《科學(xué)》2020年科學(xué)大事件展望

編譯 莫莊非

生物保護(hù)、氣候政策、生物醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、粒子物理學(xué)、天體物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。

包括英美兩國(guó)在內(nèi)的一些國(guó)家的持續(xù)政治動(dòng)蕩很可能在2020年也無(wú)法平息，那么許多科研人員的工作將變得復(fù)雜。2019年12月的英國(guó)大選使他們的脫歐大業(yè)幾乎板上釘釘，這意味著英國(guó)的科學(xué)家們即將失去來(lái)自歐盟的科研資助以及合作者。在美國(guó)，2020年11月的總統(tǒng)選舉將決定他們國(guó)內(nèi)科學(xué)家在未來(lái)政策審議中的地位。許多研究氣候變化和其他環(huán)境問(wèn)題的專家明確表示，特朗普政府的決策往往都沒(méi)有科學(xué)層面的考量?！犊茖W(xué)》（Science）雜志預(yù)測(cè)了一些可能會(huì)在2020年搞出大新聞的科研及其相關(guān)領(lǐng)域，本文遴選了其中與科學(xué)研究密切相關(guān)的內(nèi)容，包括暗物質(zhì)探測(cè)器研究以及瀕危物種保護(hù)等。

雖然人類制定了保護(hù)地球生物多樣性的計(jì)劃，且這些計(jì)劃還是長(zhǎng)期的，但它們無(wú)法阻止非洲象和非洲野狗均被列為瀕危物種

保護(hù)生物多樣性的新目標(biāo)

愛(ài)知生物多樣性目標(biāo)（簡(jiǎn)稱“愛(ài)知目標(biāo)”，Aichi Biodiversity Targets）從10年前在日本愛(ài)知縣商定至今，基本沒(méi)實(shí)現(xiàn)多少當(dāng)初設(shè)定的20個(gè)目標(biāo)（例如，阻遏瀕危物種的滅絕），甚至可以說(shuō)進(jìn)展寥寥，但2020年可能會(huì)見證人們對(duì)這幅10年前藍(lán)圖的一次加速落地。

2019年，政府間生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)科學(xué)-政策平臺(tái)（IPBES）在一項(xiàng)重大科學(xué)評(píng)估中強(qiáng)調(diào)了全球?yàn)l危物種的危險(xiǎn)處境以及生物多樣性保護(hù)工作的不力。到今年10月，將有一個(gè)國(guó)際大會(huì)在昆明召開，屆時(shí)各國(guó)將會(huì)回顧并修訂目前世界上最重要的生物保護(hù)公約——《生物多樣性公約》（Convention on Biological Diversity），制定更為行之有效的保護(hù)策略。

氣候政策的關(guān)鍵當(dāng)口

今年，關(guān)于氣候變化的政治決策將經(jīng)歷關(guān)鍵時(shí)刻。特朗普政府反對(duì)制定減少化石燃料排放的法規(guī)，而與他意見相左的民主黨將在這個(gè)話題上和特朗普展開激烈交鋒。美國(guó)總統(tǒng)大選的時(shí)間是今年11月3日，如果特朗普當(dāng)選，那么在大選后的第2天，這個(gè)全球第二大溫室氣體排放國(guó)將退出《巴黎協(xié)定》。當(dāng)然，如果民主黨人在大選中奪回總統(tǒng)寶座，他們可以在2021年上任后迅速重新加入。在大選后的1周內(nèi)，聯(lián)合國(guó)將在英國(guó)格拉斯哥召開自2015年以來(lái)最重要的氣候峰會(huì)，屆時(shí)，各國(guó)可能會(huì)承諾減少更多溫室氣體排放——雖然他們當(dāng)前踐行的減排量與已經(jīng)承諾的數(shù)值有差距。如果再不努力，世界就不可能將未來(lái)的升溫控制在2 ℃以內(nèi)。根據(jù)科學(xué)家們的預(yù)測(cè)，升溫如果不控制在2 ℃以內(nèi)，人類社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)會(huì)遭遇災(zāi)難性的破壞。

基因編輯的大型臨床測(cè)試

CRISPR基因編輯工具有望成為治療癌癥及遺傳疾病的利刃，而今年的一些關(guān)鍵測(cè)試或許會(huì)讓我們更清楚這個(gè)希望能否成真。美國(guó)一項(xiàng)小型臨床試驗(yàn)正在使用CRISPR來(lái)讓T細(xì)胞中的3個(gè)基因失活，然后再將其返回癌癥患者體內(nèi)，這種方法可以幫助這些免疫系統(tǒng)衛(wèi)士阻止惡性細(xì)胞的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)患者壽命。中國(guó)也在獨(dú)立地進(jìn)行著CRISPR癌癥試驗(yàn)并有望產(chǎn)出一些成果。另有其他研究人員嘗試編輯胎兒血紅蛋白的基因，以彌補(bǔ)鐮刀型細(xì)胞貧血癥和地中海貧血的基因缺陷。這種嘗試曾在2019年秋天收獲進(jìn)展，2名患者的成功案例被報(bào)道；而到2020年，科學(xué)家們將提供一組涉及更多患者的長(zhǎng)期結(jié)果。而在美國(guó)展開的另一項(xiàng)臨床試驗(yàn)或許能夠表明，CRISPR是否可以改善因遺傳而不斷惡化導(dǎo)致的失明患者的視力。

