از ساخت داروی کووید ۱۹ تا پرتاب تلسکوپ جیمز وب؛ در سال ۲۰۲۱ چه انتظاری از دنیای علم داشته باشیم؟ در دیجیتال مارک

همان‌طور که در سال جدید دانشمندان زیست‌پزشکی به مقابله با دنیاگیری مرگبار ادامه می‌دهند تا به بازگشت جهان به وضعیت طبیعی کمک کنند، پژوهشگران سایر رشته‌ها با وجود چالش‌های به‌بارآمده دراثر کووید ۱۹، همچنان درصدد خلق دستاوردهای بزرگ یا پرتاب پروژه‌های جدید هستند. همچنین درحالی‌که دانشمندان اروپایی باید با تبعات خروج بریتانیا از اتحادیه‌ی اروپا روبه‌رو شوند، بسیاری از همکاران آمریکایی آن‌ها احتمالا در سایه‌ی انتخاب جو بایدن به‌عنوان رئیس‌جمهور بعدی ایالات متحده، نقشی پررنگ‌تر در حل تغییر اقلیم، دیگر بحران جهانی ایفا خواهند کرد. در ادامه با دیجیتال مارک همراه باشید تا بدانید کدام حوزه‌های دنیای علم در سال ۲۰۲۱ خبرساز خواهند شد.

گرمایش جهانی: برآورد تغییر اقلیم

اکنون تقریبا ۸ سال از انتشار پنجمین گزارش ارزیابی هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم سازمان ملل می‌گذرد. این نهاد مشهور که از دانشمندان اقلیم‌شناس داوطلب تشکیل شده، از سال ۱۹۹۰ تاکنون گرمایش مداوم جهانی دراثر فعالیت‌های انسانی را مستند کرده است. گزارش ششم که به‌دست بیش از ۷۰۰ دانشمند تهیه شده و به‌دلیل دنیاگیری به‌تعویق افتاده است، امسال و سال آینده به‌صورت بخش‌بخش منتشر خواهد شد و انتظار می‌رود تا تصویر تأثیر انسان بر اقلیم را بیش‌ازپیش آشکار کند.

یافته‌های گزارش جدید بر نسل تازه‌ای از مدل‌ها و سناریوهایی اقلیمی اتکا دارند که با شاخص‌های تغییرات بی‌وقفه‌ی جهانی ازجمله داده‌های نشانگر تسریع افزایش سطح آب دریاها، گسترش ذوب یخ در قطب‌ها و امواج گرمای شدید، خشکسالی و آتش‌سوزی تغذیه شده‌اند. در ماه نوامبر، کشورهای جهان برای شرکت در نشست اقلیمی بعدی سازمان ملل در گلاسکو اسکاتلند گردهم جمع خواهند شد. انتظار می‌رود دولت‌ها در آن نشست، تلاش‌ها برای تحقق وعده‌شان مبنی بر کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای را افزایش دهند و بر سر مجموعه‌ای کامل از قوانین برای اجرای توافقنامه پاریس موافقت کنند.

سلامت عمومی: کشف منشا ویروس کرونا

راه‌اندازی کارزارهای واکسیناسیون در بسیاری از کشورها، امیدها برای پایان‌بخشی به دنیاگیری کووید ۱۹ را افزایش داده است. بااین‌حال، با گذشت یک سال از کشف ویروس کرونای جدید، هنوز از چگونگی آغاز دنیاگیری اطلاع نداریم. در سال جدید، سازمان بهداشت جهانی و تیمی بین‌المللی از ۱۰ دانشمند، به‌عنوان بخشی از تحقیقات درزمینه‌ی کشف منشا ویروس کرونای عامل دنیاگیری کووید ۱۹ چندین مرتبه به چین سفر خواهند کرد.

با توجه به نزاع‌های لفظی بین ایالات متحده و چین بر سر تعیین مقصر دنیاگیری، مأموریت یادشده ازلحاظ سیاسی اهمیت بالایی دارد. تیم پژوهشی امید دارد تا نزدیک‌ترین خویشاوندان ویروس در خفاش‌ها و مکان و نحوه‌ی انتقال ویروس به انسان را کشف و مشخص کند آیا گونه‌ای دیگر به‌عنوان میزبان واسط درکار است یا نه و از همه مهم‌تر تلاش می‌کند تا دریابد چگونه می‌توانیم از ظهور دیگر ویروس‌های دنیاگیر جلوگیری کنیم.

