未來(lái)十年可能改變世界的重大發(fā)現(xiàn)

科學(xué)技術(shù)的日新月異是我們這個(gè)時(shí)代最大的特征，站在21世紀(jì)第三個(gè)十年的門(mén)檻上，科學(xué)家展望了未來(lái)十年可能取得的對(duì)人類(lèi)具有重大影響的科學(xué)突破。

藥物：通用流感疫苗

數(shù)十年來(lái)一直困擾著科學(xué)家的普遍流感疫苗可能是一項(xiàng)真正的突破性醫(yī)學(xué)進(jìn)步，可能會(huì)在未來(lái)十年內(nèi)顯現(xiàn)出來(lái)。

巴爾的摩約翰霍普金斯大學(xué)健康安全中心的傳染病專(zhuān)家，資深學(xué)者阿梅什·阿達(dá)利亞博士說(shuō)，“各種通用流感疫苗的方法正在開(kāi)發(fā)中，并開(kāi)始產(chǎn)生可喜的結(jié)果?！?/p>

從理論上講，通用流感疫苗將為流感提供長(zhǎng)期保護(hù)，并且無(wú)需每年接種流感疫苗。

2019年，美國(guó)國(guó)家過(guò)敏和傳染病研究所（NIAID）開(kāi)始了通用流感疫苗的首次人體試驗(yàn)。免疫旨在誘導(dǎo)針對(duì)流感病毒可變性較小的部分（稱(chēng)為血凝素（HA）“莖”）的免疫反應(yīng)。這項(xiàng)1期研究將著眼于實(shí)驗(yàn)疫苗的安全性以及參與者對(duì)其的免疫反應(yīng)。研究人員希望在2020年初報(bào)告其初步結(jié)果。

神經(jīng)科學(xué)：更大，更好的小腦

在過(guò)去的十年中，科學(xué)家成功地從人類(lèi)干細(xì)胞中分化出了神經(jīng)元并組裝成3D結(jié)構(gòu)，成功培育出了稱(chēng)為“類(lèi)器官”的微型大腦。賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授宋宏軍博士說(shuō)，到目前為止，腦類(lèi)器官只能在胎兒早期發(fā)育中生長(zhǎng)成類(lèi)似于大腦的小塊。但這可能在未來(lái)十年發(fā)生變化。

宋博士說(shuō)：“我們不僅可以對(duì)細(xì)胞類(lèi)型的多樣性進(jìn)行建模，還可以對(duì)大腦的細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模?！背墒斓纳窠?jīng)元將自己排列在大腦的層、列和復(fù)雜的回路中。目前，類(lèi)器官僅包含無(wú)法覓食這些復(fù)雜連接的未成熟細(xì)胞，但宋博士表示，他希望該領(lǐng)域在未來(lái)十年內(nèi)能克服這一挑戰(zhàn)。有了大腦的微型模型，科學(xué)家可以幫助推斷神經(jīng)發(fā)育障礙的發(fā)展方式，神經(jīng)退行性疾病如何分解腦組織，以及不同人的大腦對(duì)不同藥理療法的反應(yīng)方式。

有一天，科學(xué)家甚至可能用生長(zhǎng)神經(jīng)組織的“功能單元”來(lái)替換大腦受損的區(qū)域。如果你有一個(gè)預(yù)制的功能單元，可以點(diǎn)擊進(jìn)入受損的大腦。目前，這項(xiàng)工作是高度理論性的，但是在未來(lái)十年內(nèi)，我們會(huì)知道它是否可行。

氣候變化：能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型

在這十年中，海平面上升和更多極端氣候事件揭示了我們美麗的星球多么脆弱。但是未來(lái)十年會(huì)怎樣？

賓州州立大學(xué)杰出的氣象學(xué)教授邁克爾·曼（Michael Mann）說(shuō)：“我認(rèn)為在應(yīng)對(duì)氣候變化方面我們將取得突破。但是我們需要能夠加速這一轉(zhuǎn)變的政策，我們需要能夠支持這些政策的政客。”

在接下來(lái)的十年中，“能源和交通系統(tǒng)向可再生能源的轉(zhuǎn)型將順利進(jìn)行，并且將開(kāi)發(fā)出新的方法和技術(shù)，使我們能夠更快地到達(dá)那里，”美國(guó)大氣科學(xué)教授Donald Wuebbles說(shuō)。而且，“惡劣天氣或海平面上升帶來(lái)的與氣候相關(guān)的影響日益增加，最終引起了人們的關(guān)注，我們真正開(kāi)始認(rèn)真對(duì)待氣候變化。”

