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《《自然》预测2019年度十大科学事件》

  • 来源专题：科技大数据监测服务平台
  • 编译者： dingxq
  • 发布时间：2019-01-02

  • 在2018年即将结束之际，《自然》杂志日前为读者预测了2019年科学领域值得期待的十大事件。

    　　极地项目

    　　2019年1月，美国和英国的研究人员将登陆南极洲，开始他们70多年来最大规模的南极联合考察。

    　　这个为期5年项目的目标是了解这个偏远的、看似不稳定的思韦茨冰川是否会在未来几十年内开始崩塌。其中包括利用自动水下机器人和贴在海豹身上的传感器研究这个佛罗里达州大小的冰川附近的海洋状况。

    　　2019年晚些时候，欧洲科学家计划在南极小圆顶C的冰层上开始钻探，此举旨在寻找150万年前的冰芯。

    　　如果他们成功了，将产生最古老的气候和大气条件原始记录。

    　　一大笔钱

    　　如果各国在2019年公布2018年的支出数据，中国可能会成为全球最大的研发支出国。

    　　自2003年以来，中国在科研方面的支出一直在加速增长，尽管美国在研究质量方面仍然处于领先地位。

    　　在欧洲，官员们试图就如何分配欧盟下一个研究资金计划——地平线欧洲（始于2021年）提议的1000亿欧元（1100亿美元）达成一致。

    　　由于英国脱欧的不确定性仍在继续困扰着这个国家，目前还不清楚该国研究人员将在多大程度上完全参与其中。

    　　人类起源

    　　2003年，考古学家在印度尼西亚弗洛雷斯岛发现了一种类似人类的“霍比特”人。此后，东南亚的一些岛屿上陆续出现了更多的化石，这些化石将有助于研究古人类的起源。

    　　正在进行的发掘可能会揭示更多关于菲律宾吕宋岛第一批人类居民的信息，包括他们与世隔绝的生活方式是否会导致其身材矮小，就像弗洛雷斯岛上发生的一样。

    　　对撞机迷局

    　　对于建造大型强子对撞机（LHC）继任者的计划来说，2019年可能是成败攸关的一年……

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  • 《美国《科学新闻》杂志2019年度十大新闻》
    • 来源专题：科技大数据监测服务平台
    • 编译者：zhoujie
    • 发布时间：2019-12-19
    • 科学善于衡量进步，也能够让我们了解自身的不足。美国《科学新闻》（Science News）评选出的2019年十大科学新闻就反映了这种二元性。我们既要祝贺科学家们取得了突破性的成就，也希望能够避免一些棘手的问题。 在这一年里，世界各地的数百位科学家通过一架全球规模的“望远镜”观测到了以前无法观测到的东西。事件视界望远镜捕捉到了黑洞的第一张图像。这张标志性的图片证实了宇宙运行的基本理论（爱因斯坦仍然是对的正确），并开启了一个全新的探索时代，这使其成为2019年最重要的的科学新闻。 这并不是今年唯一的重大里程碑。基因编辑工具CRISPR/Cas9开发仅仅7年后，就在美国进入了人体临床试验阶段。研究人员想知道这种方法能否用于治疗癌症、血液疾病和遗传性失明。谷歌实现了量子霸权，宣称他们已经创造了一种基于量子比特的计算机，可以快速解决经典超级计算机需要数千年才能解决的问题。这一声明立即引来了反对声音，但也表明量子计算可能将迎来下一个重大飞跃。 然而，每一次进步都伴随着挫折。在2019年，一些国家正式失去了来之不易的公共卫生成就——“消除麻疹”，即一年没有发生持续的传播感染。自2000年实现消除麻疹以来，美国的麻疹病例在今年达到最多，但仍勉强维持了这一状态：一场积极的公共卫生运动在一年周期结束前阻止了麻疹疫情的爆发。 