科技部：2020年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展

2月27日，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）發(fā)布2020年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。嫦娥五號(hào)首次實(shí)現(xiàn)月面自動(dòng)采樣返回、“奮斗者”號(hào)創(chuàng)造中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄等10項(xiàng)重大科學(xué)進(jìn)展，從31項(xiàng)候選進(jìn)展中脫穎而出。

根據(jù)得票高低，2020年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展分別為：

• 我國(guó)科學(xué)家積極應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情取得突出進(jìn)展

• 嫦娥五號(hào)首次實(shí)現(xiàn)月面自動(dòng)采樣返回

• “奮斗者”號(hào)創(chuàng)造中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄

• 揭示人類(lèi)遺傳物質(zhì)傳遞的關(guān)鍵步驟

• 研發(fā)出具有超高壓電性能的透明鐵電單晶

• 2020珠峰高程測(cè)定

• 古基因組揭示近萬(wàn)年來(lái)中國(guó)人群的演化與遷徙歷史

• 大數(shù)據(jù)刻畫(huà)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(biāo)記物和干預(yù)靶標(biāo)

• 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到化學(xué)反應(yīng)中的量子干涉現(xiàn)象

下面就跟隨我們，逐一了解一下這十大進(jìn)展。

我國(guó)科學(xué)家積極應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情取得突出進(jìn)展

面對(duì)突如其來(lái)的新冠肺炎疫情，我國(guó)科學(xué)家認(rèn)真貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于疫情防控的重要講話(huà)和一系列重要指示批示精神，在中央應(yīng)對(duì)疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組和國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制統(tǒng)籌下，團(tuán)結(jié)協(xié)作，爭(zhēng)分奪秒，取得了一系列突出進(jìn)展，為打贏疫情防控阻擊戰(zhàn)提供了重要的科學(xué)支撐。

在病原學(xué)和流行病學(xué)方面，第一時(shí)間分離鑒定出新冠病毒毒株并向世界衛(wèi)生組織共享了病毒全基因組序列，為診斷技術(shù)的快速推進(jìn)和藥物疫苗開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)；闡明了新冠病毒入侵細(xì)胞的關(guān)鍵機(jī)制；持續(xù)深化病毒傳播途徑研究，為防控策略的優(yōu)化提供科技支撐；定量評(píng)估了我國(guó)防控措施的效果。

在檢測(cè)試劑研發(fā)和動(dòng)物模型方面，在疫情之初迅速研發(fā)了新冠核酸診斷試劑，并研發(fā)了免疫檢測(cè)試劑，為病原檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的支撐；構(gòu)建了小鼠、猴感染新冠病毒的動(dòng)物模型，為藥物篩選、疫苗研發(fā)以及病毒傳播機(jī)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(méi)有特效藥的情況下，實(shí)行中西醫(yī)結(jié)合，先后推出八版全國(guó)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(gè)國(guó)家借鑒和使用；解析了新冠病毒及關(guān)鍵蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，揭示了一批中西藥的作用機(jī)制；提出了建立方艙醫(yī)院、開(kāi)展大規(guī)模核酸檢測(cè)、大數(shù)據(jù)追蹤溯源等科學(xué)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(fā)方面，同時(shí)開(kāi)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(fā)，腺病毒載體疫苗在全球率先開(kāi)展1期臨床試驗(yàn)，滅活疫苗在全球率先開(kāi)展3期臨床試驗(yàn)，并獲批附條件上市；鑒定并創(chuàng)制靶向新冠刺突蛋白S和受體結(jié)合域RBD的一系列中和單克隆抗體，形成抗病毒“雞尾酒”中國(guó)抗體組合方案。

我國(guó)科學(xué)家通過(guò)不懈努力和無(wú)私奉獻(xiàn)，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)高效的科研工作，為我國(guó)取得抗擊新冠肺炎疫情斗爭(zhēng)重大戰(zhàn)略成果提供了強(qiáng)大科學(xué)支撐。

嫦娥五號(hào)首次實(shí)現(xiàn)月面自動(dòng)采樣返回

11月24日，嫦娥五號(hào)探測(cè)器在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射，由長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道；此后，探測(cè)器經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行、月面著陸、月面采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移、月地入射、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等飛行階段，歷時(shí)23天嫦娥五號(hào)返回器攜帶月球樣品在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸。中共中央總書(shū)記、國(guó)家主席、中央軍委主席習(xí)近平致電，代表黨中央、國(guó)務(wù)院和中央軍委，祝賀探月工程嫦娥五號(hào)任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功。

