Science：給美國新任總統的六堂科學課
北京時間2016年11月9日15:31，美聯社官方推特宣布唐納德·特朗普當選美國總統。《科學》已經為美國新總統準備了六堂重要的科學課，這涉及今後4或8年中，美國總統辦公室可能最應關注的6個方面的科學政策問題——同時，它們也可能是目前與全球社會、經濟及民生髮展有關的、最重要的科學議題。
在贏得2000年美國總統大選前，喬治·布希承諾要做一個「有同情心的保守黨人」，減少稅收、鼓勵教育、推動經濟。然而他上任不久，便忙於應付2001年的恐怖襲擊，以及阿富汗戰爭和伊拉克戰爭。同時，另有兩個科學性事件和 9·11恐怖襲擊相關。襲擊發生前一個月，布希正在斟酌是否要將聯邦基金用於人類胚胎幹細胞提取等研究當中。而襲擊發生僅僅一周後，又有人給媒體和政客發送充滿炭疽的信件，造成5人死亡，這推動白宮著手大力提高對生物恐怖襲擊的防禦。
入主白宮的新總統們既不希望、也不準備在這些晦澀的技術問題上花時間。但從歷史上看，不管是否有準備，每任總統都無法避免與一系列科學相關的政治問題或危機糾纏不清。
新當選的美國總統又將面對哪些科學相關的問題呢？氣候變化問題必然越來越重大，還有其他年度熱議話題：政府應該在基礎研究上投入多少資金？哪些領域有可能在短期獲得最大的經濟回報？從無人駕駛的汽車到基因組工程，技術進步將會帶來新的管理挑戰。此外疾病爆發、原油泄漏和自然災害等突發問題也很難避免。
在每起事件中，一個小小的科學常識或許就可以幫助總統更好地理解問題，並作出最好的應對。因此，我們為當選者帶來一堂重要的課程，涉及今後4或8年總統辦公室可能最須要關注的6個方面。
第一課：危險的進化
病原體的變化比我們的防禦快
埃博拉疫情爆發期間，科學家緊張地檢測病毒（藍色）的變化。
科學事實：病毒、細菌、真菌和寄生蟲會在人類、家畜、野生動物、樹木和農作物中引起疾病，與它們的寄主進行攻防競賽。不幸的是，它們總是處於上風，能夠進化出迴避或突破寄主防禦的能力，潛在地成為致命的超級病菌。同時，因為很多病原體繁殖的速度極快（比如腸道中的大腸桿菌可以在僅僅17分鐘內就數量翻倍），它們的變化速度超過我們研製新療法的速度。這種基本進程使細菌能夠抵抗抗生素，使致命的流感病毒可以從鳥類、蝙蝠、豬等動物傳播給人類，造成數百萬人死亡的全球疫情。細菌和其他生命體甚至可以通過一種叫做側向轉移的過程獲得基因，加速抗藥性等性質的傳播。
重要性：進化的病原體會威脅我們的食物、水源、自然資源與健康。在美國，200萬人受到耐抗生素細菌感染，其中2.3萬人死亡。 世界衛生組織估計，2015年全球新增58萬對特效藥有抗藥性的結核病病例。瘧疾、艾滋病和其他主要疾病都越來越有抗藥性，對疾病控制帶來威脅。最近爆發的寨卡和埃博拉等病毒都以我們難以預見的方式進化。為了找到治療方法，科學家往往需要在實驗室研究最危險的病原體，甚至改變它們的特性；這些病原體可能會因意外或人為流出，導致嚴重後果。
政治難題：美國要為嚴峻的傳染病甚至全球流行病問題做好準備。疾病無國界，因此要做好國際合作。專家指出，疾病監視系統、診斷工具和治療方法都須改進，但資金是一個大問題。必須從政策上保障對極端危險病原體的研究工作能在安全的實驗室中進行，但不能因為法規而取消必要的研究。新任總統必須完善2015年出台的美國對抗耐葯細菌的國家行動計劃。該計劃旨在控制抗生素在醫療和農業領域的濫用，抑制生物抗藥性進化。同時，新總統還要設法激勵醫藥公司開發新型抗生素以替代低效的舊藥。
第二課：基因編輯
基因編輯技術引起了棘手的倫理問題
醫生為移植手術準備的經基因修改的豬肺。
