给美国新任总统的科学速成课

智能无人机和其他武器可能最终能够决定何时发动攻击。

照片来源:BENJAMIN SHAREN/GETTY IMAGES

乔治·沃克·布什在承诺成为一个致力于减税、促进教育和刺激经济的“富有同情心的保守派”后赢得了2000年的总统选举。然而，他的总统任期很快就被2001年的恐怖袭击以及阿富汗和伊拉克战争所占据。然而，历史将会注意到，这两个聚焦于科学的事件可以与9/11袭击相提并论。一个月后，布什开始全面解决是否允许联邦*资助人类胚胎干细胞研究的问题。9/11袭击后仅一周，人们就向媒体和政界人士邮寄了装有炭疽的信封，导致5人死亡，并促使白宫发起大规模行动来加强生物*防御。

通常，新总统在入主白宫时不想在这些模糊的技术问题上花太多时间，也不准备处理这些问题。然而，历史已经证明，每一位总统最终都必须处理一系列与科学相关的政策问题或危机，不管他是否准备好了。

下一任总统将面临哪些与科学相关的问题？气候变化无疑是个大问题，每年关于*应该在基础研究上投入多少以及哪些领域可能提供最大的短期经济回报的辩论也是如此。从自动驾驶汽车到基因工程，许多技术进步将带来新的监管挑战。与此同时，几乎可以肯定的是，疾病爆发、石油泄漏和自然灾害等紧急情况也会发生。

在每种情况下，一点科学知识可以帮助总统更好地理解问题，并找到解决问题的最佳方案。为此，《科学》杂志为这次总统选举的获胜者提供了一些科学领域的速成课程，这些课程可能需要总统办公室在未来4到8年内给予关注。

病原体加速进化

导致人类、农场动物、野生动物、森林和农作物疾病的病毒、细菌、真菌和寄生虫正与其宿主进行“军备竞赛”。对人类来说不幸的是，它们通常占据上风，进化出逃避或击败宿主防御的能力，并可能变成致命的超级细菌。因为许多导致疾病的病原体繁殖非常快——大肠杆菌能在17分钟内使其数量翻倍，它们可能会超过人类开发新疗法的能力。这一基本过程导致了抗生素抗性细菌和致命流感病毒的产生，它们可以从鸟类、蝙蝠、猪等动物传播给人类，从而构成可能导致数百万人死亡的全球流行病威胁。细菌和其他生物甚至可以通过一个叫做横向转移的过程来交换基因，从而加速抗药性特征的传播。

不断进化的病原体威胁着人类的食物和水供应、自然资源和健康。在美国，每年有200万人遭受抗生素耐药性感染，导致23，000人死亡。在全球范围内，世界卫生组织估计，2005年有58，000个新的结核病病例对用于治疗该疾病的两种最有效的药物产生了耐药性。疟疾、艾滋病毒和其他主要疾病耐药性的增加可能会削弱预防和控制措施的效力。寨卡病毒和埃博拉病毒等近期威胁注定会以难以预测的方式演变。为了开发治疗方法，科学家通常必须在实验室处理最危险的病原体，有时甚至设计新的菌株。这造成了意外或故意的细菌泄漏的可能性，并带来可怕的后果。

美国需要为严重的流行病做好准备，甚至是全球性的流行病。做好准备需要全球合作和协调，因为疾病没有国界。专家说，尽管诊断工具、治疗方法和疾病监测系统需要改进，但为这些活动获得资金证明是有问题的。政策必须确保在安全可靠的实验室中处理最危险的病原体，但监管措施不能抑制必要的研究。下一任总统还需要实施“对抗抗生素耐药性细菌的国家行动计划”。该计划于2015年启动，旨在遏制抗生素的过度使用，这些抗生素加速了医疗保健和农业领域耐药菌株的进化。与此同时，新*必须找到一种方法，建立一种激励机制，让制药公司开发出潜在利润很少的新抗生素来替代无效药物。

基因编辑革命到来

CRISPR是一种新的基因编辑技术，它使改变任何生物体的DNA变得比以往更容易、更快、更便宜，包括细菌和人类。它以单细胞生物进化的分子系统为基础，以抵御入侵的病毒。CRISPR大大偏离了以前的基因工程技术，包括转录激活因子样效应物核酸酶和锌指酶。后者更昂贵、更慢、更不精确。CRISPR可以很容易地切割DNA，让科学家可以灭活基因，添加DNA，甚至混合来自不相关生物的基因。

作为基础研究的有力工具，CRISPR还将为人类遗传疾病带来新的疗法，提高抗虫害作物和抗病牲畜的产量。然而，CRISPR的使用也将导致深远的伦理和监管问题。这使得在生殖细胞系(卵子和精子)中创造具有改良基因的人类胚胎成为可能，这意味着这种变化可能会传给后代。与此同时，在所谓的基因驱动方法中，CRISPR可以通过改变进化路径和生态效应，甚至将物种从地球上移除，来永久改变整个物种的基因组。原则上，基因驱动可以帮助拯救濒临灭绝的物种，摧毁使一些杂草抵抗除草剂的基因防御，或者驱使携带疾病的蚊子灭绝。

*面临的一个重要问题是，用于研究目的的人类胚胎的CRISPR编辑是否应该得到资助。更令人不安的是，CRISPR可能被用于使婴儿摆脱已知的遗传缺陷，甚至具有更好的夜间视力或更强的投掷臂等增强的特征。下一任总统还将面临一场辩论，即*是否应该像监管其他转基因生物一样，监管通过CRISPR改变的动植物。

人工智能的进步带来了前景和危险

经过多年停滞不前的发展，旨在赋予机器像人类一样收集信息、学习和做出独立决策的各种能力的人工智能正在起飞。更强大的处理器和复杂的模式发现算法已经将科幻变成了日常现实:理解语言的手机、自动导航的车辆以及在复杂游戏中击败人类的机器。研究人员还创造了能够准确识别图像、帮助做出投资决策、控制交通流量和能源使用的系统。与此同时，他们找到了帮助广告商更有效地在互联网上投放广告的方法。

虽然专家们说，真正像人类一样思考的机器还需要很多年才能制造出来，但是人工智能相对狭窄的应用已经对整个社会产生了影响。从自动驾驶汽车到指导医疗保健和治疗方法的系统，各种产品和服务带来了巨大的好处，包括劳动生产率的提高、利润丰厚的新市场的出现，以及交通事故和医疗事故死亡人数的减少。但是人工智能也带来了担忧。它将使雇主能够使用自动化技术来完成更多的任务和解雇员工。经济学家预测，一些低收入工作将首先被淘汰，这可能会加剧经济不平等。允许机器做出自己的决定也会引发深远的伦理、法律和监管问题。如果无人驾驶汽车撞车，软件损坏了投资组合，或者传感器在错误的时间把红灯变成绿灯，谁该负责？在战场上，人工智能的风险会更高。目前，陆军正在探索向战场发送自动致命武器的可能性，这种武器可以独立决定何时发射。

许多公司渴望让自动驾驶汽车上路，让自动驾驶飞机在空中飞行，并希望联邦监管机构尽快澄清规则。下一任总统还必须决定联邦*在人工智能研究上的支出(目前每年投资约10亿美元)。同时，*需要密切关注人工智能对经济、劳动力和国家安全的影响。(宗华编译)

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