下一个十年可能改变世界的重大发现

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从希格斯玻色子的发现到使用CRISPR进行Sci-Fi esque基因编辑的过去十年,科学领域取得了真正革命性的进步。但是,在接下来的下一个10年仍有哪些最大的突破呢?

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药物:通用流感疫苗

数十年来一直困扰着科学家的普遍流感疫苗可能是一项真正的突破性医学进步,可能会在未来10年内显现出来。

巴尔的摩约翰霍普金斯大学健康安全中心的传染病专家,资深学者阿梅什·阿达利亚博士说:“普遍的流感疫苗每年仅需5至10年的时间,这已经成为一种笑话。”

但是现在,看来这“可能确实是真的”,阿达利亚说:“各种通用流感疫苗的方法正在开发中,并开始产生可喜的结果。”

从理论上讲,通用流感疫苗将为流感提供长期保护,并且无需每年接种流感疫苗。

流感病毒的某些部分每年都在不断变化,而其他部分则大部分年份都保持不变。通用流感疫苗的所有方法都针对可变性较小的病毒部分。

今年,美国国家过敏和传染病研究所(NIAID)开始了通用流感疫苗的首次人体试验。免疫旨在诱导针对流感病毒可变性较小的部分(称为血凝素(HA)“茎”)的免疫反应。这项1期研究将着眼于实验疫苗的安全性以及参与者对其的免疫反应。研究人员希望在2020年初报告其初步结果。

以色列公司BiondVax制造的另一种通用疫苗候选药物目前正在进行3期试验,这是研究该疫苗是否真的有效的高级研究阶段,这意味着它可以防止感染任何流感病毒。据《科学家》报道,该候选疫苗包含来自流感病毒各个部位的九种不同蛋白质,它们在流感毒株之间差异不大。这项研究已经招收12000余人,和结果预计在2020年底,根据公司。

 神经科学:更大,更好的小脑

在过去的十年中,科学家成功地从人类干细胞中分化出了神经元并组装成3D结构,成功培育出了称为“类器官”的微型大脑。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院神经科学教授宋宏军博士说,到目前为止,脑类器官只能在胎儿早期发育中生长成类似于大脑的小块。但这可能在未来10年发生变化。

宋博士说:“我们不仅可以对细胞类型的多样性进行建模,还可以对大脑的细胞结构进行建模。” 成熟的神经元将自己排列在大脑的层,列和复杂的回路中。目前,类器官仅包含无法觅食这些复杂连接的未成熟细胞,但宋博士表示,他希望该领域在未来十年内能克服这一挑战。有了大脑的微型模型,科学家可以帮助推断神经发育障碍的发展方式。神经退行性疾病如何分解脑组织;以及不同人的大脑对不同药理疗法的反应方式。

有一天(尽管可能不是10年),科学家甚至可能能够生长神经组织的“功能单元”来替换大脑受损的区域。“如果您有一个预制的功能单元,可以点击进入受损的大脑怎么办?” 宋说。他补充说,目前,这项工作是高度理论性的,但是“我认为在未来十年内,我们会知道”它是否可行。

气候变化:能源系统转型

在这十年中,海平面上升和更多极端气候事件揭示了我们美丽的星球多么脆弱。但是未来十年会怎样?

宾州州立大学杰出的气象学教授迈克尔·曼(Michael Mann)说:“我认为在应对气候变化方面我们将取得突破。” 他说:“但是我们需要能够加速这一转变的政策,我们需要能够支持这些政策的政客。”

在接下来的十年中,“能源和交通系统向可再生能源的转型将顺利进行,并且将开发出新的方法和技术,使我们能够更快地到达那里,”美国大气科学教授Donald Wuebbles说。伊利诺伊大学香槟分校。而且,“ 恶劣天气或海平面上升带来的与气候相关的影响日益增加,最终引起了人们的关注,我们真正开始认真对待气候变化。”

