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2020年度中國科學十大進展公布
來源:科技日報 日期:2021-03-01 字號:[ ]

  2月27日,科技部高技術研究發展中心(基礎研究管理中心)發布2020年度中國科學十大進展。嫦娥五號首次實現月面自動采樣返回、“奮斗者”號創造中國載人深潛新紀錄等10項重大科學進展,從31項候選進展中脫穎而出。
  根據得票高低,2020年度中國科學十大進展分別為:
  我國科學家積極應對新冠肺炎疫情取得突出進展嫦娥五號首次實現月面自動采樣返回“奮斗者”號創造中國載人深潛新紀錄揭示人類遺傳物質傳遞的關鍵步驟研發出具有超高壓電性能的透明鐵電單晶2020珠峰高程測定古基因組揭示近萬年來中國人群的演化與遷徙歷史大數據刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史深度解析多器官衰老的標記物和干預靶標實驗觀測到化學反應中的量子干涉現象。
  下面就跟隨我們,逐一了解一下這十大進展。
  1、我國科學家積極應對新冠肺炎疫情取得突出進展
  面對突如其來的新冠肺炎疫情,我國科學家認真貫徹落實習近平總書記關于疫情防控的重要講話和一系列重要指示批示精神,在中央應對疫情工作領導小組和國務院聯防聯控機制統籌下,團結協作,爭分奪秒,取得了一系列突出進展,為打贏疫情防控阻擊戰提供了重要的科學支撐。
  在病原學和流行病學方面,第一時間分離鑒定出新冠病毒毒株并向世界衛生組織共享了病毒全基因組序列,為診斷技術的快速推進和藥物疫苗開發奠定基礎;闡明了新冠病毒入侵細胞的關鍵機制;持續深化病毒傳播途徑研究,為防控策略的優化提供科技支撐;定量評估了我國防控措施的效果。
  在檢測試劑研發和動物模型方面,在疫情之初迅速研發了新冠核酸診斷試劑,并研發了免疫檢測試劑,為病原檢測提供了強有力的支撐;構建了小鼠、猴感染新冠病毒的動物模型,為藥物篩選、疫苗研發以及病毒傳播機制的研究提供支撐。
  在藥物和臨床救治方面,揭示了新冠臨床特征,在沒有特效藥的情況下,實行中西醫結合,先后推出八版全國新冠肺炎診療方案,篩選出“三藥三方”等臨床有效的中藥西藥和治療辦法,被多個國家借鑒和使用;解析了新冠病毒及關鍵蛋白質的結構,揭示了一批中西藥的作用機制;提出了建立方艙醫院、開展大規模核酸檢測、大數據追蹤溯源等科學防控方案,提高了收治率和治愈率,降低了感染率和病亡率。
  在疫苗和中和性抗體研發方面,同時開展了滅活疫苗、病毒載體疫苗、蛋白亞單位疫苗、核酸疫苗等的研發,腺病毒載體疫苗在全球率先開展1期臨床試驗,滅活疫苗在全球率先開展3期臨床試驗,并獲批附條件上市;鑒定并創制靶向新冠刺突蛋白S和受體結合域RBD的一系列中和單克隆抗體,形成抗病毒“雞尾酒”中國抗體組合方案。
  我國科學家通過不懈努力和無私奉獻,通過嚴謹高效的科研工作,為我國取得抗擊新冠肺炎疫情斗爭重大戰略成果提供了強大科學支撐。
  2、嫦娥五號首次實現月面自動采樣返回
  11月24日,嫦娥五號探測器在海南文昌航天發射場發射,由長征五號運載火箭直接送入地月轉移軌道;此后,探測器經歷地月轉移、近月制動、環月飛行、月面著陸、月面采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會對接與樣品轉移、月地入射、月地轉移和再入回收等飛行階段,歷時23天嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平致電,代表黨中央、國務院和中央軍委,祝賀探月工程嫦娥五號任務取得圓滿成功。
  作為我國復雜度最高、技術跨度最大的航天系統工程,嫦娥五號首次完成了地外天體采樣與封裝、首次地外天體表面起飛、首次無人月球軌道交會對接與樣品轉移、首次月地入射并攜帶月球樣品高速再入返回地球等我國航天史上多個重大技術突破,最終實現了我國首次地外天體采樣返回。嫦娥五號月面自動采樣返回任務的圓滿成功,標志著我國探月工程繞、落、回三步走規劃的圓滿收官,是中國航天向前邁進的一大步,將為深化人類對月球成因和太陽系演化歷史的科學認知做出貢獻。
  3、“奮斗者”號創造中國載人深潛新紀錄
  “奮斗者”號全海深載人潛水器研制是我國“十三五”深海關鍵技術與裝備領域的重大攻關任務,于2016年立項啟動。2020年6月,“奮斗者”號完成總裝集成與水池試驗。2020年7月,“奮斗者”號完成第一階段海試,共計下潛17次,最大下潛深度4548米。2020年10月10日,“奮斗者”號啟航赴馬里亞納海溝開展第二階段海試,期間共計完成13次下潛,其中11人24人次參與了8個超過萬米深度的深潛試驗。2020年11月10日8時12分,“奮斗者”號創造了10909米的中國載人深潛深度紀錄。
