《2020年十大破纪录科学发现出炉》

  • 来源专题:科技大数据监测服务平台
  • 编译者: zhoujie
  • 发布时间:2021-01-06
  • 科技日报记者 刘霞

    2020年注定是不平凡的一年!在人类因新冠疫情自我隔离之际,宇宙以及其间的万事万物并不吝于向人类展示其博大、深邃、可爱与神秘,有些被敏锐的科学家捕捉到,成为破纪录的发现。

    比如,世界上迄今发现的最古老物质竟然有70亿岁高龄——要知道,地球还不到50亿年历史;一只体重不到1斤的鸟,竟然不眠不休11天从美国阿拉斯加直飞到新西兰,它是如何做到的?一道闪电竟然长达700公里......

    美国趣味科学网站在近日的报道中,为我们梳理了2020年十大破纪录的科学发现。

    不间断飞行最长距离的鸟——11天飞行12200公里

    今年秋天,一只叫声响亮、体重不到1斤的小鸟打破了迄今不间断飞行最长时间和最长距离的世界纪录!

    据英国《卫报》报道,来自美国奥杜邦协会的科学家发现,一只被安装了跟踪器的编号为“4BBRW”的斑尾塍鹬9月16日从北美洲阿拉斯加西南部出发,不吃不喝不眠不休飞行11天后到达新西兰,横跨了12200公里的距离,期间它未曾停下过扇动的翅膀。

    此前纪录由一只雌性斑尾塍鹬于2007年创下——她在9天时间里飞行了11500公里。当时,她在媒体上大出风头,也让不少生物学家跌破了眼镜。

    不吃不喝11天,斑尾塍鹬难道不怕饿吗?原来,出发前,斑尾塍鹬会先把肚子吃得饱饱的,把自己喂胖一倍,变成一个带有脑子和飞行肌肉的脂肪团,这些脂肪就是它们不间断飞行的主要燃料!

    那连续几天飞行,它们如何睡觉呢?科学家猜测,它们也许可以让两个大脑半球轮流休息。只用半个脑子控制,还能不停振翅且不迷路,斑尾塍鹬实在威猛!

    最长的动物——45.7米长的管水母

    就许多方面而言,2020年似乎是最为漫长的一年,但今年也是科学家发现可能“迄今最长动物”的一年:澳大利亚科学家在西澳大利亚附近深海里发现了一只45.7米长的管水母。

    西澳大利亚博物馆资深研究人员尼丽达·威尔逊博士说:“它看起来就像一个不可思议的不明飞行物。”

    据悉,每只管水母都是一个由许多单一个体组成的群落。虽然威尔逊的一些同事将管水母比作喷彩摩丝,但威尔逊说,这种生物远比喷彩摩丝有组织。

    曝光时间最长的照片——曝光时间达8年零1个月

    一张看似平常的图片,却拍摄了8年多,汲取了太多日月精华,似乎快修炼成精了——

    2012年,英国赫特福德大学艺术系研究生瑞吉娜·瓦尔肯博格开始了这张照片的拍摄。她对复古的针孔成像手段很感兴趣,因此用一个易拉啤酒罐、胶带和感光相纸,制作了一个简易针孔相机,并将其放在贝福德伯里天文台,然后忘记了它的存在。

    今年9月,该天文台首席技术官大卫·坎贝尔拆除相机时发现了这场超长曝光的照片。这张照片拍下了8年来太阳每天穿越天空的明亮轨迹,共2953条。

    天文台发布推特消息称,这张照片曝光的时间相当于整个摄影史时长的4%,是迄今为止曝光时间最长的照片。

    最大海龟——生活在800万年前、1145公斤重

    海龟在地球上已经存在了两亿多年,比蛇、鳄鱼、鳄鱼和大多数其他爬行动物还要长。那么,地球上生存过的最大的海龟是什么模样呢?