بیماری‌های عفونی: ساخت دارو برای کووید ۱۹

به‌منظور تکمیل واکسیناسیون گسترده علیه کووید ۱۹، شرکت‌های داروسازی امسال به سمت طراحی و ساخت داروهایی گام خواهند برداشت که ویروس کرونای دنیاگیر را متوقف و علائم بیماری را درمان می‌کنند. حتی اگر بسیاری از مردم یکی از واکسن‌های جدید و به‌شدت اثربخش کووید ۱۹ را دریافت کنند، انتظار می‌رود شیوع ویروس به‌صورت محلی (بومی‌گیر) تداوم داشته باشد.

در سال ۲۰۲۰، تنها داروی ضدویروس رمدسیویر و تعداد انگشت‌شماری از دیگر داروها که همگی دراصل برای درمان سایر بیماری‌ها طراحی شده‌اند، مزایای محدود علیه کووید ۱۹ را نشان دادند. پژوهشگران به‌منظور شناسایی داروهای منتخب جدید، هوش مصنوعی و ابررایانه‌ها را به‌کار گرفته‌اند و به‌نقل از یک دنبال‌کننده‌ی مطرح صنعت داروسازی، درحال ساخت بیش از ۵۹۰ داروی آزمایشی هستند.

به‌عنوان مثال، پژوهشگران امید زیادی به ترکیباتی دارند که با مهار یکی از دو پروتئاز ویروس دنیاگیر،  تکثیر آن را مختل می‌کنند. رویکرد استفاده از درمان‌های ترکیبی با موفقیت برضد اچ‌آی‌وی به‌کاررفته‌اند و با بهره‌گیری از آن می‌توان ویروس کرونای جدید را نیز مهار کرد. بازدارنده‌های پروتئاز و دیگر ترکیبات در مطالعات سلولی و حیوانی امیدبخش ظاهر شده‌اند؛ اما مطالعات روی داوطلبان انسانی تازه درحال آغاز است و تکمیل بررسی ایمنی و اثربخشی احتمالا سال‌ها طول خواهد کشید.

علوم سیاره‌ای: کاوشگران جدید سیاره سرخ

^{دستگاه فرودگر جرثقیل هوایی که به‌منظور نشاندن نرم مریخ‌نورد پرسویرنس روی مریخ طراحی شده است.}

جو رقیق مریخ، کاهش سرعت کاوشگرها برای فرود آرام را دشوار می‌کند؛ به‌نحوی که از بین ۱۸ کاوشگر ارسالی به سطح این سیاره درطول ۵۰ سال گذشته، هشت مورد سقوط کردند. امسال، دو تلاش دیگر برای فرود روی سیاره‌ی سرخ انجام خواهد شد. در ۱۸ فوریه ۲۰۲۱ (۳۰ بهمن ۹۹)، مریخ‌نورد پرسویرنس ناسا پس از شیرجه درون جو مریخ، سرعتش را با چترهای نجات کاهش خواهد داد و با استفاده از موشک‌های پسران روی سطح سیاره فرود خواهد آمد. مریخ‌نورد پس از فرود در دهانه‌ی جیزرو در نزدیکی دلتایی باستانی، نمونه‌هایی از سنگ‌های مریخی را برای بازگشت به زمین جمع‌آوری خواهد کرد.

تقریبا همان زمان که پرسویرنس به مریخ می‌رسد،، مأموریت چینی تیان‌ون ۱ متشکل از مدارگرد، سطح‌نشین و سطح‌نوردی به‌اندازه خودرو زمین گلف نیز از راه خواهد رسید. مقام‌های چینی مکانی در نزدیکی جیزرو در امتداد حاشیه‌ی جنوبی دشت اتوپیا را به‌عنوان محل فرود تیان‌ون ۱ انتخاب کرده‌اند. ناحیه‌ی اتوپیا دشتی وسیع است که احتمال می‌رود دراثر جریان‌های باستانی گل‌ولای هموار شده باشد. موفقیت تیان‌ون ۱، نخستین فرود موفق چین روی مریخ خواهد بود.