作為我國(guó)復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，嫦娥五號(hào)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(wú)人月球軌道交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)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(guó)航天史上多個(gè)重大技術(shù)突破，最終實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次地外天體采樣返回。嫦娥五號(hào)月面自動(dòng)采樣返回任務(wù)的圓滿(mǎn)成功，標(biāo)志著我國(guó)探月工程繞、落、回三步走規(guī)劃的圓滿(mǎn)收官，是中國(guó)航天向前邁進(jìn)的一大步，將為深化人類(lèi)對(duì)月球成因和太陽(yáng)系演化歷史的科學(xué)認(rèn)知做出貢獻(xiàn)。

“奮斗者”號(hào)創(chuàng)造中國(guó)載人深潛新紀(jì)錄

“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器研制是我國(guó)“十三五”深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備領(lǐng)域的重大攻關(guān)任務(wù)，于2016年立項(xiàng)啟動(dòng)。2020年6月，“奮斗者”號(hào)完成總裝集成與水池試驗(yàn)。2020年7月，“奮斗者”號(hào)完成第一階段海試，共計(jì)下潛17次，最大下潛深度4548米。2020年10月10日，“奮斗者”號(hào)啟航赴馬里亞納海溝開(kāi)展第二階段海試，期間共計(jì)完成13次下潛，其中11人24人次參與了8個(gè)超過(guò)萬(wàn)米深度的深潛試驗(yàn)。2020年11月10日8時(shí)12分，“奮斗者”號(hào)創(chuàng)造了10909米的中國(guó)載人深潛深度紀(jì)錄。

中國(guó)船舶七〇二所是“奮斗者”號(hào)研制的牽頭單位，在潛水器的總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、集成建造及試驗(yàn)驗(yàn)證等工作中發(fā)揮了核心作用，創(chuàng)建了獨(dú)立自主的全海深載人深潛裝備設(shè)計(jì)技術(shù)體系，構(gòu)建了穩(wěn)定可靠的高標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化的試驗(yàn)、檢測(cè)與應(yīng)用體系，進(jìn)一步在潛水器總體設(shè)計(jì)與優(yōu)化、系統(tǒng)調(diào)試與仿真、深海作業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大突破，國(guó)際上首次攻克高強(qiáng)高韌鈦合金材料制備和焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)米級(jí)浮力材料固化成型新工藝自主可控，潛水器動(dòng)力、推進(jìn)器、水聲通信、智能控制等核心技術(shù)水平進(jìn)一步提升。

”奮斗者”號(hào)作為當(dāng)前國(guó)際唯一能同時(shí)攜帶3人多次往返全海深作業(yè)的載人深潛裝備，其研制及海試的成功，顯著提升了我國(guó)深海裝備技術(shù)的自主創(chuàng)新水平，使我國(guó)具有了進(jìn)入世界海洋最深處開(kāi)展科學(xué)探索和研究的能力，體現(xiàn)了我國(guó)在海洋高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力，是我國(guó)深?？萍继剿鞯缆飞系闹匾锍瘫?。

揭示人類(lèi)遺傳物質(zhì)傳遞的關(guān)鍵步驟

DNA復(fù)制是人類(lèi)遺傳物質(zhì)在細(xì)胞之間得以精確傳遞的基礎(chǔ)，人們對(duì)高等生物中識(shí)別DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的具體過(guò)程并不清楚，這在一定程度上也阻礙了人們對(duì)癌癥發(fā)生發(fā)展機(jī)制的理解。

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所李國(guó)紅團(tuán)隊(duì)及其合作者揭示了一種精細(xì)的DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的識(shí)別調(diào)控機(jī)制。該研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白變體H2A.Z能夠通過(guò)結(jié)合組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶SUV420H1，促進(jìn)組蛋白H4的第二十位氨基酸發(fā)生二甲基化修飾。而帶有二甲基化修飾的H2A.Z核小體能進(jìn)一步招募復(fù)制起始位點(diǎn)識(shí)別蛋白，從而幫助DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的識(shí)別。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，被H2A.Z-SUV420H1-H4K20me2通路調(diào)控的復(fù)制起始位點(diǎn)具有很強(qiáng)的復(fù)制活性，并偏向在復(fù)制期早期被激活使用。在癌細(xì)胞中破壞該調(diào)控機(jī)制后，癌細(xì)胞的DNA復(fù)制和細(xì)胞生長(zhǎng)都受到了抑制。在T細(xì)胞中破壞該調(diào)控機(jī)制后，T細(xì)胞的免疫激活也受到了抑制。

該研究闡述了一個(gè)新穎的由H2A.Z介導(dǎo)的DNA復(fù)制表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，對(duì)理解高等生物DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的識(shí)別提供了新的視角，為解決長(zhǎng)期存在的真核細(xì)胞DNA復(fù)制起始點(diǎn)選擇啟動(dòng)問(wèn)題做出了重要貢獻(xiàn)。

