2020年最重要的十個科學故事,你知道嗎?

北京時間1月5日消息,據國外媒體報道,從新冠肺炎疫苗的快速研發,到不可思議的小行星樣品收集,2020年給我們留下了許多重要的科學時刻。過去的一年中,新冠肺炎疫情在科學報道中占據了主導地位。

全世界的科學家和醫療工作者都在努力與新冠病毒(SARS-CoV-2)作戰,研究它如何傳播(無論是通過表面接觸、飛沫還是空氣傳播),如何影響人體(包括免疫力受損和嗅覺喪失等症狀),試圖找到應對這場大流行的最佳方案。在其他領域,科學研究盡管受到了新冠肺炎大流行和公共衛生措施的影響,但都沒有完全停止。對於這難忘的一年,美國《史密森尼》雜志網站(smithsonianmag.com)的編輯在深思熟慮和辯論之後,列出了最重要的十個科學故事,對近一年的關鍵創新、研究和發現進行了梳理。

以創紀錄的速度開發新冠肺炎疫苗

2020年最重要的十個科學故事,你知道嗎?

自2019年底報告首例新冠肺炎病例至今,全球的確診病例已超過8.02億例,死亡人數超過170萬。在美國,有超過1900萬人被檢測出新冠病毒陽性,其中超過33.8萬人死亡。盡管該疾病仍在繼續蔓延並導致死亡,但由於創紀錄的疫苗研發速度,戰勝新冠病毒已經指日可待。在不到一年的時間里,莫德納(Moderna)公司和輝瑞(Pfizer)公司(與BioNTech公司合作)都研製出了用於預防新冠肺炎的mRNA疫苗。與由少量現有病毒製成的傳統疫苗不同,mRNA疫苗中含有一種合成版本的RNA,可以欺騙免疫系統,使其認為存在某種種病毒,進而產生對抗病毒的抗體。此前的疫苗研發記錄誕生於20世紀60年代,當時是為了對抗流行性腮腺炎,前後花了四年時間。

2020年最重要的十個科學故事,你知道嗎?

輝瑞公司與BioNTech合作研發的新冠肺炎疫苗被交付給加州科爾頓的箭頭區域醫療中心

而在2020年,莫德納公司在1月份開始研發疫苗,輝瑞公司和BioNTech公司在3月份開始合作,到7月時,兩家公司都開始了後期試驗,各有大約3萬名參與者;11月,兩家公司宣布他們的疫苗的有效性超過90%;到12月中旬,美國食品與藥品監督管理局(FDA)批准了這兩種疫苗在美國使用。美國國家過敏和傳染病研究所主任安東尼·福奇稱贊這些成就是一場「勝利」,而接下來就是向公眾分發疫苗的復雜過程,可能將長達數月。

NASA探測器成功進行小行星采樣

2020年最重要的十個科學故事,你知道嗎?

NASA的歐西里斯號探測器從「貝努」小行星採集岩石樣品(想象圖)

2020年10月,美國國家航空航天局(NASA)的歐西里斯號(OSIRIS-Rex)探測器伸出機械手臂,從一顆有45億年歷史、名為「貝努」(Bennu)的小行星上獲取了岩石樣品。這次任務發生在距離地球3.34億公里的地方,標志着NASA第一次接觸小行星。歐西里斯號探測器本應在小行星表面着陸,但觀測證明表面的岩石太多,因此幕後團隊轉而使用機械臂來獲取樣品。采樣過程似乎有些過頭,收集艙吸進了太多岩石,以至於一個重要的襟翼無法閉合。科學家們放棄了測量岩石的計劃,花了幾天時間才成功儲存了這些樣品。三年後,歐西里斯號將返回地球。研究人員認為,它所攜帶的樣品中可能含有水和前生命物質——生命誕生的基礎。這些樣品也可能為地球上生命的起源提供線索。

有記錄以來最熱的一年?

在列舉這份榜單時,2020年還在與2016年競爭有記錄以來最熱的一年。這一年的高溫延續了一個危險的趨勢,即有記錄以來最熱的10年都發生在2005年以後。也許沒有什麼比大規模的森林大火更能說明2020年氣候變化的影響。隨着2019年成為有記錄以來最熱和最乾旱的一年,澳大利亞已經做好了應對災難的准備,但從2019年10月到2020年1月,該國就有數百萬英畝的土地被燒毀。成千上萬的澳大利亞人逃離了家園,許多動物死亡或逃離了受威脅的棲息地。

2020年最重要的十個科學故事,你知道嗎?

