2020年中國科學十大進展揭曉

文 科學技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心

第16屆“中國科學十大進展”遴選活動由科學技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）牽頭舉辦，《中國基礎(chǔ)科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》和《科學通報》等5家編輯部參與推薦科學研究進展，邀請中國科學院院士、中國工程院院士、國家重點實驗室主任、部分國家重點研發(fā)計劃總體專家組專家和項目負責人等3200余名專家學者對31項候選進展進行網(wǎng)上投票，評選出排名前十位的科學進展。

該項活動旨在宣傳我國重大基礎(chǔ)研究科學進展，激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，開展基礎(chǔ)研究科學普及，促進公眾理解、關(guān)心和支持基礎(chǔ)研究，在全社會營造良好的科學氛圍，在科技界深具影響。

2020年度中國科學十大進展

1 我國科學家積極應(yīng)對新冠肺炎疫情取得突出進展

2 嫦娥五號首次實現(xiàn)月面自動采樣返回

3 “奮斗者”號創(chuàng)造中國載人深潛新紀錄

4 揭示人類遺傳物質(zhì)傳遞的關(guān)鍵步驟

5 研發(fā)出具有超高壓電性能的透明鐵電單晶

6 2020珠峰高程測定

7 古基因組揭示近萬年來中國人群的演化與遷徙歷史

8 大數(shù)據(jù)刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史

9 深度解析多器官衰老的標記物和干預(yù)靶標

10 實驗觀測到化學反應(yīng)中的量子干涉現(xiàn)象

1 我國科學家積極應(yīng)對新冠肺炎疫情取得突出進展

新型冠狀病毒滅活疫苗

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(guān)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(yīng)對疫情工作領(lǐng)導小組和國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機制統(tǒng)籌下，團結(jié)協(xié)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(zhàn)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(wèi)生組織共享了病毒全基因組序列，為診斷技術(shù)的快速推進和藥物疫苗開發(fā)奠定基礎(chǔ)；闡明了新冠病毒入侵細胞的關(guān)鍵機制；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；定量評估了我國防控措施的效果。在檢測試劑研發(fā)和動物模型方面，在疫情之初迅速研發(fā)了新冠核酸診斷試劑，并研發(fā)了免疫檢測試劑，為病原檢測提供了強有力的支撐；構(gòu)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(fā)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(yī)結(jié)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(guān)鍵蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，揭示了一批中西藥的作用機制；提出了建立方艙醫(yī)院、開展大規(guī)模核酸檢測、大數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)，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(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(zhàn)略成果提供了強大科學支撐。

2 嫦娥五號首次實現(xiàn)月面自動采樣返回

嫦娥五號探測器

11月24日，嫦娥五號探測器在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射，由長征五號運載火箭直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道；此后，探測器經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行、月面著陸、月面采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、月地入射、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等飛行階段，歷時23天嫦娥五號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。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平致電，代表黨中央、國務(wù)院和中央軍委，祝賀探月工程嫦娥五號任務(wù)取得圓滿成功。

作為我國復(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(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航天史上多個重大技術(shù)突破，最終實現(xiàn)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(wù)的圓滿成功，標志著我國探月工程繞、落、回三步走規(guī)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(chuàng)造中國載人深潛新紀錄

“奮斗者”號全海深載人潛水器

“奮斗者”號全海深載人潛水器研制是我國“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。11月10日8時12分，“奮斗者”號創(chuàng)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(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、集成建造及試驗驗證等工作中發(fā)揮了核心作用，創(chuàng)建了獨立自主的全海深載人深潛裝備設(shè)計技術(shù)體系，構(gòu)建了穩(wěn)定可靠的高標準、規(guī)范化的試驗、檢測與應(yīng)用體系，進一步在潛水器總體設(shè)計與優(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，國際上首次攻克高強高韌鈦合金材料制備和焊接技術(shù)，實現(xiàn)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(shù)水平進一步提升?！皧^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(yè)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(shù)的自主創(chuàng)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(xiàn)了我國在海洋高技術(shù)領(lǐng)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(zhì)傳遞的關(guān)鍵步驟

DNA復(fù)制起始調(diào)控的表觀遺傳機制

DNA復(fù)制是人類遺傳物質(zhì)在細胞之間得以精確傳遞的基礎(chǔ)，人們對高等生物中識別DNA復(fù)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(fā)生發(fā)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(fù)制起始位點的識別調(diào)控機制。該研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白變體H2A.Z能夠通過結(jié)合組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶SUV420H1，促進組蛋白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核小體能進一步招募復(fù)制起始位點識別蛋白，從而幫助DNA復(fù)制起始位點的識別。該研究進一步發(fā)現(xiàn)，被H2A.Z-SUV420H1-H4K20me2通路調(diào)控的復(fù)制起始位點具有很強的復(fù)制活性，并偏向在復(fù)制期早期被激活使用。在癌細胞中破壞該調(diào)控機制后，癌細胞的DNA復(fù)制和細胞生長都受到了抑制。在T細胞中破壞該調(diào)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(fù)制表觀遺傳調(diào)控機制，對理解高等生物DNA復(fù)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(fù)制起始點選擇啟動問題做出了重要貢獻。