也是一件好事，因?yàn)榛谧罱淖C據(jù)，存在著一種更可怕，更具投機(jī)性的可能性：科學(xué)家可能低估了氣候變化對(duì)本世紀(jì)及以后的影響。

粒子物理學(xué)：尋找軸心

在過(guò)去的十年中，這個(gè)非常小的世界上最大的新聞是希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，玻色子是神秘的“上帝粒子”，它使其他粒子具有質(zhì)量。希格斯被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)模型中的最高明珠，該模型描述了亞原子粒子的動(dòng)物園。

但是隨著希格斯的發(fā)現(xiàn)，許多其他較不為人所知的粒子開(kāi)始占據(jù)中心位置。這十年來(lái)，我們有合理的機(jī)會(huì)找到了這些難以捉摸，但至今仍是假想的粒子-軸，諾貝爾物理學(xué)家弗蘭克·威爾澤克（Frank Wilczek）說(shuō)。軸不一定是單個(gè)粒子，而是一類(lèi)具有很少與普通物質(zhì)相互作用的特性的粒子。軸子可能解釋了一個(gè)長(zhǎng)期存在的難題：正如《生命科學(xué)》先前報(bào)道的那樣，為什么物理定律對(duì)物質(zhì)粒子及其反物質(zhì)伙伴似乎都起著相同的作用，即使它們的空間坐標(biāo)發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。

Wilczek說(shuō)：“發(fā)現(xiàn)軸突將是基礎(chǔ)物理學(xué)的一項(xiàng)偉大成就，特別是如果它通過(guò)最可能的途徑發(fā)生，即觀察到提供“ 暗物質(zhì)” 的宇宙軸突本底。未來(lái)五到十年內(nèi)，很有可能發(fā)生這種情況，因?yàn)樾坌牟膶?shí)驗(yàn)計(jì)劃正在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。對(duì)我來(lái)說(shuō)，既要權(quán)衡發(fā)現(xiàn)的重要性，又要權(quán)衡發(fā)現(xiàn)的可能性，那是最好的打賭?！?/p>

這些舉措包括Axion暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)（ADMX）和CERN Axion太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，這兩個(gè)主要的儀器正在尋找這些難以捉摸的粒子。

也就是說(shuō)，還有其他可能性-我們可能仍會(huì)檢測(cè)到宇宙最早出現(xiàn)的引力波或時(shí)空的漣漪，或其他被稱(chēng)為弱相互作用的大顆粒的粒子，它們也可以解釋暗物質(zhì)，Wilczek說(shuō)。

系外行星：類(lèi)地球大氣

1995年10月6日，當(dāng)一對(duì)天文學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)第一顆繞太陽(yáng)系恒星運(yùn)行的系外行星時(shí)，我們的宇宙變得更大。稱(chēng)為51 Pegasi b的天體繞其宿主恒星顯示出一條舒適的軌道，環(huán)繞地球僅4.2天，質(zhì)量約為木星的一半。根據(jù)NASA的說(shuō)法，這一發(fā)現(xiàn)永遠(yuǎn)改變了“我們看待宇宙和我們?cè)谄渲械奈恢玫姆绞健?。十多年后，天文學(xué)家現(xiàn)已確認(rèn)太陽(yáng)系外有4104個(gè)繞地球軌道運(yùn)行的恒星。這是十年前不為人知的許多世界。

那么，下一個(gè)十年的天空是極限嗎？根據(jù)麻省理工學(xué)院的Sara Seager的說(shuō)法，絕對(duì)是這樣。行星科學(xué)家和天體物理學(xué)家西格說(shuō)：“隨著詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）的發(fā)射，這個(gè)十年對(duì)于天文學(xué)和系外行星科學(xué)將是巨大的?！?哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）的宇宙繼任者定于2021年發(fā)射;科學(xué)家們將首次能夠在紅外光中“看見(jiàn)”系外行星，這意味著他們甚至可以發(fā)現(xiàn)繞遠(yuǎn)離其恒星運(yùn)行的微弱行星。

此外，望遠(yuǎn)鏡將為了解這些外星世界的特征打開(kāi)一個(gè)新窗口?！叭绻嬖谡_的行星，我們將能夠在一個(gè)小的巖石行星上檢測(cè)到水蒸氣。水蒸氣指示著液態(tài)水海洋，因?yàn)楸娝苤簯B(tài)水是整個(gè)生命所必需的，所以這將是非常重要的”，西格表示，“這是我實(shí)現(xiàn)突破的第一希望。”