میکروسکوپی: نمای واضح‌تر از پروتئین‌ها

پژوهشگران امسال قصد دارند وضوح ریزنگاری الکترونی کرایو (cryo-EM) را شفاف‌تر کنند. کرایو ایی‌ام، تکنیکی برای مطالعه‌ی آن دسته از ساختارهای پروتئینی است که می‌توانند بینش جدید درباره‌ی نقششان در حفظ سلامت انسان و ایجاد بیماری‌ها ارائه دهند. بلورنگاری (کریستالوگرافی) پرتو ایکس، دیگر تکنیکی به‌شمار می‌آید که از مدت‌ها پیش استاندارد طلایی برای نقشه‌برداری از اتم‌های مجزا در ساختار پروتئینی سه‌بعدی بوده است. اما این روش فقط برای پروتئین‌هایی به‌کار می‌آید که امکان جادادنشان درون کریستال‌ها وجود دارد؛ درحالی‌که کرایو ایی‌ام به کریستال نیاز ندارد و وضوحش درطول دهه‌ی گذشته پیوسته بهبود یافته است.

در سال ۲۰۲۰ با استفاده‌ی پژوهشگران از میکروسکوپ‌های کرایو ایی‌ام مجهز به آشکارسازهای الکترونی بهبودیافته و نقشه‌برداری نرم‌افزار از ساختار آپوفریتین (پروتئین پیوسته به آهن)، تکنیک کرایو ایی‌ام از آستانه‌ی وضوح اتمی گذر کرد. آپوفریتین به‌طور غیرمعمول انعطاف‌ناپذیر است و همین امر ثابت نگاه‌داشتن آن حین نقشه‌برداری کرایو ایی‌ام را آسان‌تر می‌کند. در گام بعد، پژوهشگران درصدد تصویربرداری از پروتئین‌های انعطاف‌پذیر هستند. موفقیت در این زمینه برای زیست‌شناسان ساختاری سودمند خواهند بود و به آن‌ها امکان خواهد داد تا نقشه‌های بسیار دقیق از پروتئین‌های بزرگ و مجموعه پروتئین‌های متعددی بسازند که امکان کریستالیزه‌شدن ندارند.

اخترشناسی: پرتاب تلسکوپ جیمز وب

انتظار طولانی‌مدت برای پرتاب یکی از مشهورترین پروژه‌های فضایی تاریخ، امسال به پایان خواهد رسید. رصدخانه‌ی پرچم‌دار ناسا با نام تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) که پرتابش بارها به تعویق افتاده، قرار است سرانجام در ۳۱ اکتبر ۲۰۲۱ (۹ آبان ۱۴۰۰) به آسمان پرواز کند. جیمز وب جانشین تلسکوپ فضایی هابل محسوب می‌شود و قدرت جمع‌آوری نور آینه‌ی ۶/۵ متری آن در مقایسه با هابل، ۶ برابر بیشتر است. این آینه‌ی طلایی و لانه‌زنبوری سرد خواهد شد تا بتواند نور فروسرخ را از اجرام دوردست جذب کند.

جیمز وب به‌قدری حساس است که می‌تواند جو سیاره‌های فراخورشیدی نزدیک را به‌منظور یافتن علائم حیات به‌دقت بررسی و نور نخستین ستارگان و کهکشان‌های جهان را جذب کند. این فضاپیمای ۸/۸ میلیارد دلاری که هزینه‌اش در آینده به‌مراتب بیشتر خواهد شد، به‌تازگی آزمایش‌های نهایی شامل لرزش شدید به‌منظور شبیه‌سازی پرتاب را پشت سر گذاشت. این ماه، مهندسان به‌منظور بررسی کارکرد صحیح آینه و سپر خورشیدی چندلایه‌ی جیمز وب، آن‌ها را برای آخرین بار می‌گشایند. تا میانه‌ی سال، جیمز وب بسته‌بندی و به گینه‌ی فرانسه ارسال خواهد شد تا در آنجا سوار موشک آریان ۵ شود و درنهایت زمین را به مقصد اعماق فضا ترک کند.