研發(fā)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(yōu)異的壓電效應(yīng)，已廣泛應(yīng)用于超聲成像、聲吶裝備和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等領(lǐng)域。然而，自其發(fā)現(xiàn)20多年以來(lái)，壓電性能就再?zèng)]有新的突破，并且由于鐵電疇壁的存在，導(dǎo)致其透光率低，無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前壓電器件多功能、高靈敏度的發(fā)展需求，急需新的理論和設(shè)計(jì)方法

西安交通大學(xué)徐卓教授研究團(tuán)隊(duì)揭示了弛豫鐵電單晶高壓電效應(yīng)的起源，研發(fā)出了釤摻雜的PMN-PT單晶，其壓電性能超過(guò)4000 pC/N，相比未摻雜單晶提高了一倍。在此基礎(chǔ)上，利用電疇結(jié)構(gòu)調(diào)控，消除了單晶中對(duì)光起散射作用的鐵電疇壁，首次在PMN-PT單晶中同時(shí)獲得了高壓電性和高透光性，突破了長(zhǎng)期以來(lái)二者難以共存的國(guó)際難題。其壓電系數(shù)比現(xiàn)有的透明壓電單晶LiNbO3提高了100倍，電光系數(shù)最大可提高40倍，同時(shí)還具有更高的抗光損傷閾值和非線性光學(xué)效應(yīng)。這種透明鐵電單晶可大幅提升光聲成像系統(tǒng)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(diào)制器、光學(xué)相控陣和量子光學(xué)器件提供了一種全新的關(guān)鍵材料。這種具有優(yōu)異電光、聲光和聲-光-電耦合效應(yīng)的單晶材料，有望進(jìn)一步開(kāi)辟更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

2020珠峰高程測(cè)定

珠峰高度長(zhǎng)期以來(lái)受到全世界關(guān)注，精確測(cè)定珠峰高度并向全世界公布，彰顯國(guó)家綜合實(shí)力和科技水平。2020珠峰高程測(cè)量，中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用多種現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)重大技術(shù)創(chuàng)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(cè)量，北斗衛(wèi)星定位技術(shù)和國(guó)產(chǎn)測(cè)量裝備首次全面擔(dān)綱主力，國(guó)產(chǎn)測(cè)量裝備應(yīng)用實(shí)現(xiàn)重大突破。首次完成了峰頂?shù)孛嬷亓y(cè)量，獲取了人類(lèi)歷史上第一個(gè)珠峰峰頂?shù)闹亓y(cè)量結(jié)果，有助于提升珠峰高程測(cè)量精度。科學(xué)家團(tuán)隊(duì)克服珠峰地區(qū)極端氣象和惡劣環(huán)境，首次實(shí)現(xiàn)珠峰峰頂及周邊區(qū)域1.27萬(wàn)平方千米的航空重力、光學(xué)和激光遙感測(cè)量的歷史性突破，填補(bǔ)了珠峰地區(qū)重力資料空白，大幅提升了珠峰高程測(cè)量的精度。與2005年珠峰高程測(cè)量相比，珠峰地區(qū)大地水準(zhǔn)面精度提升幅度達(dá)300%。中國(guó)和尼泊爾科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)展科技合作，首次建立了基于全球高程基準(zhǔn)的珠峰地區(qū)大地水準(zhǔn)面，歷史上首次共同確定了基于全球高程基準(zhǔn)的珠峰雪面高程8848.86米，國(guó)家主席習(xí)近平同尼泊爾總統(tǒng)班達(dá)里互致信函，共同宣布珠穆朗瑪峰最新高程，贏得國(guó)際社會(huì)廣泛贊譽(yù)。除此之外，珠峰測(cè)量獲取的豐富觀測(cè)數(shù)據(jù)成果，將為珠峰地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)、自然資源管理、地質(zhì)研究與調(diào)查、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、氣候變化和冰川凍土研究等領(lǐng)域提供寶貴、翔實(shí)的第一手資料。

古基因組揭示近萬(wàn)年來(lái)中國(guó)人群的演化與遷徙歷史

在國(guó)際古基因組學(xué)領(lǐng)域，有關(guān)東亞，尤其是中國(guó)史前人群的古基因組研究非常匱乏。中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所付巧妹研究團(tuán)隊(duì)首次針對(duì)中國(guó)南北方史前人群展開(kāi)時(shí)間跨度最大、規(guī)模性、系統(tǒng)性的古基因組研究，通過(guò)前沿實(shí)驗(yàn)方法成功獲取我國(guó)南北方11個(gè)遺址25個(gè)9500-4200年前的個(gè)體和1個(gè)300年前個(gè)體的基因組，揭示中國(guó)人群自9500年以來(lái)的南北分化格局、主體連續(xù)性與遷徙融合史。

