2021年發(fā)生了太多的事，從疫情、火星探索到阿爾茨海默病藥物的風(fēng)暴，從CRISPR技術(shù)與倫理道德、AI人工智能發(fā)展到極端氣候變化引發(fā)的災(zāi)難，《Nature》新聞編輯在大事記中精選了塑造2021年的科學(xué)研究中的10個決定性時刻。

一、冠狀病毒變種正威脅著疫苗的保護(hù)性

這一年從開始到快要結(jié)束，研究人員都在與冠狀病毒賽跑，競相了解更多有關(guān)正在全球傳播的SARS-CoV-2冠狀病毒變種的信息。COVID-19疫苗在很大程度上能防護(hù)2020年末和2021年初出現(xiàn)的變種，這些變種后來被命名為Alpha、Beta和Gamma。但隨后出現(xiàn)了Delta。今年3月，這種變種開始以驚人的速度和兇猛的速度席卷印度，在一個疫苗接種運動尚未取得很大進(jìn)展的國家造成死亡和住院人數(shù)急劇增加。然后高度傳播的變種從印度傳播到世界各地，在其傳播過程中留下了破壞和更多的封鎖。數(shù)據(jù)再次顯示，疫苗通常可以保護(hù)感染Delta的人免于遭受COVID-19最嚴(yán)重的后果——但疫苗對Delta的保護(hù)作用不如其他變種。11月下旬發(fā)生了一個似曾相識的案例：最新的令人擔(dān)憂的變種Omicron出現(xiàn)了。早期數(shù)據(jù)表明它嚴(yán)重破壞了疫苗免疫力，但額外的疫苗劑量——加強注射——改善了這種情況。

二、探索火星

美國宇航局的毅力號火星車于2月18日降落在這顆紅色星球上，開啟了火星探索的新時代。在著陸后，毅力號部署了一架小型直升機，完成了在另一個世界的首次動力飛行。9月，在最初的嘗試失敗后，火星車鉆探并儲存了許多計劃中的火星巖石樣本中的第一個。未來的太空任務(wù)將取回這些樣本，以便地球上的科學(xué)家可以分析它們過去生命的跡象。毅力號是2021年抵達(dá)這顆紅色星球的三項任務(wù)之一。中國的祝融探測器于5月15日著陸，作為該國首次火星任務(wù)天問一號的一部分。它從地球北半球以前未開發(fā)的地區(qū)收集了大量地質(zhì)數(shù)據(jù)。今年年初，在其第一次行星際任務(wù)中，阿拉伯聯(lián)合酋長國將其希望號航天器送入環(huán)繞地球的軌道，最終拍下了火星“極光”的照片——太陽風(fēng)與地球磁場相互作用產(chǎn)生的紫外線輻射.

三、里程碑！首個μ介子，或挑戰(zhàn)已知物理學(xué)原理

4月7日，伊利諾伊州芝加哥附近的費米國家加速器實驗室參與Muong-2實驗的研究人員報告說，μ介子——大而不穩(wěn)定的類電子粒子——比最初預(yù)測的更具磁性。幾十年前，該實驗的早期版本暗示介子的行為方式可能與物理學(xué)家基于粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的計算所暗示的方式不同。根據(jù)今年的結(jié)果，研究人員現(xiàn)在正在仔細(xì)檢查這些計算。如果它們成立，并且理論與實驗結(jié)果之間的差異仍然存在，這可能標(biāo)志著自50年前發(fā)展以來的標(biāo)準(zhǔn)模型第一次未能解釋觀測結(jié)果。因此，科學(xué)家們正在探索這一發(fā)現(xiàn)如何與他們所知道的關(guān)于基本粒子的其他一切相吻合——以及它是否絕對正確。

