2021年，全球仍處於新冠疫情的陰影下。致死率更高的德爾塔毒株持續流行，感染性更強的奧密克戎毒株也在年末備受關注。為了應對疫情，以不同方式應對病毒的特效藥正在不斷問世。不過，疫情並沒有讓人類停下在其他領域勇攀科學高峰的腳步。我國「天宮」空間站在軌組建工作已全面展開；各國的火星探測項目也紛紛抵達預定目標；AlphaFold2算法的開源很有可能極大地促進蛋白質相關的研究，首次實現從頭合成澱粉，也成為人工合成天然大分子領域的一次飛躍……人類強韌的精神總是支撐著我們在壓力面前持續探索，我們也希望在「雙碳」行動的積極推動下，迎來一個更加綠色和值得期待的未來。
由《環球科學》雜誌評選的2021年十大科學新聞最新出爐，讓我們一起來回顧2021年科學界發生的那些重大事件。
中國航天員在「天和」核心艙中執行任務。
1．中國空間站建造全面開啟
入選理由：國際空間站退役後，「天宮」將成為唯一可用空間站。
2021年4月29日，「天和」核心艙發射升空並順利抵達軌道，標誌著我國「天宮」空間站在軌組建工作全面展開。6月17日，神舟十二號載人飛船將3名航天員送入「天和」核心艙，航天員隨後開展了3個月的太空任務，並於9月17日順利返回。10月16日，神舟十三號載人飛船發射升空，「天和」核心艙再次迎來3名航天員，這是空間站關鍵技術驗證階段的最後一次飛行任務。中國空間站預計於2022年年底前建成，由一個核心艙和兩個實驗艙組成。空間站開啟常態化運行後，將有3名航天員作為一個乘組長期駐留，定期輪換。此外，隨著國際空間站的退役時間臨近，中國的「天宮」空間站很有可能在未來成為唯一可用的空間站。
2.多國火星探測項目取得進展
入選理由：火星探測季進入全新階段。
2021年5月22日，我國首次火星探測任務「天問一號」著陸巡視器攜帶的火星車「祝融號」安全駛離著陸平台，到達火星烏托邦平原表面，開始巡視探測。這意味著中國成為了首個一次完成繞、落、巡三大任務的國家。美國「毅力」號火星車也於2021年2月直接進入火星大氣層，並成功著陸。4月，在「毅力」號的注視下，「機智」號無人機完成了在火星的首次飛行。與此同時，阿聯的「希望」號探測器也成功進入火星軌道，開始拍攝火星圖像。3台火星探測器已經紛紛抵達目標地點並開始正常工作，未來它們將傳回大量與火星相關的重要信息。
已經成功著陸火星表面的「祝融號」火星車。
3.繆子g-2實驗結果公布
入選理由：理論與實驗結果之間的衝突，讓科學家看到了新物理的曙光。
2021年4月7日，美國費米國家實驗室繆子g-2實驗的數據公布，實驗測到的繆子磁矩與理論預測之間存在明顯的偏差，然而，偶然誤差導致這種偏差的概率僅有1/40 000。標準模型是目前描述基本粒子和基本作用力的最佳模型，面對最新的實驗結果，科學家不得不思考：理論與實驗結果之間的這種偏差究竟是源自標準模型深層次的誤差，還是存在標準模型之外的作用力和粒子。在未來，第二、三次的實驗數據會逐步公布，修正後的理論計算結果也會逐步出爐。如果到時實驗數據和理論值之間仍然存在不可忽略的偏差，那它很有可能會動搖現代物理學大廈的根基。
美國費米國家實驗室中執行繆子g-2實驗的設備。
4.中國科學家首次實現從頭合成澱粉
入選理由：人類第一次從二氧化碳出發成功合成出澱粉。
2021年9月，中國科學院的研究團隊宣布，他們從頭設計了11步反應路徑，利用無機催化劑和生物酶，首次在全球實現了從二氧化碳到澱粉的全合成。在自然界，植物需要通過光合作用把空氣中的二氧化碳轉化為澱粉，這個過程涉及60多步反應，且只有2%左右的能量轉化效率。這項研究不僅能合成與天然澱粉結構幾乎一致的澱粉分子，還比天然合成路徑更高效。它的能量轉化效率約是自然光合作用的3.5倍，澱粉合成速率更是天然合成的8.5倍。這項研究是從頭合成生物大分子的一次里程碑式突破，也是模仿甚至超越自然合成機制的一大步。
人工從頭合成澱粉的11步反應路徑圖。
5.新冠德爾塔和奧密克戎毒株帶來新挑戰
入選理由：新冠病毒持續演化，不斷出現的新毒株影響波及全球。
2021年5月，新冠病毒德爾塔毒株被世界衛生組織（WHO）列為「受關切變異株」（VOC），目前已擴散到超過200個國家和地區，是全球最流行的新冠病毒毒株。德爾塔毒株病毒載量高、傳播能力強、潛伏期短，能部分逃脫抗體的中和反應。此外，全球多款疫苗對德爾塔毒株的保護效力均有所下降。11月初，奧密克戎毒株在南非被首次檢測到，不到20天後便被WHO列為VOC，截至12月中旬已蔓延到80多個國家和地區。奧密克戎毒株刺突蛋白上存在多達32處突變，其中3處可能增強免疫逃逸能力。全球抗疫之路仍然充滿挑戰。
