“兩院院士評選2024年中國/世界十大科技進展新聞”揭曉

1月22日上午，由中國科學院、中國工程院主辦的“兩院院士評選2024年中國/世界十大科技進展新聞”揭曉。此項年度評選活動至今已舉辦31次。

2024年中國十大科技進展新聞

01

嫦娥六號首次在月球背面采樣并發(fā)布首批研究成果

嫦娥六號首次在月球背面采樣。中國科學院地質與地球物理研究所、中國科學院廣州地球化學研究所供圖

6月25日，嫦娥六號任務首次完成人類從月球背面采樣的壯舉，帶回1935.3克珍貴樣品，這對豐富人類月球起源和演化認知、更好地了解地球具有重要的科學價值。

11月15日，中國科學家利用這些月壤樣品做出的首批兩項獨立研究成果，同時刊登于《自然》和《科學》。兩項研究首次揭示月球背面約28億年前仍存在年輕的巖漿活動，填補了月球玄武巖樣品在該時期的記錄空白。

研究還發(fā)現(xiàn)，月球背面42億年前存在來自富集克里普物質源區(qū)的火山活動，月海玄武巖的分布不僅受月殼厚度影響，月幔源區(qū)的物質組成也是重要的控制因素，刷新了傳統(tǒng)認知。

02

我國科學家研制出世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片

世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片。清華大學類腦計算研究中心供圖

清華大學類腦計算研究中心團隊借鑒人類視覺機制，提出了基于原語表示的多通路互補類腦視覺感知新范式，將視覺信息拆解為基本原語，并有機組合成“認知”和“運動”兩條優(yōu)勢互補、信息完備的通路，突破了傳統(tǒng)圖像傳感器無法滿足開放環(huán)境中視覺感知的復雜需求的制約。

基于此，團隊成功研制出類腦互補視覺芯片“天眸芯”，降低90%帶寬，實現(xiàn)每秒10000幀、10比特、130dB的高速、高精度、高動態(tài)范圍視覺感知，并發(fā)展了軟件、算法、數(shù)據(jù)集和系統(tǒng)，在自動駕駛復雜開放道路展示了優(yōu)異的性能。相關研究成果5月30日作為封面文章發(fā)表于《自然》。

03

我國首艘大洋鉆探船“夢想”號正式入列

我國首艘大洋鉆探船“夢想”號。廣州海洋地質調查局供圖

11月17日，我國自主設計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣州正式入列。該船是國家“十四五”重大科技創(chuàng)新工程，最大鉆深11000米，是全球鉆探能力最強、科學實驗功能最全、智能化水平最高、綜合運維成本最低的鉆探船。

“夢想”號可執(zhí)行大洋科學鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等國家戰(zhàn)略任務，有望率先實現(xiàn)人類“打穿地殼、進入上地幔”和“開發(fā)地球深部資源”的夢想，大幅提升我國“深海進入、深海探測、深海開發(fā)”能力，將為中國加快海洋強國建設、提高能源自主保障能力提供強大裝備保障。

“夢想”號由國家發(fā)展和改革委員會、自然資源部負責建設，中國地質調查局具體組織實施，中國船舶集團建造、第七〇八研究所研發(fā)設計。

04

科學家研發(fā)出全球首個Pb級超大容量光盤存儲器

全球首個Pb級超大容量光盤存儲器示意圖。上海光機所、上海理工大學供圖

中國科學院上海光學精密機械研究所和上海理工大學等科研單位，在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得突破性進展，對我國在信息存儲領域突破關鍵核心技術具有重大意義。

中國工程院外籍院士、上海理工大學教授顧敏，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員阮昊團隊，上海理工大學、張江實驗室教授文靜，研發(fā)出國際首創(chuàng)的雙光束調控摻雜聚集誘導發(fā)光染料的有機樹脂薄膜超分辨光存儲技術；實現(xiàn)了突破光學衍射極限的雙光束寫入和雙光束讀出的Pb量級光存儲；驗證了記錄點尺寸為54納米、100層記錄、材料壽命大于40年的超分辨數(shù)據(jù)存儲，單盤等效存儲容量相當于8000張商用光盤或約100個普通商用硬盤。相關研究成果2月22日發(fā)表于《自然》。

