入選的2021年國(guó)內(nèi)十大科技新聞分別是：異源四倍體野生稻快速馴化獲突破；“祖沖之號(hào)”“九章二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)研制成功；我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)著陸火星；“拉索”發(fā)現(xiàn)迄今最高能量光子；神舟兩次成功發(fā)射，中國(guó)人長(zhǎng)期駐守太空；金沙江白鶴灘水電站投產(chǎn)發(fā)電；“十四五”開局之年，科技體制改革舉措密集出臺(tái)；首次實(shí)現(xiàn)淀粉全人工合成；凱勒幾何兩大核心猜想被證明；我國(guó)首個(gè)抗新冠病毒特效藥獲批上市。

入選的2021年國(guó)際十大科技新聞分別是：腦機(jī)接口能將腦中“筆跡”轉(zhuǎn)為字句；迄今最精確測(cè)量結(jié)果揭示繆子行為異常；宏觀物體量子糾纏證據(jù)確鑿；天問一號(hào)探測(cè)器成功登陸火星；LHC揭秘宇宙誕生瞬間的“第一種物質(zhì)”；CRISPR基因編輯對(duì)人類療效首次證明；豬腎首次成功植入人體；可對(duì)抗新冠病毒變異的特效藥不斷出現(xiàn)；首個(gè)可自我繁殖活體機(jī)器人問世；AI能“構(gòu)想”新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2021年國(guó)內(nèi)十大科技新聞解讀

異源四倍體野生稻快速馴化獲突破

一株自生自滅的野生稻成為農(nóng)民手中的糧食，需要7000年到1萬年的馴化。而中國(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)在全球首次提出異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化的新策略，可能將這個(gè)馴化過程縮短到幾十年，甚至更短。研究成果2月4日發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。

當(dāng)前，田間的栽培稻由“祖先”二倍體野生稻經(jīng)過數(shù)千年的人工馴化而來，馴化過程在改良其重要農(nóng)藝性狀的同時(shí)，也造成了遺傳多樣性的大量減少、優(yōu)勢(shì)基因資源的缺失。

除了二倍體栽培稻，稻屬還有其他25種野生植物，按照基因組特征又可以分成11類，包括6類二倍體基因組和5類四倍體基因組。其中，異源四倍體野生稻具有生物量大、自帶雜種優(yōu)勢(shì)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但同時(shí)也具有非馴化特征，無法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

為攻克培養(yǎng)多倍體水稻新作物的難題，研究人員首次提出異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化的新策略。按照這條技術(shù)路線，他們成功創(chuàng)制落粒性降低、芒長(zhǎng)變短、株高降低、粒長(zhǎng)變長(zhǎng)、莖稈變粗、抽穗時(shí)間不同程度縮短的各種基因組編輯異源四倍體野生稻材料。這項(xiàng)研究開辟了全新的作物育種方向，是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破性進(jìn)展。

“祖沖之號(hào)”“九章二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)研制成功

5月8日，中科大團(tuán)隊(duì)制造的“祖沖之號(hào)”，打破了量子計(jì)算機(jī)最大量子比特?cái)?shù)的世界紀(jì)錄。它以一個(gè)62比特的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)，實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。10月，它又升級(jí)到了“祖沖之二號(hào)”，可以操縱66個(gè)比特。

10月，中國(guó)科大、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)所等構(gòu)建了113個(gè)光子的“九章二號(hào)”，處理“高斯玻色取樣”速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快1024倍，進(jìn)一步提供了量子計(jì)算加速的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這也標(biāo)志著我國(guó)成為目前唯一同時(shí)在兩種物理體系都實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。

實(shí)現(xiàn)用光量子作為計(jì)算載體，要攻克諸多難關(guān)，包括制造高品質(zhì)光子源、實(shí)現(xiàn)高精度鎖相和規(guī)?；缮娴鹊?。比如說，光子源每次只放出1個(gè)光子，且每個(gè)光子一模一樣，這是巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，鎖相的精度相當(dāng)于100公里距離的傳輸誤差不能超過一根頭發(fā)直徑。高品質(zhì)的光量子比特和邏輯器件，維持不了100毫秒，就要抓住這一瞬間讓量子計(jì)算機(jī)完成任務(wù)。相關(guān)技術(shù)要達(dá)到操縱光的極致。

近年來，中國(guó)在量子科技領(lǐng)域取得了諸多世界第一。中國(guó)科學(xué)家正在進(jìn)一步提高量子計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性和糾錯(cuò)能力，讓量子計(jì)算機(jī)在物理和化學(xué)仿真、分子模擬構(gòu)建、人工智能等方面大顯身手。

