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《自然》2021年度十大科学资讯
2021-12-20 中国科学报

  南非的医生表示,新冠病毒最新变种奥密克戎使南非的新冠病例激增。图片来源:Shiraaz Mohamed/AP/Shutterstock

  冠状病毒变种正威胁着疫苗的保护性

  这一年从开始到快要结束,研究人员都在与冠状病毒赛跑,竞相了解更多有关正在全球传播的新型冠状病毒变种的信息。

  新冠病毒疫苗在很大程度上能防护2020年末和2021年初出现的变种病毒,这些变种后来被命名为阿尔法、贝塔和伽马。但随后出现了德尔塔。今年3月,这种变种开始以惊人和凶猛的速度席卷印度,在一个疫苗接种运动尚未取得很大进展的国家,造成死亡和住院人数急剧增加。

  随后,高度传播的变种病毒从印度传播到世界各地,在其传播过程中留下了许多破坏和更多的封锁。数据显示,疫苗通常可以保护感染德尔塔的人免于遭受新冠病毒最严重的后果,但保护力不如其他变种。

  11月下旬,新冠病毒最新的变种奥密克戎出现了。早期数据表明,它严重破坏了疫苗免疫力,但加强注射疫苗可以改善这种情况。

  今年2月,一架火箭驱动的“空中起重机”在美国“毅力”号探测器降落到火星表面时拍摄了这张照片。图片来源:NASA/JPL-Caltech

  探索火星

  2月18日,美国国家航空航天局“毅力”号火星探测车降落在火星上,开启了火星探索的新时代。

  在着陆后,“毅力”号部署了一架小型直升机,完成了直升机在另一个星球上的首次动力飞行。9月,“毅力”号探测器钻探并储存了第一批计划采集的火星岩石样本,未来的太空任务将取回这些样本,以便地球上的科学家可以分析火星过去生命的迹象。

  “毅力”号是2021年抵达火星的三项任务之一。5月15日,中国的“祝融”号探测器在火星着陆,作为中国首次火星任务“天问一号”的一部分,“祝融”号在火星北半球以前未开发的地区收集了大量地质数据。

  今年年初,阿拉伯联合酋长国在其第一次行星际任务中,将其“希翼号”航天器送入环绕地球的轨道,拍下了火星“极光”(太阳风与地球磁场相互作用产生的紫外线辐射)的照片。

  美国费米国家加速器实验室的μ介子g-2实验使用了这种存储环磁铁。图片来源:Reidar Hahn/Fermilab

  里程碑!首个μ介子为物理学原理打开大门

  4月7日,美国费米国家加速器实验室参与μ介子g-2实验的研究人员报告说,μ介子比最初预测的更具磁性。

  几十年前,该实验的早期版本暗示介子的行为方式可能与物理学家基于粒子物理学标准模型的计算所暗示的方式不同。根据今年的结果,研究人员现在正在仔细检查这些计算。

  如果它们成立,并且理论与实验结果之间的差异仍然存在,这可能标志着自50年前发展以来的标准模型第一次未能说明观测结果。因此,科学家们正在探索这一发现如何与他们所知道的关于基本粒子的一切相吻合,以及它是否绝对正确。

  阿尔茨海默病药物审批掀起了轩然大波

  美国食品药品监督管理局(FDA)批准了18年来首个治疗阿尔茨海默氏症的新药,这让受到这种毁灭性疾病影响的人们感到兴奋,但也激怒了一些研究人员。

  该药物开发者、美国生物技术企业Biogen表明,这种抗体药物可以清除大脑中的β淀粉样蛋白,一些科学家认为这是阿尔茨海默氏症的根本原因。但是这种治疗在临床试验中并没有直接的认知益处。

  尽管一个顾问小组以压倒性力量反对该药物的批准,FDA还是在6月8日通过了该药物的审批,这一举动导致顾问辞职,随后,联邦政府对该决定进行了调查。

  基因编辑CRISPR首次直接用于人体临床实验

  基因编辑技术CRISPR自问世以来,一直被吹捧为治疗疾病的规则改变者。但是,要使这个梦想成为现实,许多疾病将需要研究人员成功地将CRISPR-cas9植入人体,并证明它安全有效地编辑了唯一的目标基因。

