2020年最重要的十个科学故事,你知道吗?

2021-01-0511:42:07来源: 新浪科技 评论 4,918

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北京时间1月5日消息,据国外媒体报道,从新冠肺炎疫苗的快速研发,到不可思议的小行星样品收集,2020年给我们留下了许多重要的科学时刻。

过去的一年中,新冠肺炎疫情在科学报道中占据了主导地位。全世界的科学家和医疗工作者都在努力与新冠病毒(SARS-CoV-2)作战,研究它如何传播(无论是通过表面接触、飞沫还是空气传播),如何影响人体(包括免疫力受损和嗅觉丧失等症状),试图找到应对这场大流行的最佳方案。在其他领域,科学研究尽管受到了新冠肺炎大流行和公共卫生措施的影响,但都没有完全停止。对于这难忘的一年,美国《史密森尼》杂志网站(smithsonianmag.com)的编辑在深思熟虑和辩论之后,列出了最重要的十个科学故事,对近一年的关键创新、研究和发现进行了梳理。

以创纪录的速度开发新冠肺炎疫苗

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在美国弗吉尼亚州阿灵顿的弗吉尼亚州中心医院,一名注册护士正在为一名护士接种新冠肺炎疫苗

自2019年底报告首例新冠肺炎病例至今,全球的确诊病例已超过8.02亿例,死亡人数超过170万。在美国,有超过1900万人被检测出新冠病毒阳性,其中超过33.8万人死亡。尽管该疾病仍在继续蔓延并导致死亡,但由于创纪录的疫苗研发速度,战胜新冠病毒已经指日可待。在不到一年的时间里,莫德纳(Moderna)公司和辉瑞(Pfizer)公司(与BioNTech公司合作)都研制出了用于预防新冠肺炎的mRNA疫苗。与由少量现有病毒制成的传统疫苗不同,mRNA疫苗中含有一种合成版本的RNA,可以欺骗免疫系统,使其认为存在某种种病毒,进而产生对抗病毒的抗体。此前的疫苗研发记录诞生于20世纪60年代,当时是为了对抗流行性腮腺炎,前后花了四年时间。

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辉瑞公司与BioNTech合作研发的新冠肺炎疫苗被交付给加州科尔顿的箭头区域医疗中心

而在2020年,莫德纳公司在1月份开始研发疫苗,辉瑞公司和BioNTech公司在3月份开始合作,到7月时,两家公司都开始了后期试验,各有大约3万名参与者;11月,两家公司宣布他们的疫苗的有效性超过90%;到12月中旬,美国食品与药品监督管理局(FDA)批准了这两种疫苗在美国使用。美国国家过敏和传染病研究所主任安东尼·福奇称赞这些成就是一场“胜利”,而接下来就是向公众分发疫苗的复杂过程,可能将长达数月。

NASA探测器成功进行小行星采样

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NASA的欧西里斯号探测器从“贝努”小行星采集岩石样品(想象图)

2020年10月,美国国家航空航天局(NASA)的欧西里斯号(OSIRIS-Rex)探测器伸出机械手臂,从一颗有45亿年历史、名为“贝努”(Bennu)的小行星上获取了岩石样品。这次任务发生在距离地球3.34亿公里的地方,标志着NASA第一次接触小行星。欧西里斯号探测器本应在小行星表面着陆,但观测证明表面的岩石太多,因此幕后团队转而使用机械臂来获取样品。采样过程似乎有些过头,收集舱吸进了太多岩石,以至于一个重要的襟翼无法闭合。科学家们放弃了测量岩石的计划,花了几天时间才成功储存了这些样品。三年后,欧西里斯号将返回地球。研究人员认为,它所携带的样品中可能含有水和前生命物质——生命诞生的基础。这些样品也可能为地球上生命的起源提供线索。

有记录以来最热的一年?

在列举这份榜单时,2020年还在与2016年竞争有记录以来最热的一年。这一年的高温延续了一个危险的趋势,即有记录以来最热的10年都发生在2005年以后。也许没有什么比大规模的森林大火更能说明2020年气候变化的影响。随着2019年成为有记录以来最热和最干旱的一年,澳大利亚已经做好了应对灾难的准备,但从2019年10月到2020年1月,该国就有数百万英亩的土地被烧毁。成千上万的澳大利亚人逃离了家园,许多动物死亡或逃离了受威胁的栖息地。

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2020年8月19日,美国加州纳帕LNU综合体大火期间,火焰包围了伯耶萨湖

在巴西,从2020年7月到10月,大火肆虐了潘塔纳尔湿地,这是世界上最大的热带湿地。大约四分之一的生态系统(面积比希腊还大)被烧毁。当地居民和动物为了安全放弃了家园,不知道当他们回来时,地面上还会留下什么。在美国,加利福尼亚州经历了有史以来最严重的火灾季,超过1.2万平方公里的土地被烧毁。最近该州又发生了大规模的火灾,而过去5年中就发生了7次最具破坏性的火灾。研究人员认为,炎热干燥的夏季(部分是由气候变化引起)使该地区的火灾季持续时间更长,也更不稳定。

金星上发现生命可能迹象了吗?