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)著陸火星

歷經(jīng)9個(gè)多月的長(zhǎng)途跋涉，經(jīng)歷了驚心動(dòng)魄的火星著陸“黑色九分鐘”，5月15日，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸，在火星上首次留下中國(guó)人的印跡，邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步。

6月11日，國(guó)家航天局舉行天問一號(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)”火星車拍攝的影像圖。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。

我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)于2016年立項(xiàng)，計(jì)劃通過一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測(cè)，其科學(xué)目標(biāo)主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造特征、火星表面土壤特征與水冰分布、火星表面物質(zhì)組成、火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征、火星物理場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等研究。

天問一號(hào)探測(cè)器于2020年7月23日在海南文昌由長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射，2021年2月10日成功實(shí)施火星捕獲，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星，2月24日探測(cè)器進(jìn)入火星停泊軌道，開展了為期約3個(gè)月的環(huán)繞探測(cè)，為順利著陸火星奠定了基礎(chǔ)。

天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸火星，是我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)地外行星著陸，使我國(guó)成為第二個(gè)成功著陸火星的國(guó)家。

“拉索”發(fā)現(xiàn)迄今最高能量光子

5月17日，《自然》發(fā)表的一項(xiàng)最新成果，改變了人們對(duì)銀河系的傳統(tǒng)認(rèn)知：位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測(cè)站“拉索”（LHAASO）在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)2個(gè)能量超過1拍電子伏特（PeV，1000萬億電子伏特）的光子，這2個(gè)超高能光子分別來自天鵝座和蟹狀星云，其中1個(gè)光子能量高達(dá)1.4PeV。

“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，開啟了超高能伽馬天文學(xué)的時(shí)代?！敝锌圃焊吣芩芯繂T、“拉索”首席科學(xué)家曹臻說。

此前，銀河系內(nèi)的宇宙線加速源存在能量極限是個(gè)“常識(shí)”，過去預(yù)言的極限就在1PeV附近，導(dǎo)致伽馬射線能譜在0.1PeV以上有“截?cái)唷爆F(xiàn)象?！袄鳌钡陌l(fā)現(xiàn)完全突破了這個(gè)“極限”，確定了銀河系廣泛存在的天然高能加速器，可以把宇宙線加速超過PeV，甚至于10PeV以上。

7月9日，《科學(xué)》報(bào)道“拉索”精確測(cè)量了高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光的亮度?？茖W(xué)家們確認(rèn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燭光就是由宋朝記錄的“天關(guān)客星”經(jīng)千年演化形成的著名天體——蟹狀星云?！袄鳌睖y(cè)量了標(biāo)準(zhǔn)燭光在2400倍的能量范圍內(nèi)的亮度，尤其是在能量最高的超高能伽馬波段測(cè)定了新標(biāo)準(zhǔn)。

神舟兩次成功發(fā)射中國(guó)人長(zhǎng)期駐守太空

仰望冬夜，常能看到一枚亮星劃過中天。那是每90分鐘繞地球一圈的“天宮”，還有三位堅(jiān)守崗位的中華兒女。

6月17日，神舟十二號(hào)載人航天飛船成功發(fā)射，并與天和核心艙成功完成對(duì)接。9月17日三位宇航員回到地球。10月16日，神舟十三號(hào)將另外三名航天員送上太空，他們要駐留半年，這也是空間站航天員乘組一般的駐留周期。這意味著，中國(guó)的載人航天邁過試驗(yàn)階段，實(shí)現(xiàn)太空往返常態(tài)化。中國(guó)的空間站即將成為人類探索宇宙的主力陣地。

還記得幾十年前，美國(guó)拒絕中國(guó)人參與國(guó)際空間站；如今，中國(guó)白手起家，建成了自己的空間站，三年后還將成為人類唯一的太空前哨。天宮的存在，讓十幾個(gè)國(guó)家向中國(guó)提出申請(qǐng)，合作探索外太空。天宮驕傲地宣示地球人的智慧和力量。

最近兩年，航天事業(yè)捷報(bào)頻傳，北斗組網(wǎng)，火星探索，空間站常駐，緊鑼密鼓，目不暇接，離不開中國(guó)航天人數(shù)十年如一日的奮斗和登攀。今年兩艘神舟飛船成功執(zhí)行任務(wù)，更讓許多年輕人熱血沸騰，拍手叫好，就像有網(wǎng)友的留言“只想大呼666！”大家期待天宮一號(hào)上誕生更多科學(xué)成果，更多有趣的探索，書寫更輝煌的中國(guó)故事。

