香蕉、大豆和花生粉等。
2019年，這個團隊報告說在小鼠和豬的實驗中獲得成功。隨後，他們又對60名兒童進行了為期一個月的試點研究，血液標誌物變化表明，補充劑對腸道起到了修復作用。但這項研究沒有持續足夠長的時間來測試其對兒童生長的影響。於是，研究人員一直在籌備一個更大樣本的、為期三個月的營養不良兒童試驗，將幹預措施與現有的補充劑進行比較。
聯合國首推保護公海條約
迄今為止，很少有保護生物多樣性的條約適用於國家主權水域之外的的公海海洋。今年，聯合國預計將推出首個專門旨在改變這種狀況的條約。
該條約可能會提出一份公海指定海洋保護區（M PA）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活動之前，必須先進行環境影響評估的最低標準。聯合國可能會成立一個新的國際科學和技術機構，類似於管理南極洲周圍海洋生物的機構，來審查M PA提案。條約草案還制定了一個管理從公海海洋生物中提取的基因序列的系統。
古代社會「吐露」新線索
今年，對古人類的研究將會走上嶄新的研究之路。近年來，研究人員對古DNA的分析與其他分子和微生物線索相結合，對古人類社會關係和遷徙有了諸多新認識。
科學家們將把DNA證據與蛋白質和同位素的數據，以及骨骼、牙齒斑塊和糞便化石中的微化石和病原體結合起來，今年，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富。這些方法還可幫助確定聖經中非利士人的故鄉，澄清歐洲早期盎格魯-撒克遜人和希臘人的身份，破譯埃及木乃伊中隱藏的謎團等。
新型抗癌藥物臨近獲批
30多年來，科學家們一直夢想著通過關閉一種名為KRAS的蛋白質來縮小腫瘤，這種蛋白質的生長信號驅動了多種癌症的發生。KRAS被認為對藥物不敏感，部分原因是它的結構中沒有提供抑制劑可以瞄準的明顯「口袋」。但多家公司現在已經開發出適合KRAS蛋白的一些促癌突變的凹槽並抑制其信號的化合物。這些藥物已在齧齒動物中證實有效，在癌症患者中也顯現出希望。
就在上個月，美國安進公司提請美國食品和藥物管理局審查其KRAS藥物sotorasib，這很可能成為今年首個獲批的該類型新藥，該藥物可能首先被許可用於某些肺癌患者。另一家公司預計今年也將提交其KRAS藥物申請批准。
《自然》預測年度科學「頭條新聞」
開放獲取將推倒「付費牆」
今年，世界上一些最大的研究資助者組織的一個為期兩年的開放獲取項目「S計劃」即將取得成果，科學出版將成為關注焦點。
包括英國倫敦的惠康、美國華盛頓州西雅圖的比爾及梅林達—蓋茨基金會，以及荷蘭科學研究組織在內的20多個組織規定，今年起，他們資助的工作所發表的學術論文必須立即免費閱讀。
這項舉措可能意味著期刊訂閱的終結，任何人都將被允許閱讀科學文獻。「S計劃」已經促使包括《自然》在內的幾家刊物提供開放獲取出版服務。
「14天規則」或被更新
幹細胞科學家迫切期待國際幹細胞研究學會（ISSCR）推出最新研究指南。
ISSCR上一次發布幹細胞研究與轉化應用指南是在四年前，該指南建議人類胚胎發育體外培養的時間不能超過14天。而這次修訂的新指南，將包括對從體外幹細胞生長的人類「類胚胎結構」研究提供指導，這或將為打破胚胎倫理學中的「14天規則」提供可能。
「14天規則」規定，研究人員對人體胚胎研究必須在受精後的14天內結束，這在許多國家已被寫入法律。更新這一限制，可以讓科學家們更好地理解為什麼這麼多的早孕會以流產告終。
阿爾茨海默病藥物研發
美國監管機構將決定是否把首個被報導能夠減緩阿爾茨海默病進展的藥物作為治療方法。這種藥物名為aducanum ab，由渤健製藥公司生產，是一種單抗藥物。它可以與澱粉樣蛋白結合，這種蛋白被大多數科學家認為可能是阿爾茨海默病的主要誘因。
該藥物的有效性證據好壞參半。其兩項三期臨床試驗所提供的結果並不一致，這意味著該藥物的有效性還有待進一步研究。迄今為止，唯一獲批的阿爾茨海默病藥物治療的是記憶力下降等認知症狀，而不是延緩疾病的進展。
探測引力波將有新招
射電天文學家可能即將展示一種通過利用脈衝中子星作為信標來探測引力波的新方法。各星系圍繞其中心超大質量黑洞旋轉，而當一對黑洞相互靠近時，會圍繞彼此跳起「雙人舞」，當它們越靠越近，就會相互併合。通過對這些脈衝星信號的精確計時，歐洲、北美和澳大利亞的團隊試圖探測到成對的超大質量黑洞在遙遠星系中心相互繞行時產生的引力波。
作者：聞夏、柯馨/編譯整理
編輯：許琦敏
責任編輯：任荃
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