  中國船舶七〇二所是“奮斗者”號研制的牽頭單位,在潛水器的總體設計、關鍵技術研發、集成建造及試驗驗證等工作中發揮了核心作用,創建了獨立自主的全海深載人深潛裝備設計技術體系,構建了穩定可靠的高標準、規范化的試驗、檢測與應用體系,進一步在潛水器總體設計與優化、系統調試與仿真、深海作業等關鍵技術方面取得重大突破,國際上首次攻克高強高韌鈦合金材料制備和焊接技術,實現萬米級浮力材料固化成型新工藝自主可控,潛水器動力、推進器、水聲通信、智能控制等核心技術水平進一步提升。
  ”奮斗者”號作為當前國際唯一能同時攜帶3人多次往返全海深作業的載人深潛裝備,其研制及海試的成功,顯著提升了我國深海裝備技術的自主創新水平,使我國具有了進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力,體現了我國在海洋高技術領域的綜合實力,是我國深海科技探索道路上的重要里程碑。
  4、揭示人類遺傳物質傳遞的關鍵步驟
  DNA復制是人類遺傳物質在細胞之間得以精確傳遞的基礎,人們對高等生物中識別DNA復制起始位點的具體過程并不清楚,這在一定程度上也阻礙了人們對癌癥發生發展機制的理解。
  中國科學院生物物理研究所李國紅團隊及其合作者揭示了一種精細的DNA復制起始位點的識別調控機制。該研究發現,組蛋白變體H2A.Z能夠通過結合組蛋白甲基化轉移酶SUV420H1,促進組蛋白H4的第二十位氨基酸發生二甲基化修飾。而帶有二甲基化修飾的H2A.Z核小體能進一步招募復制起始位點識別蛋白,從而幫助DNA復制起始位點的識別。該研究進一步發現,被H2A.Z-SUV420H1-H4K20me2通路調控的復制起始位點具有很強的復制活性,并偏向在復制期早期被激活使用。在癌細胞中破壞該調控機制后,癌細胞的DNA復制和細胞生長都受到了抑制。在T細胞中破壞該調控機制后,T細胞的免疫激活也受到了抑制。
  該研究闡述了一個新穎的由H2A.Z介導的DNA復制表觀遺傳調控機制,對理解高等生物DNA復制起始位點的識別提供了新的視角,為解決長期存在的真核細胞DNA復制起始點選擇啟動問題做出了重要貢獻。
  5、研發出具有超高壓電性能的透明鐵電單晶
  弛豫鐵電單晶[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, PMN-PT]具有優異的壓電效應,已廣泛應用于超聲成像、聲吶裝備和微電子機械系統(MEMS)等領域。然而,自其發現20多年以來,壓電性能就再沒有新的突破,并且由于鐵電疇壁的存在,導致其透光率低,無法滿足當前壓電器件多功能、高靈敏度的發展需求,急需新的理論和設計方法
  西安交通大學徐卓教授研究團隊揭示了弛豫鐵電單晶高壓電效應的起源,研發出了釤摻雜的PMN-PT單晶,其壓電性能超過4000 pC/N,相比未摻雜單晶提高了一倍。在此基礎上,利用電疇結構調控,消除了單晶中對光起散射作用的鐵電疇壁,首次在PMN-PT單晶中同時獲得了高壓電性和高透光性,突破了長期以來二者難以共存的國際難題。其壓電系數比現有的透明壓電單晶LiNbO3提高了100倍,電光系數最大可提高40倍,同時還具有更高的抗光損傷閾值和非線性光學效應。這種透明鐵電單晶可大幅提升光聲成像系統在乳腺癌、黑色素瘤和血液疾病診斷中的成像分辨率,也為研制高性能電光調制器、光學相控陣和量子光學器件提供了一種全新的關鍵材料。這種具有優異電光、聲光和聲-光-電耦合效應的單晶材料,有望進一步開辟更多新的應用領域。
  6、2020珠峰高程測定
  珠峰高度長期以來受到全世界關注,精確測定珠峰高度并向全世界公布,彰顯國家綜合實力和科技水平。2020珠峰高程測量,中國科學家團隊綜合運用多種現代測繪技術,實現多個重大技術創新突破,獲取了歷史上最高精度的珠峰高程成果。
  此次珠峰高程測量,北斗衛星定位技術和國產測量裝備首次全面擔綱主力,國產測量裝備應用實現重大突破。首次完成了峰頂地面重力測量,獲取了人類歷史上第一個珠峰峰頂的重力測量結果,有助于提升珠峰高程測量精度。科學家團隊克服珠峰地區極端氣象和惡劣環境,首次實現珠峰峰頂及周邊區域1.27萬平方千米的航空重力、光學和激光遙感測量的歷史性突破,填補了珠峰地區重力資料空白,大幅提升了珠峰高程測量的精度。與2005年珠峰高程測量相比,珠峰地區大地水準面精度提升幅度達300%。中國和尼泊爾科學家團隊開展科技合作,首次建立了基于全球高程基準的珠峰地區大地水準面,歷史上首次共同確定了基于全球高程基準的珠峰雪面高程8848.86米,國家主席習近平同尼泊爾總統班達里互致信函,共同宣布珠穆朗瑪峰最新高程,贏得國際社會廣泛贊譽。除此之外,珠峰測量獲取的豐富觀測數據成果,將為珠峰地區的生態環境保護修復、自然資源管理、地質研究與調查、地殼運動監測、氣候變化和冰川凍土研究等領域提供寶貴、翔實的第一手資料。
