《科学》2021年科学事件展望

科学家预计，气候变化将带来更多的干旱现象，从而加剧诸如2020年美国加利福尼亚州西尔维拉多大火之类的火灾

2021年已经到来，当生物医学科学家继续与致命的新冠肺炎大流行做斗争，努力帮助世界恢复正常之时，各个学科领域的科研人员尽管面临新冠肺炎疫情带来的重重挑战，仍致力于实现重大里程碑式的突破或启动新的科研项目。欧洲科学家要应对英国脱欧后带来的新挑战。相比之下，许多美国科学家似乎迎来一个更有希望的政治前景，他们很可能在应对另一场全球性危机——气候变化中发挥更加积极的作用，因为新当选的美国总统拜登承诺，新一届美国政府将把应对气候变化作为一件头等大事，并宣布在他入主白宫时，美国将重新加入《巴黎协定》。值此辞旧迎新之际，《科学》杂志预测了2021年有望成为头条新闻的科学研究和相关政策，包括保护公海的生物多样性到探索古人类如何相互影响等诸多方面。

气候变化加剧

自联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布第五次评估报告，已经过去了将近8年。IPCC这个由气候科学家志愿组成的著名机构，自1990年起，一直在记录人类活动导致地球持续变暖的情况，并发布评估报告。第六次评估报告由700多位科学家精心编纂，预计将进一步凸显人类活动对气候变化的影响。受新冠肺炎大流行影响，该报告或将推迟至2021年分章节发布。其研究结果将由新一代气候模型和情景推演支撑，以持续演进的全球气候变化指标为依据：数据显示海平面加速上升，南北两极的冰川迅速融化，极端高温、干旱和火灾等频频发生。2021年11月，世界各国将齐聚苏格兰格拉斯哥，举行下一次联合国气候峰会，届时各国预计将增强其在温室气体减排承诺上的雄心壮志，并就实施《巴黎协定》的一整套规则达成一致。美国也将参会，新当选的美国总统拜登已表示，美国将重新加入该协定。

世卫组织调查新冠病毒起源

许多国家开展的免疫运动增加了人们对新冠肺炎大流行终结的希望。但是，这场突如其来的疫情究竟是如何开始的仍然扑朔迷离，世界卫生组织（WHO）2020年将派出一个由10名科学家组成的国际专家组，调查新冠病毒起源，中国是其中的一站。世卫组织专家组希望在宿主蝙蝠上找到新冠病毒的近亲，查明新冠病毒是在哪里以及如何传播给人类的，是否还有其他物种充当中间宿主，最重要的是，我们如何能够防止其他大流行性病毒的出现。

修复受损的中美关系

能否使美国与中国的科研合作回归健康状态，是考验新当选的美国总统拜登能否与中国成功谈判的试金石。由美国政府主办的一个关于科学、技术和国家安全的新论坛将为新政府提供建议，如何在科研开放合作和技术保护之间取得恰当的平衡。美国联邦政府拨款科研经费申请者若在提交项目申报书时，未能披露所有经费来源，美国的一项新法律将施以严厉的处罚，其逻辑前提为：更高的透明度是监测美国与中国及其他对美国安全构成潜在威胁的经济体之间关系的最佳方式。美国大学校长们希望拜登能够扭转特朗普总统的限制性移民政策，避免加剧中美之间经济和政治的紧张局势。但是，美国国会中一些知名的共和党人威胁将对中国采取更严厉的惩罚措施。

新冠肺炎药物研发加速

为了抗击新冠病毒，除了大规模疫苗接种之外，世界各大制药公司今年将对新冠肺炎治疗药物研究发起冲击，努力研制出可阻断大流行性新冠病毒并治疗新冠肺炎症状的药物。即使许多人接种了监管机构最近几周批准的一种新型高效疫苗，但预计新冠病毒仍会继续流行相当一段时间。2020年，只有抗病毒药物瑞德西韦和少数其他药物对新冠肺炎具有有限的疗效，而且这些药物最初都是用于治疗其他疾病的。据一家领先的医药行业追踪机构称，为了筛选出新的候选药物，研究人员部署了人工智能和超级计算机，590多种实验药物正在研发中。例如，研究人员寄希望于研制出能抑制新冠病毒的两种蛋白酶之一的化合物，来破坏病毒的复制。这种“鸡尾酒疗法”顾名思义就是通过将多种抗病毒药物联合使用来抑制病情，已成功用于抗击艾滋病毒，也可能驯服新冠病毒。蛋白酶抑制剂和其他化合物药物在细胞和动物试验中看起来很有希望。但是，在人类志愿者上的临床试验研究才刚刚开始，可能需要数年时间才能通过安全性和有效性评估。

