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人類同疾病較量最有力的武器就是科學(xué)技術(shù)，人類戰(zhàn)勝大災(zāi)大疫離不開科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。疫情發(fā)生以來，全國(guó)科技戰(zhàn)線積極響應(yīng)黨中央號(hào)召，有關(guān)部門組成科研攻關(guān)組，確定臨床救治和藥物、疫苗研發(fā)、檢測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品、病毒病原學(xué)和流行病學(xué)、動(dòng)物模型構(gòu)建等五大主攻方向，組織跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的科研團(tuán)隊(duì)，科研、臨床、防控一線相互協(xié)同，產(chǎn)學(xué)研各方緊密配合，在很短的時(shí)間內(nèi)就取得了積極進(jìn)展，為疫情防控提供了有力科技支撐，這背后是我國(guó)近年來基礎(chǔ)科學(xué)的迅速發(fā)展。日前，我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的2019年度十大進(jìn)展發(fā)布，從中我們可以看到我國(guó)基礎(chǔ)研究的硬實(shí)力。 

日前，有2600余名專家學(xué)者參與網(wǎng)上投票的2019年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展揭曉：探測(cè)到月幔物質(zhì)出露的初步證據(jù)、構(gòu)架出面向人工通用智能的異構(gòu)芯片、提出基于DNA檢測(cè)酶調(diào)控的自身免疫疾病治療方案、破解藻類水下光合作用的蛋白結(jié)構(gòu)和功能、基于材料基因工程研制出高溫塊體金屬玻璃、闡明銪離子對(duì)提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池壽命的機(jī)理、青藏高原發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人、實(shí)現(xiàn)對(duì)引力誘導(dǎo)量子退相干模型的衛(wèi)星檢驗(yàn)、揭示非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及其組裝機(jī)制、首次觀測(cè)到三維量子霍爾效應(yīng)等10項(xiàng)重大科學(xué)進(jìn)展入選。 

1.探測(cè)到月幔物質(zhì)出露的初步證據(jù)

中國(guó)的嫦娥四號(hào)探測(cè)器最近成功著陸在月球背面SPA區(qū)域的馮·卡門撞擊坑內(nèi)，并利用搭載的月球車——玉兔2號(hào)開展了巡視探測(cè)。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李春來研究組與合作者，報(bào)告了玉兔2號(hào)上配置的可見光和近紅外光譜儀（VNIS）的初步光譜探測(cè)結(jié)果，分析發(fā)現(xiàn)了低鈣（斜方）輝石和橄欖石的存在，這種礦物組合很可能代表了源于月幔的深部物質(zhì)。進(jìn)一步的地質(zhì)背景分析表明，這些物質(zhì)是由附近直徑72公里的芬森撞擊坑挖掘出來、并拋射到了嫦娥四號(hào)著陸地點(diǎn)的月幔物質(zhì)。這一工作的意義在于揭示了月幔的物質(zhì)組成，為月球早期巖漿洋研究提供了新的約束條件，加深了對(duì)月球內(nèi)部形成及演化的認(rèn)識(shí)。玉兔2號(hào)將繼續(xù)探索馮·卡門撞擊坑底部的這些物質(zhì)，以了解它們的地質(zhì)背景、起源和組成，為未來開展月球樣品采樣返回任務(wù)提供依據(jù)。 