2019年还创造了许多我们从未想过要看到的纪录，比如北半球数百个地区的气温飙升至历史最高水平，导致致命的热浪、火灾和干旱。多年来，科学家一直在警告，气候变化导致的灾难正在逼近。也许2019年将会被人们记住，因为这条警告在这一年终于引起了公众的关注。许多地方都发生了与气候变化有关的抗议活动，不少是由青少年活动家领导的，在全球范围内的参与者达到数百万人。只有时间才能告诉我们，要求采取行动应对气候变化的浪潮是否会成为我们在未来几年值得记住的转折点。 就让我们来了解一下2019年这十个最受关注的科学新闻。 黑洞的肖像 两百多年前，就有科学家设想宇宙中存在一种具有极大质量，引力强到连光也无法逃脱的天体。爱因斯坦提出的广义相对论就可用于计算这种天体的若干性质。20世纪60年代，美国天体物理学家约翰·惠勒首次提出了“黑洞”这一术语。经过十多年的努力，2019年事件视界望远镜的观测结果震惊了世界。这是人类首次直接拍摄到了黑洞的事件视界。 为了拍摄遥远的黑洞，科学家使用了一架口径相当于整个地球的望远镜——事件视界望远镜，它集合了世界各地的8台射电望远镜，成功拍摄到人类历史上首张黑洞照片。这项研究是全球超过200名研究人员合作的成果，中国科学院的天文学家也参与其中。2020年4月，事件视界望远镜将再次启动，届时将汇集11个天文台。参与该项目的科学家还在考虑向太空发射一架望远镜，将事件视界望远镜扩展到地球轨道，从而减少地面天气对观测结果的影响，有助于拍摄到更多、更清晰的黑洞图像。 麻疹死灰复燃 2019年，美国麻疹患病人数超过了1992年以来的任何一年。截至12月5日，美国31个州共报告了1276人患病，其中超过75%的病例来自纽约的两次疫情。 始于2018年秋季的纽约麻疹疫情持续时间之长，几乎使美国失去2000年获得的“麻疹消除”资格。要获得世界卫生组织认可的这一称号，一个国家必须有一年的时间不让这种疾病在其境内持续蔓延。美国疾病控制与预防中心主任罗伯特·雷德菲尔德在10月4日的声明中宣布，美国保住了麻疹消除的地位。他还指出，阻止麻疹等疫苗可预防疾病的最好方法，就是接受疫苗接种。 在2019年，其他许多国家也在与麻疹疫情作斗争。截至11月17日，刚果爆发了最大规模的麻疹疫情，估计有25万人感染麻疹，5000多人死亡，其中大多数是5岁以下的儿童。萨摩亚的免疫接种率低至31%，在2019年底受到严重打击，出现了3700多病例，数十人死亡。 气候行动 今年，夏季气温打破了数百项历史记录，给格陵兰岛带来了前所未有的融化，助长了肆虐整个北极的野火。一份严峻的报告警告说，地球上的海洋和冰冻地区前景黯淡。不过，气候科学家表示，这并不是2019年的唯一收获：今年还出现了创纪录的气候抗议行动浪潮。 在今年9月份在纽约举行的联合国气候行动峰会期间，发生了席卷全球的气候游行，并以气候罢课达到高潮。许多罢课是由学生领导的，特别是16岁的瑞典气候活动家格蕾塔·通贝里。她的“周五为未来”运动始于2018年8月，她个人承诺将在每周五进行抗议，直到瑞典政府加快原定于2045年前实现完全碳中和（碳释放总量为零）的计划。她表示自己将一直抗议，直到瑞典政府同意每年减少15%的碳排放，在大约10年内实现碳中和。 通贝里抗议的消息通过社交媒体传播，使气候抗议运动走向全球。据估计，来自120多个国家的160万名学生于3月15日参加了一场协调一致的气候罢课。第二波由学生领导的抗议活动与9月份的联合国气候行动峰会同时举行，参加全球气候罢课的人数达到创纪录的760万人。 电子烟的危险 电子烟在公众当中一直享有相对无害的名声，但这种情况在2019年开始改变，今年首次有报道称，电子烟与肺损伤和死亡有关。美国疾病控制与预防中心的数据显示，截至12月10日，全美共有2409人因使用电子烟而住院治疗，很多人都很年轻，身体也很健康。其中有52人死亡，包括一名17岁的少年。联邦卫生官员宣布了一个潜在的罪魁祸首：维生素E醋酸酯，它主要作为一种增稠剂添加到含有四氢大麻酚（THC）的蒸汽产品中。