-《自然》:2020年科学事件盘点
作者:文乐乐
发布时间:2020-12-21
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-《自然》:2020年科学事件盘点

新冠病毒的电子显微图,其表面覆盖着刺突蛋白。图片来源: National Infection Service

日前,《自然》盘点了影响2020年的科学事件。新冠肺炎疫情的大流行让2020年成为科学史上非凡的一年。而除了这一最受关注的灾难性事件,在科学和研究领域仍有许多其他有价值的进展,比如太空探索、室温超导体等。

新冠肺炎疫情

2020年发生了一件大事:一种致命的、以前未知的病毒在全球肆虐,造成150多万人死亡、更多人感染,并造成经济衰退。

新冠病毒一经发现,世界各地的研究小组就开始研究其机理、开发诊断测试方法、研究公共卫生措施来控制它。科学家还争先恐后地寻找治疗方法,并研制出能够控制疫情的疫苗。美国洛克菲勒大学病毒学家Theodora Hatziioannou说:“我们从未在其他传染性疾病上取得过如此快的进展。”

新冠疫苗的研制和测试速度惊人。在11月的最后一次统计中,世界卫生组织说,有200多种疫苗正在开发中,其中大约50种疫苗处于临床试验的不同阶段。研发人员使用了各种方法进行开发。

大型疗效试验结果表明,由美国辉瑞制药公司和德国生物技术公司BioNTech、美国生物技术公司莫德纳、英国阿斯利康制药公司和英国牛津大学研制的疫苗,有效预防了新冠肺炎疫情。在过去的一个月里,英国和美国监管机构已经发布了辉瑞疫苗的紧急授权,允许其广泛使用,预计欧盟的监管机构未来几周将做出决定。

疫苗本身不太可能结束这一流行病,因为全球人口可能需要定期注射疫苗。荷兰乌得勒支大学医学中心的重症监护医生Lennie Derde说:“阻止疫情蔓延的唯一出路是疫苗和治疗相结合。”

研究人员争先恐后测试了一系列潜在治疗方法,但取得了喜忧参半的结果。一些候选者(包括疟疾药物羟氯喹和两种HIV药物的混合物)在小型临床试验和观察性研究中显示出初步希望,但后来在大型随机对照研究中(针对住院的新冠肺炎患者)未能显示出益处。

今年4月,研究人员进行了一项大型临床试验,宣布一种名为瑞德西韦的抗病毒药物缩短了新冠肺炎患者的住院时间,但后来的研究发现,这种药物并没有显著减少死亡人数。11月,世界卫生组织建议不要使用它。

今年6月,一项对名为地塞米松的免疫抑制类固醇的试验发现,将这种药物用于需要补充氧气的新冠肺炎患者,可使死亡人数减少约1/3。另一种名为托珠单抗的针对免疫系统的药物,在临床试验中取得了喜忧参半的结果,但在新冠肺炎重症患者中显示出了希望。

研究人员正在对新冠肺炎轻症患者进行其他干预措施的测试,以了解是否能减缓病情的恶化。  最终,新冠肺炎的治疗可能需要根据患者的危险因素和疾病严重程度量身定制药物组合, Derde说,“最合理的假设是,没有一种神奇的药物会产生巨大的变化”。

这一全球蔓延的疫情也影响了研究人员的工作和生活。对于许多不研究病毒及其影响的科研人员而言,疫情意味着项目推迟、职业生涯搁置、研究经费中断。

不过,疫情中也有一些亮点。例如,尽管交通不便,但一些国际合作也在增加;研究人员开始更开放地分享数据,许多人在预印本服务器上发表了论文;大多数出版机构的新冠肺炎论文都可以免费阅读。

 

 美国宇航局“毅力”号探测器发射升空前往火星。图片来源:Joe Skipper

目的地:火星

今年是太空探索具有里程碑意义的一年。

3次火星探测任务在7月启动。阿联酋发射了 “希望”号火星探测器,“希望”号将绕火星飞行并研究火星天气。中国发射了“天问一号”探测器,其中包括一辆火星车,这是中国首次尝试登陆火星。美国发射了“毅力”号火星车,将在火星赤道以北尚未探索的耶泽罗陨石坑钻孔并收集岩石样本。“毅力”号火星车是美国宇航局与欧洲空间局合作计划的第一阶段,该计划旨在首次将火星岩石带回地球进行研究。

美国宇航局在其从小行星上返回样本的首次尝试中也取得了进展。10月,该机构的“奥西里斯—雷克斯”探测器从小行星“本努”上收集了灰尘和岩石,并预计于2023年返回地球。然而,它不是第一个从小行星表面收集样本并返回的航天器。12月初,日本的“隼鸟2号”探测器领先一步,带着来自小行星“龙宫”的少量尘埃安全返回地球。

中国在探月方面向前迈出一大步,开启了中国首次地外天体采样返回之旅。12月1日,嫦娥五号探测器平稳降落在月球并开展采样工作。12月17日,嫦娥五号返回器携带月球样品在预定区域安全着陆。