    来自瑞士苏黎世大学(UZH)等的古生物学家在2月12日出版的《科学进步》杂志上报告称,他们在委内瑞拉发现了一块海龟壳,这块有800万年历史的海龟壳被认为是迄今发现的最大完整的壳,长2.4米。科学家估计,它属于一只重约1145公斤的海龟。

    这种古老的海龟属于一种现在已经灭绝的物种——地纹骇龟,其在中新世时期(1200-500 万年前)生活在南美北部。这个“忍者神龟”重约1145公斤,几乎其“近亲”亚马逊大头侧颈龟的100倍,是现存最大的海龟海洋革龟的2倍大。

    最古老精子——来自1亿年前

    今年9月,中国科学院南京地质古生物研究所的科学家与来自德国和英国的科学家携手,在一枚距今约一亿年的缅甸琥珀中发现了39只被称为介形虫的水生微型甲壳类动物。

    这些动物化石体内保存着巨型精子,科研人员称,这是迄今发现的最古老的动物精子,相关研究成果9月作为封面论文在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》。

    据悉,此前科学家在南极洲发现一种具有5000万年历史的虫茧化石,里面藏有的精子被称为是“世界上最古老的精子”,而此次新发现的动物精子化石可追溯到1亿年前,将最早动物精子记录提前了至少5000万年。

    最古老同卵双胞胎——距今31000年

    有31000年历史的椭圆形墓葬中,保存着一对同卵双胞胎婴儿的遗骸,它们很可能是世界上已知最古老同卵双胞胎

    科学家于11月6日在《通讯生物学》杂志上撰文称,他们在奥地利克伦斯瓦赫特贝格考古遗址发现的一个有31000年历史的椭圆形墓葬中,保存着一对同卵双胞胎婴儿的遗骸,它们很可能是世界上已知最古老的同卵双胞胎。

    这座墓穴于2005年被发现。今年,科学家对远古DNA进行详细分析后证实,这对婴儿是同卵双胞胎。这两名同卵双胞胎中,其中一名在出生后不久就死亡,另一个则活了大约50天。

    而且,在墓穴附近,科学们还发现了一副仅3个月大婴儿的遗骸,分析表明,这三人可能是表亲。

    地球上最古老的物质——有70亿年历史的“天外飞仙”

    科学家们在半个世纪前撞击地球的巨大陨石中发现的星尘可以追溯到70亿年前,这使它成为地球上迄今发现的最古老的物质。

    这些古老的尘埃,由比太阳还古老的颗粒组成,由垂死恒星散落于宇宙中。其中一些星尘搭乘1969年在澳大利亚坠落的墨奇逊陨石的“便车”,到达地球,这是研究人员首次在地球岩石中发现比太阳更古老的颗粒。

    在新研究中,研究人员分析了墨奇逊陨石中的颗粒,他们将陨石磨成小块并加入酸,这种方法可以溶解矿物质和硅酸盐,留下太阳诞生前就已经存在的颗粒。这项发现发表于1月13日的出版的《美国国家科学院院刊》。

    最快声速——36公里/秒

    爱因斯坦的狭义相对论为光波的传输速度设定了上限:300000千米/秒,但科学家一直不清楚其“孪生兄弟”——声波传播时是否也有速度上限。

    声音在固体、液体和气体等不同介质中会以不同速度传播,例如,声音在较热液体中传播的速度比在较冷液体中传播的速度快。计算表明,声音在质量最低的原子中传播的速度最快。

    为此,来自英国伦敦玛丽皇后大学、剑桥大学和高压物理研究所的科学家在10月份的《科学进展》杂志中指出,他们在固态氢原子内发现了声波迄今最大速度上限:约36千米/秒,这是科学家们为声速设置的最新上限,了解这一值有望让材料科学等多领域受益。

    最长闪电——长约700公里

    2018年万圣节,一道巨大的闪电划破了巴西上空,也在今年的科学突破史上留下浓墨重彩的一笔。

    世界气象组织(WMO)今年6月发布一份分析报告称,这场“超级闪电”长逾700公里,从大西洋海岸一直延伸到阿根廷边缘,成为有记录以来最长的闪电。

    科学家们利用新卫星技术证实,这道闪电的长度是之前记录保持者的两倍多。此前记录的保持者曾于2007年照亮了俄克拉荷马州的天空。研究人员在声明中说,最新研究得益于闪电监测技术的不断进步。

    最古老内脏——可追溯至5.5亿年前

    科学家在美国内华达州奈伊县发现的内脏化石可追溯到5.5亿至5.39亿年前,比此前纪录保持者还要早3000万年,是迄今科学家们发现的最古老的消化道残留物。这些内脏属于一种名为cloudinomorps的管状小生物,有助科学家厘清cloudinomorph究竟是“何方神圣”?