蛋白質(zhì)講述遠(yuǎn)古的故事

今年，古老的蛋白質(zhì)將幫助我們進(jìn)一步揭示生活在100萬(wàn)年前的人類和其他動(dòng)物的身份和行為。蛋白質(zhì)比DNA穩(wěn)定，隨著分析方法的改進(jìn)，研究人員可以通過(guò)蛋白質(zhì)去獲得缺乏DNA的古老化石的更多信息（包括神秘古人類殘骸的性別和年齡）。大多數(shù)古人類都可以僅憑骨頭和牙齒確認(rèn)身份，而蛋白質(zhì)的意義在于提供一種新方法幫這些古人類在進(jìn)化圖譜中定位，以及鑒定那些因體量太小而無(wú)法用傳統(tǒng)方法分類的化石片段。盡管牙釉質(zhì)是提供古人類蛋白質(zhì)的最佳來(lái)源，但研究人員也從骨頭和頭發(fā)中提取到了蛋白質(zhì)。此外，蛋白質(zhì)可以揭示有關(guān)由動(dòng)植物材料制成的手工制品的新信息，研究人員希望能夠在今年分析羊皮紙手稿和曾經(jīng)用來(lái)封住文件的蜂蠟。科學(xué)家們還分析了花盆中的殘留物，以了解蒙古牧區(qū)的早期牧民一開始飲用的是駱駝奶還是山羊奶，以及生活在英格蘭羅馬帝國(guó)邊緣地區(qū)的人們吃什么。

在加拿大易洛魁族（Iroquois）定居點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的這些具有400年歷史的骨頭碎片中的蛋白質(zhì)，有助我們確定這些骨頭究竟是來(lái)自動(dòng)物還是人類

美國(guó)限制科學(xué)交流

在美國(guó)，一些聯(lián)邦機(jī)構(gòu)禁止其雇員參加外國(guó)人才招聘計(jì)劃，以防止泄露可能損害國(guó)家安全和美國(guó)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的信息。國(guó)會(huì)成立的兩個(gè)新機(jī)構(gòu)將致力于協(xié)調(diào)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)之間的慣例，并探討如何最恰當(dāng)?shù)仄胶忾_放性與安全性。美國(guó)學(xué)術(shù)領(lǐng)袖希望說(shuō)服政策制定者不要抵制某些類型的研究，他們表示此類抵制會(huì)限制美國(guó)的創(chuàng)新。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）的一份新報(bào)告稱，讓學(xué)生和教職員工知道哪些事情能做哪些不能做是更好的方法。

日本加大在中微子研究方面的投入

日本正投入更多力量研究中微子，以期更好地了解幻影粒子的性質(zhì)及其產(chǎn)生的宇宙過(guò)程。今年春天，科學(xué)家將通過(guò)向“超級(jí)神岡”（Super-Kamiokande）觀察室內(nèi)的水中摻入稀土金屬釓來(lái)提高這個(gè)已有“22歲”的中微子探測(cè)器的靈敏度。之后，“超級(jí)神岡”將會(huì)觀察超新星的中微子撞擊水時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)，從而提供有關(guān)這些爆炸恒星內(nèi)的動(dòng)力學(xué)信息。日本立法機(jī)關(guān)后續(xù)應(yīng)該會(huì)有更大的動(dòng)作——斥資720億日元（約合45億人民幣）建設(shè)特級(jí)神岡（Hyper-Kamiokande）。它會(huì)比前任大10倍，將用于捕獲更多來(lái)自太陽(yáng)、其他遙遠(yuǎn)恒星和超新星里中微子的數(shù)據(jù)。