电子烟用户应该避免吸入四氢大麻酚，但调查仍在进行中，他们的这些疾病可能由多种蒸汽成分引起。 研究表明，从蒸汽中吸入的化学物质会影响大脑、心脏和肺。尼古丁会影响青少年的大脑发育，增加对其他药物上瘾的风险。电子烟中的化学物质会损害血管细胞的功能，从而增加患心血管疾病的风险。与不吸电子烟的同龄人相比，吸电子烟的青少年患慢性呼吸道疾病的风险更高。发现电子烟如何影响长期健康需要时间，而电子烟在美国市场上只出现了大约十年，而且其技术变化很快。 丹尼索瓦人的发现 2019年的多项进展使名为丹尼索瓦人的古人类进入了人们的视野，但也留下了大量的谜题。十多年前，科学家在西伯利亚的丹尼索瓦洞穴中发现了一小块女孩的小指骨，其DNA与任何已知原始人类的DNA都不匹配。另外几块化石——三颗牙齿和一块肢体碎片——的发现，加上基因分析表明，丹尼索瓦人是数万年前尼安德特人和智人的近亲，偶尔也是他们的配偶。但几乎没有证据表明丹尼索瓦人长什么样，他们的行为如何。 随着化石的积累，研究人员将了解丹尼索瓦人的解剖结构是如何影响其人属交配伙伴的骨骼构成的。通过丹尼索瓦人的发现，“我们现在可以看到，杂交促成了我们自身的起源”。今年公布的古代DNA证据表明，丹尼索瓦人在基因上分散成三个独立的支系，与亚洲不同的人类群体有过交配。一个新观点认为，人类演化就像交织的溪流，密切相关的物种不断进行着基因交流。 临床试验中的CRISPR 当CRISPR/Cas9技术在2012年问世时，人们曾对其寄予厚望，希望它能治疗甚至治愈成百上千种基因疾病。今年，美国研究人员开始在人体上测试这种基因编辑技术，这是决定其能否实现医学前景的关键第一步。 这些首批临床试验正在测试CRISPR/Cas9对癌症、血液疾病和一种遗传性失明症的安全性和有效性。与2018年引发争议的人类胚胎编辑不同，在这些试验中引入的基因变化不会被后代继承。 CRISPR在非常短的时间内就崛起成为潜在的医疗工具，相关的技术专利申请出现了爆发性增长。许多人正在投资这项技术，并认为它具有巨大的商业价值。首批测试CRISPR/Cas9技术的人体试验很可能决定了该技术的未来，只有继续投资这项技术，患者才会受益，而这种投资可能取决于这些早期临床试验是否成功。 量子霸权 就像薛定谔的猫一样，2019年宣称的量子霸权似乎同时处于存在和死亡这两种相互矛盾的状态。 今年10月，谷歌的研究人员声称，他们已经达到了被称为量子霸权的里程碑。他们创造了第一台量子计算机，可以进行典型标准计算机无法进行的运算。但是，IBM的研究人员反驳称，谷歌并没有做任何特殊的事情。这场冲突凸显了量子计算领域浓厚的商业兴趣，各家公司都在争夺这一领域的前沿地位。例如，IBM已经打造了可以云访问的14台量子计算机，最大的一台具有53个量子位。谷歌最新的量子计算机Sycamore也有53个量子位。 遭遇火灾威胁的生物多样性 2019年，《自然》杂志的一些令人震惊的数据成为了新闻，人们开始谈论植物、动物和其他生命多样性的减少，以及应该如何应对。最引人注目的消息来自亚马逊雨林，卫星捕捉到了火灾季节异常活跃的迹象。破纪录的火灾再次引发了人们对地球上这一生物多样性宝库的担忧。 仅在8月份，卫星成像设备MODIS就在巴西西北部的亚马逊州录得11516次火灾。火灾探测专家解释称，这一数字不是指单个火灾，而是“像素”的数量，每个像素至少测量了一平方公里内的火灾活动。一些新闻媒体报道的较高数字记录的是从像素较小的仪器上探测到的信号。 火灾季在10月下旬接近尾声。尽管2019年南美大部分地区的火灾风险“非常平均”，但亚马逊却陷入混乱。8月份探测到的火灾数量超过了近20年来的MODIS当月的所有记录。2019年6月下旬至10月的火灾季堪称是仅次于2005年的第二严重火灾季。 重返月球 月球登陆任务似乎正重新流行起来。“嫦娥四号”着陆成功，成为首次探访月球背面的人类探测器。相比之下，其他任务的结果不尽人意。