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2018,哪些科学研究领域将成为头条?

   动荡的政治变革将在新的一年塑造科学的进程。美国总统唐纳德·特朗普领导的政府预计将继续致力于废除基于科学的环境法规。英国离开欧盟的决定已在研究资助和科学家迁移方面引发了难以解决的问题。中国立志成为科学和经济领导者的决心肯定会影响研究将以何种方式以及在何处开展。随着这些大趋势展现出来,《科学》杂志预测了今年可能被聚焦的关于研究和政策的特定领域。


天文学

观测超级黑洞

   2017年4月,一个由天文学家组成的国际团队拍摄了位于银河系中央的超大质量黑洞的快照。在未来的几个月里,他们希望发现这些照片能体现出多少内容。事件视界望远镜团队利用了6个射电观测站的力量——共80根天线,覆盖了从夏威夷到西班牙再到南极的广阔地域。为获得足够的分辨率从而对上述黑洞进行成像,这一阵势是必需的。尽管超大质量黑洞在质量上是巨大的(相当于400万个太阳),但在体积上出奇的小(直径不到水星和太阳之间距离的一半)。在处理完数据并将其相互联系起来后,科学家要么获得该黑洞和围绕它的明亮物质形成对比的清晰剪影,要么和此前利用较少望远镜的尝试一样,获得引发无数好奇心的模糊图像。


人类起源

来自古代DNA的新线索

   古代DNA的新来源应当会增强这一分子“遗物”在阐释人类祖先方面的能力。骨头是古代人类DNA的常见来源。但去年春天,科学家宣称,他们成功地从洞穴沉积物中获得古代人类DNA。这一成就或许为追踪尼安德特人、丹尼索瓦人或者现代人类DNA至特定地点的研究的繁荣提供了动力,随之兴起的还有对进一步详细描述人类祖先同其他早期智人之间互动的古物开展的研究。尽管大多数古代DNA来自寒冷的气候,因为DNA在这种环境下降解得慢,但来自较温暖地区的结果正在显现,而这要得益于更好的取样和分析技术。来自非洲的古代DNA或许能揭示关于人类起源和多样性的新线索,而来自南美和亚洲的数据可能发现人类在全球定居时的路径。其他研究也将揭开意大利人、犹太人、巴勒斯坦人和印度人的起源。


公共卫生

流行病卷土重来

   流行病很难预测。近年来经历了一些“宿敌”的死灰复燃,并且全球可能将在2018年见证更多。在冲突或其他危机导致卫生设施、疫苗接种或者整体卫生系统崩溃的地方,曾被击败的疾病便会回归。人们担心黄热病会在尼日利亚爆发,因为在那里遍及各处的病例突然出现,从而表明黄热病毒一直在较大的区域内传播。在孟加拉国的罗兴亚族难民中,白喉正在卷土重来,并且在饱受战争摧残的也门导致上百人患病,而该国在25年间从未出现过白喉病例。也门的霍乱疫情是现代历史上规模最大的一次疫情,仅2017年便出现100万疑似病例。霍乱和黄热病疫苗的储存量是有限的,但一个新的霍乱疫苗生产商或许能帮助缓解短缺现状。


在也门,战争带来大规模霍乱疫情

图片来源:ABDULJABBAR ZEYAD/REUTERS

计算机科学

测试量子计算

   在长达数十年的建造量子计算机的探索中,物理学家或许很快将到达一个重要的里程碑节点。他们将依靠诸如量子波的干涉等更加细微的现象来开展计算,而不是利用普通的二进制数字。来自谷歌公司和其他实验室的研究人员正竞相建造足够大的量子计算机,以解决令普通计算机“崩溃”的测试问题。对“量子霸权”进行的此类展示将证明,这些设备能做那些传统计算机无法企及的事情。不过,在量子计算机拥有足够的能力和可靠性从而实现一些被大肆炒作的实际应用之前,包括打破现有的网络加密方案,人们还要等上若干年。


生物医学

一项大规模健康研究正在开启

   今年春天,美国国立卫生研究院将启动一个有史以来最雄心勃勃的项目:涉及至少100万美国人的长期研究将探究基因、生活方式、环境和健康之间的相互作用。这项预计10年完成、耗资40亿美元、名为“我们所有人”的研究由时任总统巴拉克·奥巴马在2015年提出,并且是推动个体化治疗的举措的一部分。目前,该项目已招募1.2万余名志愿者参加试点测试。该研究负责人的目标是,到今年年底大幅增加参与者人数并且确保至少有50%的志愿者来自生物医学研究中未被充分代表的群体。劝说大量来自少数群体的人将其医疗记录和基因数据共享给研究人员可能是一项极其艰难的任务。这些人在生物医学研究中一直被忽视,甚至在历史上被虐待。


生物技术

法庭就基因编辑作出裁决

   今年,欧盟法院有望决定如何管控通过CRISPR和类似基因编辑工具得以改良的作物。2016年,美国在该领域先行一步。当时,该国批准了一种此类作物:白色蘑菇。科学家通过移除一个短DNA序列以预防褐变,对这种蘑菇进行了改良。相关机构决定,这种蘑菇不用受到关于转基因生物(GMO)的管控,因为和此前的基因工程技术不同,基因编辑并未插入来自病毒或者细菌的外来DNA,以改变植物的功能。在欧洲,公众对GMO的反对极其强烈。庭审情况将决定现有的欧盟条例是否允许对经CRISPR编辑的作物“开恩”。


