人類(lèi)同疾病較量最有力的武器就是科學(xué)技術(shù)，人類(lèi)戰勝大災大疫離不開(kāi)科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng )新。疫情發(fā)生以來(lái)，全國科技戰線(xiàn)積極響應黨中央號召，有關(guān)部門(mén)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(dòng)物模型構建等五大主攻方向，組織跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的科研團隊，科研、臨床、防控一線(xiàn)相互協(xié)同，產(chǎn)學(xué)研各方緊密配合，在很短的時(shí)間內就取得了積極進(jìn)展，為疫情防控提供了有力科技支撐，這背后是我國近年來(lái)基礎科學(xué)的迅速發(fā)展。日前，我國基礎科學(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基礎研究的硬實(shí)力。 

日前，有2600余名專(zhuān)家學(xué)者參與網(wǎng)上投票的2019年度中國科學(xué)十大進(jìn)展揭曉：探測到月幔物質(zhì)出露的初步證據、構架出面向人工通用智能的異構芯片、提出基于DNA檢測酶調控的自身免疫疾病治療方案、破解藻類(lèi)水下光合作用的蛋白結構和功能、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(yáng)能電池壽命的機理、青藏高原發(fā)現丹尼索瓦人、實(shí)現對引力誘導量子退相干模型的衛星檢驗、揭示非洲豬瘟病毒結構及其組裝機制、首次觀(guān)測到三維量子霍爾效應等10項重大科學(xué)進(jìn)展入選。 

1.探測到月幔物質(zhì)出露的初步證據

中國的嫦娥四號探測器最近成功著(zhù)陸在月球背面SPA區域的馮·卡門(mén)撞擊坑內，并利用搭載的月球車(chē)——玉兔2號開(kāi)展了巡視探測。中國科學(xué)院國家天文臺李春來(lái)研究組與合作者，報告了玉兔2號上配置的可見(jiàn)光和近紅外光譜儀（VNIS）的初步光譜探測結果，分析發(fā)現了低鈣（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(lái)、并拋射到了嫦娥四號著(zhù)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，加深了對月球內部形成及演化的認識。玉兔2號將繼續探索馮·卡門(mén)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(lái)開(kāi)展月球樣品采樣返回任務(wù)提供依據。 

2.構架出面向人工通用智能的異構芯片　　

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)為導向或以神經(jīng)科學(xué)為導向，將兩者結合是目前公認的最佳發(fā)展AGI的路徑。由于它們的構想和編碼方案有著(zhù)根本的不同，這兩種方法依賴(lài)于截然不同且互不兼容的計算平臺，構建一個(gè)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(gè)能夠同時(shí)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，它高效集成了上面的兩種方法，提供了一個(gè)異構集成的協(xié)同計算平臺。該芯片采用多核結構、可重構構件和流線(xiàn)型數據流的混合編碼方案，既能同時(shí)獨立支持基于計算機科學(xué)的機器學(xué)習算法和神經(jīng)科學(xué)主導的算法以及神經(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(wú)人駕駛自行車(chē)系統中通用算法和模型的同步處理，實(shí)現了實(shí)時(shí)目標檢測、跟蹤、語(yǔ)音控制、避障、過(guò)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(dòng)AGI的發(fā)展。 

3.提出基于DNA檢測酶調控的自身免疫疾病治療方案 

病毒的種類(lèi)成千上萬(wàn)，其感染特點(diǎn)和致病方式也是千變萬(wàn)化，但是萬(wàn)變不離其宗的是，當病毒入侵時(shí)，其自身的遺傳物質(zhì)會(huì )不可避免地被帶入到宿主細胞中。機體針對這些外源遺傳物質(zhì)（如DNA等）迅速做出反應，甚至不惜以傷及自身為代價(jià)，這是病毒感染導致致死性炎癥的主要原因。關(guān)于外源DNA誘發(fā)免疫反應的認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)現蛋白質(zhì)cGAS（環(huán)鳥(niǎo)苷酸-腺苷酸合成酶）是胞內DNA病毒感受器。隨著(zhù)cGAS被揭示，科學(xué)家發(fā)現在檢測病毒入侵以外，cGAS的異常激活也直接導致一類(lèi)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。軍事醫學(xué)研究院（國家生物醫學(xué)分析中心）張學(xué)敏和李濤研究組與合作者發(fā)現，乙?；揎検强刂芻GAS活性的關(guān)鍵分子事件，并揭示了其背后的調控規律。研究不但揭示了機體抗病毒感染的關(guān)鍵調控機制，還發(fā)現了有效的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(lèi)水下光合作用的蛋白結構和功能 

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的高分辨率晶體結構，揭示了蛋白支架內的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)硅甲藻黃素的詳細結合位點(diǎn)，從而揭示了葉綠素a和c之間的高效能量傳遞途徑。該結構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(guò)巖藻黃素高效地傳遞和淬滅。該研究團隊進(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II（PSII）與FCPII超級復合體的分辨率為3.0埃的冷凍電鏡結構。該研究率先破解了硅藻、綠藻光合膜蛋白超分子結構和功能之謎，不僅對揭示自然界光合作用的光能高效轉化機理具有重要意義，也為人工模擬光合作用、指導設計新型作物、打造智能化植物工廠(chǎng)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(kāi)發(fā)了具有高效性、無(wú)損性、易推廣等特點(diǎn)的高通量實(shí)驗方法，設計了一種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(shí)的強度高達3.7千兆帕，遠遠超出此前報道的塊體金屬玻璃和傳統的高溫合金。該金屬玻璃的過(guò)冷液相區達136K，寬于此前報道的大多數金屬玻璃，其形成能力可達到3毫米，并使其可通過(guò)熱塑成形獲得在高溫或惡劣環(huán)境中應用的小尺度部件。該研究開(kāi)發(fā)的高通量實(shí)驗方法具有很強的實(shí)用性，顛覆了金屬玻璃領(lǐng)域60年來(lái)“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(kāi)辟了新的途徑，也為新型高溫、高性能合金材料的設計提供了新的思路。 

