入選理由：國際空間站退役后，“天宮”將成為唯一可用空間站。

2021年4月29日，“天和”核心艙發(fā)射升空并順利抵達(dá)軌道，標(biāo)志著我國“天宮”空間站在軌組建工作全面展開。6月17日，神舟十二號載人飛船將3名航天員送入“天和”核心艙，航天員隨后開展了3個月的太空任務(wù)，并于9月17日順利返回。10月16日，神舟十三號載人飛船發(fā)射升空，“天和”核心艙再次迎來3名航天員，這是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段的最后一次飛行任務(wù)。中國空間站預(yù)計于2022年年底前建成，由一個核心艙和兩個實驗艙組成。空間站開啟常態(tài)化運行后，將有3名航天員作為一個乘組長期駐留，定期輪換。此外，隨著國際空間站的退役時間臨近，中國的“天宮”空間站很有可能在未來成為唯一可用的空間站。

入選理由：火星探測季進(jìn)入全新階段。

2021年5月22日，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”著陸巡視器攜帶的火星車“祝融號”安全駛離著陸平臺，到達(dá)火星烏托邦平原表面，開始巡視探測。這意味著中國成為了首個一次完成繞、落、巡三大任務(wù)的國家。美國“毅力”號火星車也于2021年2月直接進(jìn)入火星大氣層，并成功著陸。4月，在“毅力”號的注視下，“機智”號無人機完成了在火星的首次飛行。與此同時，阿聯(lián)酋的“希望”號探測器也成功進(jìn)入火星軌道，開始拍攝火星圖像。3臺火星探測器已經(jīng)紛紛抵達(dá)目標(biāo)地點并開始正常工作，未來它們將傳回大量與火星相關(guān)的重要信息。

入選理由：理論與實驗結(jié)果之間的沖突，讓科學(xué)家看到了新物理的曙光。

2021年4月7日，美國費米國家實驗室繆子g-2實驗的數(shù)據(jù)公布，實驗測到的繆子磁矩與理論預(yù)測之間存在明顯的偏差，然而，偶然誤差導(dǎo)致這種偏差的概率僅有1/40 000。標(biāo)準(zhǔn)模型是目前描述基本粒子和基本作用力的最佳模型，面對最新的實驗結(jié)果，科學(xué)家不得不思考：理論與實驗結(jié)果之間的這種偏差究竟是源自標(biāo)準(zhǔn)模型深層次的誤差，還是存在標(biāo)準(zhǔn)模型之外的作用力和粒子。在未來，第二、三次的實驗數(shù)據(jù)會逐步公布，修正后的理論計算結(jié)果也會逐步出爐。如果到時實驗數(shù)據(jù)和理論值之間仍然存在不可忽略的偏差，那它很有可能會動搖現(xiàn)代物理學(xué)大廈的根基。

入選理由：人類第一次從二氧化碳出發(fā)成功合成出淀粉。

2021年9月，中國科學(xué)院的研究團(tuán)隊宣布，他們從頭設(shè)計了11步反應(yīng)路徑，利用無機催化劑和生物酶，首次在全球?qū)崿F(xiàn)了從二氧化碳到淀粉的全合成。在自然界，植物需要通過光合作用把空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉，這個過程涉及60多步反應(yīng)，且只有2%左右的能量轉(zhuǎn)化效率。這項研究不僅能合成與天然淀粉結(jié)構(gòu)幾乎一致的淀粉分子，還比天然合成路徑更高效。它的能量轉(zhuǎn)化效率約是自然光合作用的3.5倍，淀粉合成速率更是天然合成的8.5倍。這項研究是從頭合成生物大分子的一次里程碑式突破，也是模仿甚至超越自然合成機制的一大步。

入選理由：新冠病毒持續(xù)演化，不斷出現(xiàn)的新毒株影響波及全球。

2021年5月，新冠病毒德爾塔毒株被世界衛(wèi)生組織（WHO）列為“受關(guān)切變異株”（VOC），目前已擴(kuò)散到超過200個國家和地區(qū)，是全球最流行的新冠病毒毒株。德爾塔毒株病毒載量高、傳播能力強、潛伏期短，能部分逃脫抗體的中和反應(yīng)。此外，全球多款疫苗對德爾塔毒株的保護(hù)效力均有所下降。11月初，奧密克戎毒株在南非被首次檢測到，不到20天后便被WHO列為VOC，截至12月中旬已蔓延到80多個國家和地區(qū)。奧密克戎毒株刺突蛋白上存在多達(dá)32處突變，其中3處可能增強免疫逃逸能力。全球抗疫之路仍然充滿挑戰(zhàn)。

入選理由：改寫了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，極大地推動對生命本質(zhì)的探尋和藥物研發(fā)。

