《科學》2020年科學大事件展望

編譯 莫莊非

生物保護、氣候政策、生物醫學、考古學、粒子物理學、天體物理學、計算機科學等。

包括英美兩國在內的一些國家的持續政治動蕩很可能在2020年也無法平息，那么許多科研人員的工作將變得復雜。2019年12月的英國大選使他們的脫歐大業幾乎板上釘釘，這意味著英國的科學家們即將失去來自歐盟的科研資助以及合作者。在美國，2020年11月的總統選舉將決定他們國內科學家在未來政策審議中的地位。許多研究氣候變化和其他環境問題的專家明確表示，特朗普政府的決策往往都沒有科學層面的考量。《科學》（Science）雜志預測了一些可能會在2020年搞出大新聞的科研及其相關領域，本文遴選了其中與科學研究密切相關的內容，包括暗物質探測器研究以及瀕危物種保護等。

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

保護生物多樣性的新目標

愛知生物多樣性目標（簡稱“愛知目標”，Aichi Biodiversity Targets）從10年前在日本愛知縣商定至今，基本沒實現多少當初設定的20個目標（例如，阻遏瀕危物種的滅絕），甚至可以說進展寥寥，但2020年可能會見證人們對這幅10年前藍圖的一次加速落地。

2019年，政府間生物多樣性和生態系統服務科學-政策平臺（IPBES）在一項重大科學評估中強調了全球瀕危物種的危險處境以及生物多樣性保護工作的不力。到今年10月，將有一個國際大會在昆明召開，屆時各國將會回顧并修訂目前世界上最重要的生物保護公約——《生物多樣性公約》（Convention on Biological Diversity），制定更為行之有效的保護策略。

氣候政策的關鍵當口

今年，關于氣候變化的政治決策將經歷關鍵時刻。特朗普政府反對制定減少化石燃料排放的法規，而與他意見相左的民主黨將在這個話題上和特朗普展開激烈交鋒。美國總統大選的時間是今年11月3日，如果特朗普當選，那么在大選后的第2天，這個全球第二大溫室氣體排放國將退出《巴黎協定》。當然，如果民主黨人在大選中奪回總統寶座，他們可以在2021年上任后迅速重新加入。在大選后的1周內，聯合國將在英國格拉斯哥召開自2015年以來最重要的氣候峰會，屆時，各國可能會承諾減少更多溫室氣體排放——雖然他們當前踐行的減排量與已經承諾的數值有差距。如果再不努力，世界就不可能將未來的升溫控制在2 ℃以內。根據科學家們的預測，升溫如果不控制在2 ℃以內，人類社區和生態系統會遭遇災難性的破壞。

基因編輯的大型臨床測試

CRISPR基因編輯工具有望成為治療癌癥及遺傳疾病的利刃，而今年的一些關鍵測試或許會讓我們更清楚這個希望能否成真。美國一項小型臨床試驗正在使用CRISPR來讓T細胞中的3個基因失活，然后再將其返回癌癥患者體內，這種方法可以幫助這些免疫系統衛士阻止惡性細胞的生長，延長患者壽命。中國也在獨立地進行著CRISPR癌癥試驗并有望產出一些成果。另有其他研究人員嘗試編輯胎兒血紅蛋白的基因，以彌補鐮刀型細胞貧血癥和地中海貧血的基因缺陷。這種嘗試曾在2019年秋天收獲進展，2名患者的成功案例被報道；而到2020年，科學家們將提供一組涉及更多患者的長期結果。而在美國展開的另一項臨床試驗或許能夠表明，CRISPR是否可以改善因遺傳而不斷惡化導致的失明患者的視力。

蛋白質講述遠古的故事

今年，古老的蛋白質將幫助我們進一步揭示生活在100萬年前的人類和其他動物的身份和行為。蛋白質比DNA穩定，隨著分析方法的改進，研究人員可以通過蛋白質去獲得缺乏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）。大多數古人類都可以僅憑骨頭和牙齒確認身份，而蛋白質的意義在于提供一種新方法幫這些古人類在進化圖譜中定位，以及鑒定那些因體量太小而無法用傳統方法分類的化石片段。盡管牙釉質是提供古人類蛋白質的最佳來源，但研究人員也從骨頭和頭發中提取到了蛋白質。此外，蛋白質可以揭示有關由動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用來封住文件的蜂蠟。科學家們還分析了花盆中的殘留物，以了解蒙古牧區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邊緣地區的人們吃什么。

