《科学》杂志展望 2021年11个重点科学研究项目
北京时间 1 月 7 日消息，据国外媒体报道，随着 2021 年的到来，生物医学科学家仍将继续与致命的疫情作斗争，好让我们的世界恢复如初。尽管新冠病毒带来了各种各样的挑战，各个领域的研究人员却不曾停下脚步，仍朝着重大突破努力前进或积极启动新的项目。欧洲的科学家还必须应对英国退欧之后的局面。与之相反，很多美国的科学家，倒是可能会迎来一个更加有希望的政治环境。美国总统选举之后，有些研究人员可能会在应对另一个全球危机——气候变化中，发挥重要作用。《科学》杂志的新闻工作人员将为我们呈上他们对 2021 年在研究与政策领域可能出现的大事件的预期，涉及内容包括保护公海生物多样性到探索古人类的互动方式等等。
全球变暖：气候变化评估报告
▲ 气候变化可能会导致更多干旱，使得山火更加严重。
自联合国政府间气候变化专门委员会发布第五份评估报告以来，已经过去了近八年时间。这个由气候科学家志愿者组成的著名机构从 1990 年开始，一直在记录人类对全球变暖的影响。第六份报告由 700 多名科学家精心编制，因为疫情而推迟发布。这份报告预期将在今年和明年分期发布，并有望进一步阐明人类对气候变化的影响。新的报告以新一代气候模型和场景为基础，以未放缓的全球变化指标为依据：数据显示海平面上升正在加速；两极冰川迅速融化；还有极端高温、干旱和火灾陆续发生。今年 11 月份，世界各国将在苏格兰的格拉斯哥大学举行下一个联合国气候峰会，届时各国成员将进一步提高他们对温室气体减排的承诺，并商定巴黎协定的完整规定。在新任总统表示将重新加入巴黎协定之后，美国亦会出席今年的气候峰会。
传染性疾病：针对新冠病毒的药物
除了针对新冠病毒的大规模疫苗接种之外，制药公司也会在今年着手开发可阻止新冠病毒流行和治疗该传染病症状的药物。即便监管机构最近几周已经批准了一些新的高效疫苗，许多人也接种了其中一种疫苗，但新冠病毒仍未根除。2020 年，只有抗病毒药物瑞德西韦和其他少数几种药物对新冠病毒病的治疗表现出有限的疗效。这几种药物最初的开发其实也都是为了治疗其他的疾病。根据领先的制药行业研究机构的数据，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，以及已经有超过 590 种实验药物正在开发中。例如，研究人员十分看好一些化合物，它们可以通过抑制病毒的两种蛋白酶中的一个，来破坏流行病毒的繁殖。鸡尾酒疗法或许可以控制病毒，这种疗法已经成功地用于治疗艾滋病。蛋白酶抑制剂和其他化合物在细胞和动物研究中看起来也十分有前景。但基于人类志愿者的研究才刚刚起步，可能需要数年时间才能通过安全性和有效性评估。
行星科学：奔向火星的新型探测器
▲“空中吊车”，一种着陆装置，用于放下重达 1 吨的 NASA 探测器，使其在火星表面软着陆
火星的大气层十分稀薄，因此探测器难以有效减速以在火星表面软着陆。过去 50 年中，人们一共向火星表面发射了 18 个机器人探测器，其中有八个坠毁。今年，另外两个探测器将再次尝试登陆火星。2 月 18 日，NASA 的毅力号火星探测器（大小几乎相当于一辆 SUV）将开始它的冒险。着陆时，毅力号将借助降落伞和 “空中吊车”平台上的减速火箭，来进行减速。毅力号的目标着陆点位于古老三角洲附近的耶泽罗撞击坑。着陆后，毅力号将采集附近的岩石样本，最后再返回地球。与此同时，中国的 “天问一号”也将带着一个轨道飞行器、一个着陆器平台和一个探测器抵达火星。
显微镜观察：更清楚地观察蛋白质
今年，研究人员的一个目标是提高冷冻电子显微镜（cryo-EM）的分辨率。这项技术旨在用于研究蛋白质的结构，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。另一项技术——X 射线晶体学，长期以来一直是在 3D 蛋白质结构内，标测单个原子的黄金标准。但这项技术仅适用于可以晶体化的蛋白质。冷冻电子显微镜则不要求晶体。另外，冷冻电子显微镜的分辨率也在过去十年中得到了稳步提升。2020 年，在研究人员使用配备了改进型电子探测器的冷冻电子显微镜和软件，绘制去铁蛋白铁的结构图时，该显微镜已经突破了原子分辨率极限。去铁蛋白铁异常 “刚硬”，因此在使用冷冻电子显微镜绘制结构时也更容易保持稳定。接下来，研究人员希望可以绘制稳定性稍差的蛋白质。如果成功，这对结构生物学家而言将是一大福音。他们将可以生成大型蛋白质的详细结构图，以及无法晶体化的多种蛋白质化合物的详细结构图。
天文学：韦伯空间望远镜即将发射
漫长的等待将很快结束：NASA 的旗舰望远镜——詹姆斯 · 韦伯空间望远镜（JWST）曾因各种原因，发射时间数次推迟。终于，这台期待已久的望远镜将于 10 月 31 日升空。韦伯空间望远镜是哈勃太空望远镜的后继者，配备 6.5 米宽的反射镜，聚光能力是哈勃望远镜的六倍。镀金的蜂窝状反射镜可以被冷却，以便收集遥远天体的红外光，调查大爆炸理论的残余红外线证据。韦伯空间望远镜也足够敏感，可以检查附近系外行星的大气层，以寻找生命迹象和收集宇宙中最古老恒星与星系的光线。该望远镜项目耗资 88 亿美元，预期到项目完成还将花费十几亿美元。项目的发射时间也比原计划推迟了好几年。最近，韦伯空间望远镜完成了最后一系列测试。本月，工程师将最后一次展开设备上的反射镜，打开设备上的多层遮阳板，以确定设备一切正常。等到年中，韦伯空间望远镜将被运往法属圭亚那，然后登上欧洲的亚利安五号火箭，前往下一站目的地：外太空。