  6月26日,美国基因编辑企业Intellia Therapeutics和生物制药企业Regeneron公布了临床试验结果,证明了这一点。

  该试验对6名患有转甲状腺素淀粉样变性病(一种罕见疾病,这种疾病会导致人体器官和组织中错误折叠的蛋白质异常堆积)的人进行了试验。所有的参与者都经历了畸形蛋白质水平的下降,其中两名患者在接受了高剂量治疗后,蛋白质水平平均下降了87%。

  AlphaFold等机器学习工具可以预测蛋白质3D结构,如描述人类白细胞介素-12蛋白与其受体结合。图片来源:华盛顿大学蛋白质设计医学研究所 Ian Haydon

  DeepMind用AI精准预测蛋白质结构

  英国人工智能企业DeepMind今年7月宣布,已经使用人工智能(AI)系统预测了人类表达的几乎所有蛋白质的结构,以及其他20种生物几乎完整的蛋白质组。

  这种被称为Alpha Fold的算法,比以往任何时候都更准确地预测了蛋白质的结构。

  过去,研究人员通过使用各种显微技术煞费苦心地说明蛋白质结构,或者使用不那么精确的模型模拟,从而进一步了解蛋白质结构。研究人员表示,2021年,超过35万种蛋白质结构的释放(其中许多结构从未被形象化)有可能引发生命科学的革命,因为这些结构掌握着疾病的秘密,并可能成为药物的靶标。

  “这是迄今为止人工智能系统对推进科学常识做出的最大贡献。”DeepMind联合创始人兼首席实行官Demis Hassabis告诉《自然》。

  是否接种加强针——这是新冠病毒的问题

  一些富裕的国家从2021年年中开始认真考虑向已经完全接种新冠疫苗的人群注射加强针,研究人员开始质疑是否有必要采取这一步骤。

  当然,有证据表明新冠疫苗免疫力在高传染性德尔塔变异种面前正在下降,但是疫苗注射通常仍然可以保护人们免于感染新冠病毒后发生重症和死亡。尽管世界卫生组织呼吁富裕国家暂时不要为更广泛的人口提供疫苗支撑,直到低收入国家有更多的人能够接种第一剂疫苗,但一些国家还是采取了行动。

  现在,随着最新的新冠变种奥密克戎的传播,许多公共卫生研究人员正在敦促接种过疫苗的成年人多打几针。但他们指出,当低收入国家只有7%的人接受单剂量疫苗时,变异株将继续在感染者中进化。他们支撑常识产权豁免和其他机制,以增加全球疫苗供应,从而不必在加强针和公平接种之间进行权衡。

  IPCC气候报告警告:极端天气将来更频繁!

  联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)八年来首次对气候科学进行了综合评估,描绘了一幅残酷但清晰的地球健康状况图景:如果政府不采取行动制止温室气体排放,已经对全世界社区造成破坏的创纪录的干旱、野火和洪水只会变得更糟。

  报告称,与1850年至1900年的平均水平相比,地球已经升温了1.1°C,并且按照目前的排放水平可能会在十年内升温超过1.5°C。如果升温达到2°C(2015年巴黎协议中承诺避免的上限),以前每50年才发生一次的极端温度事件将每隔几年发生一次,增加死亡和破坏的可能性。

  与此同时,由于最新研究增加了越来越多的气候归因研究,研究人员能够直接将今年北美太平洋西北地区创纪录的热浪和德国史诗级洪水与人为造成的气候变化联系起来。

  具有里程碑意义的气候峰会以一项协议和怀疑结束

  在第26届联合国气候变化大会(COP26)上,政治家们宣布了限制温室气体排放的新承诺,同时,经过几天谈判后,同意需要进一步减排,以避免气候变化的最坏影响。

  196个政府签署了《格拉斯哥气候公约》,要求到2030年全球二氧化碳排放量比2010年减少45%。在峰会早期,与会各国领导人做出了结束森林砍伐、减少甲烷排放和逐步淘汰煤炭发电的重大承诺。

  不过,研究人员表示,总体而言,如果这些承诺得到全面实施,全球温度仍将比工业化前水平升高2.4°C。许多人质疑,各国政府是否能够应对未来的挑战。

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