研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)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(xù)的，沒(méi)有受到明顯的外來(lái)人群的影響，遷徙互動(dòng)主要發(fā)生在東亞區(qū)域內(nèi)各人群間；此外明確以臺(tái)灣島原住民為代表、廣泛分布在太平洋島嶼的南島語(yǔ)系人群，起源于中國(guó)南方沿海地區(qū)且可追溯至8400年前。該項(xiàng)成果填補(bǔ)了東方尤其是中國(guó)地區(qū)史前人類(lèi)遺傳、演化、適應(yīng)的重要信息缺環(huán)，為闡明中華民族的形成過(guò)程及修正東亞南方人群演化模式做出重要科學(xué)貢獻(xiàn)。

大數(shù)據(jù)刻畫(huà)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(xué)之謎之一。地球上曾經(jīng)生活過(guò)的生物99%以上已經(jīng)滅絕，通過(guò)化石記錄重建地球生物多樣性變化歷史是認(rèn)識(shí)當(dāng)今生物多樣性現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)的最重要途徑之一。然而，地質(zhì)歷史時(shí)期地球生物多樣性變化研究的時(shí)間分辨率低、生物分類(lèi)粗，無(wú)法精確識(shí)別突發(fā)性重大生物演變事件，也不能為近代地球生態(tài)系統(tǒng)演變研究提供重要參考。

南京大學(xué)沈樹(shù)忠、樊雋軒團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家創(chuàng)建國(guó)際大型數(shù)據(jù)庫(kù)，自主研發(fā)人工智能算法，利用“天河二號(hào)”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(shí)間分辨率較國(guó)際同類(lèi)研究提高400多倍。新曲線精準(zhǔn)刻畫(huà)出地球生物多樣性演變過(guò)程中的多次重大生物滅絕、復(fù)蘇和輻射事件，揭示了當(dāng)時(shí)生物多樣性變化與大氣CO2含量以及全球性氣候劇變的協(xié)同關(guān)系。該研究將推動(dòng)整個(gè)演化古生物學(xué)研究的變革。

深度解析多器官衰老的標(biāo)記物和干預(yù)靶標(biāo)

隨著人口老齡化程度的日益加劇，深入研究衰老、科學(xué)應(yīng)對(duì)人口老齡化是新時(shí)代的國(guó)家重大需求。圍繞衰老的機(jī)制和干預(yù)等核心科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所張維綺研究組，同北京大學(xué)湯富酬研究組聯(lián)合攻關(guān)，利用多學(xué)科交叉的方法，在系統(tǒng)水平上揭示了哺乳動(dòng)物多器官衰老的新型生物學(xué)標(biāo)記物和可調(diào)控靶標(biāo)。

在衰老機(jī)制解析方面，發(fā)現(xiàn)氧化還原通路穩(wěn)態(tài)失衡是靈長(zhǎng)類(lèi)卵巢衰老的主要分子特征，為評(píng)價(jià)卵巢衰老及女性生殖力下降提供了新型生物學(xué)標(biāo)志物，也為尋找延緩卵巢衰老的措施及開(kāi)發(fā)相關(guān)疾病的干預(yù)策略提供了新思路。在衰老干預(yù)方面，闡明熱量限制（“七分飽”）可通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體各組織的免疫炎癥通路，延緩多器官衰老的新型分子機(jī)制，揭示了代謝干預(yù)、免疫反應(yīng)與健康壽命之間的科學(xué)聯(lián)系。這些研究成果加深了人們對(duì)器官衰老異質(zhì)性和復(fù)雜性的理解，為建立針對(duì)衰老及衰老相關(guān)疾病的早期預(yù)警和科學(xué)應(yīng)對(duì)策略奠定了重要基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到化學(xué)反應(yīng)中的量子干涉現(xiàn)象

化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程伴隨著復(fù)雜的量子力學(xué)現(xiàn)象，但其通常難以被直接觀測(cè)到，因而化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)亦難以得到透徹的理解。

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所楊學(xué)明院士、張東輝院士、孫志剛和肖春雷研究團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)研究范例。他們研究發(fā)現(xiàn)，在H + HD→H2 + D反應(yīng)中，在碰撞能量為1.9~2.2電子伏的范圍內(nèi)，產(chǎn)物H2（v‘= 2，j’= 3）的后向散射呈現(xiàn)顯著的振蕩（其中v‘是振動(dòng)量子數(shù)，j’是轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)）。通過(guò)拓?fù)淅碚摲治?，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)存在兩條迥然不同的反應(yīng)路徑，振蕩是由這兩條路徑之間的量子力學(xué)干涉所產(chǎn)生的。該研究揭示了該反應(yīng)在較低能量處，量子幾何相位效應(yīng)仍然存在，并可以被觀測(cè)到。這非常類(lèi)似于眾所周知的Aharonov-Bohm效應(yīng)，清晰地揭示了化學(xué)反應(yīng)的量子性。

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