2010年5月17日，“亞(ya) 特蘭(lan) 蒂斯”號航天飛機宇航員加雷特·賴斯曼和史蒂夫·鮑恩進行了與(yu) 國際空間站對接後的首次太空行走。

創意圖片：基因組。

在2011年國際消費電子產(chan) 品展上展出的新款智能手機。

當人類跨入21世紀第二個(ge) 10年時，會(hui) 有些什麽(me) 期待？在未來10年中，又有哪些前沿科學和新興(xing) 技術將引領時代潮流？當我們(men) 認真研究前沿科學和新興(xing) 技術所麵臨(lin) 的機遇和挑戰後，發現這些領域已進入黃金收獲期。
21世紀第一個(ge) 10年，世界科學技術在生命科學、生物技術、納米技術、信息技術、基礎科學和宇宙探索等領域取得了空前進步，提出了一係列改變科學麵貌的卓見。在21世紀第二個(ge) 10年起始之年，預測現代科學技術的未來發展時，不能不提到一個(ge) 詞：融合。它突出地反映了當今科學技術發展的一個(ge) 總趨勢。在未來的10年中，如果沒有不同知識領域和技術之間的交叉融合，任何單一的領域或技術都不可能獨領風騷。
生命科學與(yu) 生物技術

基因組測序速度更快
全球科學家花了15年時間和30億(yi) 美元才完成了第一個(ge) 人類基因組的序列測定。2007年，詹姆斯·沃森的全球首個(ge) 個(ge) 人基因組圖譜耗資200萬(wan) 美元，曆時2個(ge) 月。而2009年的“完全基因組”公司對個(ge) 人基因組的測序成本不到5000美元。隨著成本的下降，科學家能以更快的速度測序人類基因組。國際癌症基因組協會(hui) 將於(yu) 今年4月開始，對多種癌症約2.5萬(wan) 個(ge) 基因組進行測序。2011年人們(men) 將看到該項研究的一些初步成果。
合成生物學技術優(you) 化
10年前，聽說過“合成生物學”的人寥寥無幾。如今，科學家能夠“白手起家”合成一個(ge) 新生物的基因組，而且幾乎可以用它來創造一種活體(ti) 細菌。由於(yu) 閱讀和合成脫氧核糖核酸（DNA）序列的成本已大幅下降，現在可以像計算機程序員編製數字代碼那樣對DNA進行重組。科學家相信，生命係統也可以像其他係統一樣人為(wei) 地設計。
隨著人們(men) 對生命發育、運作程序的逐步探索，生命運作的每個(ge) 細節都將被揭示，整合分子工程學和計算機生物學技術，生物學家將獲得一種新技術——優(you) 化合成生物的技術，對其最直接的應用是，在藥物和給藥途徑的設計上人類將變得越來越有創新性。例如，口服疫苗、工程菌株。這些合成的生物藥品能更接近腫瘤組織，選擇性地殺死癌細胞。此外，合成生物學在食品和生物燃料等方麵也有廣泛應用，例如，生產(chan) 可以抵抗病蟲害或製造生物燃料的作物品種。
今後，合成生物學將進入多細胞研究層麵。在2011年將有更多探索多細胞集合行為(wei) 的研究出現，並基於(yu) 此使細菌獲得更多有用的功能，如用於(yu) 生成治療藥物。
幹細胞研究孕育新突破
2010年細胞重編程研究領域捷報頻傳(chuan) ，新的重編程技術促使誘導多能幹細胞（iPS細胞）轉化效率不斷提高，同時還實現了多種類型細胞之間的轉化。2011年，患者來源的iPS細胞將逐漸成為(wei) 相關(guan) 疾病研究中的新細胞模型——尤其對於(yu) 那些目前尚無好的動物模型，以及對其細胞內(nei) 部了解甚少的疾病，例如精神病。此外，iPS細胞還將被廣泛應用到潛在藥物篩選領域，並用於(yu) 研究和推動個(ge) 體(ti) 化藥物治療。
另一方麵，iPS細胞技術已更新了好幾代，從(cong) 病毒載體(ti) 攜帶的轉錄因子到蛋白誘導，再到小分子化學物質誘導，技術的更新極大地改善了iPS細胞技術，降低了致癌風險。2011年的iPS細胞技術將變得更安全、更高效。
大腦記憶物理組織被發現
已發現的證據表明，記憶通過大腦中神經元的聯係而形成。近年來，科學家發現，在這些神經元分支裏存在一種被稱為(wei) PKMzeta的分子，正是這種分子使記憶保存下來，若是阻斷了PKMzeta分子，記憶就會(hui) 消失。這一發現開辟了神經科學領域內(nei) 一個(ge) 令人興(xing) 奮的前景。PKMzeta分子在大腦裏應該是以一種獨特的分布方式來形成新的記憶，科學家們(men) 可將與(yu) 動物記憶學習(xi) 內(nei) 容有關(guan) 的所有神經元及其分支繪製出來，這樣，人們(men) 將第一次看到某個(ge) 特定的記憶。