一种“空中吊车”着陆装置将一吨重的NASA火星探测器软着陆到火星上

红色星球迎来新访客

火星的大气层十分稀薄，探测器很难通过空气阻力减速来实现软着陆。50年来，人类共向火星表面发射了18个探测器，其中有8个坠毁。2021年，将有两个新的探测器尝试在火星表面着陆。2月18日，美国宇航局（NASA）的“毅力号”火星漫游车（大小相当于一辆SUV）将借助“空中吊车”平台上的降落伞和制动火箭，进行减速。毅力号在火星表面一个古老三角洲附近的耶泽洛陨石坑着陆后，将采集岩石样本并最终返回地球。大约在同一时间，中国的“天问一号”火星探测器将携带一个轨道器、一个着陆器平台和一个高尔夫球车大小的漫游车抵达火星。着陆点选在了乌托邦平原南部边缘，距耶泽洛陨石坑不远的地方，这是一个宽阔的平原地带，可能是由古代泥石流冲击而成。如果天问一号成功着陆，这将是中国首次登陆火星。

更清晰地观察蛋白质

研究人员今年的目标是提高冷冻电镜（cryo-EM）的分辨率，该技术用于研究蛋白质结构，有望帮助我们进一步了解蛋白质在保持人类健康和引发疾病中起到的作用。长期以来，另一种技术X射线晶体学一直是绘制蛋白质三维结构、标测单个原子的黄金标准，但仅适用于可以结晶的蛋白质。而冷冻电镜则不需要晶体，并且其分辨率在过去十年中一直在稳步提高。2020年，当研究人员使用配备了改进型电子探测器的冷冻电镜和软件，绘制一种铁结合蛋白——去铁铁蛋白的结构图时，冷冻电镜技术已突破原子分辨率的极限。去铁铁蛋白异常“刚硬”，因此在使用冷冻电镜绘制结构时也更容易保持稳定。下一步，研究人员希望绘制刚性较低的蛋白质结构，一旦成功，将是结构生物学家的福音，使他们能够对无法结晶的大型蛋白质和多种蛋白质复合物进行研究，生成精度更高、更详细的结构图谱。

韦伯望远镜即将发射

漫长的等待很快就会结束：NASA延误已久的旗舰望远镜——詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）将于2021年10月31日升空。JWST是哈勃太空望远镜的继任者，它的镜面宽6.5米，采光能力是前者的6倍，镀金的蜂窝状镜面可以被冷却，以便收集遥远天体的红外光，这些天体因宇宙膨胀而发生红移。JWST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，并收集宇宙中最早期的恒星和星系的光。JWST项目耗资88亿美元，比原计划多花费数十亿美元，并且发射时间也推迟了好几年。最近，它刚经受了最后一系列测试——模拟发射时的剧烈摇晃。等到年中，JWST将被封装运往法属圭亚那，然后在那里装载到欧洲的阿丽亚娜5型运载火箭上，前往下一站——深空。

JET启动较大功率发电试验

世界上最大的核聚变反应堆“欧洲联合环”（JET）今年将开始进行较大功率的核聚变发电。总部位于英国的JET是一个托卡马克装置，它使用强大的磁体来约束热等离子体，使原子核碰撞并融合在一起，从而释放出巨大能量。升级后，JET具有新的金属内壁和额外的加热功率；在今年的试验中，将采用氢同位素氘和氚（D-T）的强效混合燃料，这种燃料很少使用，因为氚具有放射性，需要小心处理和清理。上一次使用这种燃料还是在1997年，JET产生了16兆瓦的功率，并且只维持了几秒钟，远低于促成反应所消耗的功率。今年试验的最初目标是达到类似的功率水平，但试图维持更长时间。这将有助于推进正在法国建设的大型国际热核聚变实验反应堆（ITER），因为ITER拥有和JET相似的形状和内壁。ITER将于2025年开始运行，但要到2030年代中期才会开始使用D-T燃料。