    目前存在两种主要的假说:这些生物要么是类似现代珊瑚的刺胞动物;要么是类似现代管状蠕虫的环节动物。分析显示,这个肠道软组织看起来像一根管子。科学家据此认为,基于这种形状,蠕虫假说可能更合适。研究结果发表于1月10日出版的《自然·通讯》杂志。

    这些突破,有些让我们忍俊不禁、有些让我们,有些则让我们惊掉下巴……是啊,宇宙和大自然就是这么奇妙又神秘,总是能带给我们很多惊喜!

    编辑:张爽

    审核:王小龙

  • 原文来源:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1687597609294660958&wfr=spider&for=pc
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    • 当地时间 12 月 14 日,《自然》(Nature)通过其官网公布了 2020 年十大科学发现,其中 9 个科学发现的论文发表于《自然》,1 个科学发现的论文发表于《科学》(Science)。具体内容如下: 1.打破物质-反物质对称性 4 月 15 日,日本 T2K 中微子合作组发表论文,首次提供了宇宙中物质–反物质不对称性起源的证据。T2K 合作组收集了 2009-2018 年间中微子和反中微子的数据,通过结合其他的中微子振荡实验,研究人员理清了转换概率对于不同参数的依赖性并给出了 CP 破缺证据。 2.南极臭氧空洞的恢复 3 月 25 日,美国科罗拉多大学博尔德分校的研究人员发表论文,指出因禁止消耗臭氧层物质的生产和使用相关法案(如 1987 年《蒙特利尔议定书》)的实行,大气中消耗臭氧层物质的浓度正在下降,臭氧层出现恢复的初步迹象。 3.爱尔兰史前贵族坟墓中发现乱伦证据 6 月 17 日,爱尔兰都柏林三一学院的研究团队发表论文,该团队对一座位于爱尔兰且具有大约 5000 年历史的史前陵墓中埋葬的人类遗骸进行了基因测序,发现了墓中所埋葬之人是一级乱伦的后代:他的父母要么是兄弟姐妹,要么是父母和孩子。研究团队推测,这座陵墓中所埋葬的贵族,通过乱伦来维持贵族血统。 4.利用卫星绘制树木地图 10 月 14 日,丹麦哥本哈根大学和美国航天局合作发表论文,通过对覆盖西撒哈拉和西非萨赫勒地区超过 130 万平方公里的高分辨率卫星图像的分析,绘制了超过 18 亿棵树木的位置和大小。这将推动人类对全球陆地生态系统的思考、监测、建模和管理方式的根本变化。 5.激活潜伏期的艾滋病毒 1 月 22 日,美国埃默里大学的研究人员发表两篇论文[a,b],通过“激活并杀死”(shock and kill)的方法,利用可促进艾滋病毒(HIV)转录的药物激活位于潜伏期的病毒,增加病毒基因表达,使得免疫系统更好地识别并消灭被病毒侵入的细胞。 6.揭秘果蝇挑食行为 3 月 4 日,瑞士洛桑大学研究人员发表论文,揭示果蝇(Drosophila sechellia)挑食的原因。通过 CRISPR-Cas9 基因编辑技术,研究者发现一种气味受体蛋白 Or22a 在该种果蝇的感觉神经元中更为丰富的表达导致了这种行为的发生。 7.首次观测到银河系内快速射电暴 11 月 4 日,《自然》同期发表三篇论文,首次报道了在银河系内观测到的快速射电暴[a,b,c]。这三项最新观测证实极强磁场中子星(磁星)是快速射电暴的来源之一,其中第三篇论文来自中国团队,观测结果来自中国 500 米口径球面射电望远镜(FAST)。这是天文学家第一次观测到位于银河系内的快速射电暴,极强磁场中子星也成为了目前唯一被观测验证的可以产生快速射电暴的天体。 8.