在加拿大易洛魁族（Iroquois）定居點發現的這些具有400年歷史的骨頭碎片中的蛋白質，有助我們確定這些骨頭究竟是來自動物還是人類

美國限制科學交流

在美國，一些聯邦機構禁止其雇員參加外國人才招聘計劃，以防止泄露可能損害國家安全和美國經濟競爭力的信息。國會成立的兩個新機構將致力于協調聯邦機構之間的慣例，并探討如何最恰當地平衡開放性與安全性。美國學術領袖希望說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限制美國的創新。美國國家科學基金會（NSF）的一份新報告稱，讓學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及其產生的宇宙過程。今年春天，科學家將通過向“超級神岡”（Super-Kamiokande）觀察室內的水中摻入稀土金屬釓來提高這個已有“22歲”的中微子探測器的靈敏度。之后，“超級神岡”將會觀察超新星的中微子撞擊水時產生的信號，從而提供有關這些爆炸恒星內的動力學信息。日本立法機關后續應該會有更大的動作——斥資720億日元（約合45億人民幣）建設特級神岡（Hyper-Kamiokande）。它會比前任大10倍，將用于捕獲更多來自太陽、其他遙遠恒星和超新星里中微子的數據。

暗物質探測器的競賽

暗物質是一種通過引力將星系束縛在一起的不可見物質，而對于我們理論中的暗物質粒子的探測工作將在2020年進入了一個新階段——今年人類啟動了兩個新的強大地下探測器。自20世紀80年代以來，物理學家一直使用更大、更靈敏的探測器來尋找所謂的弱相互作用大質量粒子（WIMP），這種粒子的理論重量是質子的100倍，并且只能通過微弱的核力與其他物質相互作用。今年，包含8噸寒冷液態氙的XENON-NT檢測器將在意大利格蘭薩索國家實驗室（位于地下）啟動。而地處美國南達科他州的桑福德地下實驗室工程（SURF），裝載了10噸液態氙的LUX-ZEPLIN（LZ）檢測器也將啟動。如果XENON-NT和LZ在接下來的幾年內一無所獲，暗物質搜尋者可能會尋求更大的WIMP探測器，或者將目光投向其他理論假說中的暗物質形式。另外，目前那個意大利實驗室正被一些問題困擾，他們的前實驗室官員因涉嫌允許污染當地飲用水而面臨起訴。

LUX-ZEPLIN暗物質檢測儀已準備就緒，可以在南達科他州的地下實驗室記錄數據

讓異種移植物活下來

基因編輯正在重振異種移植領域，該領域旨在通過手術，用從豬等動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將于今年啟動。異種移植長期以來被我們寄予希望，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胞以取代被糖尿病破壞的胰島細胞。但是在早期的測試中，人類免疫系統一次又一次地摧毀著外來移植物。為解決排異反應的技術問題，一些研究者在最近的CRISPR實驗中選擇修改豬體內的基因，以防止或減弱人類身體對豬組織的免疫反應；他們還在豬基因組中刪除了可能在人體內產生潛在危險病毒的DNA。在針對安全性和有效性的測試中，研究者將這些基因編輯豬的移植物轉給了猴子，并證明了它們在新宿主中有長期生存能力。

百億億次級計算機首次亮相

今年，中國有望建造出世界上第一臺百億億次超級計算機（也稱exaflop）。所謂的百億億次級指的是該計算機能夠每秒進行1018次計算。目前，中國有3個機構都在為這臺超級計算機努力，它們分別是：天津超算中心、濟南超算中心和曙光信息產業股份有限公司。中國的新型超級計算機，以及歐盟、日本和美國的其他超級計算機將用于分析來自天文學和遺傳學領域的大量數據，也將支持人工智能的發展。有計算機科學家預計，這種量級運算的計算機其實應該更早問世，它拖到現在還沒出來的部分原因在于節能計算機芯片的開發尚未完成。

2020年還有：阿爾茨海默氏癥藥物

美國食品藥品監督管理局（FDA）將決定是否批準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。實驗治療在臨床試驗中顯示出喜憂參半的結果。

海洋保護

聯合國“海洋科學十年”（Decade of Ocean Science）的項目將從2021年開始，而他們打算于今年完成該項目的籌備計劃。他們希望協調世界各地科學家的工作，以幫助改善海洋健康；一個重點目標是繪制更多脆弱的海洋生態系統、生物多樣性熱點區以及海底景象——目前這些區域里只有約4%以高分辨率繪制得到。

干細胞研究的經費

加利福尼亞州的選民將會在今年11月決定是否從債券中分撥55億美元給加州再生醫學研究所，以資助其干細胞方面的研究。該研究所于2004年創立，當時它獲得了30億美元債券的資助（投票決定），旨在將干細胞研究轉化為新的療法。