05

“天關”衛(wèi)星成功發(fā)射并獲系列成果

“天關”衛(wèi)星藝術圖。中國科學院國家天文臺供圖

1月9日15時03分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征二號丙運載火箭，將“天關”衛(wèi)星（又名愛因斯坦探針衛(wèi)星）發(fā)射升空。4月27日，“天關”衛(wèi)星任務發(fā)布了首批在軌科學探測圖像，引導國際上多個光學和射電望遠鏡、空間X射線天文臺開展了后隨觀測。10月31日，“天關”衛(wèi)星正式在軌交付給中國科學院國家天文臺等科學用戶使用。

“天關”衛(wèi)星被視為“宇宙天體爆發(fā)的捕手”，能精準捕捉到更加遙遠和暗弱的暫現(xiàn)源與爆發(fā)天體，探尋來自引力波源的X射線信號，對研究恒星活動、黑洞和中子星等致密天體的形成、演化、并合等過程具有重要科學意義。

06

我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案

我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案。中國科學院理論物理研究所供圖

中國科學院理論物理所/中國科學院大學研究員蘇剛、李偉，中國科學院物理所研究員孫培杰、博士后項俊森，以及北京航空航天大學副教授金文濤等聯(lián)合團隊，在鈷基三角晶格量子磁性材料中，發(fā)現(xiàn)了兼具固體和超流體特征的新奇量子物態(tài)—自旋超固態(tài)，這是首次在固體物質中給出超固態(tài)存在的實驗證據(jù)。隨后他們發(fā)現(xiàn)自旋超固態(tài)可以導致巨磁卡效應，通過磁場調控獲得零下273.056攝氏度的極低溫，實現(xiàn)了無液氦極低溫固體制冷。

目前團隊基于該效應已設計出新型低溫制冷器件，實現(xiàn)了亞開溫區(qū)無液氦極低溫固體制冷。相關研究成果1月11日發(fā)表于《自然》。

07

我國學者發(fā)表國際首個通用CAR-T治療成果

我國學者發(fā)表國際首個通用CAR-T治療成果。海軍軍醫(yī)大學供圖

海軍軍醫(yī)大學教授徐滬濟團隊聯(lián)合華東師范大學和上海邦耀生物科技有限公司的研究人員，使用一種革命性的嵌合抗原受體T細胞免疫療法（CAR-T）成功治療自身免疫病。這也是在國際上首次使用異體通用型CAR-T治療風濕免疫性疾病，幫助3名風濕免疫性疾病患者達到長期緩解，為難治性風濕免疫病的診治提供了新路徑。相關研究成果7月16日發(fā)表于《細胞》。

這一研究展示了異體通用型CAR-T細胞療法在有效性和安全性方面的巨大潛力，標志著免疫性疾病的治療已進入新階段。隨著未來研究的深入和臨床試驗的擴展，該療法有望為更多患者帶來福音。

08

我國研制超級顯微鏡，首次全景“看到”大規(guī)模細胞交互行為

超級顯微鏡示意圖。清華大學供圖

生物體內不同類型細胞間每時每刻都在發(fā)生交互作用，對此進行的研究被視為“介觀”尺度研究。

中國工程院院士、清華大學教授戴瓊海團隊自主研發(fā)出的新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D，兼具厘米級三維視場與單細胞分辨率，可以每秒20次的高速三維成像速度，實現(xiàn)長達數(shù)十小時的全景連續(xù)低光毒性觀測。相關研究成果9月13日發(fā)表于《細胞》。

據(jù)悉，RUSH3D的研制與產(chǎn)業(yè)化填補了對復雜生命現(xiàn)象介觀尺度活體觀測的空白，標志著我國在活體介觀顯微成像領域處于國際前沿。目前，該儀器已支持國內多所高校院所在腫瘤學、免疫學、腦科學等領域開展系列創(chuàng)新性研究。