科學事實：CRISPR 是一種新型的基因編輯技術，它能以更簡單、快速、廉價的方式改變各種生物的 DNA。它的基礎是一種單細胞生物演化出來抵禦病毒的入侵的分子系統。早期基因工程技術包括類轉錄活化因子核酸酶（TALENs）與鋅指核酸酶（ZFNs），它們價格高、速度慢、精度低，而 CRISPR 與之大不相同。CRISPR 可以輕易地剪下 DNA 片段，因此能用於破壞基因，加入 DNA，甚至混入其他生物體的基因。
重要性：CRISPR 是基礎研究的有力工具，可以為治療人類基因疾病、提高抗蟲作物產量和牲畜防疫提供新的治療方法。但 CRISPR 也引起極大的道德與管理問題。人類將可以用修改過基因的生殖細胞（精子和卵子）創造胚胎，這意味著修改過的基因會遺傳給後代。而在基因驅動技術（gene drive）中，CRISPR 可以永久改變一整個物種的基因組，這可能會改變該物種的進化路徑和生態角色，甚至使之滅絕。原則上說，基因驅動技術可以提高瀕危物種的繁殖力，破壞基因帶來的抗性（如雜草對除草劑的抗藥性），或消滅傳播疾病的蚊蟲。
政治難題：政府面對的一個重要難題是，要不要給修改人類胚胎的 CRISPR 研究撥款。更具爭議的是，CRISPR可以使新生兒擺脫已知的基因缺陷，甚至獲得更強的能力，如更好的夜間視力或更強健的臂力。新任總統還要面對的問題是，政府是否應當以限制基因修飾（GM）生物的方式，限制 CRISPR 技術對植物與動物的修改。（美國農業部已經聲明，如果使用 CRISPR 對作物基因進行的修改，是在自然狀態下也可能發生的基因改變，那麼這種修改就不受現有基因修飾作物規定的約束。）此外，有極大潛力的基因驅動技術又應如何限制呢？
第三課：海平面上升
大西洋沿岸已經有被淹沒的危險
今年早些時候在北卡羅來納州發生的洪水，隨著海平面上升會越來越常見。
科學事實：有這麼一句政治老話：「所有的政治都是地域性的。」它也適用於下面這個人為氣候變化所導致的緊迫問題：所有的海平面上升都是地域性的。隨著全球變暖，海平面平均每年升高3.2毫米；1993年至今，海平面上升相當於一張紙牌的高度。大約40%的增長來自水受熱後的物理膨脹，其餘的主要來自冰川融化，尤其是近幾年格陵蘭島和北冰洋冰層的消融。如果這個問題持續發展，到本世紀末，海平面會上升0.5米甚至更多。
但這些數字背後還有一個嚴酷又複雜的現實問題：因為地域地理情況，洋流運動、冰川融化以及地表起伏引起的重力差異，海平面的上漲並不平均。這意味著美國某些海岸比其他地方更容易受到短期洪水的威脅。例如，我們都知道路易斯安那州南部的海岸侵蝕十分嚴重，而隨著地幔因冰河時代厚重冰川的消失而發生變化，東海岸也在持續下沉。在大西洋沿岸，從馬里蘭州到南北卡羅來納州，地下水開採加劇了地表下陷。近年來，將溫暖的熱帶海水帶向北方、然後離開海岸的北大西洋暖流已經減弱，致使海水向陸地倒灌。在這些因素的作用下，東海岸海平面上升速度是全球平均水平的兩倍，是弗吉尼亞州和很多北部地區的三倍。
重要性：近40%的美國人口分布在海邊，且海岸線上有密集的基礎設施，包括公路、鐵道、港口、軍事基地，以及電廠、水廠和污水處理廠等，這些設置的保護或遷移將耗費數十億美元。弗吉尼亞州的漢普頓錨地和佛羅里達州的邁阿密海灘等沿海社區是受海平面上升影響最嚴重的地區，甚至在晴天也會發生潮汐洪水，導致交通堵塞、草坪污染、設備腐蝕。濕地和水生植被等重要的生態系統有助於保護海岸免受暴風雨侵害、為重要經濟魚類提供生長的處所，而它們也受到被淹沒的威脅。海平面上漲還使暴風雨入侵內陸、高地，造成更大破壞。
