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- 發布時間2024-03-15 11:07
- 發布人金彩集團
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2023年(nian)度“中(zhong)國(guo)科學十大進(jin)展”分(fen)別為：
人工智能大模型為精(jing)準天氣預報(bao)帶(dai)來(lai)新突破(po)
揭(jie)示人類基因組暗物質(zhi)驅動衰老的機制(zhi)
發現(xian)大腦(nao)“有形”生物鐘的存在(zai)及其(qi)節律(lv)調控(kong)機制
農作(zuo)物耐鹽堿機制解析及(ji)應用(yong)
新(xin)方法實(shi)現單(dan)堿基到(dao)超(chao)大片段DNA精準操縱
揭(jie)示人類細(xi)胞DNA復制(zhi)起始新機制(zhi)
“拉索”發現史(shi)上(shang)最亮伽馬暴的(de)極窄噴流和十萬億(yi)電子伏特光子
玻色(se)編碼糾錯延長量子比特壽命
揭示光感(gan)受調(diao)節(jie)血(xue)糖代(dai)謝(xie)機制
發現鋰硫(liu)電池界面電荷存儲聚集反應新機制
其主要技術貢獻有三(san)(san)點(dian)。一是采(cai)(cai)用(yong)(yong)了三(san)(san)維神(shen)經網(wang)絡(luo)結構，更好地(di)建(jian)模復雜的氣(qi)象過程(cheng)。二(er)是采(cai)(cai)用(yong)(yong)地(di)球位(wei)置編碼技術，提升訓練(lian)過程(cheng)的精度(du)和效率。三(san)(san)是訓練(lian)具有不同預測時(shi)(shi)效的多個模型，減少迭代誤(wu)差、節約推理時(shi)(shi)間。
盤(pan)古氣象(xiang)大模型在某些氣象(xiang)要(yao)素的(de)預(yu)(yu)報精度(du)上(shang)(shang)超(chao)越了傳統(tong)數(shu)值方法(fa)，且推(tui)理效率(lv)提高了上(shang)(shang)萬倍(bei)。在全(quan)球高分辨率(lv)再分析數(shu)據上(shang)(shang)，盤(pan)古氣象(xiang)大模型在溫度(du)、氣壓、濕度(du)、風速等(deng)重要(yao)天氣要(yao)素上(shang)(shang)，都(dou)取(qu)得了更準確的(de)預(yu)(yu)測(ce)結果，將(jiang)全(quan)球最先進的(de)歐洲氣象(xiang)中心集成預(yu)(yu)報系統(tong)的(de)預(yu)(yu)報時效提高了0.6天左右。
盤古氣象大模(mo)型(xing)(xing)也可用于極端天氣預報。在2023年汛(xun)期，盤古氣象大模(mo)型(xing)(xing)成功預測了瑪娃、泰(tai)利、杜蘇(su)芮、蘇(su)拉等影響我(wo)國的強臺風路徑。
在人類基因(yin)組中(zhong)，“暗物質”——非編碼序(xu)列(lie)占據了98%，其中(zhong)有約8%是內源(yuan)性逆轉錄病毒(du)元件，它是數百萬年前古病毒(du)入(ru)侵并整合到人類基因(yin)組中(zhong)的殘留(liu)物，通常情況下處于沉默(mo)狀態。然而(er)，隨著年齡的增長，這些沉睡的古病毒(du)“化石”的封(feng)印是否(fou)會被揭開，進而(er)加速我們(men)身體的衰老進程尚(shang)不得而(er)知。
中國科學院動(dong)(dong)物(wu)研究(jiu)(jiu)所劉光慧研究(jiu)(jiu)員帶領研究(jiu)(jiu)團隊，通過搭建生理性和病理性衰(shuai)老(lao)(lao)研究(jiu)(jiu)體系，結合高通量、高靈(ling)敏性和多維度(du)的多學科交叉技術，揭示在衰(shuai)老(lao)(lao)過程中，表觀遺(yi)傳(chuan)“封印”的松動(dong)(dong)將導致原本沉寂的古病毒元件被重新激活(huo)，并進一步驅動(dong)(dong)衰(shuai)老(lao)(lao)的“程序化”和“傳(chuan)染性”。