  7、古基因組揭示近萬年來中國人群的演化與遷徙歷史
  在國際古基因組學領域,有關東亞,尤其是中國史前人群的古基因組研究非常匱乏。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究團隊首次針對中國南北方史前人群展開時間跨度最大、規模性、系統性的古基因組研究,通過前沿實驗方法成功獲取我國南北方11個遺址25個9500-4200年前的個體和1個300年前個體的基因組,揭示中國人群自9500年以來的南北分化格局、主體連續性與遷徙融合史。
  研究發現中國南北方主體人群9500年前已分化,但南、北方同期人群的演化基本是連續的,沒有受到明顯的外來人群的影響,遷徙互動主要發生在東亞區域內各人群間;此外明確以臺灣島原住民為代表、廣泛分布在太平洋島嶼的南島語系人群,起源于中國南方沿海地區且可追溯至8400年前。該項成果填補了東方尤其是中國地區史前人類遺傳、演化、適應的重要信息缺環,為闡明中華民族的形成過程及修正東亞南方人群演化模式做出重要科學貢獻。
  8、大數據刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史
  生命起源與演化是世界十大科學之謎之一。地球上曾經生活過的生物99%以上已經滅絕,通過化石記錄重建地球生物多樣性變化歷史是認識當今生物多樣性現狀與未來趨勢的最重要途徑之一。然而,地質歷史時期地球生物多樣性變化研究的時間分辨率低、生物分類粗,無法精確識別突發性重大生物演變事件,也不能為近代地球生態系統演變研究提供重要參考。
  南京大學沈樹忠、樊雋軒團隊聯合國內外專家創建國際大型數據庫,自主研發人工智能算法,利用“天河二號”超算取得突破,獲得了全球第一條高精度的古生代3億多年的海洋生物多樣性演化曲線,時間分辨率較國際同類研究提高400多倍。新曲線精準刻畫出地球生物多樣性演變過程中的多次重大生物滅絕、復蘇和輻射事件,揭示了當時生物多樣性變化與大氣CO2含量以及全球性氣候劇變的協同關系。該研究將推動整個演化古生物學研究的變革。
  9、深度解析多器官衰老的標記物和干預靶標
  隨著人口老齡化程度的日益加劇,深入研究衰老、科學應對人口老齡化是新時代的國家重大需求。圍繞衰老的機制和干預等核心科學問題,中國科學院動物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組,中國科學院北京基因組研究所張維綺研究組,同北京大學湯富酬研究組聯合攻關,利用多學科交叉的方法,在系統水平上揭示了哺乳動物多器官衰老的新型生物學標記物和可調控靶標。
  在衰老機制解析方面,發現氧化還原通路穩態失衡是靈長類卵巢衰老的主要分子特征,為評價卵巢衰老及女性生殖力下降提供了新型生物學標志物,也為尋找延緩卵巢衰老的措施及開發相關疾病的干預策略提供了新思路。在衰老干預方面,闡明熱量限制(“七分飽”)可通過調節機體各組織的免疫炎癥通路,延緩多器官衰老的新型分子機制,揭示了代謝干預、免疫反應與健康壽命之間的科學聯系。這些研究成果加深了人們對器官衰老異質性和復雜性的理解,為建立針對衰老及衰老相關疾病的早期預警和科學應對策略奠定了重要基礎。
  10、實驗觀測到化學反應中的量子干涉現象
  化學反應的進程伴隨著復雜的量子力學現象,但其通常難以被直接觀測到,因而化學反應的本質亦難以得到透徹的理解。
  中國科學院大連化學物理研究所楊學明院士、張東輝院士、孫志剛和肖春雷研究團隊提供了一個研究范例。他們研究發現,在H + HD→H2 + D反應中,在碰撞能量為1.9~2.2電子伏的范圍內,產物H2(v'= 2,j'= 3)的后向散射呈現顯著的振蕩(其中v'是振動量子數,j'是轉動量子數)。通過拓撲理論分析,發現該反應存在兩條迥然不同的反應路徑,振蕩是由這兩條路徑之間的量子力學干涉所產生的。該研究揭示了該反應在較低能量處,量子幾何相位效應仍然存在,并可以被觀測到。這非常類似于眾所周知的Aharonov-Bohm效應,清晰地揭示了化學反應的量子性。



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