 

在澳大利亚新南威尔士州,消防员正在与大火搏斗。图片来源:Kate Geraghty

火与冰

2020年也是极端环境频发的一年。

从1月开始,澳大利亚燃起了史无前例的森林大火。失控的大火和烟雾导致数百人死亡、数千座房屋被毁,并使生态系统遭到破坏。尽管基于野外的研究受到干扰,但生物学家仍记录下这场大火对生物多样性的影响,考古学家也调查了数千处古代土著遗址的破坏情况。

类似的毁灭性场景在全球各地展开,创纪录的大火烧光了西伯利亚苔原、南美洲的热带湿地和美国西部。在美国加州,大火威胁着历史悠久的利克天文台和威尔逊山天文台。

大西洋飓风季节也打破了纪录,有30个被命名的风暴,其中12个在美国登陆。今年9月,北极海冰缩小到有记录以来的第二低水平。在南极洲,科学家继续探索位于南极大陆边缘的巨大且越来越不稳定的斯韦茨冰川。数据表明,温暖的海水正从冰下涌出并混合,这加剧了人们对冰川即将崩塌的担忧。

由于新冠肺炎疫情的出行限制,备受期待的联合国COP26气候峰会推迟到明年举行,国际气候谈判被搁置。然而,一些国家政府加强了对气候变化的承诺。中国承诺到2060年实现碳中和,日本设定了到2050年实现温室气体净零排放的目标。同样以2050年达到碳中和为目标的欧盟,则提出了雄心勃勃的短期排放新目标。

政策变化

一旦拜登于2021年1月20日就职,他将有机会扭转特朗普政府推出的许多科学和公共卫生政策。除了在气候变化和环境问题上采取更积极的政策外,拜登还承诺以更科学的方式应对新冠肺炎疫情,并承诺取消旅行禁令,让外国科学家和工程师更容易永久留在美国。

在欧洲,研究人员继续表达了关于英国退欧对资金和国际合作的潜在影响的担忧。英国1月31日脱离欧盟,但另一个重要的脱欧里程碑将于12月31日到来,届时英国为期11个月的“过渡期”将结束。尽管最后期限迫在眉睫,但许多影响科学家的问题——包括欧盟研究项目的准入,仍未得到解决。

关注不平等

今年5月,George Floyd在美国明尼苏达州明尼阿波利斯市死亡。世界各地聚集了数百万名抗议者,谴责种族主义和警察的行为。

科学家也在其中。研究人员分享了他们在科学领域遭受种族歧视的经历,并呼吁采取更有力的行动解决系统性的不平等。许多主要科学组织都发布了公开信息支持抗议运动。6月10日,数千名研究人员与科学团体、大学和机构一起停止工作,反思并计划如何对抗科学界的种族主义,这是在网上发起的一场运动。

现在,一些大学已经着手改变为一些历史人物(有种族主义或歧视性信仰)设立的校园建筑、项目和纪念馆的名称。研究人员正在探索一些干预措施,这些措施可能有助于打击种族主义,并控制警察在工作中使用武力。10月,霍华德·休斯医学研究所成为首个承诺为继续使用黑人女性Henrietta Lacks的细胞而提供资金补偿的大型生物医学研究机构。1951年,医生在未经同意的情况下,从Lacks体内取出癌细胞,后来创造了海拉细胞系,如今该细胞系支撑着价值数十亿美元的生物技术产业。

冷冻电镜下的去铁蛋白。图片来源: Paul Emsley

物理学的第一次

2020年,凝聚态物理学迎来了多个“第一次”。研究人员展示了一种室温超导体——这种材料可以导电而不产生任何余热,并且可以在0℃以上正常工作。这一期待已久的突破还有一个重要的注脚——到目前为止,这种物质只能在接近地球中心的压力下存在,因而限制了它的用途。

另一个研究小组发现了被称为任意子的“编织”电子态的第一个确凿证据,朝着构建量子计算机的新方法迈进了一步。国际空间站上的一个物理实验室产生了首个玻色—爱因斯坦凝聚态—— 一种在零重力下表现为单个原子的气体。

与此同时,理论数学界对日本数学家Shinichi Mochizuki发表的令人困惑的论文感到震惊。8年前,他就声称证明了数论中的一个重大问题——abc猜想,不过至今仍有争议。

两项重大突破致使对蛋白质结构的理解更为容易。首先,冷冻电镜技术达到了单原子的分辨率,接近已经成熟但更复杂的X射线晶体学的精度。其次,机器学习首次成功从蛋白质的遗传密码中推断出蛋白质的结构,其方式接近实验技术所能达到的效果。结构生物学家说,位于英国伦敦的人工智能公司DeepMind(谷歌的姊妹公司)开发的“AlphaFold”系统可能会改变药物开发的游戏规则。



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