這項工作提(ti)(ti)出(chu)了(le)古病毒的(de)“復活(huo)”驅動衰(shuai)(shuai)老(lao)(lao)(lao)及相關疾病的(de)新理(li)論，為(wei)理(li)解(jie)衰(shuai)(shuai)老(lao)(lao)(lao)的(de)內在(zai)機(ji)制(zhi)和發(fa)展衰(shuai)(shuai)老(lao)(lao)(lao)干預策略提(ti)(ti)供了(le)新依據，為(wei)科(ke)學評估和預警(jing)衰(shuai)(shuai)老(lao)(lao)(lao)、防治(zhi)衰(shuai)(shuai)老(lao)(lao)(lao)相關疾病以及積(ji)極應對人口老(lao)(lao)(lao)齡化提(ti)(ti)供新思路(lu)。軍事醫學(xue)研(yan)究(jiu)(jiu)院李慧艷研(yan)究(jiu)(jiu)員(yuan)和張學(xue)敏研(yan)究(jiu)(jiu)員(yuan)通過(guo)合作研(yan)究(jiu)(jiu)發現(xian)(xian)了大腦(nao)“有形”生(sheng)物(wu)鐘的(de)存在。他們發現(xian)(xian)大腦(nao)生(sheng)物(wu)鐘中樞SCN神經元長有“天線”樣的(de)初級纖毛，每24小時伸縮(suo)一次，如同生(sheng)物(wu)鐘的(de)指針，通過(guo)它可實現(xian)(xian)對(dui)機體(ti)生(sheng)物(wu)鐘的(de)調(diao)控。
大腦SCN區域具有(you)(you)大約2萬個神(shen)(shen)經(jing)元(yuan)。神(shen)(shen)奇(qi)的(de)(de)是，這2萬個神(shen)(shen)經(jing)元(yuan)始終保持著“同頻共振(zhen)”，維系(xi)著生物(wu)(wu)鐘(zhong)的(de)(de)穩定性，但(dan)機(ji)理始終是個謎團。他們(men)發(fa)現初級纖(xian)毛可(ke)能通過調(diao)控SCN區神(shen)(shen)經(jing)元(yuan)的(de)(de)“同頻共振(zhen)”調(diao)節節律(lv)，其機(ji)制與Shh信號通路密切(qie)相關(guan)。該“有(you)(you)形”生物(wu)(wu)鐘(zhong)的(de)(de)發(fa)現，對于理解生物(wu)(wu)鐘(zhong)的(de)(de)構造以(yi)及(ji)分子層面(mian)與細(xi)胞層面(mian)生物(wu)(wu)鐘(zhong)的(de)(de)聯系(xi)具有(you)(you)重要意(yi)義，為節律(lv)調(diao)控新藥研發(fa)開辟了新的(de)(de)路徑(jing)。
我國有15億畝鹽(yan)堿(jian)地未被有效利用，通過(guo)培育(yu)耐(nai)鹽(yan)堿(jian)農作物(wu)，可提(ti)高鹽(yan)漬化土地產能，將為我國糧食安全提(ti)供有效保障。盡管(guan)學術界對(dui)于(yu)植(zhi)物(wu)耐(nai)鹽(yan)性(xing)有較深入(ru)認(ren)知，但對(dui)植(zhi)物(wu)耐(nai)堿(jian)脅(xie)迫的認(ren)識嚴(yan)重不足，這(zhe)阻礙了耐(nai)鹽(yan)堿(jian)作物(wu)的培育(yu)。
中國科學(xue)院遺傳與發育(yu)生(sheng)物(wu)學(xue)研究(jiu)所謝旗領銜的(de)8家單(dan)位科研團隊聯合攻關(guan)，在糧食作(zuo)物(wu)耐鹽堿(jian)領域取得重要突破。
通過(guo)對(dui)耐鹽(yan)堿差異大的高粱資源(yuan)全基(ji)(ji)(ji)因(yin)組大數據進行(xing)關聯分析，研究(jiu)團隊發(fa)現一個(ge)主效耐堿相關基(ji)(ji)(ji)因(yin)AT1，編碼G蛋(dan)白亞(ya)基(ji)(ji)(ji)。不同的AT1基(ji)(ji)(ji)因(yin)突變型在(zai)調控這一過(guo)程中發(fa)揮決定作(zuo)用，為作(zuo)物耐堿理(li)論研究(jiu)提(ti)供了新視角(jiao)。研究(jiu)還(huan)發(fa)現在(zai)水稻(dao)、玉米及小作(zuo)物谷子等主要糧食作(zuo)物中AT1調控機制也是類似的，為主要作(zuo)物的耐鹽(yan)堿分子育種奠定了理(li)論基(ji)(ji)(ji)礎。