营养不良儿童的肠道健康

一种新的治疗方法可以帮助营养不良的儿童，比如图中这个在孟加拉国罗兴亚难民治疗中心的男孩

2021年，数百万营养不良的儿童有望得到救助，这些儿童之前即使接受了适当治疗并改善营养后，也不能完全康复，仍然是病恹恹的。疫情带来的混乱和失业，更会导致营养不良的儿童数量激增。这些儿童面临的一个问题是肠道微生物群紊乱，这导致了消化系统发育不良、营养吸收效率低下，从而阻碍生长。为了修复肠道微生物群，健康专家们正期待着孟加拉国一项研究的结果。该研究评估了一种低成本的营养补充剂：它由容易获得的多种食物成分混合而成，如鹰嘴豆、香蕉、大豆和花生粉等。2019年，该研究团队报告说，在小鼠和猪的实验中获得成功。随后，他们对60名儿童进行了为期一个月的试点研究，血液标志物变化表明，这种营养补充剂对肠道起到了修复作用。但这项研究没有持续足够长的时间，不足以测试对儿童生长的影响。此后，研究人员在一项样本量更大、为期3个月的营养不良儿童试验中，将干预措施与现有的补充剂进行了比较。

联合国首推保护公海条约

地球上有2/3的海洋位于国家主权水域之外，迄今为止，这些公海的生物多样性几乎没有适用的法律予以保护。2021年，联合国预计将确定首个专门旨在改变这一现状的条约。该条约有望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一份候选名单及其入选条件。该草案还将提出，各国在开始可能危及海洋生物的商业活动之前，必须先设定环境影响评估的最低标准。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，来审查MPA提案。条约草案还设想了一个系统，来管理从公海海洋生物中提取的基因序列。

古代社会的新线索

2021年，古人类研究有望开辟崭新的研究道路，因为研究人员正将古DNA分析与其他分子和微生物线索相结合，来研究古代社会关系和古人类迁徙。科学家将把DNA证据与蛋白质和同位素的数据，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。这些研究方法可以帮助确定究竟是哪些早期凯尔特人的家庭成员继承了财富，还可帮助确定《圣经》中非利士人的故乡，澄清欧洲早期盎格鲁-撒克逊人和希腊人的身份，破译中国和埃及木乃伊中隐藏的谜团。

缩水的疫苗伤害赔偿

美国政府原先打算拿出大约40亿美元资金，来补偿因疫苗受到伤害的人。但是，这笔资金今年可能会继续缩水。特朗普政府提出的疫苗伤害赔偿的更改很可能会在1月中旬生效。如果人们在不恰当地注射了流感、破伤风和其他疫苗后肩部受伤，他们想要获得疫苗伤害赔偿时，这个理赔程序可能会变得更加复杂且耗时。不过，新的规定不会影响因接种新冠病毒疫苗而受伤的那些人，他们需要申请另一个政府赔偿项目。但是，在扩大流感疫苗接种范围之后，接种其他疫苗导致肩损伤的申诉增多。美国政府科学家在2010年的一篇文章中，首次描述了这种“与疫苗接种有关的肩损伤”（SIRVA）。

新型抗癌药物即将获批

30多年来，科学家一直梦想通过关闭一种叫作KRAS的蛋白质来缩小肿瘤，这种蛋白质的生长信号驱动了多种癌症的发生。过去，科学家曾认为KRAS对药物不敏感，部分原因在于它的结构中没有明显的缺口可供抑制剂靶向。但如今，多家制药公司已经研制出一些化合物，可以靶向某些促癌突变KRAS蛋白质的缺口，并抑制其信号。这些药物先是在啮齿动物试验中，继而在癌症患者试验中显现出希望的疗效。2020年12月，美国安进公司已提请美国食品药品管理局（FDA）审查其KRAS药物sotorasib，这很可能成为今年首个获批的该类型新药，该药物可能首先被许可用于某些肺癌患者。另一家公司预计今年也将提交其KRAS药物申请批准。

资料来源 Science