2021年7月，DeepMind宣布人工智能算法AlphaFold2開源，隨后又與歐洲生物信息學(xué)研究所合作，公布了這套算法精準(zhǔn)預(yù)測的人類蛋白組中98.5%的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及20種模式生物同等比例的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。AlphaFold2預(yù)測的精準(zhǔn)度已達(dá)到原子級別，能媲美目前最精準(zhǔn)的測量儀器，預(yù)測還將用時從幾個月縮短到幾天甚至數(shù)個小時。同月，由華盛頓大學(xué)等機構(gòu)研發(fā)的算法RoseTTAFold開源，它能更好地預(yù)測蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。AI蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測算法的爆發(fā)，解決了科學(xué)界的一個關(guān)鍵難題，拓展了對生命基礎(chǔ)物質(zhì)的認(rèn)知，將極大地推動生物醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展。

入選理由：各國的共同承諾，讓1.5℃的目標(biāo)“活了下來”。

2021年11月13日，第26屆聯(lián)合國氣候大會（COP26）艱難落下帷幕，197個締約方簽署了《格拉斯哥氣候公約》，使《巴黎協(xié)定》“全球平均氣溫升幅控制在1.5℃之內(nèi)”的目標(biāo)有可能實現(xiàn)。盡管未能將“1.5℃”的目標(biāo)寫入公約，但與會的世界各國代表終于就《巴黎協(xié)定》第6條實施細(xì)則達(dá)成共識，并承諾結(jié)束森林砍伐、逐漸減少煤炭使用等。會前，中國向世界做出了“力爭二氧化碳排放于2030年前達(dá)到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和”的承諾。邁向綠色低碳的行動不僅有助于地球免遭災(zāi)難性氣候變化的重?fù)?，還為國內(nèi)新能源產(chǎn)業(yè)等綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了新的機遇。

入選理由：快速射電暴研究進(jìn)入下一階段，中國天眼貢獻(xiàn)顯著。

2021年6月8日，加拿大CHIME射電望遠(yuǎn)鏡公布了536次新發(fā)現(xiàn)的快速射電暴（FRB）。2021年10月13日，中國天眼（FAST）宣布從重復(fù)源FRB 121102觀測到了1652次FRB。兩臺望遠(yuǎn)鏡將人類觀測到的FRB數(shù)量從200余次提升到2000多次。2020年，包括我國慧眼衛(wèi)星在內(nèi)的觀測表明，F(xiàn)RB很可能起源于磁陀星。但此次FAST觀測到的FRB不具周期性，且總能量接近磁陀星可用能量上限，研究團(tuán)隊認(rèn)為這基本排除了FRB 121102是由單一磁陀星產(chǎn)生的可能。目前，科學(xué)家認(rèn)為FRB可能具有多種起源。這兩臺望遠(yuǎn)鏡共同提升了人類觀測FRB的能力，為天文學(xué)家對FRB的進(jìn)一步研究鋪平了道路。

入選理由：特效藥為對抗疫情再添利器。

2021年11月，全球首款口服抗新冠病毒藥物molnupiravir在英國獲批。同月，輝瑞公司公布了其開發(fā)的口服抗新冠病毒藥物的臨床效果。這兩款作用機制不同的藥物均能抑制病毒增殖，極大地降低了患者住院和死亡的風(fēng)險。12月8日，安巴韋單抗與羅米司韋單抗（BRII-196/BRII-198）聯(lián)合用藥方案獲得中國國家藥品監(jiān)督管理局應(yīng)急批準(zhǔn)，成為我國首個獲批的自主知識產(chǎn)權(quán)新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療方案。這類藥物可以通過阻止病毒吸附細(xì)胞，阻斷病毒增殖。相比“老藥新用”的方案，不斷涌現(xiàn)的新款特效藥的靶向性更強、療效更好、安全性更高，在疫苗之外，也為抗擊新冠疫情提供了新的希望。

入選理由：由于潛在的倫理問題，嵌合體胚胎研究引發(fā)了激烈討論。

2021年4月，美國索爾克研究所和昆明理工大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家培養(yǎng)出了首個人猴嵌合體胚胎。他們將人的擴(kuò)展多能干細(xì)胞注入132個食蟹猴的早期囊胚內(nèi)培養(yǎng)，胚胎最長存活了20天。這項研究和另一項將人多能干細(xì)胞和成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化成人早期胚胎的研究一起，極大地沖擊了人類胚胎體外培養(yǎng)的“14天規(guī)則”。相關(guān)研究不僅在學(xué)術(shù)界引起了大量討論，也在社會上引發(fā)了關(guān)于科研倫理規(guī)范的激烈討論。在經(jīng)過多輪的商討和權(quán)衡后，國際干細(xì)胞研究學(xué)會于5月首次放寬了這一規(guī)則限制，提出對于培養(yǎng)人類胚胎超過2周的研究需進(jìn)行多輪審核，來決定終止時間。