09

我國科學家在世界上首次觀察到凝聚態(tài)物質中的引力子模

圓偏振光探測量子液體中的類引力子。南京大學供圖

南京大學教授杜靈杰團隊聯(lián)合美國哥倫比亞大學、美國普林斯頓大學、德國明斯特大學研究人員，通過自主設計、組裝的極低溫強磁場共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)，基于砷化鎵量子阱，在分數(shù)量子霍爾效應中首次觀察到引力子模。

該成果標志著世界范圍內首次在真實系統(tǒng)中觀察到具有引力子特征的準粒子，同時為分數(shù)量子霍爾效應全新的幾何描述提供了實驗證據(jù)。盡管引力子模并非作為基本粒子的引力子，但該實驗發(fā)現(xiàn)為在凝聚態(tài)物質中探索量子引力相關物理問題開辟了全新視野，也開啟了從幾何視角研究強關聯(lián)量子體系的新方向。相關研究成果3月28日發(fā)表于《自然》。

10

第二次青藏科考鉆取全球最長山地冰芯并實現(xiàn)系列突破

科研人員在第二次青藏科考現(xiàn)場。中國科學院青藏高原研究所供圖

8月18日，我國啟動第二次青藏科考“守護水塔：一原兩湖三江”重大活動。科考聚焦全球中低緯度面積最大的普若崗日冰原，西藏第一大湖色林錯和第二大湖納木錯，以及長江、怒江、雅魯藏布江，由10位國內外院士領銜，首次在普若崗日冰原發(fā)現(xiàn)目前青藏高原最厚冰川，并創(chuàng)下長達324米的全球最長山地冰芯鉆探紀錄。

科考還開創(chuàng)了多個首次，填補了我國該區(qū)域多項科學研究領域空白：利用系留浮空艇觀測季風-西風傳輸轉換過程，在冰原區(qū)鑒定出2個疑似新種和20多個區(qū)域新紀錄種，發(fā)現(xiàn)短期高原人群心功能易損期約為30天，在念青唐古拉山主峰附近發(fā)現(xiàn)稀有金屬鈹富集，在倫坡拉盆地開展超千米鉆探。

2024年世界十大科技進展新聞

01

科學家首次3D打印出功能性人類腦組織

研究流程示意圖。圖片來源于《細胞—干細胞》

美國威斯康星大學麥迪遜分校的科學家首次3D打印出功能性人類腦組織，它可以像傳統(tǒng)腦組織一樣正常生長并發(fā)揮作用。相關研究成果2月1日發(fā)表于《細胞—干細胞》。

研究人員采用了水平疊層方案，將從誘導多能干細胞中培養(yǎng)出來的腦細胞置于柔軟的“生物墨水”凝膠中，最終培育出神經(jīng)元。打印的細胞通過介質在每個打印層內部和層之間產(chǎn)生連接，形成與人類大腦相當?shù)木W(wǎng)絡。

這種3D打印技術不需要特殊的生物打印設備或培養(yǎng)方法來保持組織健康，并可以使用顯微鏡、標準成像技術和電極進行深入研究。科學家認為，這一突破對研究大腦，治療阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥等多種神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育疾病具有重要意義。

02

谷歌新量子芯片跨越精度里程碑

谷歌新量子芯片。圖片來源于谷歌

美國谷歌公司開發(fā)的一款量子芯片Willow，首次實現(xiàn)了“低于閾值”的量子計算，這是尋求制造足夠精確且實用量子計算機的一個重要里程碑。相關研究成果12月9日發(fā)表于《自然》。

過去幾年，包括IBM和亞馬遜的AWS在內的多家公司和學術團體已經(jīng)證明，糾錯可以略微提高準確性。2023年初，谷歌發(fā)布了一項研究成果，在Sycamore量子處理器中使用了49個量子比特，并在超導電路中對每個物理量子比特進行了編碼。

Willow是該技術的改進版本，其規(guī)模更大，擁有105個物理量子比特。谷歌量子計算部門負責人表示，Willow功能強大，可以在約5分鐘內完成全球最大的超級計算機預計需要1025年才能完成的隨機電路采樣任務。