暗物質(zhì)探測(cè)器的競(jìng)賽

暗物質(zhì)是一種通過(guò)引力將星系束縛在一起的不可見物質(zhì)，而對(duì)于我們理論中的暗物質(zhì)粒子的探測(cè)工作將在2020年進(jìn)入了一個(gè)新階段——今年人類啟動(dòng)了兩個(gè)新的強(qiáng)大地下探測(cè)器。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，物理學(xué)家一直使用更大、更靈敏的探測(cè)器來(lái)尋找所謂的弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP），這種粒子的理論重量是質(zhì)子的100倍，并且只能通過(guò)微弱的核力與其他物質(zhì)相互作用。今年，包含8噸寒冷液態(tài)氙的XENON-NT檢測(cè)器將在意大利格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（位于地下）啟動(dòng)。而地處美國(guó)南達(dá)科他州的桑福德地下實(shí)驗(yàn)室工程（SURF），裝載了10噸液態(tài)氙的LUX-ZEPLIN（LZ）檢測(cè)器也將啟動(dòng)。如果XENON-NT和LZ在接下來(lái)的幾年內(nèi)一無(wú)所獲，暗物質(zhì)搜尋者可能會(huì)尋求更大的WIMP探測(cè)器，或者將目光投向其他理論假說(shuō)中的暗物質(zhì)形式。另外，目前那個(gè)意大利實(shí)驗(yàn)室正被一些問(wèn)題困擾，他們的前實(shí)驗(yàn)室官員因涉嫌允許污染當(dāng)?shù)仫嬘盟媾R起訴。

LUX-ZEPLIN暗物質(zhì)檢測(cè)儀已準(zhǔn)備就緒，可以在南達(dá)科他州的地下實(shí)驗(yàn)室記錄數(shù)據(jù)

讓異種移植物活下來(lái)

基因編輯正在重振異種移植領(lǐng)域，該領(lǐng)域旨在通過(guò)手術(shù)，用從豬等動(dòng)物身上采集的器官替換人體器官或組織，此策略的新型臨床試驗(yàn)將于今年啟動(dòng)。異種移植長(zhǎng)期以來(lái)被我們寄予希望，我們想借它緩解困擾人類已久的肝臟、心臟和其他器官短缺的問(wèn)題；另一方面，異種移植也可以幫助提供角膜以治愈失明癥，提供能生成胰島素的健康胰島細(xì)胞以取代被糖尿病破壞的胰島細(xì)胞。但是在早期的測(cè)試中，人類免疫系統(tǒng)一次又一次地摧毀著外來(lái)移植物。為解決排異反應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題，一些研究者在最近的CRISPR實(shí)驗(yàn)中選擇修改豬體內(nèi)的基因，以防止或減弱人類身體對(duì)豬組織的免疫反應(yīng)；他們還在豬基因組中刪除了可能在人體內(nèi)產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)病毒的DNA。在針對(duì)安全性和有效性的測(cè)試中，研究者將這些基因編輯豬的移植物轉(zhuǎn)給了猴子，并證明了它們?cè)谛滤拗髦杏虚L(zhǎng)期生存能力。

百億億次級(jí)計(jì)算機(jī)首次亮相

今年，中國(guó)有望建造出世界上第一臺(tái)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)（也稱exaflop）。所謂的百億億次級(jí)指的是該計(jì)算機(jī)能夠每秒進(jìn)行1018次計(jì)算。目前，中國(guó)有3個(gè)機(jī)構(gòu)都在為這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)努力，它們分別是：天津超算中心、濟(jì)南超算中心和曙光信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司。中國(guó)的新型超級(jí)計(jì)算機(jī)，以及歐盟、日本和美國(guó)的其他超級(jí)計(jì)算機(jī)將用于分析來(lái)自天文學(xué)和遺傳學(xué)領(lǐng)域的大量數(shù)據(jù)，也將支持人工智能的發(fā)展。有計(jì)算機(jī)科學(xué)家預(yù)計(jì)，這種量級(jí)運(yùn)算的計(jì)算機(jī)其實(shí)應(yīng)該更早問(wèn)世，它拖到現(xiàn)在還沒(méi)出來(lái)的部分原因在于節(jié)能計(jì)算機(jī)芯片的開發(fā)尚未完成。

2020年還有：阿爾茨海默氏癥藥物

美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）將決定是否批準(zhǔn)抗阿爾茨海默氏癥新藥阿杜那單抗（aducanumab）上市，這種抗體藥物旨在消除大腦中的淀粉樣蛋白斑塊。實(shí)驗(yàn)治療在臨床試驗(yàn)中顯示出喜憂參半的結(jié)果。

海洋保護(hù)

聯(lián)合國(guó)“海洋科學(xué)十年”（Decade of Ocean Science）的項(xiàng)目將從2021年開始，而他們打算于今年完成該項(xiàng)目的籌備計(jì)劃。他們希望協(xié)調(diào)世界各地科學(xué)家的工作，以幫助改善海洋健康；一個(gè)重點(diǎn)目標(biāo)是繪制更多脆弱的海洋生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性熱點(diǎn)區(qū)以及海底景象——目前這些區(qū)域里只有約4%以高分辨率繪制得到。

干細(xì)胞研究的經(jīng)費(fèi)

加利福尼亞州的選民將會(huì)在今年11月決定是否從債券中分撥55億美元給加州再生醫(yī)學(xué)研究所，以資助其干細(xì)胞方面的研究。該研究所于2004年創(chuàng)立，當(dāng)時(shí)它獲得了30億美元債券的資助（投票決定），旨在將干細(xì)胞研究轉(zhuǎn)化為新的療法。