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金星是一个酷热的世界,大气压力巨大,云层具有酸腐蚀性

2020年9月,天文学家发表了两篇论文,称他们利用位于夏威夷和智利的望远镜,在金星上发现了一种名为磷化氢的气体。他们认为,这种气体可能具有生物性的来源,因为金星上的其他条件不能导致磷化氢的形成。众多新闻媒体报道了这一消息,同时也指出,一些专家对该发现持怀疑态度。2020年10月,三个独立的后续研究都未能在金星上发现磷化氢气体。其中一项研究使用了新的数据,另外两项则使用了最初团队的原始数据。2020年11月,最初的研究小组修正了数据,称金星大气中的磷化氢水平比他们最初估计的低7倍。有关该气体是否存在的争论仍在继续,但这个故事之所以重要,不仅在于研究数据得到了修正,还因为它展示了科学是一个提出发现并接受审查和修改的过程。

微塑料侵入了地球上最遥远的地方

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塑料碎片覆盖了巴拿马城Costa del Este附近的海滩

微塑料渗透到地球上各个栖息地的消息已经不是什么新鲜事了,但科学家在2020年发表的几项研究表明,微塑料的数量远比之前认为的多得多,其影响范围也比之前记录的大得多。2020年4月,研究人员首次记录了南极海冰中的微塑料。2020年6月,一项发表在《科学》(Science)杂志上的研究估计,有大约1000吨塑料碎片通过空气沉降到美国的国家公园和偏远的荒野地带。据估计,美国对海洋塑料垃圾的贡献是此前预期的两倍。2020年10月,科学家发表了一项研究,估计有1580万吨微塑料埋在地球海底,比漂浮在海洋表面的要多得多。微塑料不仅占据了地球的最低点;据2020年11月发表的一项研究,从珠穆朗玛峰山坡上收集的每个样品中都含有微塑料,其中一个样本是在海拔8440米的地方采集的。微塑料碎片已经渗入了地球的水、空气和包括人类在内的许多生物的活体组织。对于微塑料污染会以何种方式影响我们,科学家仍知之甚少。

三种早期人类可能同时生活在南非

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在Drimolen古洞穴系统中发掘出来的化石

定向演化(orthogenesis)又称直生论,是指物种以一定的步骤演化,新物种取代已灭绝的物种,没有太多重叠的理论。尽管在现代考古学中已被广泛废弃,但该理论仍在公众对人类演化的理解中有着重要影响。在2020年4月的一项研究中,研究人员首次描述了一种更可能的人类演化场景。在南非豪登省的“人类的摇篮”(Cradle of Humanity,全称为斯泰克方丹、斯瓦特科兰斯、科罗姆德拉伊和维罗恩斯的化石遗址),三种可能的人类祖先共同生活在同一个古老洞穴中。在一个被称为Drimolen古洞穴系统的无屋顶、圆形剧场般的居所里,人们发现了非洲南方古猿(Australopithecus africanus)、粗壮傍人(Paranthropus robustus,又称罗百氏傍人)和直立人(Homo erectus)的头骨碎片,其历史可追溯至195万年前。这段时间将标志着南方古猿统治的结束,以及傍人短暂历史的开端。值得注意的是,这一发现将直立人的起源向前推了大约10万年;科学家发现的一块头盖骨碎片可能是该物种最早的化石证据。化石沉积层的坍塌使得精确的年代确定变得很困难,但这项研究提供了多个古人类物种共存于一个新地理位置的新证据,表明我们的祖先要比之前认为的更加多样化。

新的人工智能工具破解几十年的生物学难题

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谷歌的人工智能公司DeepMind推出了一款名为AlphaFold的深度学习工具,可以在几天内确定蛋白质的结构

