由中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院主辦，中國(guó)科學(xué)院學(xué)部工作局、中國(guó)工程院辦公廳、中國(guó)科學(xué)報(bào)社承辦，中國(guó)科學(xué)院院士和中國(guó)工程院院士投票評(píng)選的2021年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞、世界十大科技進(jìn)展新聞?dòng)?022年1月18日在京揭曉。

此項(xiàng)年度評(píng)選活動(dòng)至今已舉辦了28次。評(píng)選結(jié)果經(jīng)新聞媒體廣泛報(bào)道后，在社會(huì)上產(chǎn)生了強(qiáng)烈反響，使公眾進(jìn)一步了解國(guó)內(nèi)外科技發(fā)展的動(dòng)態(tài)，對(duì)普及科學(xué)技術(shù)起到了積極作用。

2021年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞

1、我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功

環(huán)繞器與火星合影 國(guó)家航天局供圖

6月11日，國(guó)家航天局在京舉行天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由祝融號(hào)火星車(chē)拍攝的著陸點(diǎn)全景、火星地形地貌、“中國(guó)印跡”和“著巡合影”等影像圖。首批科學(xué)影像圖的發(fā)布，標(biāo)志著我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功。

據(jù)悉，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)于2013年全面啟動(dòng)論證，2016年1月批準(zhǔn)立項(xiàng)。2020年7月23日天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器于海南文昌成功發(fā)射，歷經(jīng)地火轉(zhuǎn)移、火星捕獲、火星停泊、離軌著陸和科學(xué)探測(cè)等階段，工程任務(wù)按計(jì)劃順利開(kāi)展。

2、中國(guó)空間站開(kāi)啟有人長(zhǎng)期駐留時(shí)代

天和核心艙 航天科技集團(tuán)五院供圖

6月17日和10月16日，神舟十二號(hào)、神舟十三號(hào)載人飛船相繼發(fā)射成功，順利將航天員送入太空。神舟十二號(hào)與天和核心艙對(duì)接形成組合體，3名航天員進(jìn)駐核心艙，進(jìn)行了為期3個(gè)月的駐留，開(kāi)展了一系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，在軌驗(yàn)證了航天員長(zhǎng)期駐留、再生生保、空間物資補(bǔ)給、出艙活動(dòng)、艙外操作、在軌維修等空間站建造和運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)。

神舟十三號(hào)入軌后，與天和核心艙和天舟二號(hào)、天舟三號(hào)組合體完成自主快速交會(huì)對(duì)接，3位航天員開(kāi)啟為期6個(gè)月的在軌駐留，其間將開(kāi)展機(jī)械臂操作、出艙活動(dòng)、艙段轉(zhuǎn)位及空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)等工作，進(jìn)一步驗(yàn)證航天員長(zhǎng)期在軌駐留、再生生保等一系列關(guān)鍵技術(shù)，中國(guó)空間站有人長(zhǎng)期駐留時(shí)代到來(lái)。

3、我國(guó)實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成

科研人員觀察試管中的人工合成淀粉 中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所供圖

淀粉是“粥飯”中最主要的碳水化合物，是面粉、大米、玉米等糧食的主要成分，也是重要的工業(yè)原料。其主要合成方式是由綠色植物通過(guò)光合作用固定二氧化碳來(lái)進(jìn)行。長(zhǎng)期以來(lái)，科研人員一直在努力改進(jìn)光合作用這一生命過(guò)程，希望提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化速率和光能的利用效率，最終提升淀粉的生產(chǎn)效率。

中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員提出了一種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的從頭合成，使淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車(chē)間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，取得原創(chuàng)性突破。相關(guān)研究成果9月24日在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

4、我國(guó)團(tuán)隊(duì)?wèi){打破“量子霸權(quán)”的超算應(yīng)用摘得2021年度“戈登貝爾獎(jiǎng)”

獲獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng) 之江實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家超算無(wú)錫中心供圖

11月18日下午于美國(guó)密蘇里州圣路易斯舉行的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)（SC21）上，國(guó)際計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）將2021年度“戈登貝爾獎(jiǎng)”授予中國(guó)超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。這支由之江實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家超算無(wú)錫中心等單位研究人員組成的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，基于新一代神威超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時(shí)模擬”（SWQSIM）獲此殊榮。

