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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，全國科技戰(zhàn)線積極響應(yīng)黨中央號召，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)、檢測技術(shù)和產(chǎn)品、病毒病原學(xué)和流行病學(xué)、動物模型構(gòu)建等五大主攻方向，組織跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的科研團隊，科研、臨床、防控一線相互協(xié)同，產(chǎn)學(xué)研各方緊密配合，在很短的時間內(nèi)就取得了積極進展，為疫情防控提供了有力科技支撐，這背后是我國近年來基礎(chǔ)科學(xué)的迅速發(fā)展。日前，我國基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的2019年度十大進展發(fā)布，從中我們可以看到我國基礎(chǔ)研究的硬實力。 

日前，有2600余名專家學(xué)者參與網(wǎng)上投票的2019年度中國科學(xué)十大進展揭曉：探測到月幔物質(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、闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽能電池壽命的機理、青藏高原發(fā)現(xiàn)丹尼索瓦人、實現(xiàn)對引力誘導(dǎo)量子退相干模型的衛(wèi)星檢驗、揭示非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及其組裝機制、首次觀測到三維量子霍爾效應(yīng)等10項重大科學(xué)進展入選。 

1.探測到月幔物質(zhì)出露的初步證據(jù)

中國的嫦娥四號探測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號開展了巡視探測。中國科學(xué)院國家天文臺李春來研究組與合作者，報告了玉兔2號上配置的可見光和近紅外光譜儀（VNIS）的初步光譜探測結(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著陸地點的月幔物質(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，加深了對月球內(nèi)部形成及演化的認(rèn)識。玉兔2號將繼續(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：以計算機科學(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算平臺，構(gòu)建一個二者集成的計算平臺非常困難，從而阻礙了AGI的發(fā)展。因此，發(fā)展一個能夠同時支持流行的基于計算機科學(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芯片架構(gòu)，它高效集成了上面的兩種方法，提供了一個異構(gòu)集成的協(xié)同計算平臺。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，既能同時獨立支持基于計算機科學(xué)的機器學(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，實現(xiàn)了實時目標(biāo)檢測、跟蹤、語音控制、避障、過障和平衡控制。該項研究有望為更通用的硬件平臺發(fā)展鋪平道路并推動AGI的發(fā)展。 

3.提出基于DNA檢測酶調(diào)控的自身免疫疾病治療方案 

病毒的種類成千上萬，其感染特點和致病方式也是千變?nèi)f化，但是萬變不離其宗的是，當(dāng)病毒入侵時，其自身的遺傳物質(zhì)會不可避免地被帶入到宿主細(xì)胞中。機體針對這些外源遺傳物質(zhì)（如DNA等）迅速做出反應(yīng)，甚至不惜以傷及自身為代價，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)識可以追溯到上百年之前，然而其背后的機理并不清楚。2013年，這一領(lǐng)域國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)控機理，對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。研究不但揭示了機體抗病毒感染的關(guān)鍵調(diào)控機制，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 

中國科學(xué)院植物研究所沈建仁、匡廷云研究組報道了海洋硅藻——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個葉綠素a、2個葉綠素c、7個巖藻黃素以及可能的1個硅甲藻黃素的詳細(xì)結(jié)合位點，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。該研究團隊進一步與清華大學(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，不僅對揭示自然界光合作用的光能高效轉(zhuǎn)化機理具有重要意義，也為人工模擬光合作用、指導(dǎo)設(shè)計新型作物、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、易推廣等特點的高通量實驗方法，設(shè)計了一種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1162K。新研制的金屬玻璃在高溫下具有極高強度，1000K時的強度高達3.7千兆帕，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出此前報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136K，寬于此前報道的大多數(shù)金屬玻璃，其形成能力可達到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)的高通量實驗方法具有很強的實用性，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)計提供了新的思路。 

6.闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽能電池壽命的機理 

鈣鈦礦太陽能電池是廣受關(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。然而要進一步提高器件的壽命，需要發(fā)展一種長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（Eu3+/Eu2+）作為“氧化還原梭”，可同時消除Pb0和I0缺陷，進而大幅提升器件使用壽命。有趣的是，該離子對在器件使用過程中沒有明顯消耗，對應(yīng)的器件的效率最高達到了21.52％（認(rèn)證值為20.52％），并且沒有明顯的遲滯現(xiàn)象。同時，引入銪離子對的薄膜器件表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，在連續(xù)太陽光照或85℃加熱1000小時后，器件仍可分別保持原有效率的91％和89％；在最大功率點連續(xù)工作500小時后保持原有效率的91%。該方法解決了鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池中限制其穩(wěn)定性的一個重要的本質(zhì)性因素，可以推廣至其他鈣鈦礦光電器件，對于其他面臨類似問題的無機半導(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)合德國馬普學(xué)會進化人類學(xué)研究所Jean-Jacques Hublin研究組等合作者，報道了一個利用古蛋白質(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甘肅省夏河縣的白石崖溶洞。研究人員通過對化石上附著的碳酸鹽結(jié)核進行鈾系法測年，確定下頜骨至少有16萬年的歷史。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.實現(xiàn)對引力誘導(dǎo)量子退相干模型的衛(wèi)星檢驗 

量子力學(xué)和廣義相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。然而，任何試圖將量子力學(xué)和廣義相對論進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，但都普遍缺乏實驗檢驗。中國科學(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”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，在國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驗檢驗，對穿越地球引力場的量子糾纏光子退相干情況進行測試。根據(jù)“事件形式”理論模型預(yù)言，糾纏光子對在地球引力場中的傳播，其關(guān)聯(lián)性會概率性地?fù)p失；而依據(jù)現(xiàn)有的量子力學(xué)理論，所有糾纏光子對將保持糾纏特性。最終，衛(wèi)星實驗檢驗結(jié)果并不支持“事件形式”理論模型的預(yù)測，而與標(biāo)準(zhǔn)量子理論一致。這是國際上首次利用量子衛(wèi)星在地球引力場中對嘗試融合量子力學(xué)與廣義相對論的理論進行實驗檢驗，將極大地推動相關(guān)物理學(xué)基礎(chǔ)理論和實驗研究。 

9.揭示非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及其組裝機制 

非洲豬瘟病毒（ASFV）是一個巨大而復(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100%，對生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)鏈造成巨大經(jīng)濟損失，目前尚未有可用的疫苗。中國科學(xué)院生物物理研究所饒子和/王祥喜團隊和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所步志高團隊聯(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)計大學(xué)楊聲遠(yuǎn)等合作，在塊體碲化鋯（ZrTe5）晶體中首次實驗實現(xiàn)了“三維量子霍爾效應(yīng)”。研究人員對碲化鋯體單晶進行了磁場下的低溫電子輸運測量，在一個相對低的磁場下達到了極端量子極限狀態(tài)（只有最低朗道能級被占據(jù)的）。在該狀態(tài)下，研究人員觀測到了一個接近于零的無耗散縱向電阻，并沿著磁場方向形成了一個正比于半個費米波長的很好的霍爾電阻平臺，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)增強產(chǎn)生的電荷密度波驅(qū)動的費米面失穩(wěn)。通過進一步提高磁場強度，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。該研究進展提供了三維量子霍爾效應(yīng)的實驗證據(jù)，并提供了一個進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。

來源：《光明日報》