变轨器 2021年这些科学大事值得期待！《科学》和《自然》发布世界科学新年展望

2020年刚刚过去，一场疫情给世界带来了诸多变化。然而，科学却坚定前行，在疫情中给人们带来了希望。进入2021年，科学之光能否照亮人类未来的道路？

近日，《科学》和《自然》杂志预测了今年最值得关注的科学事件，有些事件预示着即将到来的重大科学发现，有些则交织着人类社会发展面临的巨大挑战。探索自然将使人类更清晰地认识自己。希望理性和人性的光芒能够帮助人类在穿越不确定性迷雾的航程中始终走在正确的轨道上。

随着全球气候变暖，南极海冰融化速度加快。图/视觉中国

《科学》杂志预测，以下研究和政策领域最有可能成为2021年的头条 *** ，包括保护公海生物多样性、能源转型、太空探索、药物开发以及探索古代人类如何互动。

应对气候变化的关键一年

联合国气候变化 *** 间小组（IPCC）第五次评估报告发布至今已近八年，该小组是一个由著名的气候科学家志愿组织，自1990年以来一直在记录地球因人类活动而持续变暖的情况。

第六份报告由700多位科学家精心编写，预计将进一步凸显人类对气候的影响。由于新冠疫情影响，该报告将在今年和明年分批发布。

第六份报告将得到新一代气候模型和情景的支持，这些模型和情景将显示一系列全球变暖指标，例如海平面加速上升、极地冰川快速融化以及极端高温、干旱和火灾频繁发生。

11月，世界各国将在英国格拉斯哥举行下一届联合国气候峰会，预计各国将在会上作出更大力度的温室气体减排承诺，并就落实《巴黎协定》达成一致。美国当选总统拜登已表示，美国将重新加入该协定。

新冠药物研发呈现希望迹象

为配合大规模新冠疫苗接种，今年全球多家药企将加紧研发新冠病毒及其治疗药物。尽管近几周已有不少人开始接种刚刚获批的新冠疫苗，但预计病毒仍将在相当一段时间内持续流行。

目前，能够对抗新冠病毒的药物只有瑞德西韦等少数药物，而这些药物原本是为了治疗其他疾病而研发的，因此对治疗新冠病毒的效果非常有限。

据一家领先的制药行业追踪机构称，为了确定新的候选药物，研究人员已经部署了人工智能和超级计算机，目前有 590 多种实验药物正在开发中。例如，研究人员对一种通过抑制引起冠状病毒的蛋白酶来破坏冠状病毒繁殖的化合物寄予厚望。冠状病毒可以通过鸡尾酒疗法来征服，这种方法已成功用于对抗艾滋病毒。蛋白酶抑制剂和其他化合物在细胞和动物试验中看起来很有希望，但用于人类的临床试验才刚刚开始，可能需要更长时间才能通过药物安全性和有效性审查。

登陆火星越来越热闹

火星大气层稀薄，探测器很难减速并软着陆。在过去的50年里，发射到火星表面的18个探测器中，有8个坠毁。今年，又有两艘载人探测器将尝试登陆火星表面。

2月18日，美国宇航局的SUV大小的火星车“毅力号”将减速并通过降落伞和变轨器降落在“空中起重机”平台上。在火星表面的耶泽罗陨石坑着陆后，“毅力号”将在三角洲附近收集岩石样本，最终返回地球。

一种类似起重机的装置旨在将 NASA 的探测车抬到火星上软着陆。照片/NASA/JPL

大约在同一时间，中国的天问一号将搭载一个轨道器、一个着陆器平台和一辆高尔夫球车大小的火星车抵达火星。它的着陆点距离杰泽罗不远，杰泽罗是一片广阔的平原，可能是由古代泥石流形成的。如果天问一号成功着陆，这将是中国首次登陆火星。