在這項(xiàng)工作中，研究人員引入了一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，涵蓋了模擬所需的算法、并行化和系統(tǒng)架構(gòu)。使用新一代神威超級(jí)計(jì)算機(jī)，研究團(tuán)隊(duì)有效模擬了一個(gè)深度為10×10 (1+40+1)隨機(jī)量子電路。與谷歌量子計(jì)算機(jī)“懸鈴木”200秒完成百萬(wàn)0.2%保真度采樣任務(wù)相比較，“頂點(diǎn)”需要一萬(wàn)年完成同等復(fù)雜度的模擬，該團(tuán)隊(duì)SWQSIM應(yīng)用則可在304秒以內(nèi)得到百萬(wàn)更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本，在一星期內(nèi)得到同樣數(shù)量的無(wú)關(guān)聯(lián)樣本，一舉打破其所宣稱的“量子霸權(quán)”。

5、1400萬(wàn)億電子伏特 我國(guó)科學(xué)家觀測(cè)到迄今最高能量光子

2021年7月，LHAASO全陣列建成并投入運(yùn)行 中科院高能物理研究所供圖

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的國(guó)際合作組依托國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）”，在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)12個(gè)超高能宇宙線加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏（PeV，拍=千萬(wàn)億）的伽馬光子，這是人類迄今觀測(cè)到的最高能量光子，突破了人類對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠把粒子加速到超過(guò)1PeV的宇宙線加速器，開(kāi)啟了“超高能伽馬天文”觀測(cè)時(shí)代。相關(guān)成果5月17日發(fā)表于《自然》。

6、嫦娥五號(hào)樣品重要研究成果先后出爐

掃描電子顯微鏡下進(jìn)行成分分析 中科院地質(zhì)與地球物理研究所供圖

10月19日，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布嫦娥五號(hào)月球科研樣品最新研究成果。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所和國(guó)家天文臺(tái)主導(dǎo)，聯(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)通過(guò)3篇《自然》論文和1篇《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》論文，報(bào)道了圍繞月球演化重要科學(xué)問(wèn)題取得的突破性進(jìn)展。

在最新的研究中，科研人員利用超高空間分辨率鈾—鉛（U-Pb）定年技術(shù)，對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖巖屑中50余顆富鈾礦物（斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石）進(jìn)行分析，確定玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年，表明月球直到20億年前仍存在巖漿活動(dòng)，比以往月球樣品限定的巖漿活動(dòng)延長(zhǎng)了約8億年。

研究顯示，嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖初始熔融時(shí)并沒(méi)有卷入富集鉀、稀土元素、磷的“克里普物質(zhì)”，嫦娥五號(hào)月球樣品富集“克里普物質(zhì)”的特征，是由于巖漿后期經(jīng)過(guò)大量礦物結(jié)晶固化后，殘余部分富集而來(lái)。

這一結(jié)果排除了嫦娥五號(hào)著陸區(qū)巖石的初始巖漿熔融熱源來(lái)自放射性生熱元素的主流假說(shuō)，揭示了月球晚期巖漿活動(dòng)過(guò)程。據(jù)悉，此次研究采用的超高空間分辨率的定年和同位素分析技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，為珍貴地外樣品年代學(xué)等研究提供了新的技術(shù)方法。

7、異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化獲得新突破

異源四倍體野生稻與二倍體栽培稻的植株表型 中科院種子創(chuàng)新研究院/遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所供圖

隨著世界人口的快速增長(zhǎng)，至2050年糧食產(chǎn)量或?qū)⒃黾?0%才能完全滿足需求。與此同時(shí)，近年來(lái)世界氣候變化加劇，全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)等都為糧食安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，如何進(jìn)一步提高作物單產(chǎn)成為亟待解決的嚴(yán)峻問(wèn)題。

中國(guó)科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院/遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)首次提出了異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。本項(xiàng)研究為未來(lái)應(yīng)對(duì)糧食危機(jī)提出了一種新的可行策略，開(kāi)辟了全新的作物育種方向。相關(guān)研究成果2月4日發(fā)表于《細(xì)胞》。

8、我國(guó)研發(fā)成功-271℃超流氦大型低溫制冷裝備

液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)（模型） 中科院理化技術(shù)研究所供圖

4月15日，由中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所承擔(dān)的國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“液氦到超流氦溫區(qū)大型低溫制冷系統(tǒng)研制”通過(guò)驗(yàn)收及成果鑒定，標(biāo)志著我國(guó)具備了研制液氦溫度（零下269攝氏度）千瓦級(jí)和超流氦溫度（零下271攝氏度）百瓦級(jí)大型低溫制冷裝備的能力，可滿足大科學(xué)工程、航天工程、氦資源開(kāi)發(fā)等國(guó)家戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展的迫切需要。