金沙江白鶴灘水電站投產(chǎn)發(fā)電

世界第二大水電站，開始工作了！6月28日，白鶴灘水電站首批機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。白鶴灘水電站位于云南和四川交界的金沙江干流上，是當(dāng)今世界在建的規(guī)模最大、難度最高的水電工程。它的最大壩高289米，排名世界第三；總裝機(jī)容量達(dá)1600萬千瓦，僅次于三峽水電站。

白鶴灘水電站擁有16臺(tái)世界最大的100萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)，全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。12月19日，最后一臺(tái)機(jī)組發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)輪完成吊裝。轉(zhuǎn)輪被稱為水輪發(fā)電機(jī)組的“心臟”，過流能力、水力效率及運(yùn)行穩(wěn)定度能看出技術(shù)高低。重達(dá)338.2噸的9號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪創(chuàng)新性采用15個(gè)長(zhǎng)葉片和15個(gè)短葉片相結(jié)合，達(dá)到各方面的最優(yōu)。

白鶴灘大壩的總庫(kù)容和防洪庫(kù)容，均為金沙江下游4個(gè)梯級(jí)電站中最大，可提高宜賓、瀘州、重慶的防洪標(biāo)準(zhǔn)，并支援三峽以下長(zhǎng)江各城市防洪。它還可以實(shí)現(xiàn)枯水期均勻下泄，讓下游原本半年不能通航的江段，全年都能通航。

習(xí)近平總書記為此致賀信指出：“白鶴灘水電站是實(shí)施西電東送的國(guó)家重大工程，是當(dāng)今世界在建規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的水電工程。全球單機(jī)容量最大功率百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高端裝備制造的重大突破?！?/span>

“十四五”開局之年科技體制改革舉措密集出臺(tái)

2021年在中國(guó)科技?xì)v史上具有重要意義。習(xí)近平總書記出席兩院院士大會(huì)中國(guó)科協(xié)第十次全國(guó)代表大會(huì)、國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)、親臨國(guó)家“十三五”科技創(chuàng)新成就展現(xiàn)場(chǎng)參觀，對(duì)科技創(chuàng)新取得的重大成就給予充分肯定。過去一年，黨中央國(guó)務(wù)院部署系列科技改革任務(wù)，包括科技發(fā)展規(guī)劃、各領(lǐng)域科技行動(dòng)計(jì)劃、重大改革舉措工作方案，全面形成了“十四五”的開局部署。

2021年的科技體制改革全面而深刻。相關(guān)政府部門持續(xù)改革完善科研經(jīng)費(fèi)管理，為科研人員松綁、減負(fù)、賦能，為人的創(chuàng)造性服務(wù)，讓科研人員感受到實(shí)實(shí)在在的成就感與獲得感；在具有戰(zhàn)略性的項(xiàng)目管理上探索新機(jī)制，實(shí)施“揭榜掛帥”機(jī)制；支持不同技術(shù)路線并行攻關(guān)，在關(guān)鍵性應(yīng)急性重大任務(wù)中安排“賽馬”攻關(guān)項(xiàng)目。啟動(dòng)顛覆性技術(shù)專項(xiàng)，積極探索首席科學(xué)家負(fù)責(zé)制，大范圍設(shè)立青年科學(xué)家項(xiàng)目。

國(guó)務(wù)院辦公廳8月接連發(fā)布《關(guān)于完善科技成果評(píng)價(jià)機(jī)制的指導(dǎo)意見》《關(guān)于改革完善中央財(cái)政科研經(jīng)費(fèi)管理的若干意見》等文件，引起科技界的普遍關(guān)注。

科技改革的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)就是要重點(diǎn)圍繞科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、科研人員、科研機(jī)構(gòu)做工作，真正把優(yōu)勢(shì)科技資源配置到最緊迫最急需的地方，切實(shí)提高科技創(chuàng)新效能，有效激發(fā)全社會(huì)的創(chuàng)新活力，強(qiáng)化科技對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐引領(lǐng)。

首次實(shí)現(xiàn)淀粉全人工合成

以二氧化碳為原料，不依賴植物光合作用，直接人工合成淀粉——看似科幻的一幕，在實(shí)驗(yàn)室里真實(shí)地發(fā)生了。

中科院天津工業(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，國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)室實(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。

“長(zhǎng)期以來，科研人員一直在努力改進(jìn)光合作用這一生命過程，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?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)馬延和直言。

為解決這一難題，天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究人員從頭設(shè)計(jì)了11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實(shí)驗(yàn)室中首次實(shí)現(xiàn)了從二氧化碳到淀粉分子的全合成。