冷冻电镜达到原子分辨率 10 月 21 日,两篇同期发表的《自然》论文,首次报道了冷冻电镜分辨率提高到单个原子水平[a,b]。这一里程碑式的突破,巩固了冷冻电镜在绘制蛋白质结构图谱中的主导工具地位,并有助于开发出副作用更少,效果更好的药物。 9.干扰素缺乏会导致新冠重症 10 月 23 日,《科学》同期发表了两篇论文,揭示了 I 型干扰素(IFN)缺失在新冠重症患者中扮演的重要角色[a,b]。研究揭示,至少 3.5% 新冠重症患者存在与 I 型干扰素相关的常染色体遗传的基因位点突变;至少 10% 新冠重症患者体内存在针对 I 型干扰素自身中和性抗体。研究提供了通过筛查预测患者发展成重症倾向这一思路,同时为治疗和干预提供了新选择。 10.应激/压力如何使头发变白 1 月 22 日,美国哈佛大学研究团队发表论文,首次揭示了应激/压力引起白发这一现象的具体机制:应激状态启动了作战或逃跑反应一部分的交感神经系统,对毛囊中的色素干细胞造成了永久性损害。这些发现有助于研究应激状态对各种器官和组织的广泛影响,也为寻找阻止和逆转这种破坏性作用的方法指出方向。 此外,《自然》还专门盘点了针对 2020 年新冠病毒的研究进展,以及 2020 年最佳科学影像。(Nature)
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    • 科技日报记者 刘垠 2月27日,科技部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)发布2020年度中国科学十大进展。嫦娥五号首次实现月面自动采样返回、“奋斗者”号创造中国载人深潜新纪录等10项重大科学进展,从31项候选进展中脱颖而出。 根据得票高低,2020年度中国科学十大进展分别为: 我国科学家积极应对新冠肺炎疫情取得突出进展 嫦娥五号首次实现月面自动采样返回 “奋斗者”号创造中国载人深潜新纪录 揭示人类遗传物质传递的关键步骤 研发出具有超高压电性能的透明铁电单晶 2020珠峰高程测定 古基因组揭示近万年来中国人群的演化与迁徙历史 大数据刻画出迄今最高精度的地球3亿年生物多样性演变历史 深度解析多器官衰老的标记物和干预靶标 实验观测到化学反应中的量子干涉现象 下面就跟随我们,逐一了解一下这十大进展。 1. 我国科学家积极应对新冠肺炎疫情取得突出进展 面对突如其来的新冠肺炎疫情,我国科学家认真贯彻落实习近平总书记关于疫情防控的重要讲话和一系列重要指示批示精神,在中央应对疫情工作领导小组和国务院联防联控机制统筹下,团结协作,争分夺秒,取得了一系列突出进展,为打赢疫情防控阻击战提供了重要的科学支撑。 在病原学和流行病学方面,第一时间分离鉴定出新冠病毒毒株并向世界卫生组织共享了病毒全基因组序列,为诊断技术的快速推进和药物疫苗开发奠定基础;阐明了新冠病毒入侵细胞的关键机制;持续深化病毒传播途径研究,为防控策略的优化提供科技支撑;定量评估了我国防控措施的效果。 在检测试剂研发和动物模型方面,在疫情之初迅速研发了新冠核酸诊断试剂,并研发了免疫检测试剂,为病原检测提供了强有力的支撑;构建了小鼠、猴感染新冠病毒的动物模型,为药物筛选、疫苗研发以及病毒传播机制的研究提供支撑。 在药物和临床救治方面,揭示了新冠临床特征,在没有特效药的情况下,实行中西医结合,先后推出八版全国新冠肺炎诊疗方案,筛选出“三药三方”等临床有效的中药西药和治疗办法,被多个国家借鉴和使用;解析了新冠病毒及关键蛋白质的结构,揭示了一批中西药的作用机制;提出了建立方舱医院、开展大规模核酸检测、大数据追踪溯源等科学防控方案,提高了收治率和治愈率,降低了感染率和病亡率。 