5 研發(fā)出具有超高壓電性能的透明鐵電單晶

高壓電性透明鐵電單晶與傳統(tǒng)鐵電單晶的對比

弛豫鐵電單晶[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3,PMNPT]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械系統(tǒng)（MEMS）等領(lǐng)域。然而，自其發(fā)現(xiàn)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(fā)展需求，急需新的理論和設(shè)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(yīng)的起源，研發(fā)出了釤摻雜的PMN－PT單晶，其壓電性能超過4000pC/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(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，同時還具有更高的抗光損傷閾值和非線性光學效應(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、光學相控陣和量子光學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，有望進一步開辟更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

6 2020珠峰高程測定

2020珠峰高程測量隊員在峰頂豎起測量覘標

珠峰高度長期以來受到全世界關(guān)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(xiàn)代測繪技術(shù)，實現(xiàn)多個重大技術(shù)創(chuàng)新突破，獲取了歷史上最高精度的珠峰高程成果。此次珠峰高程測量，北斗衛(wèi)星定位技術(shù)和國產(chǎn)測量裝備首次全面擔綱主力，國產(chǎn)測量裝備應(yīng)用實現(xiàn)重大突破。首次完成了峰頂?shù)孛嬷亓y量，獲取了人類歷史上第一個珠峰峰頂?shù)闹亓y量結(jié)果，有助于提升珠峰高程測量精度?？茖W家團隊克服珠峰地區(qū)極端氣象和惡劣環(huán)境，首次實現(xiàn)珠峰峰頂及周邊區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(tǒng)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(shù)據(jù)成果，將為珠峰地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)、自然資源管理、地質(zhì)研究與調(diào)查、地殼運動監(jiān)測、氣候變化和冰川凍土研究等領(lǐng)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

東亞南北方不同時期人群的遺傳特點變化示意

在國際古基因組學領(lǐng)域，有關(guān)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(guī)模性、系統(tǒng)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(xù)性與遷徙融合史。

研究發(fā)現(xiàn)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(xù)的，沒有受到明顯的外來人群的影響，遷徙互動主要發(fā)生在東亞區(qū)域內(nèi)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(qū)且可追溯至8,400年前。

該項成果填補了東方尤其是中國地區(qū)史前人類遺傳、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(shù)據(jù)刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史

古生代海洋生物多樣性曲線與重要演化事件

生命起源與演化是世界十大科學之謎之一。地球上曾經(jīng)生活過的生物99%以上已經(jīng)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(xiàn)狀與未來趨勢的最重要途徑之一。然而，地質(zhì)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(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。

南京大學沈樹忠、樊雋軒團隊聯(lián)合國內(nèi)外專家創(chuàng)建國際大型數(shù)據(jù)庫，自主研發(fā)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(fù)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(xié)同關(guān)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(yù)靶標

卡路里限制延緩多器官衰老的系統(tǒng)生物學研究

隨著人口老齡化程度的日益加劇，深入研究衰老、科學應(yīng)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(yù)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(lián)合攻關(guān)，利用多學科交叉的方法，在系統(tǒng)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(diào)控靶標。在衰老機制解析方面，發(fā)現(xiàn)氧化還原通路穩(wěn)態(tài)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(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”）可通過調(diào)節(jié)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(yù)、免疫反應(yīng)與健康壽命之間的科學聯(lián)系。

這些研究成果加深了人們對器官衰老異質(zhì)性和復(fù)雜性的理解，為建立針對衰老及衰老相關(guān)疾病的早期預(yù)警和科學應(yīng)對策略奠定了重要基礎(chǔ)。

10 實驗觀測到化學反應(yīng)中的量子干涉現(xiàn)象

H+HD反應(yīng)的兩條途徑

化學反應(yīng)的進程伴隨著復(fù)雜的量子力學現(xiàn)象，但其通常難以被直接觀測到，因而化學反應(yīng)的本質(zhì)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(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"是振動量子數(shù)，j"是轉(zhuǎn)動量子數(shù)）。通過拓撲理論分析，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，并可以被觀測到。這非常類似于眾所周知的Aharonov-Bohm效應(yīng)，清晰地揭示了化學反應(yīng)的量子性。