也是一件好事,因为基于最近的证据,存在着一种更可怕,更具投机性的可能性:科学家可能低估了气候变化对本世纪及以后的影响,韦伯斯说。十年。”

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粒子物理学:寻找轴心

在过去的十年中,这个非常小的世界上最大的新闻是希格斯玻色子的发现,玻色子是神秘的“上帝粒子”,它使其他粒子具有质量。希格斯被认为是标准模型中的最高明珠,该模型描述了亚原子粒子的动物园。

但是随着希格斯的发现,许多其他较不为人所知的粒子开始占据中心位置。这十年来,我们有合理的机会找到了这些难以捉摸,但至今仍是假想的粒子-轴,诺贝尔物理学家弗兰克·威尔泽克(Frank Wilczek)说。麻省理工学院的获奖者。(1978年,Wilczek首次提出了斧头武器)。轴不一定是单个粒子,而是一类具有很少与普通物质相互作用的特性的粒子。轴子可能解释了一个长期存在的难题:正如《生命科学》先前报道的那样,为什么物理定律对物质粒子及其反物质伙伴似乎都起着相同的作用,即使它们的空间坐标发生了翻转。

轴突是暗物质(将星系保持在一起的无形物质)的主要候选者之一。

Wilczek说:“发现轴突将是基础物理学的一项伟大成就,特别是如果它通过最可能的途径发生,即观察到提供“ 暗物质 ” 的宇宙轴突本底。” “在未来五到十年内,很有可能发生这种情况,因为雄心勃勃的实验计划正在世界范围内蓬勃发展。对我来说,既要权衡发现的重要性,又要权衡发现的可能性,那是最好的打赌。”

这些举措包括Axion暗物质实验(ADMX)和CERN Axion太阳望远镜,这两个主要的仪器正在寻找这些难以捉摸的粒子。

也就是说,还有其他可能性-我们可能仍会检测到宇宙最早出现的引力波或时空的涟漪,或其他被称为弱相互作用的大颗粒的粒子,它们也可以解释暗物质,Wilczek说。

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系外行星:类地球大气

1995年10月6日,当一对天文学家宣布发现第一颗绕太阳系恒星运行的系外行星时,我们的宇宙变得更大。称为51 Pegasi b的天体绕其宿主恒星显示出一条舒适的轨道,环绕地球仅4.2天,质量约为木星的一半。根据NASA的说法,这一发现永远改变了“我们看待宇宙和我们在其中的位置的方式”。十多年后,天文学家现已确认太阳系外有4,104个绕地球轨道运行的恒星。这是十年前不为人知的许多世界。

那么,下一个十年的天空是极限吗?根据麻省理工学院的Sara Seager的说法,绝对是这样。行星科学家和天体物理学家西格说:“随着詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的发射,这个十年对于天文学和系外行星科学将是巨大的。” 哈勃太空望远镜(JWST)的宇宙继任者定于2021年发射;科学家们将首次能够在红外光中“看见”系外行星,这意味着他们甚至可以发现绕远离其恒星运行的微弱行星。

此外,望远镜将为了解这些外星世界的特征打开一个新窗口。“如果存在正确的行星,我们将能够在一个小的岩石行星上检测到水蒸气。水蒸气指示着液态水海洋-因为众所周知,液态水是整个生命所必需的,所以这将是非常重要的”,西格告诉Live Science。“这是我实现突破的第一希望。” (最终的目标,当然是找到具有类似于地球的气氛的世界,据美国宇航局 ;换句话说,能够支持生命条件的行星。)

Seager指出,当然还会有一些成长的烦恼。“有了JWST,并且预计超大型地面望远镜将投入使用,系外行星社区正努力从个人或小型团队的努力转变为数十人或一百多人的大型合作。按其他标准(例如, LIGO),但还是很困难。”她说,指的是激光干涉仪重力波天文台,这是一个庞大的合作,涉及全球1000多名科学家。

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