項(xiàng)目的成功實(shí)施，還帶動(dòng)了我國(guó)高端氦螺桿壓縮機(jī)、低溫?fù)Q熱器和低溫閥門(mén)等行業(yè)的快速發(fā)展，提高了一批高科技制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，使相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從低端到高端的提升，在我國(guó)初步形成了功能齊全、分工明確的低溫產(chǎn)業(yè)群。

9、植物到動(dòng)物的功能基因轉(zhuǎn)移首獲證實(shí)

Cell論文機(jī)理圖 中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊(duì)供圖

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)20年追蹤研究，發(fā)現(xiàn)被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）認(rèn)定的迄今唯一“超級(jí)害蟲(chóng)”煙粉虱，具有一種類似“以子之矛、攻子之盾”的本領(lǐng)：其從寄主植物那里獲得了防御性基因。這是現(xiàn)代生物學(xué)誕生100多年來(lái)，首次研究證實(shí)植物和動(dòng)物之間存在功能性基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

相關(guān)科研成果3月25日在線發(fā)表于《細(xì)胞》，并作為《細(xì)胞》封面文章于4月1日出版。這是我國(guó)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)研究領(lǐng)域在《細(xì)胞》雜志的首篇論文，揭示了昆蟲(chóng)如何利用水平轉(zhuǎn)移基因來(lái)克服宿主的防御，為探索昆蟲(chóng)適應(yīng)性進(jìn)化規(guī)律開(kāi)辟了新的視角，也為新一代靶標(biāo)基因?qū)虻臒煼凼镩g精準(zhǔn)綠色防控技術(shù)研發(fā)提供全新思路。

10、稀土離子實(shí)現(xiàn)多模式量子中繼及1小時(shí)光存儲(chǔ)

稀土離子摻雜晶體在低溫環(huán)境下工作的實(shí)拍照片 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖

量子不可克隆定律賦予了量子通信基于物理學(xué)原理的安全性。而這一定律也決定了光子傳輸損耗不能使用傳統(tǒng)的放大器來(lái)克服，使得遠(yuǎn)程量子通信成為當(dāng)今量子信息科學(xué)的核心難題之一。量子中繼和可移動(dòng)量子存儲(chǔ)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信的兩種可行方案，其共性需求是高性能的量子存儲(chǔ)器。

在量子中繼方面，國(guó)際已有實(shí)驗(yàn)研究都聚焦于發(fā)射型存儲(chǔ)器的架構(gòu)，無(wú)法同時(shí)滿足確定性發(fā)光和多模式復(fù)用這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)需求?？梢苿?dòng)量子存儲(chǔ)方面，國(guó)際上光存儲(chǔ)的時(shí)間最長(zhǎng)僅1分鐘，無(wú)法滿足可移動(dòng)量子存儲(chǔ)小時(shí)量級(jí)存儲(chǔ)時(shí)間的需求。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)研究組基于稀土離子摻雜晶體研制出高性能的固態(tài)量子存儲(chǔ)器，并在上述兩條技術(shù)路線上取得了重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了一種基于吸收型存儲(chǔ)器的多模式量子中繼，并成功將光存儲(chǔ)時(shí)間提升至1小時(shí)。相關(guān)成果于4月22日和6月2日分別發(fā)表于《自然—通訊》和《自然》。

2021年世界十大科技進(jìn)展新聞

1、全球首個(gè)“自我復(fù)制”的活體機(jī)器人誕生

一個(gè)活體機(jī)器人將單個(gè)細(xì)胞組裝成一個(gè)新的細(xì)胞團(tuán)。圖片來(lái)源：Douglas Blackiston

美國(guó)佛蒙特大學(xué)、塔夫茨大學(xué)和哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種全新的生物繁殖方式，并利用其創(chuàng)造了有史以來(lái)第一個(gè)可進(jìn)行自我復(fù)制多代的活體機(jī)器人——Xenobots 3.0。