四、阿爾茨海默病藥物審批掀起了軒然大波

美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)了18年來首個治療阿爾茨海默氏癥的新藥，這讓受到這種毀滅性疾病影響的人們感到興奮，但也激怒了一些研究人員。這種藥物的開發(fā)者，馬薩諸塞州劍橋市的生物技術(shù)公司Biogen表明，這種抗體藥物可以清除大腦中的β淀粉樣蛋白，一些科學(xué)家認(rèn)為這是阿爾茨海默氏癥的根本原因。但是這種治療在臨床試驗中并沒有直接的認(rèn)知益處。盡管一個咨詢小組以壓倒性多數(shù)反對這種藥物的批準(zhǔn)，F(xiàn)DA還是在6月8日批準(zhǔn)了，這一舉動導(dǎo)致顧問辭職，隨后，聯(lián)邦政府對該決定進(jìn)行了調(diào)查（相關(guān)報道：爭鳴，一來一回3篇Science！給予厚望的老年癡呆癥新型療法，被質(zhì)疑出發(fā)點就是錯的！作者回應(yīng)）。

五、基因編輯里程碑事件，「CRISPR」首次直接用于人體臨床實驗

基因編輯技術(shù)CRISPR自問世以來，一直被吹捧為治療疾病的游戲規(guī)則改變者。但是，要使這個夢想成為現(xiàn)實，許多疾病將需要研究人員成功地將CRISPR-cas9機器植入人體，并證明它安全有效地編輯了它唯一的目標(biāo)基因。6月26日，馬薩諸塞州劍橋的Intellia Therapeutics和塔里敦的Regeneron公布了臨床試驗結(jié)果，證明了這一點。這些生物技術(shù)公司對6名患有一種罕見疾病——轉(zhuǎn)甲狀腺素淀粉樣變性病(transthyretin amyloidosis)的人進(jìn)行了試驗，這種疾病會導(dǎo)致人體器官和組織中錯誤折疊的蛋白質(zhì)異常堆積。所有的參與者都經(jīng)歷了畸形蛋白質(zhì)水平的下降ーー其中兩個接受了高劑量的蛋白質(zhì)水平平均下降了87%。

六、破解生物界50年重大挑戰(zhàn)！DeepMind用AI精準(zhǔn)預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

谷歌在倫敦的姊妹公司DeepMind今年7月宣布，它已經(jīng)使用人工智能(AI)系統(tǒng)預(yù)測了人類表達(dá)的幾乎所有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以及其他20種生物的幾乎完整的蛋白質(zhì)組。這種被稱為Alpha Fold的算法在2020年贏得了一場比賽，比以往任何時候都更準(zhǔn)確地預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。在過去，研究人員通過使用各種顯微技術(shù)煞費苦心地解釋蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，或者使用不那么精確的模型模擬蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，來了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究人員表示，2021年，超過35萬種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的釋放(其中許多結(jié)構(gòu)從未被形象化)有可能引發(fā)生命科學(xué)的革命，因為這些結(jié)構(gòu)掌握著疾病的秘密，并成為藥物的靶標(biāo)。“這是迄今為止人工智能系統(tǒng)對推進(jìn)科學(xué)知識做出的最大貢獻(xiàn),”DeepMind聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官戴米斯·哈薩比斯(Demis Hassabis)告訴《自然》雜志。