信息技術
雲(yun) 計算讓媒體(ti) 服務更便捷
雲(yun) 計算把計算資源和應用升級為(wei) 可計費的服務。
隨著所有媒體(ti) 都轉向雲(yun) 計算服務，越來越多的公眾(zhong) 希望能夠隨時隨地在任何一台設備上觀看視頻或收聽音樂(le) 。這些設備既可為(wei) 電視機，也可以是蘋果ipads平板電腦、androids係統平板電腦甚至智能手機。如果穀歌、蘋果能同各大唱片公司達成合作協議，無疑將引發網絡音樂(le) 服務的新一輪變革。換言之，通過雲(yun) 計算服務，用戶不再需要下載電影或音樂(le) ，而隻需登錄自己的服務賬號，就能在任何一台設備上觀看電視或收聽音樂(le) 。
IPv6地址轉換迫在眉睫
在IPv4地址僅(jin) 剩的少許地址用完之後，現在的互聯網很快將沒有空間了。下一代互聯網IPv6將會(hui) 提供340萬(wan) 萬(wan) 萬(wan) 億(yi) 個(ge) 可能的IP地址，而目前的IPv4隻能提供微不足道的43億(yi) 個(ge) 地址。預計很多大型科技公司將在2011年轉換到IPv6，因此今年將會(hui) 有很多關(guan) 於(yu) IPv6的新聞。
傳(chuan) 感器將無處不在
隨著物聯網的逐步普及，傳(chuan) 感器將無處不在。國際商用機器公司預測，在未來5年內(nei) ，傳(chuan) 感器可能會(hui) 出現在手機中，出現在汽車裏。人自身將逐漸變成一個(ge) “行走著的傳(chuan) 感器”，為(wei) 人類最終戰勝氣候變暖，保護瀕危物種或追蹤入侵物種提供有價(jia) 值的數據。
人網互動增強
過去的10年，通過互聯網獲取的信息出現了爆炸性增長。數據存儲(chu) 、傳(chuan) 輸和處理方麵的進步已經把互聯網從(cong) “網蟲”的天堂轉化為(wei) 21世紀社會(hui) 的支柱。在未來10年中，利用互聯網獲取信息將轉變為(wei) 如何利用這些信息。人們(men) 在類似沃爾夫勒姆公司推出的搜索引擎Wolfram Alpha上已見到端倪，它們(men) 會(hui) “計算”問題的答案，根據關(guan) 鍵字直接返回答案。