這一合成生物學(xué)領(lǐng)域重大原創(chuàng)突破，有望對(duì)糧食生產(chǎn)產(chǎn)生革命性影響，對(duì)生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑意義。

凱勒幾何兩大核心猜想被證明

11月初，媒體報(bào)道，《美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)雜志》發(fā)表了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)幾何物理中心創(chuàng)始主任陳秀雄教授與合作者程經(jīng)睿在偏微分方程和復(fù)幾何領(lǐng)域取得的“里程碑式結(jié)果”。

他們解出了一個(gè)四階完全非線性橢圓方程，成功證明了“強(qiáng)制性猜想”和“測(cè)地穩(wěn)定性猜想”這兩個(gè)國(guó)際數(shù)學(xué)界60多年懸而未決的核心猜想，解決了若干有關(guān)凱勒流形上常標(biāo)量曲率度量和卡拉比極值度量的著名問題。

凱勒流形上常標(biāo)量曲率度量的存在性，是過去60多年來幾何中的核心問題之一。關(guān)于其存在性，有三個(gè)著名猜想——穩(wěn)定性猜想、強(qiáng)制性猜想和測(cè)地穩(wěn)定性猜想。經(jīng)過近20年眾多著名數(shù)學(xué)家的工作，強(qiáng)制性猜想和測(cè)地穩(wěn)定性猜想中的必要性已變得完全清晰，但其充分性的證明在陳-程的工作之前被認(rèn)為遙不可及。

求出一類四階完全非線性橢圓方程的解，就能證明常標(biāo)量曲率度量的存在性。陳-程的工作恰恰就是在K—能量強(qiáng)制性或測(cè)地穩(wěn)定性的假設(shè)下，證明了這類方程解的存在。這類方程的研究極為困難，此前，對(duì)此類方程幾乎沒有合適的處理工具。陳-程最重要的突破是給出了這類方程的先驗(yàn)估計(jì)以及成功實(shí)現(xiàn)了陳秀雄提出的新的連續(xù)參數(shù)的策略。

我國(guó)首個(gè)抗新冠病毒特效藥獲批上市

12月8日，國(guó)家藥品監(jiān)督管理局宣布，應(yīng)急批準(zhǔn)騰盛華創(chuàng)醫(yī)藥技術(shù)公司的新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療藥物安巴韋單抗注射液及羅米司韋單抗注射液注冊(cè)申請(qǐng)。這是我國(guó)首個(gè)獲批的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療藥物。

此獲批標(biāo)志著中國(guó)擁有了首個(gè)全自主研發(fā)并經(jīng)過嚴(yán)格隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照研究證明有效的抗新冠病毒特效藥。

這款藥物的用途包括：接種了疫苗也產(chǎn)生不了中和抗體的人，比如一些老年人和免疫低下群體；感染了繞過疫苗的新突變毒株的病人；需要預(yù)防的密接人群。

安巴韋單抗和羅米司韋單抗聯(lián)合療法在實(shí)驗(yàn)中有非常好的表現(xiàn)。與安慰劑相比，國(guó)產(chǎn)新藥治療能將中輕度新冠患者轉(zhuǎn)為重癥和死亡的風(fēng)險(xiǎn)降低80%。國(guó)產(chǎn)新藥設(shè)計(jì)之初就考慮到了應(yīng)對(duì)新冠變異株的有效性問題，這一對(duì)抗體最大可能地避免了變異株對(duì)中和抗體的逃逸。

今年，科技抗疫支撐保障了中國(guó)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行。全國(guó)科研精銳力量聚焦疫苗、藥物、檢測(cè)試劑等5大方向持續(xù)開展應(yīng)急攻關(guān)，為常態(tài)化疫情防控、保障經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行提供了“硬核科技力量”。科技保駕護(hù)航，戰(zhàn)疫更有底氣！

2021年國(guó)際十大科技新聞解讀

這是由祝融號(hào)火星車拍攝的“著巡合影”圖。新華社發(fā)（國(guó)家航天局供圖）

科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然

2021，新冠疫情盤桓不去，百年變局疊加其上。我們每一個(gè)人都在蹣跚前行，也比以往，更加需要光。

這光，是科學(xué)。

這一年，疫情并未阻攔科學(xué)之光。你看得懂的腦機(jī)接口、火星登陸，難以理解的繆子測(cè)量、量子糾纏，以及因抗擊新冠而頻出成果的生物醫(yī)藥領(lǐng)域：抗病毒新藥、CRISPR療法、蛋白質(zhì)預(yù)測(cè)……

