由中國科學(xué)院、中國工程院主辦，中國科學(xué)院學(xué)部工作局、中國工程院辦公廳、中國科學(xué)報社承辦，中國科學(xué)院院士和中國工程院院士投票評選的2022年中國十大科技進(jìn)展新聞、世界十大科技進(jìn)展新聞?dòng)?023年1月12日在京揭曉。 　

此項年度評選活動(dòng)至今已舉辦了29次。評選結果經(jīng)新聞媒體廣泛報道后，在社會(huì )上產(chǎn)生了強烈反響，使公眾進(jìn)一步了解國內外科技發(fā)展的動(dòng)態(tài)，對普及科學(xué)技術(shù)起到了積極作用。

01 首個(gè)完整人類(lèi)基因組序列公布

由美國國家人類(lèi)基因組研究所、加利福尼亞大學(xué)圣克魯斯分校、華盛頓大學(xué)等機構研究人員領(lǐng)銜的國際科研團隊3月31日公布了首個(gè)完整、無(wú)間隙的人類(lèi)基因組序列。與這項重大成果相關(guān)的6篇論文當天發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上。

美國國家人類(lèi)基因組研究所在一份公報中表示，人類(lèi)基因組含有約30億個(gè)DNA（脫氧核糖核酸）堿基對，完成這些堿基對的完整、無(wú)間隙測序對于了解人類(lèi)基因組變異全譜、掌握基因對某些疾病的影響至關(guān)重要。

據悉，人類(lèi)基因組測序項目的重要意義被視為與阿波羅登月計劃相當。人類(lèi)基因組蘊藏人類(lèi)遺傳信息，破譯它能夠為疾病診斷、新藥研發(fā)、新療法探索等帶來(lái)革命性進(jìn)步。

早在2001年，由包括中國在內的6國科學(xué)家共同參與了國際“人類(lèi)基因組計劃”，并在英國《自然》雜志上發(fā)布了人類(lèi)基因組草圖及初步分析。但由于當時(shí)的測序技術(shù)所限，這份人類(lèi)基因組草圖中留有許多空白。

02 人造心臟研究取得重要進(jìn)展

為了從頭開(kāi)始構建人類(lèi)心臟，研究人員需要復制構成心臟的獨特結構。這包括重建螺旋幾何形狀——當心臟跳動(dòng)時(shí)，螺旋幾何形狀會(huì )產(chǎn)生扭曲的運動(dòng)。這種扭曲運動(dòng)對大量泵血至關(guān)重要，但由于制造具有不同幾何形狀和排列的心臟難度較大，這項工作極具挑戰性。

如今，美國哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應用科學(xué)學(xué)院（SEAS）生物工程師使用一種新的增材紡織品制造方法（FRJS），開(kāi)發(fā)了第一個(gè)具有螺旋排列跳動(dòng)心臟細胞的人類(lèi)心室生物雜交模型，并證明其肌肉排列確實(shí)會(huì )顯著(zhù)增加每次收縮時(shí)心室泵出的血液量。相關(guān)研究結果發(fā)表于7月7日出版的《科學(xué)》雜志。

研究的目標是建立一個(gè)模型，測試心臟的螺旋結構是否對達到大的射血分數（即每次收縮時(shí)心室泵送的血液百分比）至關(guān)重要，并研究心臟螺旋結構的相對重要性。這項工作是朝著(zhù)器官生物制造邁出的重要一步，使人們更接近于建立用于移植的人體心臟的最終目標。

03 銀河系中心黑洞的首張照片面世

5月12日，包括中國在內的全球多地天文學(xué)家同步公布了一個(gè)超大質(zhì)量黑洞——人馬座 A* （Sgr A*）的照片。相關(guān)研究成果以特刊形式發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》上。這是人類(lèi)“看見(jiàn)”的第二個(gè)黑洞，也是銀河系中心超大質(zhì)量黑洞真實(shí)存在的首個(gè)直接視覺(jué)證據。

這個(gè)超大質(zhì)量黑洞距離太陽(yáng)系約2.7萬(wàn)光年，質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的400萬(wàn)倍。這張銀河系中心黑洞的照片，與人類(lèi)看到的第一張黑洞照片的拍攝者和拍攝時(shí)間均相同，都是由“事件視界望遠鏡”（EHT）合作組織在2017年通過(guò)分布在地球上由8個(gè)射電望遠鏡組成的一個(gè)等效于地球般口徑大小的“虛擬望遠鏡”所拍攝。