能源技術

能量采集“無功耗”
能量采集技術是指對以前棄之不用的微小能量進行收集和有效利用的技術。高效率、低功耗集成電路的湧現，使能量采集進入實用階段。能量采集的最大優(you) 點是其高度的便利性，采用該技術的設備將無需連接線，無需更換電池和維護。換言之，不是“低功耗”，而是可以實現“無功耗”。
伴隨物聯網興(xing) 起，傳(chuan) 感器將無處不在，“無功耗”的能量采集技術將備受青睞。英國IDTechEx公司預測，“能量采集相關(guan) 設備市場將從(cong) 2010年的6.05億(yi) 美元擴大到2020年的44億(yi) 美元”，“市場規模將以73.6％的年率增長，從(cong) 2009年的795萬(wan) 美元猛增到2014年的12.54億(yi) 美元”。
智能電網逐漸普及
智能電網通過相互關(guan) 聯的“智能”網絡，把電力的生產(chan) 者與(yu) 用戶聯係在一起。智能電網允許小規模風力發電場和家庭太陽能電池板等分布式能源來擴充甚至取代集中式電站，同時，通過線路把過剩的電力轉移到急需的地方。它允許個(ge) 人既是消費者，也可以成為(wei) 供應者，即需要時從(cong) 網上獲取電力，還可以把自己家庭發出的多餘(yu) 電力送到網上，極大提高發電和供電的速度、效率和靈活性。在未來10年中，常規電網將會(hui) 受到能源需求增加和溫室氣體(ti) 排放限製的雙重衝(chong) 擊，人們(men) 希望看到智能電網逐漸普及。
太陽能動力成本下降
在未來若幹年，會(hui) 有多項太陽能技術得到發展。首先是可印刷太陽能電池的問世，它可能會(hui) 導致太陽能發電的成本直線下降。該技術在概念上相當簡單：使用比較傳(chuan) 統的印刷工藝和特種油墨，把太陽能電池印刷到廉價(jia) 、易於(yu) 彎曲的基板上，其成本也許隻有傳(chuan) 統矽基電池的一個(ge) 零頭，這為(wei) 太陽能的廣泛利用打開了一扇大門。第二個(ge) 可以預見的技術是太陽能輔助反應堆。它通過把集中的太陽輻射與(yu) 某種催化劑組合起來，切實可行地讓陽光轉化成其他形式的高效能源。例如，添加適當的催化劑，利用陽光把水分解成氫和氧，然後在兩(liang) 者重組過程中回收所需要的能量，並使能量的損失微乎其微。

空間技術

火星探測迎來新高潮
經過兩(liang) 年沉寂後，人類火星探測活動將在2011年迎來新高潮。
最早進行火星探測的俄羅斯，2011年計劃發射“福布斯—土壤”火星探測器，主要用於(yu) 從(cong) 火衛一上采集土壤樣本並帶回地球。對樣本研究能獲得太陽係星體(ti) 形成初期的信息，以及行星起源和演變的信息。該探測計劃是國際合作項目，中、德、法、荷、意等國參與(yu) 了有效載荷的研製。我國“螢火一號”火星探測器將搭載在“福布斯—土壤”上，在進入火星軌道時被釋放，其科研目標是：探測火星的空間磁場、電離層和粒子分布及其變化規律；探測火星大氣離子的逃逸率；探測火星地形、地貌和沙塵暴；探測火星赤道區重力場。
2011年，美國計劃發射大型火星車“火星科學實驗室”，以尋找生命的基本單元、研究火星表麵的化學、礦物和同位素成分，研究火星大氣層演變曆史和表麵的輻射環境。
海洋技術

全麵了解海洋生物多樣性
由全球2700名科學家組成的海洋生物普查國際網絡對海洋生物拉網式的普查已於(yu) 2010年結束，新發現約6000種物種。2011年科學家將就有關(guan) 數據資料，估計海洋中有多少海洋生物和其他有機生物體(ti) ，分析海洋生物分布不均的原因。科學家們(men) 不僅(jin) 要去發現更多物種，而且要思考在海洋裏還可能有多少未知物種。
目前，人們(men) 已逐步建立起一個(ge) 重要的觀念：多樣性的海洋生物是非常脆弱的。人類已知的許多大型海洋物種，如鯨魚、鯊魚和大金槍魚等在很大程度上都會(hui) 受到人類活動的影響。同時，除少部分物種外，海洋裏許多生物的分布範圍都很小。從(cong) 陸生物種的例子來看，分布範圍較小的物種更容易滅絕。
印度洋MJO是研究焦點
在廣闊海洋世界裏，印度洋一直是一個(ge) 神秘的地方。印度洋大洋環流及其溫度變化可以引起大氣層的重大變化，對整個(ge) 地球產(chan) 生影響。這種被稱為(wei) “馬登—朱利安振蕩（MJO）”的波動力量極其強大，其風力甚至可以引起地球自轉加快或放慢。2011年，科學家們(men) 將對MJO的運動機製進行研究，以預測其長遠影響。
（來源：，陳穎健）