2.構(gòu)架出面向人工通用智能的異構(gòu)芯片　　

發(fā)展人工通用智能（AGI）的方法一般有兩種：以計(jì)算機(jī)科學(xué)為導(dǎo)向或以神經(jīng)科學(xué)為導(dǎo)向，將兩者結(jié)合是目前公認(rèn)的最佳發(fā)展AGI的路徑。由于它們的構(gòu)想和編碼方案有著根本的不同，這兩種方法依賴于截然不同且互不兼容的計(jì)算平臺(tái)，構(gòu)建一個(gè)二者集成的計(jì)算平臺(tái)非常困難，從而阻礙了AGI的發(fā)展。因此，發(fā)展一個(gè)能夠同時(shí)支持流行的基于計(jì)算機(jī)科學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和受神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的模型和算法的通用平臺(tái)非常重要。清華大學(xué)施路平研究組與合作者提出了一種天機(jī)芯片架構(gòu)，它高效集成了上面的兩種方法，提供了一個(gè)異構(gòu)集成的協(xié)同計(jì)算平臺(tái)。該芯片采用多核結(jié)構(gòu)、可重構(gòu)構(gòu)件和流線型數(shù)據(jù)流的混合編碼方案，既能同時(shí)獨(dú)立支持基于計(jì)算機(jī)科學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和神經(jīng)科學(xué)主導(dǎo)的算法以及神經(jīng)科學(xué)中的多種編碼方案，還支持兩者的異構(gòu)混合建模，提供新的解決方案。研究人員僅使用一個(gè)芯片，演示了無人駕駛自行車系統(tǒng)中通用算法和模型的同步處理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤、語(yǔ)音控制、避障、過障和平衡控制。該項(xiàng)研究有望為更通用的硬件平臺(tái)發(fā)展鋪平道路并推動(dòng)AGI的發(fā)展。 

3.提出基于DNA檢測(cè)酶調(diào)控的自身免疫疾病治療方案 

病毒的種類成千上萬(wàn)，其感染特點(diǎn)和致病方式也是千變?nèi)f化，但是萬(wàn)變不離其宗的是，當(dāng)病毒入侵時(shí)，其自身的遺傳物質(zhì)會(huì)不可避免地被帶入到宿主細(xì)胞中。機(jī)體針對(duì)這些外源遺傳物質(zhì)（如DNA等）迅速做出反應(yīng)，甚至不惜以傷及自身為代價(jià)，這是病毒感染導(dǎo)致致死性炎癥的主要原因。關(guān)于外源DNA誘發(fā)免疫反應(yīng)的認(rèn)識(shí)可以追溯到上百年之前，然而其背后的機(jī)理并不清楚。2013年，這一領(lǐng)域國(guó)際上取得了重要突破，科學(xué)家鑒定發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)cGAS（環(huán)鳥苷酸-腺苷酸合成酶）是胞內(nèi)DNA病毒感受器。隨著cGAS被揭示，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在檢測(cè)病毒入侵以外，cGAS的異常激活也直接導(dǎo)致一類自身免疫疾病。因此，尋找有效控制cGAS活性的手段并探究其調(diào)控機(jī)理，對(duì)抵抗病毒感染及自身免疫疾病的治療都至關(guān)重要。軍事醫(yī)學(xué)研究院（國(guó)家生物醫(yī)學(xué)分析中心）張學(xué)敏和李濤研究組與合作者發(fā)現(xiàn)，乙酰化修飾是控制cGAS活性的關(guān)鍵分子事件，并揭示了其背后的調(diào)控規(guī)律。研究不但揭示了機(jī)體抗病毒感染的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，還發(fā)現(xiàn)了有效的cGAS抑制劑，為AGS（艾卡迪綜合征）等自身免疫疾病提供了潛在治療策略。 

4.破解藻類水下光合作用的蛋白結(jié)構(gòu)和功能 

中國(guó)科學(xué)院植物研究所沈建仁、匡廷云研究組報(bào)道了海洋硅藻——三角褐指藻FCP的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，揭示了蛋白支架內(nèi)的7個(gè)葉綠素a、2個(gè)葉綠素c、7個(gè)巖藻黃素以及可能的1個(gè)硅甲藻黃素的詳細(xì)結(jié)合位點(diǎn)，從而揭示了葉綠素a和c之間的高效能量傳遞途徑。該結(jié)構(gòu)還顯示了巖藻黃素與葉綠素之間的緊密相互作用，使能量通過巖藻黃素高效地傳遞和淬滅。該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步與清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院隋森芳研究組合作，解析了硅藻的光系統(tǒng)II（PSII）與FCPII超級(jí)復(fù)合體的分辨率為3.0埃的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該研究率先破解了硅藻、綠藻光合膜蛋白超分子結(jié)構(gòu)和功能之謎，不僅對(duì)揭示自然界光合作用的光能高效轉(zhuǎn)化機(jī)理具有重要意義，也為人工模擬光合作用、指導(dǎo)設(shè)計(jì)新型作物、打造智能化植物工廠提供了新思路和新策略。 