EHT研究團隊花了五年時(shí)間，用超級計算機合成和分析數據，編纂了前所未有的黑洞模擬數據庫，與觀(guān)測結果進(jìn)行嚴格比對，并提取出不同照片平均后的效果，最終得以將銀河系中心這個(gè)超大質(zhì)量黑洞的“真實(shí)容貌”第一次呈現出來(lái)。

04 人類(lèi)首次成功改變小行星軌道

9月26日，美國宇航局（NASA）利用雙小行星重定向測試（DART）航天器，撞擊了一顆近地雙小行星系統中較小的小行星——Dimorphos，以期改變其運行軌道。

這是世界上首個(gè)旨在防御地球免受小行星撞擊威脅的測試任務(wù)。10月11日，NASA證實(shí)這次任務(wù)取得成功——DART航天器的撞擊，將Dimorphos推向其伴星Didymos，并將前者近12小時(shí)的軌道周期縮短了32分鐘。

據悉，NASA在撞擊開(kāi)始前表示，將軌道周期縮短73秒就代表任務(wù)成功。大多數天文學(xué)家則預測，撞擊可能導致軌道周期縮短10分鐘。但該撞擊造成的偏斜程度遠遠大于預期。這也在一定程度上表明，動(dòng)能撞擊是行星防御的可行方法。

05 美國首次成功在核聚變反應中實(shí)現“凈能量增益”

12月13日，美國能源部（DOE）和能源部國家核安全管理局（NNSA）宣布，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室（LLNL）的美國國家點(diǎn)火裝置（NIF）團隊首次在可控核聚變實(shí)驗中實(shí)現核聚變反應的凈能量增益，即通過(guò)核聚變產(chǎn)生的能量比激發(fā)聚變所使用的能量更多，這項突破將為美國國防的發(fā)展和清潔能源的未來(lái)鋪平道路。

據悉，美國國家點(diǎn)火裝置團隊用192束激光束，向一個(gè)微型燃料顆粒輸送了205萬(wàn)焦耳的激光能量，點(diǎn)燃核聚變燃料，最終產(chǎn)生了315萬(wàn)焦耳的聚變能量輸出，實(shí)現凈能量增益，首次證實(shí)了慣性核聚變能（IFE）的基本科學(xué)原理和可行性。

06 詹姆斯·韋布空間望遠鏡順利入軌 首次傳回照片

詹姆斯·韋布空間望遠鏡是由美國宇航局與歐洲空間局、加拿大航天局聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)，是NASA建造的迄今最大、功能最強的空間望遠鏡，其主鏡直徑6.5米，由18片巨大六邊形鏡片構成；配有5層可展開(kāi)的遮陽(yáng)板，被認為是哈勃空間望遠鏡的“繼任者”。

該望遠鏡于2021年12月25日從法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空，2022年1月24日順利進(jìn)入圍繞日地系統第二拉格朗日點(diǎn)的運行軌道，并于7月12日正式公布了其拍攝的一批宇宙全彩色照片。

此后，韋布空間望遠鏡還拍攝到距離地球約280億光年的最遙遠恒星的新圖像并首次在系外行星上明確探測到二氧化碳。據悉，韋布空間望遠鏡任務(wù)目標主要有4個(gè)方面：尋找135億多年前的宇宙中誕生的第一批星系；研究星系演化的各階段；觀(guān)察恒星及行星系統的形成；測定包括太陽(yáng)系行星系統在內的行星系統的物理、化學(xué)性質(zhì)，并研究其他行星系統存在生命的可能性。

07 世界首臺百億億次超級計算機打破速度紀錄

5月31日，國際超算組織宣布，位于美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室的超級計算機“前沿”在2022年國際超算Top500榜單中拔得頭籌，成為現今世界上運行速度最快的超級計算機，算力高達每秒1.1百億億次，也是目前國際上公告的首臺每秒能執行百億億次浮點(diǎn)運算的計算機。