政治難題：由於過去溫室氣體的排放，既然海平面上漲已不可避免，那麼聯邦政府要怎麼幫助居民防範、適應上升的海面？政策制定者怎麼避免國家、州和地方政府重複勞動或捲入地盤爭奪戰？誰來決定居民什麼時候防洪，什麼時候撤離？應該向哪項氣候變化研究撥款？（例如，如果能進一步理解格陵蘭島和西北冰洋冰層的融化機制，減少下個世紀海平面上升的不確定性，那麼地方政府就可以從中受益。）最重要的是：怎樣在世界範圍內，減少使海平面上漲的溫室氣體排放？
第四課：大腦健康
有關阿爾茲海默病等疾病的個人、政府預算支出負擔沉重
這張大腦圖像中可以看出阿爾茲海默病。
科學事實：有860億腦神經和數萬億鏈接的人類大腦處理著從思維、記憶到運動、睡眠的所有事件。在人的一生中，神經網路不斷受到我們的學習、經驗、生活方式、傷病的影響。長久以來，我們認為神經元數量在人生早期即已確定不變，其實不然，大腦有些區域仍會形成新的神經元。有了先進的大規模計算和一些革命性的工具，神經學家可以前所未有地研究大腦的工作細節。比如，利用光遺傳學方法，研究者可以激活神經元，並實時觀察它們的活動。
重要性：從我們出生到死亡，大腦健康都非常重要。治療大腦疾病的花費，不管是個人支出還是政府預算支出都非常巨大。到2025年，預計至少有700萬美國人罹患阿爾茲海默病，出現失憶、人格變化、思維受損癥狀，並最終死亡。僅2016年，治療和看護患有阿爾茲海默病和其他罕見認知障礙症的美國人，就要花費2360億美元，其中政府健康項目負擔三分之二。而在兒童方面，從2002年到2012年，自閉症（一種語言和社交困難）患者增長了123%。2016年，每68個美國兒童中就有一人是自閉症患者；每個患兒家庭每年預計花費約6萬美元。
其他大腦健康疾病也大量存在。學校里，學習障礙是一大問題；流浪者、吸毒人員和監獄犯人則普遍患有精神疾病；而腦震蕩是體育界最關注的問題。軍隊要承擔戰爭中產生的創傷性腦損傷和戰後心理後遺症的治療。有效的診斷和治療會讓結果大有改觀。
政治難題：新任總統必須計劃應對為照顧患有大腦疾病的老人而攀升的開支，同時決定大腦研究的優先程度。自2014年起，聯邦政府已經為奧巴馬的推進創新神經技術腦研究計劃（BRAIN Initiative）花費了7.5億多美元；下屆政府將決定它如何繼續推進。同時，支持團體正在推動擴大小兒腦癌到阿爾茨海默病等疾病的研究投入。2016年，阿爾茲海默病的研究資金上升了3.5億美元，而國會下一年的投入或將有增無減。同時，很多法律機構正在籌集更多款項，為獄中和刑事司法過程中產生的心理健康問題提供援助。在這些支出項間合理分配會成為近來財政預算的一大挑戰，尤其是擴大醫保等強制支出，更增加了對可用資金的限制。
第五課：聰明的 AI
人工智慧飛速發展 期望和風險並存
智能無人機和其他武器最終將可以自主判斷進攻時機。
科學事實：在幾年的停滯後，人工智慧（AI，目標是讓機器可以像人一樣收集信息、學習、做決定）又起航了。同時基於大數據集和對周圍環境進行模式搜索的演算法越發成熟，隨更加強大的處理器一道將科幻變成現實：手機可以理解人類語言，交通工具可以自己導航，機器可以在複雜的遊戲中徹底打敗人類。2016年3月，一個以自我學習為基礎的計算機程序打敗了人類頂尖圍棋棋手——AI 專家曾以為這件事十年內都不會發生。科研人員也設計了可以精確識別圖片、幫助作出投資決定、協助控制交通流量與能源使用、以及能夠計算出如何在網路上更有效地投放廣告的人工智慧系統。