以色列非营利组织SpaceIL和印度空间研究组织发射的两架探测器都在月球紧急着陆，此后一直没有音讯。 登月计划的复苏才刚刚开始。欧洲空间局正在与俄罗斯宇航局合作，进行一系列的月任务。美国国家航空航天局希望将2020年代的几次月球之旅作为把宇航员送往火星的跳板。 现在，不仅是一些大国能够实现登月，随着导航技术和机器人技术的进步，以及发射成本的降低，一些私人公司也开始计划前往月球的旅行。 新的抑郁症药物 几十年来第一种全新机制的抗抑郁药物终于在今年上市。这种名为Spravato的鼻腔喷雾剂为重度抑郁症患者提供了新的治疗方法。但是，该药物的有效性和安全性仍然存在很大问题。 今年3月，美国食品和药物管理局批准了Spravato的申请。这种药物含有艾氯胺酮（esketamine ），这是构成药物氯胺酮（ketamine，又称“克他命”）的两种镜像分子之一。氯胺酮是几十年前开发出来的一种强效麻醉剂，同时也是一种迷幻剂，被狂欢者用来制造令人眩晕的灵魂出窍的快感。 许多现有的抗抑郁药物针对的是血清素，一种大脑中与情绪有关的化学信使。科学家认为，氯胺酮和艾氯胺酮会在数小时内影响另一种化学信使谷氨酸。 尽管新闻媒体对Spravato获得批准大肆宣传，但多年来，氯胺酮快速扭转某些人严重抑郁症的能力已为人所知。独立诊所和学术医疗中心会为重度抑郁症患者提供氯胺酮静脉注射。对一些患者来说，这种治疗改变了他们的生活，但这并不一定适合其他人。
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  • 《2019年度中国科学十大进展揭晓，“量子”研究占据两席》
    • 来源专题：科技大数据监测服务平台
    • 编译者：zhoujie
    • 发布时间：2020-02-27
    • 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2019年度中国科学十大进展。探测到月幔物质出露的初步证据、揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制、首次观测到三维量子霍尔效应等10项重大科学进展，从30个候选项目中脱颖而出。 根据得票高低，“2019年度中国科学十大进展”分别为： 1.探测到月幔物质出露的初步证据 2.构架出面向人工通用智能的异构芯片 3.提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案 4.破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能 5.基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃 6.阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理 7.青藏高原发现丹尼索瓦人 8.实现对引力诱导量子退相干模型的卫星检验 9.揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制 10.首次观测到三维量子霍尔效应 下面就跟随我们，逐一了解一下这十大进展。 1. 探测到月幔物质出露的初步证据 月壳和月幔都是在月球演化的最初阶段形成的，撞击增生过程产生的能量造就了熔融的岩浆洋，较轻的富钙的斜长石组分上浮形成月壳，而诸如橄榄石、低钙辉石等较重的铁镁质矿物结晶下沉形成月幔。然而，从阿波罗（Apollo）和月神（Luna）探测任务返回的月球样品中没有发现与月幔准确物质组成有关的直接证据，关于月幔物质组成的推论至今没有被很好地证实。直径非常大的撞击坑有可能穿透月壳，使月幔物质被挖掘出来并可能被探测及取样。位于月球背面的南极-艾特肯盆地（SPA）直径约为2500公里，是月球表面最古老、最大的撞击构造，最有可能撞穿月壳。