انرژی: گام بعدی برای تحقق همجوشی هسته‌ای

توروس مشترک اروپا (JET) که بزرگ‌ترین رآکتور همجوشی جهان محسوب می‌شود، امسال کارزاری برای تولید مقادیر درخورتوجه از نیروی همجوشی را آغاز خواهد کرد. جت که در آکسفوردشر بریتانیا قرار دارد، رآکتوری مبتنی بر طراحی توکامک است: ساختاری که به‌منظور مهار پلاسمای داغ از آهنرباهای قدرتمند استفاده می‌کند تا با برخورد و درهم‌آمیختن هسته‌های اتم، انرژی آزاد شود.

جت پس از یک ارتقا اکنون پوشش متالیک جدید و قدرت گرمایش بیشتر دارد. رآکتور در آزمایش‌های امسال با ترکیبی قدرتمند از ایزوتوپ‌های دوتریوم و تریتیوم هیدروژن (D-T) تغذیه خواهد شد. این نوع سوخت به‌دلیل نیاز تریتیوم رادیواکتیو به رسیدگی و پاکسازی دقیق، به‌ندرت به‌کار می‌رود. در سال ۱۹۹۷ که این ترکیب سوخت برای آخرین بار استفاده شد، جت ۱۶ مگاوات نیرو را در چند ثانیه تولید کرد که از نیروی مصرف‌شده برای تحقق آن بسیار کمتر بود.

کارزار جدید درابتدا درصدد تولید همان سطوح نیرو و درعین‌حال تلاش برای حفظ طولانی‌تر آن است. این امر به برنامه‌ریزی برای رآکتور عظیم ایتر که هم‌اکنون در فرانسه در دست ساخت است، کمک خواهد کرد. ایتر از شکل و پوشش مشابه جت بهره می‌گیرد و قرار است عملیات‌هایش را در سال ۲۰۲۵ آغاز کند؛ اما تا میانه‌ی دهه‌ی ۲۰۳۰ استفاده از سوخت D-T را شروع نخواهد کرد.

تغذیه: سلامت روده برای کودکان دچار سوء تغذیه

^{درمان جدید می‌تواند به کودکان مبتلا به سوء تغذیه نظیر این پسربچه در مرکز درمانی مخصوص پناهندگان روهینگیا در بنگلادش کمک کند.}

برای میلیون‌ها کودک دچار سوء تغذیه که حتی پس از دریافت تغذیه و درمان مناسب، مریض باقی می‌مانند و قادر به بهبود کامل نیستند، امسال احتمالا کمک از راه خواهد رسید. انتظار می‌رود اختلالات مرتبط با دنیاگیری و ازدست‌رفتن مشاغل موجب شود شمار چنین کودکانی به‌سرعت بالا رود. یک مشکل برای کودکان مبتلا به سوء تغذیه، تخریب میکروبیوم روده است که شکل‌گیری سیستم گوارشی ناکارآمد و نابالغی را به‌دنبال دارد که مانع از رشد می‌شود.

متخصصان سلامت به‌منظور ترمیم میکروبیوم به نتایج مطالعه‌ای در بنگلادش چشم دوخته‌اند. در این پژوهش، تأثیر مکمل غذایی کم‌هزینه‌ای ارزیابی شده که ترکیبی از مواد دردسترس نظیر نخود، موز و آرد سویا و بادام‌زمینی است. در سال ۲۰۱۹، تیم پژوهشی گزارش داد که مکمل در آزمایش‌ها در موش و خوک قبل از مطالعه‌ی پایلوت یک ماهه از ۶۰ کودک، طبق تغییرات به‌وجود‌آمده در نشانگرهای خون موجب ترمیم روده شد. بااین‌حال، مطالعه به آن اندازه دوام نیافت تا تأثیرات مکمل را بر رشد بیازماید. از آن زمان، پژوهشگران در کارآزمایی بلندمدت‌تر سه‌ماهه از کودکان دچار سوء تغذیه درحال مقایسه‌ی درمان با مکملی موجود هستند.