它僅有毫米大小，既不是傳統(tǒng)的機(jī)器人，也不是已知的動(dòng)物物種，而是一種從未在地球上出現(xiàn)過(guò)的、活的、可編程的全新有機(jī)體。據(jù)悉，該活體機(jī)器人或許可以有助于醫(yī)學(xué)的全新突破——除了有望用于精準(zhǔn)的藥物遞送之外，它的自我復(fù)制能力也使得再生醫(yī)學(xué)有了新的幫手，或可為出生缺陷、對(duì)抗創(chuàng)傷、癌癥與衰老提供開(kāi)創(chuàng)性的解決思路。11月29日，相關(guān)研究成果發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》。

2、核聚變向“點(diǎn)火”邁進(jìn)一大步

圖片來(lái)源：勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

我們?cè)诘厍蛏现阅芸吹疥?yáng)光、感受到溫暖，都是源自于發(fā)生在太陽(yáng)核心的核聚變。核聚變指的是當(dāng)原子合并在一起時(shí)，釋放出巨大能量的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程可以在碳排放幾乎為零的情況下，源源不斷地提供綠色能源。但是，想在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)核聚變并非易事，一個(gè)重大的挑戰(zhàn)就是“點(diǎn)火”（即聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量等于或超過(guò)輸入能量的時(shí)刻）。

8月8日，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）進(jìn)行了一項(xiàng)新的實(shí)驗(yàn)。NIF的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)重現(xiàn)了存在于太陽(yáng)核心的極端溫度和壓力，NIF的強(qiáng)大的激光脈沖引發(fā)了燃料丸的核聚變爆炸，產(chǎn)生了1.35兆焦耳（MJ）能量——大約相當(dāng)于一輛時(shí)速160公里的汽車(chē)的動(dòng)能。

這一能量達(dá)到觸發(fā)該過(guò)程的激光脈沖能量的70%，意味著接近核聚變“點(diǎn)火”，即反應(yīng)產(chǎn)生的能量足以使反應(yīng)持續(xù)下去，在無(wú)限聚變能源的道路上邁出了一大步。

3、科學(xué)家借助AI技術(shù)破解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)難題

AI現(xiàn)在可以快速可靠地預(yù)測(cè)大多數(shù)蛋白質(zhì)的三維形狀。圖片來(lái)源：DEEPMIND

科學(xué)家們一直希望通過(guò)基因序列簡(jiǎn)單地預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)形狀——如果能夠成功，這將開(kāi)啟一個(gè)洞察生命運(yùn)作機(jī)理的新世界。美國(guó)華盛頓大學(xué)和英國(guó)DeepMind公司分別公布了多年工作的成果：先進(jìn)的建模程序，可以預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)和一些分子復(fù)合物的精確三維原子結(jié)構(gòu)，并將這些結(jié)構(gòu)放入公開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)免費(fèi)供全球科研人員使用。

據(jù)DeepMind公司報(bào)告顯示，其人工智能程序AlphaFold預(yù)測(cè)出98.5%的人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，有助于深入理解一些關(guān)鍵生物學(xué)信息，從而更好開(kāi)展藥物研發(fā)。而美國(guó)華盛頓大學(xué)創(chuàng)建的高精確的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)程序名叫RoseTTAFold，基于深度學(xué)習(xí)，它不僅能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，還能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)之間的結(jié)合形式。僅需十分鐘，RoseTTAFold就能用一臺(tái)游戲電腦準(zhǔn)確計(jì)算出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。相關(guān)論文于7月15日分別刊登于《自然》和《科學(xué)》。

4、“基因剪刀”首次治療遺傳病

研究人員首次利用CRISPR治療罕見(jiàn)致命肝病。圖片來(lái)源：ELLA MARU STUDIO

一直以來(lái)，人們?nèi)粢褂帽环Q為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯技術(shù)治療遺傳疾病，需要清除一個(gè)巨大的障礙：將分子剪刀工具直接注射到受影響的細(xì)胞中，從而實(shí)現(xiàn)DNA切割。

英國(guó)倫敦大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)CRISPR技術(shù)能使一種突變基因失活。研究首次將CRISPR藥物注射到一種罕見(jiàn)遺傳?。ㄞD(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性?。┗颊叩难褐校l(fā)現(xiàn)其中3人的肝臟幾乎停止產(chǎn)生有毒的蛋白質(zhì)。

雖然目前還不能確定CRISPR治療是否能緩解該疾病的癥狀，但初步數(shù)據(jù)讓人們對(duì)這種一次性治療的效果感到興奮。相關(guān)研究結(jié)果5月28日發(fā)表于《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》。據(jù)悉，這項(xiàng)新工作在能夠滅活、修復(fù)或替換身體任何部位的致病基因方面，邁出了關(guān)鍵的第一步。