在取得理論突破的(de)基礎上，團(tuan)隊(dui)對高粱進行耐鹽堿育(yu)種(zhong)改良。在寧夏平羅鹽堿地進行的(de)田間(jian)實驗(yan)表(biao)明(ming)，AT1基因的(de)利用(yong)能夠(gou)使高粱籽粒產量和全株生物量增加。AT1基因還(huan)可用(yong)于改善主要禾本科作(zuo)物水稻、小(xiao)麥、小(xiao)米(mi)和玉米(mi)等的(de)耐鹽堿性。
中國科(ke)學院遺(yi)傳與(yu)發育生(sheng)物學研(yan)究所高彩霞團隊與(yu)北(bei)京齊禾生(sheng)科(ke)生(sheng)物科(ke)技有限公司的趙天萌團隊合作，實(shi)現(xian)了基因(yin)組編輯在(zai)方法建(jian)立、技術研(yan)發和工具應用的多層次創新。
研究(jiu)團(tuan)隊首次運(yun)用人工智能輔助的(de)(de)結構預測建立了蛋白(bai)聚類新(xin)方法(fa)，率先將基(ji)(ji)于結構分類的(de)(de)理念引入工具酶挖掘領域，并基(ji)(ji)于此開發(fa)了系列具有(you)重要應用價值(zhi)的(de)(de)新(xin)型堿(jian)基(ji)(ji)編(bian)輯(ji)器和我(wo)國(guo)完全擁有(you)自主產權的(de)(de)、首個(ge)在(zai)細胞核和細胞器中均可實現(xian)精準堿(jian)基(ji)(ji)編(bian)輯(ji)的(de)(de)新(xin)型工具CyDENT。
此外，研究團隊開發了(le)首個植物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)大片段(duan)DNA精準(zhun)定(ding)點(dian)插入(ru)技術(shu)，為高效作(zuo)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)育種(zhong)(zhong)和(he)植物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)合成生物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)學奠(dian)定(ding)了(le)技術(shu)基(ji)(ji)礎(chu)。研究團隊還利(li)用(yong)基(ji)(ji)因組編(bian)輯實現了(le)作(zuo)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)性狀的精準(zhun)調控。該成果有望進一(yi)步拓(tuo)寬基(ji)(ji)因組編(bian)輯的育種(zhong)(zhong)應用(yong)，助力作(zuo)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)(zhong)質創新(xin)。
為了深入了解人體細胞DNA復制是如何開始的，該項工作解析了人體內的MCM雙六聚體復合物的冷凍電鏡結構。
在(zai)這(zhe)個結(jie)(jie)構中(zhong)(zhong)，復制起點DNA，被(bei)固(gu)定(ding)在(zai)MCM的中(zhong)(zhong)央(yang)通(tong)道(dao)里，形成(cheng)一個初始開(kai)口結(jie)(jie)構。形成(cheng)該結(jie)(jie)構，DNA雙鏈需要被(bei)拉(la)伸和解開(kai)。
該研究還發現，如果初始的(de)開口結構被破壞(huai)，那么(me)所有的(de)MCM-DH就無法(fa)穩定地結合(he)在DNA上(shang)，導(dao)致DNA復制(zhi)完全被抑制(zhi)，就像是復印機壞(huai)了，無法(fa)開始復印文件一樣。
這一發現對癌(ai)癥(zheng)治療(liao)有(you)重要的應用價值。因為癌(ai)癥(zheng)細(xi)胞在(zai)生(sheng)長過(guo)程中必須進行DNA復(fu)制。在(zai)不影響正常細(xi)胞運(yun)作的情況下，通過(guo)阻止癌(ai)細(xi)胞在(zai)DNA上組(zu)裝MCM雙六聚體，將(jiang)會是(shi)一種全新的、有(you)效(xiao)的、而且非常精準的抗(kang)(kang)癌(ai)療(liao)法，為抗(kang)(kang)癌(ai)藥物的研(yan)發開(kai)辟(pi)了新的道路。