新冠病毒包膜的原子動力學模擬圖。
6.人工智慧算法準確預測蛋白質結構
入選理由：改寫了蛋白質結構研究，極大地推動對生命本質的探尋和藥物研發。
2021年7月，DeepMind宣布人工智慧算法AlphaFold2開源，隨後又與歐洲生物信息學研究所合作，公布了這套算法精準預測的人類蛋白組中98.5%的蛋白質結構，以及20種模式生物同等比例的蛋白質結構。AlphaFold2預測的精準度已達到原子級別，能媲美目前最精準的測量儀器，預測還將用時從幾個月縮短到幾天甚至數個小時。同月，由華盛頓大學等機構研發的算法RoseTTAFold開源，它能更好地預測蛋白質複合物的結構。AI蛋白質結構預測算法的爆發，解決了科學界的一個關鍵難題，拓展了對生命基礎物質的認知，將極大地推動生物醫藥領域的發展。
由AlphaFold2算法推斷出的蛋白質結構。
7.第26屆聯合國氣候大會落幕，中國積極推進「雙碳」行動
入選理由：各國的共同承諾，讓1.5℃的目標「活了下來」。
2021年11月13日，第26屆聯合國氣候大會（COP26）艱難落下帷幕，197個締約方簽署了《格拉斯哥氣候公約》，使《巴黎協定》「全球平均氣溫升幅控制在1.5℃之內」的目標有可能實現。儘管未能將「1.5℃」的目標寫入公約，但與會的世界各國代表終於就《巴黎協定》第6條實施細則達成共識，並承諾結束森林砍伐、逐漸減少煤炭使用等。會前，中國向世界做出了「力爭二氧化碳排放於2030年前達到峰值，2060年前實現碳中和」的承諾。邁向綠色低碳的行動不僅有助於地球免遭災難性氣候變化的重擊，還為國內新能源產業等綠色產業的發展提供了新的機遇。
8.發現海量快速射電暴
入選理由：快速射電暴研究進入下一階段，中國天眼貢獻顯著。
2021年6月8日，加拿大CHIME射電望遠鏡公布了536次新發現的快速射電暴（FRB）。2021年10月13日，中國天眼（FAST）宣布從重複源FRB 121102觀測到了1652次FRB。兩台望遠鏡將人類觀測到的FRB數量從200餘次提升到2000多次。2020年，包括我國慧眼衛星在內的觀測表明，FRB很可能起源於磁陀星。但此次FAST觀測到的FRB不具周期性，且總能量接近磁陀星可用能量上限，研究團隊認為這基本排除了FRB 121102是由單一磁陀星產生的可能。目前，科學家認為FRB可能具有多種起源。這兩台望遠鏡共同提升了人類觀測FRB的能力，為天文學家對FRB的進一步研究鋪平了道路。
9.抗新冠特效藥相繼問世
入選理由：特效藥為對抗疫情再添利器。
2021年11月，全球首款口服抗新冠病毒藥物molnupiravir在英國獲批。同月，輝瑞公司公布了其開發的口服抗新冠病毒藥物的臨床效果。這兩款作用機制不同的藥物均能抑制病毒增殖，極大地降低了患者住院和死亡的風險。12月8日，安巴韋單抗與羅米司韋單抗（BRII-196/BRII-198）聯合用藥方案獲得中國國家藥品監督管理局應急批准，成為我國首個獲批的自主智慧財產權新冠病毒中和抗體聯合治療方案。這類藥物可以通過阻止病毒吸附細胞，阻斷病毒增殖。相比「老藥新用」的方案，不斷湧現的新款特效藥的靶向性更強、療效更好、安全性更高，在疫苗之外，也為抗擊新冠疫情提供了新的希望。
10.首個人猴嵌合體胚胎引爭議
入選理由：由於潛在的倫理問題，嵌合體胚胎研究引發了激烈討論。
2021年4月，美國索爾克研究所和昆明理工大學等機構的科學家培養出了首個人猴嵌合體胚胎。他們將人的擴展多能幹細胞注入132個食蟹猴的早期囊胚內培養，胚胎最長存活了20天。這項研究和另一項將人多能幹細胞和成纖維細胞轉化成人早期胚胎的研究一起，極大地衝擊了人類胚胎體外培養的「14天規則」。相關研究不僅在學術界引起了大量討論，也在社會上引發了關於科研倫理規範的激烈討論。在經過多輪的商討和權衡後，國際幹細胞研究學會於5月首次放寬了這一規則限制，提出對於培養人類胚胎超過2周的研究需進行多輪審核，來決定終止時間。
科學家培養出了首個人猴嵌合體胚胎。
部分圖片/視覺中國
來源：北京日報客戶端 | 記者 王鴻良
編輯：蔡文清
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