然而，从现有月球轨道器获得的遥感数据表明，虽然SPA区域的铁镁质矿物含量偏高，但并没有橄榄石广泛出露的证据。这些物质是否可能来源于月幔还存在争议。 中国的嫦娥四号探测器最近成功着陆在月球背面SPA区域的冯·卡门撞击坑内，并利用搭载的月球车——玉兔2号开展了巡视探测。中国科学院国家天文台李春来研究组与合作者，报告了玉兔2号上配置的可见光和近红外光谱仪（VNIS）的初步光谱探测结果，分析发现了低钙（斜方）辉石和橄榄石的存在，这种矿物组合很可能代表了源于月幔的深部物质。进一步的地质背景分析表明，这些物质是由附近直径72公里的芬森撞击坑挖掘出来、并抛射到了嫦娥四号着陆地点的月幔物质。这一工作的意义在于揭示了月幔的物质组成, 为月球早期岩浆洋研究提供了新的约束条件，加深了对月球内部形成及演化的认识。“玉兔2号”将继续探索冯·卡门撞击坑底部的这些物质，以了解它们的地质背景、起源和组成，为未来开展月球样品采样返回任务提供依据。 2. 构架出面向人工通用智能的异构芯片 发展人工通用智能（AGI）的方法一般有两种：以计算机科学为导向或以神经科学为导向，将两者结合是目前公认的最佳发展AGI的路径。由于它们的构想和编码方案有着根本的不同，这两种方法依赖于截然不同且互不兼容的计算平台，非常困难构建一个二者集成的计算平台，从而阻碍了AGI的发展。因此，发展一个能够同时支持流行的基于计算机科学的人工神经网络和受神经科学启发的模型和算法的通用平台非常重要。 清华大学施路平研究组与合作者提出了一种天机芯片架构，它高效集成了上面的两种方法，提供了一个异构集成的协同计算平台。该芯片采用多核结构、可重构构件和流线型数据流的混合编码方案，既能同时独立支持基于计算机科学的机器学习算法和神经科学主导的算法以及神经科学中的多种编码方案，还支持两者的异构混合建模，提供新的解决方案。研究人员仅使用一个芯片，演示了无人驾驶自行车系统中通用算法和模型的同步处理，实现了实时目标检测、跟踪、语音控制、避障、过障和平衡控制。该项研究有望为更通用的硬件平台发展铺平道路并推动AGI的发展。 3. 提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案 病毒的种类成千上万，其感染特点和致病方式也是千变万化，但是万变不离其宗的是，当病毒入侵时，其自身的遗传物质会不可避免地被带入到宿主细胞中。机体针对这些外源遗传物质（如DNA等）迅速做出反应，甚至不惜以伤及自身为代价，这是病毒感染导致致死性炎症的主要原因。关于外源DNA诱发免疫反应的认识可以追溯到上百年之前，然而其背后的机理并不清楚。2013年，这一领域国际上取得了重要突破，科学家鉴定发现蛋白质cGAS（环鸟苷酸-腺苷酸合成酶）是胞内DNA病毒感受器。随着cGAS被揭示，科学家发现在检测病毒入侵以外，cGAS的异常激活也直接导致一类自身免疫疾病。因此，寻找有效控制cGAS活性的手段并探究其调控机理，对抵抗病毒感染及自身免疫疾病的治疗都至关重要。 军事医学研究院（国家生物医学分析中心）张学敏和李涛研究组与合作者发现，乙酰化修饰是控制cGAS活性的关键分子事件，并揭示了其背后的调控规律。研究人员鉴定了cGAS的3个关键乙酰化位点（K384、K394和K414），发现其中任何一个位点发生乙酰化修饰，都可以致使cGAS失去活性。进而，研究者发现乙酰水杨酸（阿司匹林）可以强制cGAS在上述关键位点上发生乙酰化从而抑制其活性。此外，对cGAS调控机制的进一步探究发现，cGAS在胞内是以复合物形式存在并发挥功能的。研究人员利用蛋白质质谱技术鉴定到了cGAS的关键调控因子——G3BP1。机制研究揭示G3BP1与cGAS结合，通过帮助cGAS形成多聚物确保其能更高效地识别DNA。在缺失G3BP1的情况下，细胞中cGAS的活性明显降低。重要的是，绿茶茶多酚的主要成分、天然小分子化合物EGCG是G3BP1的抑制剂。研究人员发现EGCG能够通过干扰G3BP1与cGAS的相互作用，抑制cGAS激活。