03

歐幾里得空間望遠鏡公布首批科學成果，包括首張“宇宙地圖”照片

歐幾里得空間望遠鏡公布首批科學成果。圖片來源于ESA

5月23日，歐洲航天局（ESA）公布了2023年7月發(fā)射升空的歐幾里得空間望遠鏡首批科學成果。其中一組科學圖像清晰展現(xiàn)了閃閃發(fā)光的星系團、附近的螺旋星系，以及孕育著數(shù)十萬顆年輕恒星的彩色星際氣體云。

此外，太空望遠鏡拍攝的一組拼接圖像捕捉到1400多萬個星系，首次展示了“宇宙地圖”，增進了人們對暗物質和暗能量在宇宙結構中所起作用的理解。這幅巨圖由260幅圖像拼接而成，是歐幾里得太空望遠鏡繪制的迄今最大、最精確的宇宙地圖的第一次展示。

在接下來的6年里，歐幾里得太空望遠鏡將自動掃描大約1/3的夜空。研究人員預計，最終地圖將顯示約80億個星系，每個星系都有數(shù)十億顆恒星，跨越100億年的宇宙歷史。

04

科學家繪制迄今最大腦基因調控網(wǎng)絡圖譜

科學家繪制迄今最大腦基因調控網(wǎng)絡圖譜。圖片來源于pixabay

5月24日，研究人員在《科學》《科學進展》《科學報告》雜志上發(fā)表了15篇論文，宣稱繪制出了迄今最大、最先進的大腦基因調控網(wǎng)絡多維圖譜，詳細描述了協(xié)調大腦生物通路和細胞功能的許多調節(jié)元件。

這些論文按照幾個關鍵主題報告了研究結果，擴展了先前的發(fā)現(xiàn)，探索了人類大腦多個皮層和皮層下區(qū)域。這些大腦區(qū)域在一系列重要功能中起到了關鍵作用，包括決策、記憶、學習、情感、獎勵處理和運動控制。

上述研究由美國國立衛(wèi)生研究院資助，使用2500多名捐贈者的死亡后腦組織，繪制了大腦發(fā)育不同階段和與多種大腦疾病相關的基因調控網(wǎng)絡。

05

超精確癌細胞3D圖譜問世

超精確癌細胞3D 圖譜問世。圖片來源于Steve Gschmeissner

10月30日，在發(fā)表于《自然》的12篇論文中，人類腫瘤圖譜網(wǎng)絡（HTAN）的研究人員通過分析人類和動物組織的數(shù)十萬個細胞，繪制了超精確腫瘤細胞3D圖譜，同時創(chuàng)建了能夠追蹤導致癌癥的細胞變化的“分子鐘”。

科學家分析了6種癌癥的131個樣本中的細胞組織，并使用“分子鐘”追蹤正常細胞如何在腸道中失控并增殖。他們使用單細胞分析和基因編輯工具CRISPR在每個細胞的DNA中生成突變，從而記錄了每個細胞變化和分裂的時間軸。科學家將這種方法應用于418個人類結腸息肉，發(fā)現(xiàn)高達30%的息肉起源于幾種細胞類型。這些發(fā)現(xiàn)推翻了結腸癌起源于腸道內壁單個流氓細胞的觀點，并可能為早期診斷和干預提供更多機會。

06

首個雙語讀腦裝置讓失語者重新“開口”

雙語讀腦裝置研究示意圖。圖片來源于研究團隊

5月20日，美國加利福尼亞大學舊金山分校的研究人員在《自然—生物醫(yī)學工程》發(fā)表的一項研究稱，與大腦植入物耦合的人工智能（AI）系統(tǒng)首次幫助一個無法正常說話的人用兩種語言進行交流。

這項研究只有一名綽號為Pancho的參與者，他的母語是西班牙語，在20歲中風后學會了英語。研究團隊開發(fā)了一個包含西班牙語和英語等模塊的AI系統(tǒng)，針對Pancho說出的短語，根據(jù)第一個單詞區(qū)分英語和西班牙語的準確率為88%，而解碼正確句子的準確率為75%。