在巴西,從2020年7月到10月,大火肆虐了潘塔納爾濕地,這是世界上最大的熱帶濕地。大約四分之一的生態系統(面積比希臘還大)被燒毀。當地居民和動物為了安全放棄了家園,不知道當他們回來時,地面上還會留下什麼。在美國,加利福尼亞州經歷了有史以來最嚴重的火災季,超過1.2萬平方公里的土地被燒毀。最近該州又發生了大規模的火災,而過去5年中就發生了7次最具破壞性的火災。研究人員認為,炎熱乾燥的夏季(部分是由氣候變化引起)使該地區的火災季持續時間更長,也更不穩定。

金星上發現生命可能跡象了嗎?

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金星是一個酷熱的世界,大氣壓力巨大,雲層具有酸腐蝕性

2020年9月,天文學家發表了兩篇論文,稱他們利用位於夏威夷和智利的望遠鏡,在金星上發現了一種名為磷化氫的氣體。他們認為,這種氣體可能具有生物性的來源,因為金星上的其他條件不能導致磷化氫的形成。眾多新聞媒體報道了這一消息,同時也指出,一些專家對該發現持懷疑態度。2020年10月,三個獨立的後續研究都未能在金星上發現磷化氫氣體。其中一項研究使用了新的數據,另外兩項則使用了最初團隊的原始數據。2020年11月,最初的研究小組修正了數據,稱金星大氣中的磷化氫水平比他們最初估計的低7倍。有關該氣體是否存在的爭論仍在繼續,但這個故事之所以重要,不僅在於研究數據得到了修正,還因為它展示了科學是一個提出發現並接受審查和修改的過程。

微塑料侵入了地球上最遙遠的地方

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微塑料滲透到地球上各個棲息地的消息已經不是什麼新鮮事了,但科學家在2020年發表的幾項研究表明,微塑料的數量遠比之前認為的多得多,其影響范圍也比之前記錄的大得多。2020年4月,研究人員首次記錄了南極海冰中的微塑料。2020年6月,一項發表在《科學》(Science)雜志上的研究估計,有大約1000噸塑料碎片通過空氣沉降到美國的國家公園和偏遠的荒野地帶。據估計,美國對海洋塑料垃圾的貢獻是此前預期的兩倍。2020年10月,科學家發表了一項研究,估計有1580萬噸微塑料埋在地球海底,比漂浮在海洋表面的要多得多。微塑料不僅占據了地球的最低點;據2020年11月發表的一項研究,從珠穆朗瑪峰山坡上收集的每個樣品中都含有微塑料,其中一個樣本是在海拔8440米的地方採集的。微塑料碎片已經滲入了地球的水、空氣和包括人類在內的許多生物的活體組織。對於微塑料污染會以何種方式影響我們,科學家仍知之甚少。

三種早期人類可能同時生活在南非

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在Drimolen古洞穴系統中發掘出來的化石

定向演化(orthogenesis)又稱直生論,是指物種以一定的步驟演化,新物種取代已滅絕的物種,沒有太多重疊的理論。盡管在現代考古學中已被廣泛廢棄,但該理論仍在公眾對人類演化的理解中有着重要影響。在2020年4月的一項研究中,研究人員首次描述了一種更可能的人類演化場景。在南非豪登省的「人類的搖籃」(Cradle of Humanity,全稱為斯泰克方丹、斯瓦特科蘭斯、科羅姆德拉伊和維羅恩斯的化石遺址),三種可能的人類祖先共同生活在同一個古老洞穴中。在一個被稱為Drimolen古洞穴系統的無屋頂、圓形劇場般的居所里,人們發現了非洲南方古猿(Australopithecus africanus)、粗壯傍人(Paranthropus robustus,又稱羅百氏傍人)和直立人(Homo erectus)的頭骨碎片,其歷史可追溯至195萬年前。這段時間將標志着南方古猿統治的結束,以及傍人短暫歷史的開端。值得注意的是,這一發現將直立人的起源向前推了大約10萬年;科學家發現的一塊頭蓋骨碎片可能是該物種最早的化石證據。化石沉積層的坍塌使得精確的年代確定變得很困難,但這項研究提供了多個古人類物種共存於一個新地理位置的新證據,表明我們的祖先要比之前認為的更加多樣化。

新的人工智能工具破解幾十年的生物學難題

2020年最重要的十個科學故事,你知道嗎?

谷歌的人工智能公司DeepMind推出了一款名為AlphaFold的深度學習工具,可以在幾天內確定蛋白質的結構

蛋白質是使地球生命運轉的微小分子結構。所有的蛋白質一開始都是由氨基酸組成的化合物鏈,之後這些鏈條反復折疊、扭曲、翻轉,形成復雜的纏結,最終形成三維形態。蛋白質的形態決定了它的功能和局限性,比如進入並改變某些細胞。當科學家們能夠確定這些三維形狀時,他們就能進一步了解病毒如何傳播、如何破解遺傳密碼,以及如何破壞細胞的基礎結構。50年來,研究人員一直在尋找破解蛋白質結構密碼的方法。利用現有技術,科學家需要多年的試錯來努力弄清楚蛋白質的形態,而在2020年,谷歌的人工智能公司DeepMind推出了一款名為AlphaFold的深度學習工具,可以在幾天內確定蛋白質的結構。該技術具有許多潛在應用和突破,包括更快和更先進的藥物篩選。正如一位研究人員在接受《自然》(Nature)雜志采訪時所描述的那樣:「這是一項重大突破,當然也是我一生中最重要的科學成果之一。」

美國正在努力消除宮頸癌

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在被新冠病毒所困擾的一年里,一個與宮頸癌有關的好消息令人振奮。宮頸癌是發生在子宮頸的癌症,超過90%的患者都曾被人類乳頭瘤病毒(HPV)感染。根據2020年發布的研究報告,即使不增加疫苗接種或篩查,美國也有望在未來20至30年內消滅宮頸癌。近半個世紀前,子宮頸抹片檢查在全球范圍內廣泛推行並定期實施,使宮頸癌死亡人數逐年下降。2006年推出的疫苗能有效預防導致子宮頸癌的HPV感染。根據這項研究中使用的統計模型,如果醫療專業人員加強目前的疫苗接種和篩查工作,消除宮頸癌的那一天可能會比預期的更早到來。

華盛頓科學家對抗入侵的「殺人黃蜂」

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大虎頭蜂是世界上最大的胡蜂,主要分布於亞洲東部和東南部,研究人員在北美也發現了它們的蹤跡

大虎頭蜂(Vespa mandarinia)有着「殺人黃蜂」的綽號,很難被人忽視。它們是世界上體型最大的胡蜂,主要分布於亞洲東部和東南部,在美國也發現了它們的蹤跡。大虎頭蜂以時常襲擊蜜蜂的蜂巢而聞名,它們的刺比北美洲任何普通蜜蜂都要大得多。《紐約時報》發表了一篇文章,介紹了科學家試圖阻止該物種在華盛頓州和不列顛哥倫比亞省定居的努力。盡管研究人員在2019年秋季就發現了4隻黃蜂,但直到2020年10月初,他們才捕獲到第一隻活的大虎頭蜂。到2020年10月中旬,昆蟲學家發現了一個孤立並喪失功能的蜂巢,里面有500多隻大虎頭蜂,包括200隻蟻後——研究人員仍不清楚其中一些蟻後是否交配並開始建立自己的領地,他們也在努力尋找這些可能會蜇人的「野獸」。總而言之,互聯網上的歇斯底里被誇大了,但也並非完全無害。許多人開始在搜索引擎中查詢殺蟲劑,一些常見但經常被忽視的傳粉昆蟲引發了恐慌。這個故事最重要的意義,便是讓人們了解到控制入侵物種的重要性。

50年來,人類捕殺了世界上三分之二的野生動物

2020年最重要的十個科學故事,你知道嗎?

根據世界野生動物基金會(WWF)2020年發布的一份報告,自1970年以來,4392種野生動物(包括哺乳動物、兩棲動物、鳥類、魚類和爬行動物等)的數量減少了68%。生活在拉丁美洲和加勒比地區的動物受到的沖擊最大,它們的數量減少了94%。棲息地破壞被認為是這些動物數量銳減的主要原因。聯合國的《全球生物多樣性展望》報告也得出了同樣嚴峻的結論。該文件列出了2010年「愛知生物多樣性目標」所確定的承諾恢復生物多樣性的196個國家的名單。根據該目標的十年計劃,各國要實現某些生物多樣性恢復的重要目標,如防止入侵物種的蔓延和建立保護區。大多數目標沒有實現,或者只是部分實現。此外,這些報告還警告稱,如果人類與自然世界「破裂」的關系得不到修復,流行病(如世界目前面臨的新冠肺炎等)可能會變得更加普遍。聯合國生物多樣性公約執行秘書伊麗莎白·穆雷瑪在一份聲明中說:「人類越是以不可持續的方式利用自然並損害自然對人類的貢獻,我們對自身福祉、安全和繁榮的損害就越深。」

來源:cnBeta