上述研究不但揭示了机体抗病毒感染的关键调控机制，还发现了有效的cGAS抑制剂，为AGS（艾卡迪综合征）等自身免疫疾病提供了潜在治疗策略。 4. 破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能 光合作用利用太阳光把二氧化碳和水转换成有机物和氧气，为地球上几乎所有生物的生存提供了能源和氧气。为了适应不同的光环境，光合生物进化出了各种不同的色素分子和色素结合蛋白，由此来最大程度地利用不同环境下的光能。硅藻是一种丰富和重要的水生光合真核生物，占水生生物原初有机物生产力的40%，或地球总原初生产力的20%，在全球的碳循环中发挥了重要作用。硅藻在水生环境下成功繁殖的重要因素之一是因为它含有岩藻黄素/叶绿素结合膜蛋白（FCPs），该色素蛋白使硅藻具有独特的光捕获和光保护及快速适应光强度变化的能力。 中国科学院植物研究所沈建仁、匡廷云研究组报道了海洋硅藻——三角褐指藻FCP的高分辨率晶体结构，揭示了蛋白支架内的7个叶绿素a、2个叶绿素c、7个岩藻黄素以及可能的1个硅甲藻黄素的详细结合位点，从而揭示了叶绿素a和c之间的高效能量传递途径。该结构还显示了岩藻黄素与叶绿素之间的紧密相互作用，使能量通过岩藻黄素高效地传递和淬灭。该研究团队进一步与清华大学生命科学学院隋森芳研究组合作，解析了硅藻的光系统II（PSII）与FCPII超级复合体的分辨率为3.0埃的冷冻电镜结构。该超级复合体由两个PSII-FCPII单体组成，每个单体包含了1个具有24个亚基的PSII核心复合体和11个外周FCPII天线亚基，其中的FCPII天线以2个FCPII四聚体和3个FCPII单体存在。整个PSII-FCPII二聚体包含230个叶绿素a分子、58个叶绿素c分子、146个类胡萝卜素分子以及锰簇复合物、电子传递体和大量脂分子等。该结构揭示了硅藻PSII核心中特有亚基的特点及其与高等植物PSII-LHCII复合体明显不同的天线亚基排列方式，以及硅藻巨大的色素分布网络，为阐明硅藻高效的蓝绿光捕获、能量转移和耗散机制提供了坚实的结构基础。 为了更进一步理解水下光合作用，研究人员还基于冷冻电镜技术解析了广泛存在的与高等植物具有相似光合作用的水生生物——绿藻（假根羽藻）光系统I（PSI）-捕光复合体I（LHCI）超级复合体的结构，分辨率达到3.49埃。该结构揭示了包含有原核生物和真核生物亚基特性的13个PSI核心亚基，以及10个LHCI天线亚基的结构（其中8个形成一个双半环结构，其余2个形成一个额外的LHCI二聚体）。并与浙江大学医学院张兴研究组合作，解析了绿藻——莱茵衣藻完整的C2S2M2N2型PSII–LHCII超级复合体的冷冻电镜结构，分辨率为3.37埃。该结构显示，绿藻C2S2M2N2超级复合体是一个二聚体，每个单体由位于中央的PSII核心复合体和环绕该核心的3个LHCII三聚体、1个CP26和1个CP29外围天线亚基所构成。该工作还揭示了多个与高等植物不同的绿藻PSII核心和捕光天线LHCII的结构特征。以上研究为揭示绿藻中光能的高效吸收、传递和猝灭机制提供了坚实的结构基础，并为揭示PSI–LHCI和PSII-LHCII超分子复合体在进化过程中发生的变化提供了重要线索。 上述研究进展率先破解了硅藻、绿藻光合膜蛋白超分子结构和功能之谜，不仅对揭示自然界光合作用的光能高效转化机理具有重要意义，也为人工模拟光合作用、指导设计新型作物、打造智能化植物工厂提供了新思路和新策略。 5. 基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃 金属玻璃具有独特的无序原子结构，使其拥有优异的机械和物理化学特性，在能源、通信、航天、国防等高技术领域有广泛应用，是现代合金材料的重要组成部分。由于金属玻璃在接近玻璃转变温度时会发生塑性流动，导致机械强度显著降低，严重限制了它们的高温应用。