更清晰的蛋白质结构图

今年，研究人员的目标是提高低温电子显微镜（cryo-EM）的分辨率，这是一种研究蛋白质结构的技术，可以为疾病机制和如何保持健康提供新的见解。

X 射线晶体学长期以来一直是绘制 3D 蛋白质结构的黄金标准，但它只适用于可以结晶的蛋白质。另一方面，低温电子显微镜不需要晶体，其分辨率在过去十年中一直在稳步提高。2020 年，它跨越了原子分辨率的门槛。研究人员使用配备改进的电子探测器和软件的低温电子显微镜绘制了铁结合蛋白的结构。

接下来，研究人员将探索利用冷冻电镜解析更多无法结晶的蛋白质结构。一旦成功，这对结构生物学家来说将是一个好消息，他们将能够研究无法结晶的大蛋白质和各种蛋白质复合物，并生成更准确、更详细的结构图。

“升级版哈勃”即将发射

漫长的等待即将结束。NASA拖延已久的旗舰天文台詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将于今年10月31日发射。

JWST 是哈勃太空望远镜的继任者，其镜面宽 22 英尺，集光能力是前者的六倍。其蜂巢状镜面镀有金，可以收集因宇宙膨胀而发生红移的遥远物体发出的红外光。JWST 的灵敏度非常高，可以仔细观察附近系外行星的大气层，寻找生命迹象，并收集来自宇宙中最早的恒星和星系的光。

詹姆斯·韦伯望远镜由许多六边形蜂窝状镜子组成，在发射过程中镜子和遮光罩将被折叠起来。图/科学杂志

这艘价值 88 亿美元的太空船比原计划多花费了数十亿美元，而且被推迟了数年，最近完成了模拟发射剧烈震动的测试后，工程师们正在对其进行最后检查。今年年中，詹姆斯·韦伯太空望远镜将被运往法属圭亚那，在那里它将被装载到欧洲阿丽亚娜 5 号火箭上。

高功率核聚变发电试验

全球更大的核聚变反应堆——欧洲联合聚变反应堆（JET），将于今年开始产生更高功率的核聚变电力。

英国的 JET 是一种托卡马克装置，它利用强大的磁铁来限制热等离子体，使原子核碰撞并融合在一起，释放出巨大的能量。升级后的 JET 将在今年的测试中使用氢同位素氘和氚 (DT) 的强力混合物 - 这种燃料很少使用，因为放射性氚需要小心处理和清理。

上一次使用这种燃料混合物是在 1997 年，JET 仅持续了几秒钟，产生了 16 兆瓦的功率，远低于实现该目标所消耗的功率。今年测试的初始目标是达到类似的功率水平，但尽量保持更长时间。这将有助于推进法国正在建造的 ITER 反应堆。ITER 将于 2025 年开始运行，但直到 2030 年代中期才会开始使用 DT 燃料。

儿童肠道健康拯救计划

今年，预计将有数百万营养不良儿童得到帮助。这些孩子看起来病怏怏的，即使经过适当的治疗和改善营养，也无法完全康复。他们面临的问题是肠道微生物群紊乱变轨器，导致消化系统发育不良，营养吸收效率低下，从而阻碍生长。

专家们正在等待孟加拉国的一项研究的结果，该研究评估了一种用于恢复肠道微生物群的低成本营养补充剂：一种由鹰嘴豆、香蕉、大豆和花生粉等现成的食物成分混合而成的营养补充剂。

2019 年，该团队报告称在小鼠和猪身上的实验取得了成功。随后，他们对 60 名儿童进行了为期一个月的试点研究，血液标志物的变化表明这些补充剂对肠道有修复作用。但这项研究持续时间不够长，无法测试其对儿童生长的影响。因此，研究人员一直在准备一项更大的样本，即对营养不良儿童进行为期三个月的试验，以比较该干预措施与现有补充剂的效果。

联合国提议制定首份保护公海条约

到目前为止，很少有保护生物多样性的条约适用于国家 *** 水域以外的公海。今年，联合国预计将推出之一项专门为改变这一现状而设计的条约。

该条约可能会提出一份公海指定海洋保护区 (MPA) 名单。研究人员一直在努力制定候选名单及其纳入标准。该草案还将提出各国在开展可能危及海洋生物的商业活动之前必须进行的更低环境影响评估标准。联合国可能会成立一个新的国际科学技术机构，类似于管理南极洲周围海洋生物的机构，以审查 MPA 提案。该条约草案还建立了一个管理从公海海洋生物中提取的基因序列的系统。