據悉，普通筆記本電腦每秒只能進(jìn)行幾萬(wàn)億次運算，而“前沿”的運行速度是其100多萬(wàn)倍。百億億次超級計算機也被稱(chēng)為E級超級計算機，每秒計算次數超過(guò)1018，它的研制占據了國際高端信息技術(shù)創(chuàng )新和競爭的制高點(diǎn)，可用于對氣候變化、核聚變模型進(jìn)行精確建模，有助于新藥的研發(fā)以及加密技術(shù)破解，因此也將成為國家安全的重要工具。

08 豬蛋白角膜讓人重見(jiàn)光明

長(cháng)期以來(lái)，科學(xué)家一直在尋找可替代人類(lèi)角膜的移植物。如今，瑞典林雪平大學(xué)和LinkoCare Life Sciences公司的研究人員通過(guò)提取豬膠原蛋白制成的人工角膜，成功使失明或視力受損的人恢復了視力，且手術(shù)兩年后，患者沒(méi)有嚴重并發(fā)癥或副作用的報告。

相關(guān)研究8月11日發(fā)表于《自然-生物技術(shù)》。林雪平大學(xué)的Mehrdad Rafat和同事通過(guò)從豬皮中提取和純化膠原蛋白，制造了一種柔韌有彈性的類(lèi)似隱形眼鏡的人工角膜。

在相關(guān)實(shí)驗成功后，研究小組開(kāi)始在志愿者中對人工角膜進(jìn)行測試。在接受人工角膜移植后，每個(gè)人的視力都有所提高，其中有3名失明患者術(shù)后視力恢復到正常人水平。該研究結果有助于開(kāi)發(fā)出一種符合人類(lèi)植入物標準、可以大規模生產(chǎn)并儲存長(cháng)達兩年的生物材料，從而惠及更多有視力問(wèn)題的人。

09 人工智能加速“原創(chuàng )”新蛋白質(zhì)設計

隨著(zhù)人工智能（AI）的巨大進(jìn)步，美國西雅圖華盛頓大學(xué)（UW）生物化學(xué)家David Baker領(lǐng)導的一個(gè)團隊，只需幾秒鐘便可以設計出“原創(chuàng )”新蛋白質(zhì)。相關(guān)研究發(fā)表于9月15日出版的《科學(xué)》。

最初，研究人員構想出一種新蛋白質(zhì)的形狀——通常是將其他蛋白質(zhì)的片段拼湊在一起，然后由軟件推導出與該形狀對應的氨基酸序列。但在實(shí)驗室中制作這些“草稿”蛋白質(zhì)時(shí)很少能折疊成所需的形狀，相反，它們最終被卡在不同的狀態(tài)。

而通過(guò)調整蛋白質(zhì)結構預測軟件AlphaFold和其他AI程序，這一耗時(shí)的步驟可以瞬間完成。在Baker團隊開(kāi)發(fā)的一種名為“幻覺(jué)”的方法中，研究人員將隨機的氨基酸序列輸入結構預測網(wǎng)絡(luò )；根據網(wǎng)絡(luò )的預測，改變其結構，使之變得更像蛋白質(zhì)。

10 科學(xué)家發(fā)現“四中子態(tài)”存在最明確證據

由數十個(gè)國家的科學(xué)家組成的聯(lián)合團隊發(fā)現了迄今“四中子態(tài)”（tetraneutron）奇異物質(zhì)存在的最明確證據，相關(guān)論文6月22日發(fā)表于《自然》。20年前，科學(xué)家意外發(fā)現了一種奇異物質(zhì)“四中子態(tài)”的存在跡象，該物質(zhì)由4個(gè)中子組成。

此次，國際聯(lián)合團隊找到了迄今“四中子態(tài)”存在的最明確證據。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)Roman Gernhauser等研究人員利用不同的粒子碰撞，制造出平常多出4個(gè)中子的氦原子，然后與質(zhì)子碰撞，在碰撞后，只剩下四個(gè)中子，并且可以結合成一個(gè)“四中子態(tài)”。

該實(shí)驗旨在抑制可能干擾或被誤認為是產(chǎn)生“四中子”的每一個(gè)反應，因此他們以無(wú)與倫比的精度測量了缺失的能量。通過(guò)追蹤缺失的能量，他們推斷出“四中子”形成的時(shí)間非常短暫，僅有10-22秒鐘。據悉，這一發(fā)現將有助于物理學(xué)家對核力本質(zhì)的理論進(jìn)行微調。

來(lái)源：《中國科學(xué)報》