虽然目前已开发出玻璃转变温度大于1000 K的金属玻璃，但由于其过冷液相区（介于玻璃转变温度和结晶温度之间的温度区间）很窄，导致其玻璃形成能力不足，难以形成大尺寸材料；且导致其热塑成形性能很差，难以进行零部件加工。上述挑战的关键在于金属玻璃形成成分的合理设计，迄今为止发现的具有特定性能的金属玻璃还主要是反复试验和尝试的结果。 中国科学院物理研究所柳延辉研究组与合作者基于材料基因工程理念开发了具有高效性、无损性、易推广等特点的高通量实验方法，设计了一种Ir-Ni-Ta-（B）合金体系，获得了高温块体金属玻璃，其玻璃转变温度高达1162 K。新研制的金属玻璃在高温下具有极高强度，1000 K时的强度高达3.7千兆帕，远远超出此前报道的块体金属玻璃和传统的高温合金。该金属玻璃的过冷液相区达136 K，宽于此前报道的大多数金属玻璃，其形成能力可达到3毫米，并使其可通过热塑成形获得在高温或恶劣环境中应用的小尺度部件。该研究开发的高通量实验方法具有很强的实用性，颠覆了金属玻璃领域60年来“炒菜式”的材料研发模式，证实了材料基因工程在新材料研发中的有效性和高效率，为解决金属玻璃新材料高效探索的难题开辟了新的途径，也为新型高温、高性能合金材料的设计提供了新的思路。 6. 阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理 钙钛矿太阳能电池是广受关注的新一代光伏技术，而其工作稳定性是目前产业化的主要障碍。传统研究主要通过组分优化、封装、界面改性和紫外光过滤等来有效抑制如氧气、水分和紫外光等因素导致的性能下降，从而提升器件的稳定性。然而要进一步提高器件的寿命，需要发展一种长期有效的方法以抑制使役过程中材料的本征缺陷。 为提高本征稳定性，北京大学工学院周欢萍研究组、化学与分子工程学院严纯华/孙聆东研究组及其合作者提出，通过在钙钛矿活性层中引入铕离子对（Eu3+/Eu2+）作为“氧化还原梭”，可同时消除Pb0和I0缺陷，进而大幅提升器件使用寿命。有趣的是，该离子对在器件使用过程中没有明显消耗，对应的器件的效率最高达到了21.52％(认证值为20.52％)，并且没有明显的迟滞现象。同时，引入铕离子对的薄膜器件表现出优异的热稳定性和光稳定性，在连续太阳光照或85℃加热1000小时后，器件仍可分别保持原有效率的91％和89％；在最大功率点连续工作500小时后保持原有效率的91%。该方法解决了铅卤钙钛矿太阳能电池中限制其稳定性的一个重要的本质性因素，可以推广至其他钙钛矿光电器件，对于其他面临类似问题的无机半导体器件也具有参考意义。 7. 青藏高原发现丹尼索瓦人 丹尼索瓦人是一支已经消失的神秘古人类，过去对他们的了解主要基于仅出土于西伯利亚丹尼索瓦洞的少量化石碎片以及保存在其中的高质量的古基因信息。遗传学研究显示，丹尼索瓦人对一些现代低海拔东亚人群和高海拔现代藏族人群有基因贡献，对现代藏族人群的高海拔环境适应有重要意义。由于缺乏化石形态学信息，科学家很难评估丹尼索瓦人与分散在亚洲和其他地区的丰富的古人类化石之间的联系，也很难准确理解丹尼索瓦人与现代亚洲人群的关系。此外，现代藏族等青藏高原人群特有的高海拔环境适应基因来源，特别是其是否继承自丹尼索瓦人等，是非常重要而亟待解决的科学问题。 中国科学院青藏高原研究所陈发虎研究组、兰州大学张东菊研究组联合德国马普学会进化人类学研究所Jean-Jacques Hublin研究组等合作者，报道了一个利用古蛋白质分析方法鉴定为丹尼索瓦人的下颌骨，该下颌骨来自于中国甘肃省夏河县的白石崖溶洞。研究人员通过对化石上附着的碳酸盐结核进行铀系法测年，确定下颌骨至少有16万年的历史。该化石标本是丹尼索瓦洞以外发现的首件丹尼索瓦人化石证据，对标本的全面分析也为丹尼索瓦人研究提供了丰富的体质形态学信息，包括下颌和牙齿形态等信息。该项研究表明，早在现代智人到来之前，丹尼索瓦人在中更新世晚期就已经生活在青藏高原高海拔地区，并成功地适应了高寒缺氧环境。 