能源：反应堆将再次用于能源制造
世界上最大磁局限融合物理实验反应堆——欧洲联合环状反应堆（JET）将在今年发起一项试验，来产生大量的聚变能。欧洲联合环状反应堆位于英国，是一台托卡马克，即环磁机。它使用强大的磁体来约束热等离子体，从而使原子核碰撞并融合，进而释放能力。升级后，该反应堆将具备新的金属内衬和额外的加热能；在今年的试验中，研究人员会向其注入氢同位素氘和氚（D-T）的有效混合物。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。这种燃料上一次被使用还是在 1997 年。当时，欧洲联合环状反应堆在几秒钟内只产生了 16 兆瓦的能量，远低于反应生成所需的能量。新的试验在一开始不会试图产生更多能量，但会尝试保持更长的反应时间。这个试验将有助于规划大型的国际热核聚变实验反应堆（ITER）。国际热核聚变实验反应堆位于法国，目前正在建设中，拥有和欧洲联合环状反应堆相似的形状和内衬。该反应堆计划于 2025 年投入使用，但将在 2030 年代中期之后才会开始使用氘 - 氚混合燃料。
营养学：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
数百万营养不良的儿童有望在今年获得帮助。这些儿童虽然获得了适当的营养，也为营养不良接受了治疗，但仍未能完全康复。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。营养不良的儿童面临的一个问题是肠道微生物组的损坏，这会导致消化系统发育不良。为了修复肠道微生物组，健康专家正在等待孟加拉国的一项研究结果。该研究评估了一种低成本的营养补充品；该营养补充品混合了容易找到的食材，比如鹰嘴豆，香蕉，大豆和花生粉。2019 年，该研究团队报告说，在小鼠和猪的实验中，血液标志物的变化表明，该营养补充品可修复肠道。随后，研究团队对 60 名儿童进行了为期一个月的初步研究。但该研究的持续时间并不足以验证该营养补充品对发育的影响。自此之后，这些研究人员在一项为期三个月的针对更多营养不良儿童的试验中，将新的营养补充品的干预效果与现有的补充品进行了比较。
保护：联合国希望保护公海
在我们地球上，有三分之二的海洋位于国家主权水域之外。这些公海的生物多样性，几乎没有法律法规的保护。今年，联合国计划确定第一份专门旨在改变该状况的公约。这份公约有望提供一个途径，以在公海上划定海洋保护区域（MPA）。公约草案的措辞还设定了环境影响评估的最低标准，将要求各国在开展可能危害海洋生物的商业活动之前，先对即将开展的活动进行评估。一个新的国际科学技术机构——类似于管理南极洲海洋生物的机构——将审查海洋保护区域的提案。公约草案还提供了一个系统，以管理来自公海海洋生物的基因序列。
考古学：古代社会的新线索
今年，我们或许可以看到古人类研究领域的新突破，因为研究人员正将古代 DNA 分析与其他的分子和微生物线索相结合，以研究社会关系和迁徙。科学家将 DNA 证据与来自蛋白质和同位素的数据、以及来自骨头、牙菌斑和化石粪便中的微化石和病原体的数据相结合。今年，这样的研究可以确定哪些早期凯尔特家族成员继承了财富。这些研究也可以用来确定《圣经》中非利士人的故乡，以及弄清楚欧洲早期盎格鲁 - 撒克逊人和希腊人的身份，还有中国和埃及的木乃伊身份。
公共健康：缩水的疫苗伤害赔偿
美国政府原先打算拿出 40 亿美元资金来补偿因疫苗受到伤害的人。但是，这笔资金在本月可能会继续缩水。美国政府提出的更改很有可能会在一月中旬生效。如果人们在不恰当地注射了流感、破伤风和其他疫苗之后肩部受伤，他们想要获得疫苗伤害赔偿时，这个程序可能会更加复杂且耗时。但是，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。
生物医学：癌症药物即将获得批准
三十多年来，科学家一直希望使用让 KRAS 蛋白质失去活性的方法来缩小肿瘤。KRAS 蛋白质的生长信号会推动许多癌症类型。人们曾认为，药物对 KRAS 蛋白质不起作用，部分原因在于 KRAS 蛋白质上没有明显的口袋可以让抑制剂靶向该蛋白质。但如今，多家公司已经开发出一些化合物，可以靶向某些促癌突变体 KRAS 蛋白质，并抑制他们的信号。这些药物先是在啮齿动物试验中，接着在癌症患者试验中，已经表现出积极的结果。2020 年 12 月，制药公司安进已经向美国食品和药物管理局（FDA）提出申请，审核该公司的 KRAS 药物——sotorasib。Sotorasib 或许会成为今年该类新型药物中第一个获批准的药物。该药物可能会首先被批准用于治疗部分肺癌患者。另一家公司也计划在今年提交 KRAS 药物的批准申请。
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