5、史上最冷反物質(zhì)問(wèn)世

反物質(zhì)被激光操縱的藝術(shù)圖 圖片來(lái)源：Chukman So TRIUMF

加拿大國(guó)家粒子加速器中心的Makoto Fujiwara團(tuán)隊(duì)與合作者在瑞士日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究組織粒子物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一項(xiàng)名為ALPHA-2的反氫捕獲實(shí)驗(yàn)，演示了反氫原子的激光冷卻，將樣品冷卻到了接近絕對(duì)零度。

激光冷卻經(jīng)常被用來(lái)測(cè)量常規(guī)原子的能量躍遷——電子運(yùn)動(dòng)到不同能級(jí)。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種激光，它能以適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)發(fā)射被稱為光子的光粒子，從而降低正在直接朝向激光移動(dòng)的反原子的速度。研究人員將反原子的速度降低到1/10以下。對(duì)于冷卻的反氫原子，該團(tuán)隊(duì)獲得的測(cè)量精度幾乎是未冷卻的反原子的3倍。

該研究產(chǎn)生了比以往任何時(shí)候都更冷的反物質(zhì)，并使一種全新的實(shí)驗(yàn)成為可能，有助于科學(xué)家在未來(lái)更多地了解反物質(zhì)。相關(guān)研究成果3月31日刊登于《自然》。

6、“芝麻?！贝笮⌒呐K模型問(wèn)世

心臟模型發(fā)育的再現(xiàn)性。圖片來(lái)源：Sasha Mendjan等

奧地利科學(xué)院生物學(xué)家Sasha Mendjan和團(tuán)隊(duì)使用人類多能干細(xì)胞培養(yǎng)出芝麻大小的心臟模型，又稱心臟線。它可以自發(fā)地進(jìn)行組織，在不需要實(shí)驗(yàn)支架的情況下發(fā)展出一個(gè)中空的心房。Mendjan團(tuán)隊(duì)以特定的順序激活所有參與胚胎心臟發(fā)育的6個(gè)已知信號(hào)通路，誘導(dǎo)干細(xì)胞自我組織。

隨著細(xì)胞分化，它們開(kāi)始形成不同的層——類似心臟壁的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)一周的發(fā)育，這些類器官自組織成一個(gè)有封閉腔的3D結(jié)構(gòu)，幾乎重現(xiàn)了人類心臟的自發(fā)生長(zhǎng)軌跡。此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)心臟壁狀組織能有節(jié)奏地收縮，擠壓腔內(nèi)的液體。

該團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了心臟類器官對(duì)組織損傷的反應(yīng)。他們用一根冷鋼棒冷凍部分心臟類器官，并殺死該部位的許多細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)，心臟成纖維細(xì)胞（一種負(fù)責(zé)傷口愈合的細(xì)胞）開(kāi)始向損傷部位遷移，并產(chǎn)生修復(fù)損傷的蛋白質(zhì)。相關(guān)研究5月20日發(fā)表于《細(xì)胞》，這項(xiàng)進(jìn)展使得科學(xué)家能創(chuàng)造出一些迄今為止最真實(shí)的心臟類器官，為制藥公司將更多藥物引入臨床試驗(yàn)提供了可能。

7、科學(xué)家利用人工智能實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)數(shù)學(xué)突破

一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié) 圖片來(lái)源：DeepMind

純數(shù)學(xué)研究工作的關(guān)鍵目標(biāo)之一是發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)對(duì)象間的規(guī)律，并利用這些聯(lián)系形成猜想。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，數(shù)學(xué)家開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)幫助發(fā)現(xiàn)規(guī)律和提出猜想，但人工智能系統(tǒng)尚未普遍應(yīng)用于理論數(shù)學(xué)研究領(lǐng)域。12月1日，一篇發(fā)表在《自然》上的論文顯示，DeepMind公司研發(fā)出一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)框架，能幫助數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)新的猜想和定理。

此前，該框架已經(jīng)幫助發(fā)現(xiàn)了不同純數(shù)學(xué)領(lǐng)域的兩個(gè)新猜想。研究人員將這一方法應(yīng)用于兩個(gè)純數(shù)學(xué)領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)了拓?fù)鋵W(xué)（對(duì)幾何形狀性質(zhì)的研究）的一個(gè)新定理，和一個(gè)表示論（代數(shù)系統(tǒng)研究）的新猜想。研究人員表示，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)家和數(shù)學(xué)家首次使用人工智能來(lái)幫助證明或提出復(fù)雜數(shù)學(xué)領(lǐng)域的新定理。