我國高(gao)海拔(ba)宇宙線觀測站(zhan)“拉索”（LHAASO）首(shou)次(ci)記錄(lu)了伽馬(ma)暴(bao)萬億電子伏特光子爆發的(de)(de)(de)全過程，探測到(dao)早(zao)期的(de)(de)(de)上(shang)升階段，由此推斷噴(pen)流(liu)具有極(ji)高的(de)(de)(de)相對論洛(luo)倫茲(zi)因子。“拉索(suo)”還(huan)看到(dao)了GRB 221009A（史上(shang)最亮伽馬(ma)暴(bao)，起源于24億光年(nian)外的(de)(de)(de)大質量恒星(xing)死(si)亡(wang)瞬間）的(de)(de)(de)余輝在(zai)700秒左右出現了快速(su)下降，這一(yi)光變拐(guai)折現象被認(ren)為是觀(guan)測者看到(dao)了噴(pen)流(liu)的(de)(de)(de)邊緣所致(zhi)。從(cong)光變拐(guai)折的(de)(de)(de)時(shi)間得到(dao)噴(pen)流(liu)的(de)(de)(de)半張角僅有0.8度。這是迄今發現最窄的(de)(de)(de)伽馬(ma)暴(bao)噴(pen)流(liu)，意味著它實際上(shang)是一(yi)個典(dian)型結構化噴(pen)流(liu)的(de)(de)(de)核心。
“拉索(suo)”還精確測(ce)量(liang)(liang)了(le)(le)高能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)伽(jia)馬射(she)線的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)譜(pu)，呈現單一的(de)冪律，延伸(shen)至十(shi)萬(wan)億電(dian)子(zi)(zi)(zi)伏特(te)以上。這(zhe)是伽(jia)馬暴觀測(ce)到的(de)迄(qi)今最高能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)的(de)光子(zi)(zi)(zi)。在余輝標準模型(xing)下，高能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)余輝輻射(she)起(qi)源于(yu)相對論(lun)電(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)逆康普頓散射(she)，理(li)論(lun)預期這(zhe)樣的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)譜(pu)在高能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)段會逐漸(jian)變軟。但“拉索(suo)”的(de)觀測(ce)沒(mei)有發現能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)譜(pu)變軟現象，這(zhe)對伽(jia)馬暴余輝標準模型(xing)提(ti)出了(le)(le)挑戰，意味著(zhu)十(shi)萬(wan)億電(dian)子(zi)(zi)(zi)伏特(te)光子(zi)(zi)(zi)可能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)產生于(yu)更復雜的(de)粒子(zi)(zi)(zi)加速過(guo)程或者存(cun)在新的(de)輻射(she)機(ji)制。
量子(zi)(zi)(zi)糾(jiu)錯是(shi)解決該問題(ti)的(de)(de)重要途(tu)徑，通過(guo)量子(zi)(zi)(zi)編碼使(shi)得一個(ge)被保護的(de)(de)邏輯(ji)量子(zi)(zi)(zi)比(bi)特的(de)(de)相干壽命(ming)，超過(guo)量子(zi)(zi)(zi)電路中最好的(de)(de)物理比(bi)特的(de)(de)相干壽命(ming)。此時，意(yi)味著糾(jiu)錯過(guo)程超越了量子(zi)(zi)(zi)糾(jiu)纏的(de)(de)盈虧平(ping)衡點(dian)，這是(shi)構(gou)建邏輯(ji)量子(zi)(zi)(zi)比(bi)特的(de)(de)必要條件(jian)。