蛋白质是使地球生命运转的微小分子结构。所有的蛋白质一开始都是由氨基酸组成的化合物链,之后这些链条反复折叠、扭曲、翻转,形成复杂的缠结,最终形成三维形态。蛋白质的形态决定了它的功能和局限性,比如进入并改变某些细胞。当科学家们能够确定这些三维形状时,他们就能进一步了解病毒如何传播、如何破解遗传密码,以及如何破坏细胞的基础结构。50年来,研究人员一直在寻找破解蛋白质结构密码的方法。利用现有技术,科学家需要多年的试错来努力弄清楚蛋白质的形态,而在2020年,谷歌的人工智能公司DeepMind推出了一款名为AlphaFold的深度学习工具,可以在几天内确定蛋白质的结构。该技术具有许多潜在应用和突破,包括更快和更先进的药物筛选。正如一位研究人员在接受《自然》(Nature)杂志采访时所描述的那样:“这是一项重大突破,当然也是我一生中最重要的科学成果之一。”

美国正在努力消除宫颈癌

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美国佛罗里达州迈阿密的一位儿科医生正在给一名13岁的女孩注射HPV疫苗

在被新冠病毒所困扰的一年里,一个与宫颈癌有关的好消息令人振奋。宫颈癌是发生在子宫颈的癌症,超过90%的患者都曾被人类乳头瘤病毒(HPV)感染。根据2020年发布的研究报告,即使不增加疫苗接种或筛查,美国也有望在未来20至30年内消灭宫颈癌。近半个世纪前,子宫颈抹片检查在全球范围内广泛推行并定期实施,使宫颈癌死亡人数逐年下降。2006年推出的疫苗能有效预防导致子宫颈癌的HPV感染。根据这项研究中使用的统计模型,如果医疗专业人员加强目前的疫苗接种和筛查工作,消除宫颈癌的那一天可能会比预期的更早到来。

华盛顿科学家对抗入侵的“杀人黄蜂”

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大虎头蜂是世界上最大的胡蜂,主要分布于亚洲东部和东南部,研究人员在北美也发现了它们的踪迹

大虎头蜂(Vespa mandarinia)有着“杀人黄蜂”的绰号,很难被人忽视。它们是世界上体型最大的胡蜂,主要分布于亚洲东部和东南部,在美国也发现了它们的踪迹。大虎头蜂以时常袭击蜜蜂的蜂巢而闻名,它们的刺比北美洲任何普通蜜蜂都要大得多。《纽约时报》发表了一篇文章,介绍了科学家试图阻止该物种在华盛顿州和不列颠哥伦比亚省定居的努力。尽管研究人员在2019年秋季就发现了4只黄蜂,但直到2020年10月初,他们才捕获到第一只活的大虎头蜂。到2020年10月中旬,昆虫学家发现了一个孤立并丧失功能的蜂巢,里面有500多只大虎头蜂,包括200只蚁后——研究人员仍不清楚其中一些蚁后是否交配并开始建立自己的领地,他们也在努力寻找这些可能会蜇人的“野兽”。总而言之,互联网上的歇斯底里被夸大了,但也并非完全无害。许多人开始在搜索引擎中查询杀虫剂,一些常见但经常被忽视的传粉昆虫引发了恐慌。这个故事最重要的意义,便是让人们了解到控制入侵物种的重要性。

50年来,人类捕杀了世界上三分之二的野生动物

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一只刚孵化出来的棱皮龟正努力爬向大海,这是世界上体型最大的海龟物种,如今已濒临灭绝

根据世界野生动物基金会(WWF)2020年发布的一份报告,自1970年以来,4392种野生动物(包括哺乳动物、两栖动物、鸟类、鱼类和爬行动物等)的数量减少了68%。生活在拉丁美洲和加勒比地区的动物受到的冲击最大,它们的数量减少了94%。栖息地破坏被认为是这些动物数量锐减的主要原因。联合国的《全球生物多样性展望》报告也得出了同样严峻的结论。该文件列出了2010年“爱知生物多样性目标”所确定的承诺恢复生物多样性的196个国家的名单。根据该目标的十年计划,各国要实现某些生物多样性恢复的重要目标,如防止入侵物种的蔓延和建立保护区。大多数目标没有实现,或者只是部分实现。此外,这些报告还警告称,如果人类与自然世界“破裂”的关系得不到修复,流行病(如世界目前面临的新冠肺炎等)可能会变得更加普遍。联合国生物多样性公约执行秘书伊丽莎白·穆雷玛在一份声明中说:“人类越是以不可持续的方式利用自然并损害自然对人类的贡献,我们对自身福祉、安全和繁荣的损害就越深。”

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