6.闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池壽命的機理 

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是廣受關(guān)注的新一代光伏技術(shù)，而其工作穩定性是目前產(chǎn)業(yè)化的主要障礙。傳統研究主要通過(guò)組分優(yōu)化、封裝、界面改性和紫外光過(guò)濾等來(lái)有效抑制如氧氣、水分和紫外光等因素導致的性能下降，從而提升器件的穩定性。然而要進(jìn)一步提高器件的壽命，需要發(fā)展一種長(cháng)期有效的方法以抑制使役過(guò)程中材料的本征缺陷。為提高本征穩定性，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)院嚴純華/孫聆東研究組及其合作者提出，通過(guò)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(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，該離子對在器件使用過(guò)程中沒(méi)有明顯消耗，對應的器件的效率最高達到了21.52％（認證值為20.52％），并且沒(méi)有明顯的遲滯現象。同時(shí)，引入銪離子對的薄膜器件表現出優(yōu)異的熱穩定性和光穩定性，在連續太陽(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，對于其他面臨類(lèi)似問(wèn)題的無(wú)機半導體器件也具有參考意義。 

7.青藏高原發(fā)現丹尼索瓦人 

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(huì )進(jìn)化人類(lèi)學(xué)研究所Jean-Jacques Hublin研究組等合作者，報道了一個(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(lái)自于中國甘肅省夏河縣的白石崖溶洞。研究人員通過(guò)對化石上附著(zhù)的碳酸鹽結核進(jìn)行鈾系法測年，確定下頜骨至少有16萬(wàn)年的歷史。該化石標本是丹尼索瓦洞以外發(fā)現的首件丹尼索瓦人化石證據，對標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，早在現代智人到來(lái)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，并成功地適應了高寒缺氧環(huán)境。 

8.實(shí)現對引力誘導量子退相干模型的衛星檢驗 

量子力學(xué)和廣義相對論是現代物理學(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(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(shí)驗衛星，在國際上率先在太空中開(kāi)展了引力誘導量子糾纏退相干的實(shí)驗檢驗，對穿越地球引力場(chǎng)的量子糾纏光子退相干情況進(jìn)行測試。根據“事件形式”理論模型預言，糾纏光子對在地球引力場(chǎng)中的傳播，其關(guān)聯(lián)性會(huì )概率性地損失；而依據現有的量子力學(xué)理論，所有糾纏光子對將保持糾纏特性。最終，衛星實(shí)驗檢驗結果并不支持“事件形式”理論模型的預測，而與標準量子理論一致。這是國際上首次利用量子衛星在地球引力場(chǎng)中對嘗試融合量子力學(xué)與廣義相對論的理論進(jìn)行實(shí)驗檢驗，將極大地推動(dòng)相關(guān)物理學(xué)基礎理論和實(shí)驗研究。 

9.揭示非洲豬瘟病毒結構及其組裝機制 

非洲豬瘟病毒（ASFV）是一個(gè)巨大而復雜的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業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫研究所步志高團隊聯(lián)合上?？萍即髮W(xué)等單位，在上?？萍即髮W(xué)冷凍電鏡中心連續收集了高質(zhì)量數據，采用一種優(yōu)化的圖像重構策略，解析了非洲豬瘟病毒衣殼的三維結構，其分辨率達到4.1埃。結構細節揭示了衣殼穩定性和組裝的分子基礎，對非洲豬瘟疫苗的研發(fā)具有十分重要的理論指導意義。 

10.首次觀(guān)測到三維量子霍爾效應 

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計大學(xué)楊聲遠等合作，在塊體碲化鋯（ZrTe5）晶體中首次實(shí)驗實(shí)現了“三維量子霍爾效應”。研究人員對碲化鋯體單晶進(jìn)行了磁場(chǎng)下的低溫電子輸運測量，在一個(gè)相對低的磁場(chǎng)下達到了極端量子極限狀態(tài)（只有最低朗道能級被占據的）。在該狀態(tài)下，研究人員觀(guān)測到了一個(gè)接近于零的無(wú)耗散縱向電阻，并沿著(zhù)磁場(chǎng)方向形成了一個(gè)正比于半個(gè)費米波長(cháng)的很好的霍爾電阻平臺，這些是三維霍爾效應出現的確鑿標志。理論分析還表明，該效應源于在極端量子極限下電子關(guān)聯(lián)增強產(chǎn)生的電荷密度波驅動(dòng)的費米面失穩。通過(guò)進(jìn)一步提高磁場(chǎng)強度，縱向電阻和霍爾電阻都急劇增加，呈現出金屬-絕緣體相變。該研究進(jìn)展提供了三維量子霍爾效應的實(shí)驗證據，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。

來(lái)源：《光明日報》