但量子態具(ju)有不可(ke)克隆性，量子計(ji)算機無法通過(guo)備份來糾正錯(cuo)誤(wu)，量子糾錯(cuo)過(guo)程會引入(ru)新的錯(cuo)誤(wu)，造成誤(wu)差累積(ji)，甚(shen)至出現越(yue)糾越(yue)錯(cuo)的局面。
南方(fang)科技大(da)學(xue)(xue)和深圳(zhen)國際(ji)量子(zi)(zi)(zi)研(yan)究院的(de)俞大(da)鵬院士與(yu)徐源研(yan)究團(tuan)隊(dui)，聯合福州大(da)學(xue)(xue)鄭仕標、清華大(da)學(xue)(xue)孫麓巖等團(tuan)隊(dui)依(yi)據玻色編碼量子(zi)(zi)(zi)糾錯方(fang)案，開發了基于(yu)頻率(lv)梳(shu)控制的(de)低(di)錯誤率(lv)宇(yu)稱(cheng)探測(ce)技術，大(da)幅延(yan)長邏輯量子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)的(de)相干壽(shou)命，超盈虧平衡(heng)點達16%，實現了量子(zi)(zi)(zi)糾錯增(zeng)益(yi)。該成(cheng)果是通(tong)往容錯量子(zi)(zi)(zi)計算(suan)道路上的(de)一項重(zhong)要成(cheng)果。
中(zhong)國(guo)科學(xue)技術大學(xue)薛天(tian)研(yan)(yan)(yan)究團隊(dui)發現光(guang)(guang)暴露顯著降(jiang)低(di)小鼠的血(xue)糖代(dai)謝能力。哺(bu)乳動物感(gan)(gan)光(guang)(guang)主要依(yi)賴視(shi)網膜(mo)上的視(shi)錐、視(shi)桿細(xi)胞和對(dui)藍光(guang)(guang)敏感(gan)(gan)的自感(gan)(gan)光(guang)(guang)神(shen)經節細(xi)胞（簡稱ipRGC）。利用(yong)基因工(gong)程手段，研(yan)(yan)(yan)究團隊(dui)發現光(guang)(guang)降(jiang)低(di)血(xue)糖代(dai)謝由(you)ipRGC感(gan)(gan)光(guang)(guang)獨立介導。進一步研(yan)(yan)(yan)究發現光(guang)(guang)信號經由(you)視(shi)網膜(mo)ipRGC，至下丘腦(nao)視(shi)上核(he)、室旁核(he)，進而到(dao)達腦(nao)干孤束核(he)和中(zhong)縫蒼白核(he)，最(zui)后(hou)通過交感(gan)(gan)神(shen)經連接到(dao)外周棕(zong)色脂肪(fang)組(zu)(zu)織，并最(zui)終確定了光(guang)(guang)降(jiang)低(di)血(xue)糖代(dai)謝的原因，是光(guang)(guang)經由(you)這條通路抑制(zhi)棕(zong)色脂肪(fang)組(zu)(zu)織消(xiao)耗血(xue)糖的產熱。進一步研(yan)(yan)(yan)究表明，光(guang)(guang)同樣可利用(yong)該(gai)機制(zhi)降(jiang)低(di)人體的血(xue)糖代(dai)謝能力。
這項研究發現了全(quan)新的(de)“眼(yan)-腦-外周棕色脂肪”通路，回答了長(chang)久以來未知的(de)光調(diao)節(jie)血糖(tang)代謝(xie)的(de)生物學機理(li)，拓展(zhan)了光感受調(diao)控生命(ming)過程(cheng)的(de)新功能。這項工作發現的(de)感光細(xi)胞、神經環路和(he)外周靶(ba)器官，為防治光污染(ran)導致(zhi)的(de)糖(tang)代謝(xie)紊亂提(ti)供(gong)了理(li)論依據與潛在的(de)干(gan)預(yu)策(ce)略。
近百年來，電化學界面(mian)反應(ying)通常被認(ren)為(wei)僅存(cun)在(zai)“內球(qiu)反應(ying)”和“外球(qiu)反應(ying)”單(dan)分子途徑。該研究揭示出電化學界面(mian)反應(ying)存(cun)在(zai)第三種“電荷存(cun)儲聚集反應(ying)”機制，加深了對多硫化物(wu)演變及其對電池表界面(mian)反應(ying)動力(li)學影響的認(ren)識，為(wei)下一代鋰(li)硫電池設計提供指導。
信息(xi)來源(yuan)：科(ke)技日報