在疫苗和中和性抗体研发方面,同时开展了灭活疫苗、病毒载体疫苗、蛋白亚单位疫苗、核酸疫苗等的研发,腺病毒载体疫苗在全球率先开展1期临床试验,灭活疫苗在全球率先开展3期临床试验,并获批附条件上市;鉴定并创制靶向新冠刺突蛋白S和受体结合域RBD的一系列中和单克隆抗体,形成抗病毒“鸡尾酒”中国抗体组合方案。 我国科学家通过不懈努力和无私奉献,通过严谨高效的科研工作,为我国取得抗击新冠肺炎疫情斗争重大战略成果提供了强大科学支撑。 2. 嫦娥五号首次实现月面自动采样返回 11月24日,嫦娥五号探测器在海南文昌航天发射场发射,由长征五号运载火箭直接送入地月转移轨道;此后,探测器经历地月转移、近月制动、环月飞行、月面着陆、月面采样封装、月面起飞、月球轨道交会对接与样品转移、月地入射、月地转移和再入回收等飞行阶段,历时23天嫦娥五号返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平致电,代表党中央、国务院和中央军委,祝贺探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功。 作为我国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程,嫦娥五号首次完成了地外天体采样与封装、首次地外天体表面起飞、首次无人月球轨道交会对接与样品转移、首次月地入射并携带月球样品高速再入返回地球等我国航天史上多个重大技术突破,最终实现了我国首次地外天体采样返回。嫦娥五号月面自动采样返回任务的圆满成功,标志着我国探月工程绕、落、回三步走规划的圆满收官,是中国航天向前迈进的一大步,将为深化人类对月球成因和太阳系演化历史的科学认知做出贡献。 3. “奋斗者”号创造中国载人深潜新纪录 “奋斗者”号全海深载人潜水器研制是我国“十三五”深海关键技术与装备领域的重大攻关任务,于2016年立项启动。2020年6月,“奋斗者”号完成总装集成与水池试验。2020年7月,“奋斗者”号完成第一阶段海试,共计下潜17次,最大下潜深度4548米。2020年10月10日,“奋斗者”号启航赴马里亚纳海沟开展第二阶段海试,期间共计完成13次下潜,其中11人24人次参与了8个超过万米深度的深潜试验。2020年11月10日8时12分,“奋斗者”号创造了10909米的中国载人深潜深度纪录。 中国船舶七〇二所是“奋斗者”号研制的牵头单位,在潜水器的总体设计、关键技术研发、集成建造及试验验证等工作中发挥了核心作用,创建了独立自主的全海深载人深潜装备设计技术体系,构建了稳定可靠的高标准、规范化的试验、检测与应用体系,进一步在潜水器总体设计与优化、系统调试与仿真、深海作业等关键技术方面取得重大突破,国际上首次攻克高强高韧钛合金材料制备和焊接技术,实现万米级浮力材料固化成型新工艺自主可控,潜水器动力、推进器、水声通信、智能控制等核心技术水平进一步提升。 ”奋斗者”号作为当前国际唯一能同时携带3人多次往返全海深作业的载人深潜装备,其研制及海试的成功,显著提升了我国深海装备技术的自主创新水平,使我国具有了进入世界海洋最深处开展科学探索和研究的能力,体现了我国在海洋高技术领域的综合实力,是我国深海科技探索道路上的重要里程碑。 4. 揭示人类遗传物质传递的关键步骤 DNA复制是人类遗传物质在细胞之间得以精确传递的基础,人们对高等生物中识别DNA复制起始位点的具体过程并不清楚,这在一定程度上也阻碍了人们对癌症发生发展机制的理解。 中国科学院生物物理研究所李国红团队及其合作者揭示了一种精细的DNA复制起始位点的识别调控机制。该研究发现,组蛋白变体H2A.Z能够通过结合组蛋白甲基化转移酶SUV420H1,促进组蛋白H4的第二十位氨基酸发生二甲基化修饰。