حفظ منابع طبیعی: محافظت از دریاهای آزاد

قوانین بسیار کمی از تنوع زیستی موجود در دو سوم از اقیانوس‌هایی محافظت می‌کنند که خارج از محدوده‌ی آب‌های سرزمینی کشورها هستند. امسال اننظار می‌رود سازمان ملل نخستین پیمانی را که به‌طور ویژه به‌منظور تغییر این وضعیت درنظرگرفته شده است، نهایی‌سازی کند. انتظار می‌رود این معاهده روشی را برای تعیین مناطق حفاظت‌شده‌ی دریایی (MPA) در آب‌های بین‌المللی ارائه دهد. پژوهشگران درحال تهیه‌ی فهرستی از کاندیداها و شواهد پشتیبان هستند.

زبان پیش‌نویس نیز استانداردهایی حداقلی برای ارزیابی اثرات زیست‌محیطی تعیین می‌کند که کشورها پیش از آغاز فعالیت‌های تجاری با احتمال آسیب‌رسانی به حیات دریایی ملزم به انجام آن خواهند بود. یک نهاد فنی و علمی بین‌المللی جدید مشابه با نمونه‌ای که حیات دریایی را در پیرامون جنوبگان مدیریت می‌کند، طرح‌های پیشنهادی MPA را بازبینی خواهد کرد. پیش‌نویس معاهده همچنین سیستمی را برای مدیریت توالی‌های ژنتیکی گرفته‌شده از موجودات دریایی ساکن در آب‌های آزاد ارائه می‌دهد.

باستان‌شناسی: سرنخ‌های تازه از جوامع باستانی

همان‌طور که پژوهشگران به‌منظور بررسی روابط اجتماعی و مهاجرت‌ها، تجزیه‌وتحلیل‌ها از DNA باستانی را با دیگر سرنخ‌های مولکولی و میکروبی ترکیب می‌کنند، انتظار می‌رود امسال مطالعاتی را درباره‌ی انسان‌های باستانی در مسیرهای تازه شاهد باشیم. دانشمندان شواهد DNA را با داده‌ها از پروتئین‌ها و ایزوتوپ‌ها و همچنین ریزفسیل‌ها و عوامل بیماری‌زا از استخوان‌ها، پلاک دندان و مدفوع فسیل‌شده ادغام خواهند کرد. این گونه مطالعات در سال جدید می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا دریابند کدام یک از اعضای خانواده‌ی سلتیک اولیه ثروت را به ارث بردند. آن‌ها همچنین می‌توانند موطن فلسطینی‌های باستان و آنگلوساکسون‌ها و یونانی‌های اولیه در اروپا و همچنین مومیامی‌های یافت‌شده در چین و مصر را شناسایی کنند.

زیست‌پزشکی: داروهای سرطان در آستانه تأیید

به‌مدت بیش از سه دهه، دانشمندان در رویای کوچک‌کردن تومورها به‌وسیله‌ی مسدودسازی ژنی به‌نام KRAS بوده‌اند؛ نوعی پروتئین که سیگنال‌های رشد آن موجب بروز بسیاری از انواع سرطان می‌شود. ازآنجا که کی‌رس هیچ حفره‌ی آشکاری ندارد که بازدارنده‌ها بتوانند هدف گیرند، پیش‌تر تصور می‌شد این پروتئین دربرابر داروها نفوذناپذیر است. اما شرکت‌های متعدد ترکیباتی ساخته‌اند که درون شیارهای برخی از پروتئین‌های کی‌رس جهش‌یافته و تقویت‌کننده‌ی سرطان جا می‌شوند و سیگنال‌های آن‌ها را مهار می‌کنند.

داروهای مورد بحث نخستین‌بار در جوندگان و سپس در بیماران سرطانی نتایج امیدبخش نشان داده‌اند. در دسامبر ۲۰۲۰، امژن، شرکت زیست‌فناوری و داروسازی آمریکایی از سازمان غذا و دارو خواست تا این دسته‌ی دارویی جدید را بازبینی کند. دارو ممکن است اول برای استفاده در بیماران خاص مبتلا به سرطان ریه تأیید شود. انتظار می‌رود امسال یک شرکت دیگر نیز داروی کی‌رس خود را برای دریافت مجوز ارائه دهد.