此外，研究人員分析大腦皮層直接記錄的信號后發(fā)現(xiàn)，有關西班牙語和英語的許多大腦活動實際來自同一區(qū)域。這項研究為人們了解大腦如何處理語言提供了見解，并為無法口頭交流的人恢復多語言能力帶來了希望。

07

美“星艦”第五次試飛 “筷子”成功回收助推器

“筷子”成功回收助推器。圖片來源于SpaceX

當?shù)貢r間10月13日，美國太空探索技術公司新一代重型運載火箭“星艦”實施第五次試飛。火箭助推器在降落時由發(fā)射塔上被稱作“筷子”的機械臂“夾住”，首次實現(xiàn)在半空中捕獲回收，飛船濺落在印度洋。

“星艦”火箭總長約120米，直徑約9米，由兩部分組成，第一級是長約70米的“超級重型”助推器，第二級是“星艦”飛船，兩級均可重復使用。該火箭的設計目標是將人和貨物送至地球軌道、月球乃至火星。

這是“星艦”的第五次試飛。今年6月第四次試飛時，火箭第一、二級成功分離，分別按計劃落入墨西哥灣和印度洋。本次使用機械臂捕獲助推器的方式，有助更快地回收、重復使用助推器，提高“星艦”發(fā)射頻率。

08

世界首例干細胞治療恢復人類視力

角膜位于眼睛的最外層。圖片來源于Patrick Landmann SPL

日本大阪大學的研究團隊實現(xiàn)世界首例誘導多能干細胞（iPSC）角膜移植手術。在接受手術的4名視力嚴重受損患者中， 3名在接受干細胞移植后，視力得到了持續(xù)一年多的顯著改善，另一名患者視力雖有所提高，但并不持續(xù)。相關研究成果11月7日發(fā)表于《柳葉刀》。

研究人員從健康的供體中提取血細胞，并重新編程為胚胎樣狀態(tài)，然后將其轉化為一層薄而透明的鵝卵石狀角膜上皮細胞。作為手術的一部分，該團隊刮掉覆蓋在患者一只眼睛的受損角膜上的疤痕組織層，然后縫合來自供體的上皮細胞，并在上面放置一個柔軟的保護性隱形眼鏡。研究人員計劃2025年3月啟動臨床試驗，以進一步評估這種方法的療效。

09

全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植完成

全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術完成。圖片來源于馬薩諸塞州總醫(yī)院

3月16日，美國馬薩諸塞州總醫(yī)院的外科團隊完成了全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術。接受豬腎移植的是一位名叫Richard Slayman的62歲終末期腎衰竭患者。該移植手術獲得了美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的“同情使用”許可。

移植的腎臟取自一只小型豬，這只豬經(jīng)過了eGenesis公司科學家進行的CRISPR-Cas9基因組編輯，69個動物基因被修改。這些編輯的基因組旨在防止捐贈器官的排斥反應，并降低器官中的病毒感染接受者的風險。

全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術的初步成功，讓研究人員燃起了對豬器官進行更大規(guī)模臨床試驗的希望。這樣的試驗可能會將“異種移植”帶入臨床。

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長效HIV預防針劑試驗成功

長效HIV預防針劑試驗成功。圖片來源于N. BURGESSSCIENCE

6月20日，美國生物制藥公司吉利德公布，其研發(fā)的一年注射兩次的HIV-1衣殼抑制劑“Lenacapavir”（來那卡帕韋），在預防艾滋病毒（HIV）方面顯示出了100%的有效性。

《科學》認為，該藥物的成功源于基礎研究的重大突破，即對其所靶向的HIV衣殼蛋白的結構與功能有了全新的深入理解。鑒于許多病毒也擁有各自的衣殼蛋白，來那卡帕韋的成功應用意味著，類似的衣殼抑制劑有望對抗其他病毒性疾病。

預計監(jiān)管部門最早到2025年中期才會批準來那卡帕韋，其價格尚未公布，因此能否加速終結艾滋病的流行尚未可知。美國國家過敏和傳染病研究所所長Jeanne Marrazzo提醒，來那卡帕韋不能替代疫苗。

來源/中國科學報

編輯/高辰 李宜然

審核/高磊