古代社会揭示新线索

今年，古人类研究将踏上一条全新的研究道路，近年来研究人员将古DNA分析与其他分子和微生物线索结合起来，对古人类社会关系和迁徙有了新的认识。

科学家将把 DNA 证据与蛋白质和同位素数据以及骨骼、牙菌斑和粪便化石中的微化石和病原体结合起来。今年，这些研究方法可以帮助确定哪些早期凯尔特家族成员继承了财富。这些方法还可以帮助确定圣经中非利士人的故乡，澄清早期盎格鲁撒克逊人和希腊人在欧洲的身份，并破译隐藏在埃及木乃伊中的秘密。

新型抗癌药即将获批

30 多年来，科学家一直梦想通过抑制一种名为 KRAS 的蛋白质来缩小肿瘤，这种蛋白质的生长信号会驱动多种类型的癌症。KRAS 被认为对药物不敏感，部分原因是其结构没有明显的“口袋”可供抑制剂靶向。但现在有几家公司已经开发出适合 KRAS 蛋白质某些促癌突变的化合物，并抑制其信号传导。这些药物已被证明对啮齿动物有效，并有望用于治疗癌症患者。

就在上个月，安进公司向美国食品药品管理局申请审查其KRAS药物，该药物很可能成为今年获批的同类药物中首个，并可能首先获准用于某些肺癌患者。预计另一家公司也将在今年提交其KRAS药物的审批。

《自然》预测年度热门科学 ***

开放获取将打破“付费墙”

今年，随着由世界上一些更大的研究资助机构组织的为期两年的开放获取计划“S 计划”取得成果，科学出版将成为人们关注的焦点。

包括伦敦威康基金会、华盛顿西雅图的比尔和梅琳达·盖茨基金会以及荷兰科学研究组织在内的 20 多个组织已规定，从今年开始，他们资助的研究成果所发表的学术论文必须立即免费阅读。

此举可能意味着期刊订阅时代的终结，任何人都可以阅读科学文献。S 计划已经促使包括《自然》在内的多家期刊提供开放获取出版。

“14天规则”或将更新

干细胞科学家们正热切期待国际干细胞研究协会（ISSCR）发布更新的研究指南。

ISSCR上一次发布干细胞研究与转化应用指南是在四年前，当时建议人类胚胎体外培养时间不得超过14天。此次修订的指南将包括对体外干细胞培养的人类“胚胎结构”的研究指导，这可能为打破胚胎伦理“14天规则”提供可能性。

“14天规则”已被许多国家写入法律，规定研究人员必须在受精后14天内结束对人类胚胎的研究，这可以让科学家更好地理解为什么这么多早期妊娠以流产告终。

阿尔茨海默病药物研发

美国监管机构将决定是否考虑将之一种被报道可以减缓阿尔茨海默病进展的药物作为治疗手段。这种药物名为 Ab，由百健公司生产，是一种单克隆抗体，可以与大多数科学家认为可能是阿尔茨海默病主要病因的蛋白质结合。

关于该药物有效性的证据好坏参半。两项 III 期临床试验的结果不一致，这意味着需要进一步研究来确定其有效性。到目前为止，唯一获批的阿尔茨海默病药物只能治疗记忆力减退等认知症状，而不是减缓疾病的进展。

探测引力波的新技巧

射电天文学家可能即将展示一种新的探测引力波的方法，即利用脉动中子星作为信标。星系围绕着中心的超大质量黑洞旋转，当一对黑洞相互靠近时，它们会围绕着对方跳起二重奏，随着它们越来越近而融合。通过精确计时这些脉冲星发出的信号，欧洲、北美和澳大利亚的团队正在尝试探测由遥远星系中心的一对超大质量黑洞相互绕转产生的引力波。