2020年，《科學》雜志在盤點過去歷史瞬間的同時，對新一年科學研究及政策領域可能會成為頭條的事件進行了預測。其中，在首臺百億億次計算機的競賽和CRISPR癌癥治療試驗領域中，中國都有機會獲得領先。 《科學》雜志認為，新的一年，英國、美國和其他國家持續(xù)不斷的政治動蕩，會使許多科研人員的工作更加復雜化。英國大選讓其脫歐幾成定局，這將讓英國科學家面臨失去歐盟科學資助和科研合作者的可能。在美國，11月的總統(tǒng)大選將決定科學家在未來政策審議中的作用，許多氣候變化和環(huán)境問題的專家對特朗普不滿已久，表示特朗普政府一直在忽視科學證據(jù)。

01保護生物多樣性的新目標

2010年，《生物多樣性公約》締約方大會第十次會議在日本愛知縣舉辦，會上通過了2011-2020年《生物多樣性戰(zhàn)略計劃》，戰(zhàn)略中的五個戰(zhàn)略目標及相關的20個綱要目標統(tǒng)稱為“愛知生物多樣性目標”。愛知目標的宗旨是激勵所有國家和利益相關方在聯(lián)合國生物多樣性十年期間采取措施，推動實現(xiàn)《生物多樣性公約》目標。

《科學》雜志認為，在今年，人們將嘗試重振雄心勃勃的“愛知生物多樣性目標”。2020年10 月，世界各國將有機會在中國昆明舉行的、全球最重要的保護公約《生物多樣性公約》會議上，嘗試制定一條更有效的路徑。 02氣候決策的關鍵時刻 氣候變化政策在今年將面臨關鍵時刻。美國特朗普政府一直以來反對減少化石燃料排放的規(guī)定，這也成為民主黨挑戰(zhàn)者的一個主要攻擊話題。 2020年11月3日，在美國總統(tǒng)大選結束一天后，美國這個全球第二大溫室氣體排放國將正式退出《巴黎氣候協(xié)定》。不過，如果誕生一位民主黨總統(tǒng)，則可能在2021年就職后很快重返《巴黎氣候協(xié)定》。

不到一周后，聯(lián)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，預計各國將增加其減少溫室氣體排放的承諾——盡管各國在兌現(xiàn)現(xiàn)有承諾方面也保持落后。 科學家預測，全球變暖2攝氏度，將對人類社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)造成災難性的破壞。但如果各國政府不加大努力和嚴格落實，未來全球變暖控制在2 攝氏度以下的希望十分渺茫。03人口普查的挑戰(zhàn) 自1790年以來，美國政府每十年會進行一次人口普查。研究人員擔心，這項人口普查任務可能無法完成，政治辯論進一步疏遠了那些已經難以計數(shù)的人。

人口統(tǒng)計學家還擔心，人口普查 “使用一種保護受訪者隱私的新方法” 可能會扭曲對人口趨勢的分析；這不僅關系到每年1.5萬億美元的聯(lián)邦資金如何分配，還關系到美國最大統(tǒng)計機構的誠信問題。 04CRISPR的大型臨床試驗 在2020年，有望治療癌癥和遺傳疾病的 CRISPR 基因編輯工具將面臨關鍵考驗。

美國一項小型臨床試驗正在使用CRISPR來破壞T細胞中的三個基因，然后將這些基因修飾過的T細胞送回癌癥患者體內。這種方法可以幫助這些改造過的免疫系統(tǒng)“士兵”阻止惡性腫瘤細胞的生長，延長患者的生命。 在中國，也有可能有更多獨立的CRISPR癌癥治療試驗結果出爐。 除了癌癥治療，還有一些研究人員正致力于治療鐮狀細胞疾病和地中海貧血患者。治療方法也是利用CRISPR基因編輯工具修改胎兒血紅蛋白基因，以彌補成年血紅蛋白的缺陷。 05蛋白質考古 今年，遠古時期的蛋白質將為人類和其他生活在100多萬年前的動物的身份和行為提供新的線索。

蛋白質比DNA更穩(wěn)定。隨著分析方法的改進，研究人員可以利用它們來了解更多缺乏DNA的化石，包括神秘的遠古人類遺骸的性別和年齡。 大多數(shù)人科動物都是通過骨骼和牙齒來識別，而蛋白質可以提供一種新的工具來在族譜中對它們進行分類，并識別因太小而無法進行分類的碎片。盡管牙釉質是古代蛋白質的最佳來源，但現(xiàn)在，研究人員也可從骨頭和頭發(fā)中提取它們。

此外，蛋白質還可以揭示由植物和動物材料制成的人工制品的新信息。研究人員希望 2020 年能分析羊皮紙手稿和曾經用來密封文件的蜂蠟。科學家們也在分析古代罐子上的殘留物，以尋找更多的線索，比如蒙古大草原上的早期牧民是先喝駱駝奶還是羊奶，以及生活在羅馬帝國邊緣的英格蘭人吃什么。 06中國崛起的辯論 “如何應對中國崛起”作為科學超級大國的政治辯論，在 2020 年可能會進一步加劇。