而带有二甲基化修饰的H2A.Z核小体能进一步招募复制起始位点识别蛋白,从而帮助DNA复制起始位点的识别。该研究进一步发现,被H2A.Z-SUV420H1-H4K20me2通路调控的复制起始位点具有很强的复制活性,并偏向在复制期早期被激活使用。在癌细胞中破坏该调控机制后,癌细胞的DNA复制和细胞生长都受到了抑制。在T细胞中破坏该调控机制后,T细胞的免疫激活也受到了抑制。 该研究阐述了一个新颖的由H2A.Z介导的DNA复制表观遗传调控机制,对理解高等生物DNA复制起始位点的识别提供了新的视角,为解决长期存在的真核细胞DNA复制起始点选择启动问题做出了重要贡献。 5. 研发出具有超高压电性能的透明铁电单晶 弛豫铁电单晶[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, PMN-PT](注:数字均为下标)具有优异的压电效应,已广泛应用于超声成像、声呐装备和微电子机械系统(MEMS)等领域。然而,自其发现20多年以来,压电性能就再没有新的突破,并且由于铁电畴壁的存在,导致其透光率低,无法满足当前压电器件多功能、高灵敏度的发展需求,急需新的理论和设计方法 西安交通大学徐卓教授研究团队揭示了弛豫铁电单晶高压电效应的起源,研发出了钐掺杂的PMN-PT单晶,其压电性能超过4000 pC/N,相比未掺杂单晶提高了一倍。在此基础上,利用电畴结构调控,消除了单晶中对光起散射作用的铁电畴壁,首次在PMN-PT单晶中同时获得了高压电性和高透光性,突破了长期以来二者难以共存的国际难题。其压电系数比现有的透明压电单晶LiNbO3(注:3为下标)提高了100倍,电光系数最大可提高40倍,同时还具有更高的抗光损伤阈值和非线性光学效应。这种透明铁电单晶可大幅提升光声成像系统在乳腺癌、黑色素瘤和血液疾病诊断中的成像分辨率,也为研制高性能电光调制器、光学相控阵和量子光学器件提供了一种全新的关键材料。这种具有优异电光、声光和声-光-电耦合效应的单晶材料,有望进一步开辟更多新的应用领域。 6. 2020珠峰高程测定 珠峰高度长期以来受到全世界关注,精确测定珠峰高度并向全世界公布,彰显国家综合实力和科技水平。2020珠峰高程测量,中国科学家团队综合运用多种现代测绘技术,实现多个重大技术创新突破,获取了历史上最高精度的珠峰高程成果。 此次珠峰高程测量,北斗卫星定位技术和国产测量装备首次全面担纲主力,国产测量装备应用实现重大突破。首次完成了峰顶地面重力测量,获取了人类历史上第一个珠峰峰顶的重力测量结果,有助于提升珠峰高程测量精度。科学家团队克服珠峰地区极端气象和恶劣环境,首次实现珠峰峰顶及周边区域1.27万平方千米的航空重力、光学和激光遥感测量的历史性突破,填补了珠峰地区重力资料空白,大幅提升了珠峰高程测量的精度。与2005年珠峰高程测量相比,珠峰地区大地水准面精度提升幅度达300%。中国和尼泊尔科学家团队开展科技合作,首次建立了基于全球高程基准的珠峰地区大地水准面,历史上首次共同确定了基于全球高程基准的珠峰雪面高程8848.86米,国家主席习近平同尼泊尔总统班达里互致信函,共同宣布珠穆朗玛峰最新高程,赢得国际社会广泛赞誉。除此之外,珠峰测量获取的丰富观测数据成果,将为珠峰地区的生态环境保护修复、自然资源管理、地质研究与调查、地壳运动监测、气候变化和冰川冻土研究等领域提供宝贵、翔实的第一手资料。 7. 古基因组揭示近万年来中国人群的演化与迁徙历史 在国际古基因组学领域,有关东亚,尤其是中国史前人群的古基因组研究非常匮乏。