5.基于材料基因工程研制出高溫塊體金屬玻璃

中國(guó)科學(xué)院物理研究所柳延輝研究組與合作者基于材料基因工程理念開發(fā)了具有高效性、無損性、易推廣等特點(diǎn)的高通量實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了一種Ir-Ni-Ta-（B）合金體系，獲得了高溫塊體金屬玻璃，其玻璃轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)1162K。新研制的金屬玻璃在高溫下具有極高強(qiáng)度，1000K時(shí)的強(qiáng)度高達(dá)3.7千兆帕，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出此前報(bào)道的塊體金屬玻璃和傳統(tǒng)的高溫合金。該金屬玻璃的過冷液相區(qū)達(dá)136K，寬于此前報(bào)道的大多數(shù)金屬玻璃，其形成能力可達(dá)到3毫米，并使其可通過熱塑成形獲得在高溫或惡劣環(huán)境中應(yīng)用的小尺度部件。該研究開發(fā)的高通量實(shí)驗(yàn)方法具有很強(qiáng)的實(shí)用性，顛覆了金屬玻璃領(lǐng)域60年來“炒菜式”的材料研發(fā)模式，證實(shí)了材料基因工程在新材料研發(fā)中的有效性和高效率，為解決金屬玻璃新材料高效探索的難題開辟了新的途徑，也為新型高溫、高性能合金材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路。 

6.闡明銪離子對(duì)提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池壽命的機(jī)理 

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是廣受關(guān)注的新一代光伏技術(shù)，而其工作穩(wěn)定性是目前產(chǎn)業(yè)化的主要障礙。傳統(tǒng)研究主要通過組分優(yōu)化、封裝、界面改性和紫外光過濾等來有效抑制如氧氣、水分和紫外光等因素導(dǎo)致的性能下降，從而提升器件的穩(wěn)定性。然而要進(jìn)一步提高器件的壽命，需要發(fā)展一種長(zhǎng)期有效的方法以抑制使役過程中材料的本征缺陷。為提高本征穩(wěn)定性，北京大學(xué)工學(xué)院周歡萍研究組、化學(xué)與分子工程學(xué)院嚴(yán)純?nèi)A/孫聆東研究組及其合作者提出，通過在鈣鈦礦活性層中引入銪離子對(duì)（Eu3+/Eu2+）作為“氧化還原梭”，可同時(shí)消除Pb0和I0缺陷，進(jìn)而大幅提升器件使用壽命。有趣的是，該離子對(duì)在器件使用過程中沒有明顯消耗，對(duì)應(yīng)的器件的效率最高達(dá)到了21.52％（認(rèn)證值為20.52％），并且沒有明顯的遲滯現(xiàn)象。同時(shí)，引入銪離子對(duì)的薄膜器件表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，在連續(xù)太陽(yáng)光照或85℃加熱1000小時(shí)后，器件仍可分別保持原有效率的91％和89％；在最大功率點(diǎn)連續(xù)工作500小時(shí)后保持原有效率的91%。該方法解決了鉛鹵鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中限制其穩(wěn)定性的一個(gè)重要的本質(zhì)性因素，可以推廣至其他鈣鈦礦光電器件，對(duì)于其他面臨類似問題的無機(jī)半導(dǎo)體器件也具有參考意義。 

7.青藏高原發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人 

中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所陳發(fā)虎研究組、蘭州大學(xué)張東菊研究組聯(lián)合德國(guó)馬普學(xué)會(huì)進(jìn)化人類學(xué)研究所Jean-Jacques Hublin研究組等合作者，報(bào)道了一個(gè)利用古蛋白質(zhì)分析方法鑒定為丹尼索瓦人的下頜骨，該下頜骨來自于中國(guó)甘肅省夏河縣的白石崖溶洞。研究人員通過對(duì)化石上附著的碳酸鹽結(jié)核進(jìn)行鈾系法測(cè)年，確定下頜骨至少有16萬(wàn)年的歷史。該化石標(biāo)本是丹尼索瓦洞以外發(fā)現(xiàn)的首件丹尼索瓦人化石證據(jù)，對(duì)標(biāo)本的全面分析也為丹尼索瓦人研究提供了豐富的體質(zhì)形態(tài)學(xué)信息，包括下頜和牙齒形態(tài)等信息。該項(xiàng)研究表明，早在現(xiàn)代智人到來之前，丹尼索瓦人在中更新世晚期就已經(jīng)生活在青藏高原高海拔地區(qū)，并成功地適應(yīng)了高寒缺氧環(huán)境。 

