應對氣候變化、登陸火星 2021這些科學事件值得期待

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》雜志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(fā)現(xiàn)，有的則交織著人類社會發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。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》雜志預測，2021年以下研究和政策領域，將極有可能成為“頭條新聞”，內(nèi)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(fā)，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(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發(fā)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愿組成的著名機構(gòu)，自1990年以來一直在記錄人類活動導致地球持續(xù)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(fā)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、干旱和火災頻發(fā)等。

今年11月，世界各國將在英國格拉斯哥舉行下一屆聯(lián)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，并就實施《巴黎協(xié)定》達成一致。美國當選總統(tǒng)拜登已表示美國將重新加入該協(xié)議。

新冠藥物研發(fā)初現(xiàn)曙光

為了配合大規(guī)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沖刺。盡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(shù)其他藥物，它們最初都是為治療其他疾病而研發(fā)的，因此對新冠肺炎的治療效果相當有限。

據(jù)一家領先的醫(yī)藥行業(yè)追蹤機構(gòu)稱，為了確定新的候選藥物，研究人員已經(jīng)部署了人工智能和超級計算機，已有超過590種實驗性藥物正在開發(fā)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，這種方法已成功用于對抗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，但用于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年里，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。在火星表面的杰澤羅隕石坑降落后，“毅力”號將在一個三角洲附近收集巖石樣本，最終返回地球。

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游車抵達火星。它的著陸點離杰澤羅不遠，那是一個寬闊的平原，可能是由古代泥石流沖擊而成。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(zhì)結(jié)構(gòu)

研究人員今年的目標是提高冷凍電鏡(Cryo-EM)的分辨率。Cryo-EM是一種研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術，它可能會使人類在認識疾病機理、維持健康方面產(chǎn)生新的認識。

長期以來，X射線晶體學一直是繪制三維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的金標準，但它只適用于可以結(jié)晶的蛋白質(zhì)。而Cryo-EM不需要晶體，其分辨率在過去十年中一直在穩(wěn)步提升。2020年，它跨越了原子分辨率的門檻。研究人員使用配備了改進的電子探測器和軟件的冷凍電鏡，繪制了一種鐵結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)。

下一步，科研人員還將探索用Cryo-EM解析更多無法結(jié)晶的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。一旦成功，這將是結(jié)構(gòu)生物學家的福音，他們能夠?qū)o法結(jié)晶的大型蛋白質(zhì)和多種蛋白質(zhì)復合物進行研究，生成精度更高、更詳細的結(jié)構(gòu)圖譜。

“升級版哈勃”即將發(fā)射

漫長的等待很快就要結(jié)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)”將于今年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，采光能力是前者的6倍，蜂窩狀鏡面涂有黃金涂層，可收集遙遠天體的紅外光，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，并收集宇宙中最早的恒星和星系的光。

這艘耗資88億美元的航天器比原計劃多花了數(shù)十億美元，發(fā)射時間也推遲了好幾年。工程師們正在為它做最后一次檢查，最近它剛完成了一項測試——模擬發(fā)射時的劇烈搖晃。今年年中，JWST將被運往法屬圭亞那，并在那里裝上歐洲的阿麗亞娜5型火箭。

較大功率核聚變發(fā)電試驗

世界上最大的核聚變反應堆——歐洲聯(lián)合聚變反應裝置(JET)今年將開始進行較大功率的核聚變發(fā)電。

總部位于英國的JET是一個托卡馬克裝置。它使用強大的磁鐵來約束熱等離子體，使原子核碰撞并融合在一起，釋放出巨大能量。經(jīng)過升級后，JET在今年的試驗中將采用氫同位素氘和氚(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(chǎn)生了16兆瓦的功率，遠低于實現(xiàn)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。這將有助于推進正在法國建設的ITER反應堆。ITER將于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(shù)百萬營養(yǎng)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(yǎng)改善后也不能完全康復。他們面臨的問題是腸道微生物群紊亂，這導致了消化系統(tǒng)發(fā)育不良、營養(yǎng)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于修復腸道微生物群的研究結(jié)果。該研究評估了一種低成本的營養(yǎng)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。隨后，他們又對60名兒童進行了為期一個月的試點研究，血液標志物變化表明，補充劑對腸道起到了修復作用。但這項研究沒有持續(xù)足夠長的時間來測試其對兒童生長的影響。于是，研究人員一直在籌備一個更大樣本的、為期三個月的營養(yǎng)不良兒童試驗，將干預措施與現(xiàn)有的補充劑進行比較。

聯(lián)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于國家主權(quán)水域之外的的公海海洋。今年，聯(lián)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(qū)(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(yè)活動之前，必須先進行環(huán)境影響評估的最低標準。聯(lián)合國可能會成立一個新的國際科學和技術機構(gòu)，類似于管理南極洲周圍海洋生物的機構(gòu)，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(tǒng)。

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(jié)合，對古人類社會關系和遷徙有了諸多新認識。

科學家們將把DNA證據(jù)與蛋白質(zhì)和同位素的數(shù)據(jù)，以及骨骼、牙齒斑塊和糞便化石中的微化石和病原體結(jié)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(zhì)來縮小腫瘤，這種蛋白質(zhì)的生長信號驅(qū)動了多種癌癥的發(fā)生。KRAS被認為對藥物不敏感，部分原因是它的結(jié)構(gòu)中沒有提供抑制劑可以瞄準的明顯“口袋”。但多家公司現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出適合KRAS蛋白的一些促癌突變的凹槽并抑制其信號的化合物。這些藥物已在嚙齒動物中證實有效，在癌癥患者中也顯現(xiàn)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于某些肺癌患者。另一家公司預計今年也將提交其KRAS藥物申請批準。