七、是否提高接種加強針——這是 COVID 的問題

隨著富裕國家從2021年年中開始認(rèn)真考慮向已經(jīng)完全接種疫苗的人群注射加強劑(通常是第三劑2019冠狀病毒疾病疫苗)，研究人員開始質(zhì)疑是否有必要采取這一步驟。當(dāng)然，有證據(jù)表明疫苗免疫力在高傳染性Delta變異面前正在下降，但是疫苗注射通常仍然可以保護(hù)人們免于住院和死亡。盡管世界衛(wèi)生組織(World Health Organization)呼吁富裕國家暫時不要為更廣泛的人口提供疫苗支持，直到低收入國家有更多的人能夠接種第一劑疫苗，但一些國家還是采取了行動。現(xiàn)在，隨著最新的擔(dān)憂變體Omicron的傳播ーー以色列和其他地方的現(xiàn)實數(shù)據(jù)顯示，2019冠狀病毒疾病疫苗的支持者降低了人們患病的機會ーー許多公共衛(wèi)生研究人員正在敦促成年人接種更多的疫苗。但他們指出，當(dāng)?shù)褪杖雵抑挥?%的人接受單劑量疫苗時，變異體將在受感染個體中繼續(xù)演變。他們支持知識產(chǎn)權(quán)豁免和其他機制，以增加全球疫苗供應(yīng)，因此不需要在支持者和公平之間進(jìn)行權(quán)衡。

八、IPCC氣候報告警告：50年一遇的極端天氣將來得更頻繁！

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)八年來首次對氣候科學(xué)進(jìn)行綜合評估，描繪了一幅殘酷但清晰的地球健康狀況圖景：如果政府不采取行動制止溫室氣體排放，已經(jīng)對全世界社區(qū)造成破壞的創(chuàng)紀(jì)錄的干旱、野火和洪水只會變得更糟。報告稱，與1850年至1900年的平均水平相比，地球已經(jīng)升溫了1.1°C，并且按照目前的排放水平可能會在十年內(nèi)超過1.5°C。如果升溫達(dá)到2°C——政府在2015年巴黎協(xié)議中承諾避免的上限——以前每50年才發(fā)生一次的極端溫度事件將每隔幾年發(fā)生一次，增加死亡和破壞的可能性。與此同時，研究人員能夠?qū)⒈泵捞窖笪鞅辈科萍o(jì)錄的熱浪與德國的史詩般的洪水直接聯(lián)系起來今年是人為造成的氣候變化——最新研究增加了越來越多的氣候歸因研究。

九、阿富汗的研究人員正在努力應(yīng)對新政權(quán)

8月15日，塔利班占領(lǐng)了阿富汗首都喀布爾，在美國撤出最后一批軍隊的同時重新控制了阿富汗。由于塔利班在1996年至2001年統(tǒng)治期間發(fā)生了系統(tǒng)性的侵犯人權(quán)行為，全國各地的許多人——尤其是婦女和那些與美國支持的政府有聯(lián)系的人——對塔利班的回歸感到絕望。學(xué)者們擔(dān)心她們的安全，因為她們的國際關(guān)系，在某些領(lǐng)域的專業(yè)知識和教育婦女的意愿。他們擔(dān)心研究項目的未來，以及在新體制下他們是否會失去學(xué)術(shù)自由。現(xiàn)在，在塔利班占領(lǐng)阿富汗三個多月后，國際社會仍未承認(rèn)塔利班領(lǐng)導(dǎo)的政府，阿富汗的大學(xué)和研究機構(gòu)基本上仍處于關(guān)閉狀態(tài)。許多研究人員試圖離開，如果他們還沒有離開的話，因為他們覺得沒有被塔利班重視，或者受到他們的威脅。

十、里程碑意義的氣候峰會以協(xié)議和懷疑結(jié)束

在第26屆聯(lián)合國氣候變化締約方會議(COP26)上，政治家們宣布了限制溫室氣體排放的新承諾，同時在11月初經(jīng)過幾天的談判后，同意需要進(jìn)一步減排，以避免氣候變化的最壞影響。196個政府簽署了格拉斯哥氣候公約，要求到2030年全球二氧化碳排放量比2010年減少45%。在峰會的早期，與會的各國領(lǐng)導(dǎo)人做出了結(jié)束森林砍伐、減少甲烷排放和逐步淘汰煤炭發(fā)電的重大承諾。不過，研究人員表示，總體而言，如果這些承諾得到全面實施，全球溫度仍將比工業(yè)化前水平升高2.4攝氏度。許多人質(zhì)疑，各國政府是否能夠應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)。