在美國，一些聯(lián)邦機構已經禁止他們的雇員參與外國人才招聘計劃，以防止信息泄露。美國表示這可能會損害國家安全和美國的經濟競爭力。 美國國會成立的兩個新機構將致力于協(xié)調各聯(lián)邦機構之間的做法，并仔細考慮如何最好地平衡、開放并保障安全。美國學術領袖希望說服政策制定者不要回避某些類型研究的國際合作，他們認為 “過于敏感” 將扼殺美國的創(chuàng)新能力。 美國國家科學基金會（National Science Foundation）的一份新報告稱，向學生和教職工講授 “可接受和不可接受的行為” 是一種更好的方法。 07加強中微子研究科學家們將在22歲的超級神岡中微子天文臺的觀測室內加入稀土金屬釓，以提高其靈敏度。

探測器將觀察來自超新星的中微子撞擊水時產生的信號，提供關于這些爆炸恒星內部動態(tài)的線索。日本立法機構預計將資助一項更大的舉措：建設720億日元（約6.6億美元)的Hyper-Kamiokande項目。Hyper-Kamiokande比它的前身大十倍，將捕獲更多關于太陽、遙遠的恒星和超新星發(fā)出的中微子的數(shù)據(jù)。 08暗物質探測器競賽 2020年，隨著兩個強大的新型地下探測器的啟動，探測假想暗物質粒子的競賽進入了一個新階段。 自20世紀80年代以來，物理學家們一直在使用更大、更靈敏的暗物質探測器來尋找所謂的大質量弱相互作用粒子（WIMPs），理論上WIMPs 的重量是質子的100倍，并且只能通過微弱的弱核力與其他物質相互作用。

△ LUX-ZEPLIN 暗物質探測器 2020年，在意大利格蘭薩索地下國家實驗室，裝有8噸冷態(tài)液態(tài)氙的“氙-NT”探測器將被啟用；在美國南達科他州的桑福德地下研究中心，裝有 10噸液態(tài)氙的“LUX-ZEPLIN”探測器也將啟動。 如果“氙-NT”和“LUX-ZEPLIN”探測器在未來幾年內什么也看不見，暗物質搜尋者可能會推動更大的大質量弱相互作用粒子探測器的出現(xiàn)，或者把目光投向其他假設的暗物質形式。 09重振異種器官移植 異種器官移植的目標是用從豬等動物身上獲取的器官或組織來替代人類器官或組織，一直以來該領域處于無所進展的困境，但基因組編輯工具CRISPR正在重振異種移植領域。

異種移植長期以來一直被認為可以緩解人類肝臟、心臟和其他器官的長期短缺，它還可以提供治療失明的眼角膜和產生胰島素的胰島細胞來替代那些被糖尿病破壞的細胞。 但在早期的試驗中，人類免疫系統(tǒng)一次又一次地迅速摧毀了外來移植。 最近的CRISPR實驗對豬的基因進行了修改，以防止或減弱人類對其組織的免疫反應，并從豬的基因組中刪除了可能在人體內產生潛在危險的病毒DNA。

在進行人體試驗之前，從這些編輯過的豬身上移植到猴子身上是一項安全性和有效性的關鍵測試。而新型臨床試驗可能于今年啟動。 10百億億次計算機 2020年，中國有望贏得建造世界上首臺百億億次計算機的競賽，該計算機每秒運算能力為100 億億（10^18）次。

至于具體哪臺超級計算機將成為第一代超級計算機，目前仍不確定，因為在中國已經有三家機構展開了競爭，分別是位于天津和濟南的國家超級計算中心，以及中科曙光（Sugon）。 新的中國超級計算機，以及隨后在歐盟、日本和美國出現(xiàn)的其他超級計算機，將被用來分析天文和基因調查的大量數(shù)據(jù)集，并將為人工智能的持續(xù)崛起提供支持。

一些計算機科學家預計百億億次的里程碑本應來得更早，而延遲的部分原因是需要開發(fā)節(jié)能的計算機芯片。 2020年的其他期待阿爾茨海默病藥物： 渤健和衛(wèi)材（Eisai）公司聯(lián)合宣布，在與美國食品和藥物管理局（FDA）和外部專家討論之后，將計劃在 2020 年遞交治療阿爾茨海默病的在研新藥 Aducanumab 的生物制劑申請。

Aducanumab 是一種抗體藥物，旨在清除阿爾茨海默病患者阻塞大腦的淀粉樣斑塊。這種實驗性的治療方法在臨床試驗中取得了成敗參半的結果。2020 年，F(xiàn)DA 將決定是否批準 Aducanumab。 海洋科學計劃： 聯(lián)合國將制定于 2021 年開始的十年海洋科學計劃，其目標是協(xié)調世界各地科學家的工作，以幫助改善海洋健康。 一個預期的重點目標是繪制更多世界脆弱的海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性熱點，以及更多的海底。目前只有大約4% 是高分辨率繪制的。 干細胞資金： 美國加州選民將在11月決定是否撥出55億美元來維持加州再生醫(yī)學研究所的費用。該資助機構是在2004年通過一項涉及30億美元的投票而成立的，其目的是將干細胞研究轉化為新的治療方法。

原文標題：《Science》：展望2020年十大前沿科學

文章出處：【微信公眾號：通信信號處理研究所】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq