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《Science》:展望2020年十大前沿科学

发布日期: 2020-10-15
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《Science》:展望2020年十大前沿科学





2020年,《科学》杂志在盘点过去历史瞬间的同时,对新一年科学研究及政策领域可能会成为头条的事件进行了预测。其中,在首台百亿亿次计算机的竞赛和CRISPR癌症治疗试验领域中,中国都有机会获得领先。

《科学》杂志认为,新的一年,英国、美国和其他国家持续不断的政治动荡,会使许多科研人员的工作更加复杂化。英国大选让其脱欧几成定局,这将让英国科学家面临失去欧盟科学资助和科研合作者的可能。在美国,11月的总统大选将决定科学家在未来政策审议中的作用,许多气候变化和环境问题的专家对特朗普不满已久,表示特朗普政府一直在忽视科学证据。


1、保护生物多样性的新目标


2010年,《生物多样性公约》缔约方大会第十次会议在日本爱知县举办,会上通过了2011-2020年《生物多样性战略计划》,战略中的五个战略目标及相关的20个纲要目标统称为“爱知生物多样性目标”。爱知目标的宗旨是激励所有国家和利益相关方在联合国生物多样性十年期间采取措施,推动实现《生物多样性公约》目标。

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《科学》杂志认为,在今年,人们将尝试重振雄心勃勃的“爱知生物多样性目标”。2020年10 月,世界各国将有机会在中国昆明举行的、全球最重要的保护公约《生物多样性公约》会议上,尝试制定一条更有效的路径。


2、气候决策的关键时刻


气候变化政策在今年将面临关键时刻。美国特朗普政府一直以来反对减少化石燃料排放的规定,这也成为民主党挑战者的一个主要攻击话题。

2020年11月3日,在美国总统大选结束一天后,美国这个全球第二大温室气体排放国将正式退出《巴黎气候协定》。不过,如果诞生一位民主党总统,则可能在2021年就职后很快重返《巴黎气候协定》。

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不到一周后,联合国将在英国格拉斯哥召开自 2015年以来最重要的气候峰会,预计各国将增加其减少温室气体排放的承诺——尽管各国在兑现现有承诺方面也保持落后。

科学家预测,全球变暖2摄氏度,将对人类社区和生态系统造成灾难性的破坏。但如果各国政府不加大努力和严格落实,未来全球变暖控制在2 摄氏度以下的希望十分渺茫。


3、人口普查的挑战


自1790年以来,美国政府每十年会进行一次人口普查。研究人员担心,这项人口普查任务可能无法完成,政治辩论进一步疏远了那些已经难以计数的人。

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人口统计学家还担心,人口普查 “使用一种保护受访者隐私的新方法” 可能会扭曲对人口趋势的分析;这不仅关系到每年1.5万亿美元的联邦资金如何分配,还关系到美国最大统计机构的诚信问题。


4、CRISPR的大型临床试验


在2020年,有望治疗癌症和遗传疾病的 CRISPR 基因编辑工具将面临关键考验。

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美国一项小型临床试验正在使用CRISPR来破坏T细胞中的三个基因,然后将这些基因修饰过的T细胞送回癌症患者体内。这种方法可以帮助这些改造过的免疫系统“士兵”阻止恶性肿瘤细胞的生长,延长患者的生命。

在中国,也有可能有更多独立的CRISPR癌症治疗试验结果出炉。

除了癌症治疗,还有一些研究人员正致力于治疗镰状细胞疾病和地中海贫血患者。治疗方法也是利用CRISPR基因编辑工具修改胎儿血红蛋白基因,以弥补成年血红蛋白的缺陷。


5、蛋白质考古


今年,远古时期的蛋白质将为人类和其他生活在100多万年前的动物的身份和行为提供新的线索。

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蛋白质比DNA更稳定。随着分析方法的改进,研究人员可以利用它们来了解更多缺乏DNA的化石,包括神秘的远古人类遗骸的性别和年龄。

大多数人科动物都是通过骨骼和牙齿来识别,而蛋白质可以提供一种新的工具来在族谱中对它们进行分类,并识别因太小而无法进行分类的碎片。尽管牙釉质是古代蛋白质的最佳来源,但现在,研究人员也可从骨头和头发中提取它们。

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此外,蛋白质还可以揭示由植物和动物材料制成的人工制品的新信息。研究人员希望 2020 年能分析羊皮纸手稿和曾经用来密封文件的蜂蜡。科学家们也在分析古代罐子上的残留物,以寻找更多的线索,比如蒙古大草原上的早期牧民是先喝骆驼奶还是羊奶,以及生活在罗马帝国边缘的英格兰人吃什么。


6、中国崛起的辩论


“如何应对中国崛起”作为科学超级大国的政治辩论,在 2020 年可能会进一步加剧。

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在美国,一些联邦机构已经禁止他们的雇员参与外国人才招聘计划,以防止信息泄露。美国表示这可能会损害国家安全和美国的经济竞争力。