重要性：儘管專家認為至少還需要幾十年的時間，機器才能和人類一樣進行真正的思考，但 AI 在專門領域的應用的確已經對現代社會產生了影響。從無人駕駛汽車到指導醫療和護理的系統，都帶來了極大的好處，它們能提高勞動效率、開拓利潤豐富的新市場、減少交通和醫療事故造成的死亡。但 AI 也帶來了憂慮，它會使僱主增加自動化作業，使之取代工人。經濟學家預計，低收入工作崗位將會首先消失，有可能使經濟不平衡加重。讓機器自己做決定也會引發大量倫理、法律和監管問題。如果無人車出了事故、軟體銷毀了投資組合文件、交通感測器錯誤地切換了指示燈，該由誰來負責？在軍事方面，軍隊一直在研發能夠自主判斷進攻時機的致命性武器，這將帶來更大的風險。
政治難題：很多公司都迫切期望得到無人駕駛汽車和無人飛行器的上路和飛行許可，並希望聯邦監管機構能儘快釐清相關法規。下任總統還必須決定聯邦政府在 AI 研究上的投入（目前的投資是每年10億美元）。AI 技術已經傳遍全球，如果美國不想在某些方面措手不及，就應當密切關注 AI 技術對經濟、人力和國家安全的影響。
第六課：風險評估
不要高估我們的能力 直覺判斷會帶來糟糕的政策
2013年波士頓馬拉松爆炸案後，紐約市政府在時代廣場增加了警力，但人們往往會高估這類事件發生的可能。
科學事實：專家用數據評估風險，而普通人往往靠直覺。俄勒岡大學（University of Oregon）風險心理學家 Paul Slovic指出，這兩種方式都有問題：「它們各有利弊。」
直覺評估的缺點很明顯：它使我們高估可怕事件發生的概率，而低估近在咫尺的日常風險。例如，9·11恐怖襲擊後至今，死於恐怖分子之手的美國人不超過幾百人，而同時期內交通事故和心臟病分別導致了50多萬人和大約800萬人死亡——對於後者我們卻不以為意。
同樣，我們對恐怖襲擊或飛機失事的本能恐懼也不會投射到飢餓、貧困、死亡等危及數千人的人道主義危機上。「我們對災難數據反應不夠。」 Slovic 說。我們也常常低估長時間或大範圍緩慢傳播的威脅，比如氣候變化造成的經濟和公共健康影響。下任總統需要明白，靠直覺進行評估會導致錯誤的風險預期。
專家根據數據得到的風險評估則看起來非常客觀，但他們也需要判斷什麼數據是有效的，以及如何描述風險。例如，在評估有毒化學物品泄漏的威脅時，他們會簡單地以預計死亡人數（一般偏低）或某種罕見癌症的增長率（一般偏高）來描述風險。選擇不同的指標會改變風險的預期，而專家也會有自己的傾向與取捨。
重要性：錯誤評估風險會使總統對小概率危險反應過度，而對大問題反應不足，他可能會支持讓公眾感覺良好卻費錢又低效、甚至產生反效果的政策。而總統有關風險問題的公眾言論，也可能造成擴大恐慌或預警不足的兩極效果。預先真誠地說明風險而不去保證能完全解決問題，可以讓公眾對不可避免的災難做好準備，減小政策和實際問題不相稱的情況。為了使上述宣傳政策更有效，總統需要保持公眾的信任，而這並不容易。了解基本的風險心理學可以避免更多的失誤。
政治難題：新任總統將面對一大串針對已知風險的政治決定，包括恐怖襲擊、對外衝突、國內犯罪與暴力、流感蔓延和自然災害。同時也會出現新的問題，比如DNA編輯或無人駕駛汽車等新技術的潛在風險。每一項的風險評估、公眾聲明，以及如何制定可以贏得選民、相關行業和地方、州、聯邦決策者支持的合理政策，都是新任總統需要面對的挑戰。
撰文 David Malakoff, Jeffrey Mervis
翻譯 邢若潔
審校 楊晨 張士超 趙維傑
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TAG:生物探索 |
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