8、科學(xué)家成功在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建人類早期胚胎樣結(jié)構(gòu)

人造囊胚 圖片來(lái)源：UT Southwestern

美國(guó)得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯西南醫(yī)學(xué)中心研究人員領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)成功用人多能干細(xì)胞分化誘導(dǎo)出人類早期胚胎樣結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與人囊胚期胚胎具有類似的結(jié)構(gòu)，能正確表達(dá)相應(yīng)的基因與蛋白，并且可在體外發(fā)育2至4天，形成類羊膜囊等結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果3月17日刊登于《自然》。

據(jù)介紹，借助人類早期胚胎樣結(jié)構(gòu)，研究人員能深入研究胚胎的早期發(fā)育，更加了解人類早期重大疾病造成的流產(chǎn)、畸形兒、女性受孕障礙等現(xiàn)象，并為其尋找可行的解決方案。此外，研究人員還可以通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)建立藥物篩選模型，為進(jìn)入臨床應(yīng)用的孕婦藥品提供安全性模擬檢測(cè)。

9、激光傳輸穩(wěn)定自如創(chuàng)世界紀(jì)錄

建筑間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相位穩(wěn)定光頻傳輸 圖片來(lái)源：《自然》

澳大利亞國(guó)際射電天文學(xué)研究中心（ICRAR）和西澳大利亞大學(xué)（UWA）等機(jī)構(gòu)的研究人員創(chuàng)造了在大氣層中最穩(wěn)定傳輸激光信號(hào)的世界紀(jì)錄。該團(tuán)隊(duì)將相位穩(wěn)定技術(shù)與先進(jìn)的自導(dǎo)向光學(xué)終端相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了此次最穩(wěn)定的激光傳輸。

新技術(shù)有效地消除了大氣湍流，允許激光信號(hào)從一個(gè)點(diǎn)發(fā)送到另一個(gè)點(diǎn)，而不會(huì)受到大氣的干擾。這一結(jié)果是用一個(gè)通過(guò)大氣傳輸?shù)募す庀到y(tǒng)比較兩個(gè)不同地點(diǎn)間時(shí)間流動(dòng)的全球最精確的方法。相關(guān)論文1月22日發(fā)表于《自然—通訊》。

據(jù)悉，這項(xiàng)研究有廣闊的應(yīng)用前景，可以用來(lái)精確地檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，或者發(fā)現(xiàn)基本物理常數(shù)是否隨著時(shí)間而變化。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的精確測(cè)量能力在地球科學(xué)和地球物理學(xué)中也有實(shí)際用途，可以改進(jìn)有關(guān)地下水位如何隨時(shí)間變化的衛(wèi)星研究或?qū)ふ业叵碌V藏。

此外，該技術(shù)在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用可以將衛(wèi)星到地面的數(shù)據(jù)傳輸速率提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，下一代大型數(shù)據(jù)收集衛(wèi)星能更快地將關(guān)鍵信息傳送到地面。

10、科學(xué)家“繪制”最清晰原子“特寫(xiě)”

打破世界紀(jì)錄的晶體原子“特寫(xiě)”。圖片來(lái)源：康奈爾大學(xué)

美國(guó)康奈爾大學(xué)的 Muller團(tuán)隊(duì)捕捉到了迄今為止最高分辨率的原子圖像，打破了其2018年所創(chuàng)下的紀(jì)錄。據(jù)悉，Muller團(tuán)隊(duì)使用疊層成像技術(shù)，用X射線照射鈧酸鐠晶體，然后利用散射電子的角度來(lái)計(jì)算散射它們的原子的形狀。這些進(jìn)步使得研究小組能夠觀察更稠密的原子樣本，并獲得更好的分辨率。

據(jù)了解，這種最新形式的電子疊層成像分析技術(shù)使科學(xué)家可以在所有三個(gè)維度上定位單個(gè)原子。研究人員還將能夠一次發(fā)現(xiàn)異常結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)原子，并對(duì)它們及其振動(dòng)進(jìn)行成像。相關(guān)論文5月21日刊登于《科學(xué)》。

參考鏈接：

https://mp.weixin.qq.com/s/DxXqaHZ8e6tBGLvoWgadiA