8.實(shí)現(xiàn)對(duì)引力誘導(dǎo)量子退相干模型的衛(wèi)星檢驗(yàn) 

量子力學(xué)和廣義相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。然而，任何試圖將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論進(jìn)行融合的理論工作都遇到極大困難。目前關(guān)于如何融合量子力學(xué)和引力理論的討論，模型眾多，但都普遍缺乏實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事彭承志、范靖云等與合作者，利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，在國(guó)際上率先在太空中開展了引力誘導(dǎo)量子糾纏退相干的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，對(duì)穿越地球引力場(chǎng)的量子糾纏光子退相干情況進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)“事件形式”理論模型預(yù)言，糾纏光子對(duì)在地球引力場(chǎng)中的傳播，其關(guān)聯(lián)性會(huì)概率性地?fù)p失；而依據(jù)現(xiàn)有的量子力學(xué)理論，所有糾纏光子對(duì)將保持糾纏特性。最終，衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果并不支持“事件形式”理論模型的預(yù)測(cè)，而與標(biāo)準(zhǔn)量子理論一致。這是國(guó)際上首次利用量子衛(wèi)星在地球引力場(chǎng)中對(duì)嘗試融合量子力學(xué)與廣義相對(duì)論的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，將極大地推動(dòng)相關(guān)物理學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究。 

9.揭示非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及其組裝機(jī)制 

非洲豬瘟病毒（ASFV）是一個(gè)巨大而復(fù)雜的DNA病毒，能夠引發(fā)家豬、野豬患急性、熱性、高度傳染性疾病，發(fā)病率和死亡率可高達(dá)100%，對(duì)生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)鏈造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，目前尚未有可用的疫苗。中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所饒子和/王祥喜團(tuán)隊(duì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所步志高團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海科技大學(xué)等單位，在上海科技大學(xué)冷凍電鏡中心連續(xù)收集了高質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用一種優(yōu)化的圖像重構(gòu)策略，解析了非洲豬瘟病毒衣殼的三維結(jié)構(gòu)，其分辨率達(dá)到4.1埃。結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)揭示了衣殼穩(wěn)定性和組裝的分子基礎(chǔ)，對(duì)非洲豬瘟疫苗的研發(fā)具有十分重要的理論指導(dǎo)意義。 

10.首次觀測(cè)到三維量子霍爾效應(yīng) 

南方科技大學(xué)物理學(xué)系張立源研究組、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)系喬振華研究組及新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)楊聲遠(yuǎn)等合作，在塊體碲化鋯（ZrTe5）晶體中首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了“三維量子霍爾效應(yīng)”。研究人員對(duì)碲化鋯體單晶進(jìn)行了磁場(chǎng)下的低溫電子輸運(yùn)測(cè)量，在一個(gè)相對(duì)低的磁場(chǎng)下達(dá)到了極端量子極限狀態(tài)（只有最低朗道能級(jí)被占據(jù)的）。在該狀態(tài)下，研究人員觀測(cè)到了一個(gè)接近于零的無耗散縱向電阻，并沿著磁場(chǎng)方向形成了一個(gè)正比于半個(gè)費(fèi)米波長(zhǎng)的很好的霍爾電阻平臺(tái)，這些是三維霍爾效應(yīng)出現(xiàn)的確鑿標(biāo)志。理論分析還表明，該效應(yīng)源于在極端量子極限下電子關(guān)聯(lián)增強(qiáng)產(chǎn)生的電荷密度波驅(qū)動(dòng)的費(fèi)米面失穩(wěn)。通過進(jìn)一步提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，縱向電阻和霍爾電阻都急劇增加，呈現(xiàn)出金屬-絕緣體相變。該研究進(jìn)展提供了三維量子霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并提供了一個(gè)進(jìn)一步探索三維電子體系中奇異量子相及其相變的很有前景的平臺(tái)。

來源：《光明日?qǐng)?bào)》