美国国会成立的两个新机构将致力于协调各联邦机构之间的做法,并仔细考虑如何最好地平衡、开放并保障安全。美国学术领袖希望说服政策制定者不要回避某些类型研究的国际合作,他们认为 “过于敏感” 将扼杀美国的创新能力。

美国国家科学基金会(National Science Foundation)的一份新报告称,向学生和教职工讲授 “可接受和不可接受的行为” 是一种更好的方法。


7、加强中微子研究


科学家们将在22岁的超级神冈中微子天文台的观测室内加入稀土金属钆,以提高其灵敏度。

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探测器将观察来自超新星的中微子撞击水时产生的信号,提供关于这些爆炸恒星内部动态的线索。日本立法机构预计将资助一项更大的举措:建设720亿日元(约6.6亿美元)的Hyper-Kamiokande项目。Hyper-Kamiokande比它的前身大十倍,将捕获更多关于太阳、遥远的恒星和超新星发出的中微子的数据。


8、暗物质探测器竞赛


2020年,随着两个强大的新型地下探测器的启动,探测假想暗物质粒子的竞赛进入了一个新阶段。

自20世纪80年代以来,物理学家们一直在使用更大、更灵敏的暗物质探测器来寻找所谓的大质量弱相互作用粒子(WIMPs),理论上WIMPs 的重量是质子的100倍,并且只能通过微弱的弱核力与其他物质相互作用。

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△ LUX-ZEPLIN 暗物质探测器


2020年,在意大利格兰萨索地下国家实验室,装有8吨冷态液态氙的“氙-NT”探测器将被启用;在美国南达科他州的桑福德地下研究中心,装有 10吨液态氙的“LUX-ZEPLIN”探测器也将启动。

如果“氙-NT”和“LUX-ZEPLIN”探测器在未来几年内什么也看不见,暗物质搜寻者可能会推动更大的大质量弱相互作用粒子探测器的出现,或者把目光投向其他假设的暗物质形式。


9、重振异种器官移植


异种器官移植的目标是用从猪等动物身上获取的器官或组织来替代人类器官或组织,一直以来该领域处于无所进展的困境,但基因组编辑工具CRISPR正在重振异种移植领域。

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异种移植长期以来一直被认为可以缓解人类肝脏、心脏和其他器官的长期短缺,它还可以提供治疗失明的眼角膜和产生胰岛素的胰岛细胞来替代那些被糖尿病破坏的细胞。

但在早期的试验中,人类免疫系统一次又一次地迅速摧毁了外来移植。

最近的CRISPR实验对猪的基因进行了修改,以防止或减弱人类对其组织的免疫反应,并从猪的基因组中删除了可能在人体内产生潜在危险的病毒DNA。

在进行人体试验之前,从这些编辑过的猪身上移植到猴子身上是一项安全性和有效性的关键测试。而新型临床试验可能于今年启动。


10、百亿亿次计算机


2020年,中国有望赢得建造世界上首台百亿亿次计算机的竞赛,该计算机每秒运算能力为100 亿亿(10^18)次。

至于具体哪台超级计算机将成为第一代超级计算机,目前仍不确定,因为在中国已经有三家机构展开了竞争,分别是位于天津和济南的国家超级计算中心,以及中科曙光(Sugon)。

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新的中国超级计算机,以及随后在欧盟、日本和美国出现的其他超级计算机,将被用来分析天文和基因调查的大量数据集,并将为人工智能的持续崛起提供支持。

一些计算机科学家预计百亿亿次的里程碑本应来得更早,而延迟的部分原因是需要开发节能的计算机芯片。


2020年的其他期待


阿尔茨海默病药物:

渤健和卫材(Eisai)公司联合宣布,在与美国食品和药物管理局(FDA)和外部专家讨论之后,将计划在 2020 年递交治疗阿尔茨海默病的在研新药 Aducanumab 的生物制剂申请。

Aducanumab 是一种抗体药物,旨在清除阿尔茨海默病患者阻塞大脑的淀粉样斑块。这种实验性的治疗方法在临床试验中取得了成败参半的结果。2020 年,FDA 将决定是否批准 Aducanumab。

海洋科学计划:

联合国将制定于 2021 年开始的十年海洋科学计划,其目标是协调世界各地科学家的工作,以帮助改善海洋健康。

一个预期的重点目标是绘制更多世界脆弱的海洋生态系统和生物多样性热点,以及更多的海底。目前只有大约4% 是高分辨率绘制的。

干细胞资金:

美国加州选民将在11月决定是否拨出55亿美元来维持加州再生医学研究所的费用。该资助机构是在2004年通过一项涉及30亿美元的投票而成立的,其目的是将干细胞研究转化为新的治疗方法。

来源:科研动态

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