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究团队首次针对中国南北方史前人群展开时间跨度最大、规模性、系统性的古基因组研究,通过前沿实验方法成功获取我国南北方11个遗址25个9500-4200年前的个体和1个300年前个体的基因组,揭示中国人群自9500年以来的南北分化格局、主体连续性与迁徙融合史。 研究发现中国南北方主体人群9500年前已分化,但南、北方同期人群的演化基本是连续的,没有受到明显的外来人群的影响,迁徙互动主要发生在东亚区域内各人群间;此外明确以台湾岛原住民为代表、广泛分布在太平洋岛屿的南岛语系人群,起源于中国南方沿海地区且可追溯至8400年前。该项成果填补了东方尤其是中国地区史前人类遗传、演化、适应的重要信息缺环,为阐明中华民族的形成过程及修正东亚南方人群演化模式做出重要科学贡献。 8. 大数据刻画出迄今最高精度的地球3亿年生物多样性演变历史 生命起源与演化是世界十大科学之谜之一。地球上曾经生活过的生物99%以上已经灭绝,通过化石记录重建地球生物多样性变化历史是认识当今生物多样性现状与未来趋势的最重要途径之一。然而,地质历史时期地球生物多样性变化研究的时间分辨率低、生物分类粗,无法精确识别突发性重大生物演变事件,也不能为近代地球生态系统演变研究提供重要参考。 南京大学沈树忠、樊隽轩团队联合国内外专家创建国际大型数据库,自主研发人工智能算法,利用“天河二号”超算取得突破,获得了全球第一条高精度的古生代3亿多年的海洋生物多样性演化曲线,时间分辨率较国际同类研究提高400多倍。新曲线精准刻画出地球生物多样性演变过程中的多次重大生物灭绝、复苏和辐射事件,揭示了当时生物多样性变化与大气CO2(注:2为下标)含量以及全球性气候剧变的协同关系。该研究将推动整个演化古生物学研究的变革。 9. 深度解析多器官衰老的标记物和干预靶标 随着人口老龄化程度的日益加剧,深入研究衰老、科学应对人口老龄化是新时代的国家重大需求。围绕衰老的机制和干预等核心科学问题,中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组,中国科学院北京基因组研究所张维绮研究组,同北京大学汤富酬研究组联合攻关,利用多学科交叉的方法,在系统水平上揭示了哺乳动物多器官衰老的新型生物学标记物和可调控靶标。 在衰老机制解析方面,发现氧化还原通路稳态失衡是灵长类卵巢衰老的主要分子特征,为评价卵巢衰老及女性生殖力下降提供了新型生物学标志物,也为寻找延缓卵巢衰老的措施及开发相关疾病的干预策略提供了新思路。在衰老干预方面,阐明热量限制(“七分饱”)可通过调节机体各组织的免疫炎症通路,延缓多器官衰老的新型分子机制,揭示了代谢干预、免疫反应与健康寿命之间的科学联系。这些研究成果加深了人们对器官衰老异质性和复杂性的理解,为建立针对衰老及衰老相关疾病的早期预警和科学应对策略奠定了重要基础。 10. 实验观测到化学反应中的量子干涉现象 化学反应的进程伴随着复杂的量子力学现象,但其通常难以被直接观测到,因而化学反应的本质亦难以得到透彻的理解。 中国科学院大连化学物理研究所杨学明院士、张东辉院士、孙志刚和肖春雷研究团队提供了一个研究范例。他们研究发现,在H + HD→H2 + D反应中,在碰撞能量为1.9~2.2电子伏的范围内,产物H2(v'= 2,j'= 3)的后向散射呈现显著的振荡(其中v'是振动量子数,j'是转动量子数)。通过拓扑理论分析,发现该反应存在两条迥然不同的反应路径,振荡是由这两条路径之间的量子力学干涉所产生的。该研究揭示了该反应在较低能量处,量子几何相位效应仍然存在,并可以被观测到。这非常类似于众所周知的Aharonov-Bohm效应,清晰地揭示了化学反应的量子性。