图片来源:YANG LAB

   一名来自宾夕法尼亚州立大学的研究人员通过移除一个短DNA序列以预防褐变,对这些蘑菇进行了改良。这项技术正在接受欧洲法庭的评审。


政策

退欧的下一步

   英国将在2019年离开欧盟的决定引发了诸多悬而未决的问题,包括其对研究领域的影响。这也是《科学》杂志连续第二年强调此事。未来一年内在比利时布鲁塞尔进行的谈判,将对解决贸易、移民以及英国可能参与欧盟研究资助项目所依据的条款等诸多问题至关重要。去年12月给英国科研界带来了一些好消息:已经在该国生活的欧盟科学家仍可在英国退欧后留在那里,而英国也将留在欧盟的研究项目——“地平线2020”,直到其在2020年结束。


资助

欧盟勾勒大型研究计划

   欧洲委员会下一个针对研究和创新的雄心勃勃的资助计划将在今年开始成形。这个为期7年、将于2021年开始的项目紧随“地平线2020”而来。后者将在2014~2020年间提供770亿欧元的资助。经过数十年的稳定增长后,欧盟的研究预算如今面临着英国退欧的影响:当英国在2019年离开欧盟时,将留下100亿或者110亿欧元的缺口。各国政府、业界和学术界已开始为它们想在最新计划中看到的内容进行游说。


临床研究

RNA疗法再进一步

   经过数年的挫折后,旨在将RNA分子变成疗法的科学家带着乐观的态度进入2018年。基于RNA的药物能通过介入将DNA信息转变成蛋白的细胞过程,治疗一系列遗传性疾病。不过,研究证明,在让这些微小的RNA有效载荷混过身体防线并进入期望的组织的同时避免运载工具产生的毒副作用是一件非常棘手的事情。去年9月,奥尼兰姆制药公司宣布,在一次成功的三期试验中,其设计的RNA分子能让引发进行性疾病——遗传性ATTR淀粉样变性的基因沉默。伊奥尼斯制药公司最近宣布,一种名为抗转录疗法的RNA方法在治疗亨廷顿病的一期试验中减少了毒性大脑蛋白。同时,若干正在进行的临床试验将测试把细胞变成治疗性蛋白工厂的信使RNA分子。

科学家正致力于将信使RNA转变成利用细胞机器产生治疗性蛋白的药物

图片来源:V. Altounian/Science


公共卫生

注射或能治疗艾滋病病毒

   30多种抗逆转录病毒药物已经进入市场,以治疗艾滋病病毒。同时,很多组合药物使受感染者的寿命接近正常人。不过,这些药物仅在被服用时才能发挥作用,而很多受感染者在坚持每天吃药方面存在困难。今年年底,若干大型研究有望报告药力更加持久且每4周注射1次的抗逆转录病毒药物能否像每天要吃的药片一样有效。对猴子开展的研究表明,被注射的抗逆转录病毒药物或许能拥有持续3个月的药效。与此同时,人类研究目前正在分析靶向艾滋病病毒的长效单克隆抗体。这些注射药物或许也将成为预防艾滋病病毒的变革者,因为未感染人群服用的抗逆转录病毒药物,即所谓的暴露前预防,会破坏病毒的传输。


太空飞行

计划重返月球

   特朗普命令美国宇航局(NASA)让该国宇航员重返月球。不过,等他们到达那里时,月球可能变得很拥挤。印度和中国正计划在今年将着落器(分别是Chandrayaan-2号和嫦娥四号任务)放到月球上。同时,5家公司正竞相在3月底之前将探测器放置到月球上,以便在谷歌的“月球X大奖赛”中获奖。太空探索技术公司甚至可能在NASA的巨型火箭——天空发射系统最早于12月份进行首次无人飞行前,将两名太空游客运送到月球附近。


粒子物理学

探寻新粒子

   密切注意来自全球最大原子加速器——位于瑞士的大型强子对撞机(LHC)的新粒子线索。2012年,那里的物理学家首次瞥见希格斯玻色子——在粒子和力标准模型中丢失的最后一块。但迄今为止,科学家仍未发现更多的他们想要的东西:在标准模型之外的新粒子。致力于LHC上底夸克物理实验的研究人员并未直接发现新的粒子,而是研究了一类熟悉的粒子——B介子的衰变。B介子含有一个较重的底夸克和一个较轻的反夸克。特定衰变的速率并未同标准模型预测的速率完全匹配。这种异常现象或许间接地指向了在众多B介子中若隐若现的新粒子,而这正是科学家渴望追寻的线索。

大型强子对撞机其中一个探测器或许能收获关于新粒子的证据

图片来源:CERN/SCIENCE SOURCE


药物监管

美国食品和药物管理局(FDA)限制干细胞疗法

   去年,FDA暗示将打击提供未经证实的干细胞疗法的诊所。这些疗法针对的疾病从膝关节损伤到神经系统疾病不一而足。2017年,该机构确定了关于哪些产品必须经过上市前审批流程的指导方针。FDA还向一家干细胞公司发出了警告信,并且查封了来自另一家公司的未经授权的疫苗。目前,呼吁实施更严格监管的倡导者正在关注那些未被FDA注意到的公司(可能达到上百家)是否也将面临任何后果。


政治

科学家竞选公职

   为了“恶意”反对特朗普和由共和党控制的国会推出的科学和环境政策,很多美国研究人员已决定通过竞选公职将他们的行动进一步升级。他们大多是新手政客,并且几乎都是民主党人。这些人希望,他们在科学界的资质将成为竞选时的有利条件。


   一个对科学友好的政治行动委员会已为全美、各州和地方竞选筹集到200万美元——创下此类事件所筹金额的纪录,并且帮助培训候选人掌握开展竞选活动的基本知识。很多人在人满为患的初选中落选,并且没有人在去年11月的选举中成为幸运儿。但他们参与选举政治的诺言为2018选举季增添了新元素。


   ▐ 来源:科学网

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