8. 实现对引力诱导量子退相干模型的卫星检验 量子力学和广义相对论是现代物理学的两大支柱。然而，任何试图将量子力学和广义相对论进行融合的理论工作都遇到极大困难。目前关于如何融合量子力学和引力理论的讨论，模型众多，但都普遍缺乏实验检验。 中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、范靖云等与合作者，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上率先在太空中开展了引力诱导量子纠缠退相干的实验检验，对穿越地球引力场的量子纠缠光子退相干情况进行测试。根据“事件形式”理论模型预言，纠缠光子对在地球引力场中的传播，其关联性会概率性地损失；而依据现有的量子力学理论，所有纠缠光子对将保持纠缠特性。最终，卫星实验检验结果并不支持“事件形式”理论模型的预测，而与标准量子理论一致。这是国际上首次利用量子卫星在地球引力场中对尝试融合量子力学与广义相对论的理论进行实验检验，将极大地推动相关物理学基础理论和实验研究。 9. 揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制 非洲猪瘟病毒（ASFV）是一个巨大而复杂的DNA病毒，能够引发家猪、野猪患急性、热性、高度传染性疾病，发病率和死亡率可高达100%，对生猪养殖产业链造成巨大经济损失，目前尚未有可用的疫苗。 中国科学院生物物理研究所饶子和王祥喜团队和中国农业科学院哈尔滨兽医研究所步志高团队联合上海科技大学等单位，在上海科技大学冷冻电镜中心连续收集了高质量数据，采用一种优化的图像重构策略，解析了非洲猪瘟病毒衣壳的三维结构，其分辨率达到4.1埃。该衣壳颗粒体型巨大且结构复杂，由17,280个蛋白亚基组成，其中包括1种主要（p72）和4种次级衣壳蛋白（M1249L、p17、p49和H240R），它们组装成五重对称体和三重对称体的复合结构。主要衣壳蛋白p72原子分辨率结构展示出非洲猪瘟病毒潜在的构象型抗原表位，与其他的核胞质大DNA病毒（NCLDV）显著不同。次级衣壳蛋白在衣壳内表面形成了一个复杂的蛋白相互作用网络，通过调控相邻的病毒壳微体之间的作用力介导衣壳的组装并稳定了衣壳的结构。作为核心的组织者，100纳米长的M1249L蛋白沿着三重对称体的每个边缘桥接了两个相邻的五重对称体，与其他衣壳蛋白形成了延伸的分子间网络，驱动了衣壳框架的形成。这些结构细节揭示了衣壳稳定性和组装的分子基础，对非洲猪瘟疫苗的研发具有十分重要的理论指导意义。 10. 首次观测到三维量子霍尔效应 在二维电子体系中发现量子霍尔效应使得拓扑学在凝聚态物理学中发挥了核心作用。30多年前，Bertrand Halperin等人从理论上预言可能在三维电子气体系中产生量子霍尔效应，但迄今为止，还没有从实验上观测到“三维量子霍尔效应”。 南方科技大学物理学系张立源研究组、中国科学技术大学物理学系乔振华研究组及新加坡科技设计大学杨声远等合作，在块体碲化锆（ZrTe5）晶体中首次实验实现了“三维量子霍尔效应”。研究人员对碲化锆体单晶进行了磁场下的低温电子输运测量，在一个相对低的磁场下达到了极端量子极限状态（只有最低朗道能级被占据的）。在该状态下，研究人员观测到了一个接近于零的无耗散纵向电阻，并沿着磁场方向形成了一个正比于半个费米波长的很好的霍尔电阻平台，这些是三维霍尔效应出现的确凿标志。理论分析还表明，该效应源于在极端量子极限下电子关联增强产生的电荷密度波驱动的费米面失稳。通过进一步提高磁场强度，纵向电阻和霍尔电阻都极具增加，呈现出金属-绝缘体相变。该研究进展提供了三维量子霍尔效应的实验证据，并提供了一个进一步探索三维电子体系中奇异量子相及其相变的很有前景的平台。 来源：科技日报
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