我們堅(jiān)信，有光在，希望就在。

腦機(jī)接口能將腦中“筆跡”轉(zhuǎn)為字句

這是一個(gè)“躺平”的實(shí)驗(yàn)者。

他四肢完全不動(dòng)，“純靠”想象自己腦海里有一只手在寫字，然后就真的寫出來了。這一場(chǎng)景在一個(gè)概念驗(yàn)證型研究中已經(jīng)出現(xiàn)。

包括美國(guó)斯坦福大學(xué)科學(xué)家在內(nèi)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)今年宣布，結(jié)合人工智能成功開發(fā)出全新系統(tǒng)，利用大腦運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)活動(dòng)解碼“手寫”筆跡，并使用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼方法將筆跡實(shí)時(shí)翻譯成文本，以比此前任何時(shí)候都要快很多的速度將患者“手寫”的想法轉(zhuǎn)換為電腦屏幕上的文本。

讓失去行動(dòng)或說話能力的人恢復(fù)與外界的交流，其實(shí)是腦機(jī)接口技術(shù)的重要功能與目標(biāo)。這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)主要研究方向是恢復(fù)大運(yùn)動(dòng)功能，比如拿握或抓取。然而，高度精細(xì)的動(dòng)作，比如手寫或盲打，雖然能加快交流速度，但此前的交流只能通過2D計(jì)算機(jī)光標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)選式打字來實(shí)現(xiàn)，速度一直局限在每分鐘最多40個(gè)字符左右。但此次聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，一位頸部以下癱瘓的研究對(duì)象在使用一種新的“手寫腦機(jī)接口”時(shí)，寫字速度能達(dá)到每分鐘90個(gè)字符，準(zhǔn)確率為94.1%，表明了“手寫腦機(jī)接口”能準(zhǔn)確解碼癱瘓多年患者的快速、精細(xì)動(dòng)作。

迄今最精確測(cè)量結(jié)果揭示繆子行為異常

即使看不懂這一成果的內(nèi)容，我們也要知道：這是物理學(xué)界的一件大事。

在美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的繆子反常磁矩實(shí)驗(yàn)顯示，繆子的行為與標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)測(cè)不相符。上海交通大學(xué)繆子物理團(tuán)隊(duì)參與的美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室繆子反常磁矩實(shí)驗(yàn)（Muon g-2）首批結(jié)果4月份公布，以前所未有的測(cè)量精度，為新物理的存在提供了強(qiáng)有力證據(jù)。

繆子的“體重”比它的近親電子重200倍，在宇宙射線穿透地球大氣層時(shí)自然產(chǎn)生，此外，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室里的質(zhì)子加速器也可以大量制造繆子。在最新實(shí)驗(yàn)中，研究人員將費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的粒子加速器產(chǎn)生的繆子束流送入一個(gè)直徑為15米的超導(dǎo)磁鐵存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)，強(qiáng)大的磁鐵使繆子保持在圓形軌道上，利用放在環(huán)內(nèi)側(cè)的探測(cè)器，可以精確測(cè)量繆子的進(jìn)動(dòng)頻率，從而獲得了迄今最精確g-因子值，且與布魯克海文實(shí)驗(yàn)室得出的測(cè)量值相吻合。

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來，顯示繆子行為與標(biāo)準(zhǔn)模型之間不匹配的置信度為4.2倍標(biāo)準(zhǔn)方差，僅比5倍標(biāo)準(zhǔn)方差（科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)的最終標(biāo)準(zhǔn)）略小，這是一個(gè)非常有力的證據(jù)。

而“這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果攜手，為新物理的存在提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，預(yù)示著世界上可能存在新的未知粒子或作用力?！?/span>

宏觀物體量子糾纏證據(jù)確鑿

如果說量子力學(xué)有什么令人討厭之處，那第一絕對(duì)是太難懂，第二則是“摸不著”。

人們會(huì)認(rèn)為，量子這一領(lǐng)域很大程度上如同“想象”的學(xué)科，在現(xiàn)實(shí)中幾乎不可能看到。

實(shí)際上，量子力學(xué)不僅僅是微觀的理論，我們所知的所有物質(zhì)，從根本上來說都是量子。但不得不承認(rèn)，奇怪的量子效應(yīng)在大于幾個(gè)原子的任何事物中都很難觀察到。因此，找尋宏觀物體的量子效應(yīng)的證據(jù)，也成為物理學(xué)家們的一大目標(biāo)。

美國(guó)《科學(xué)》雜志5月發(fā)表兩項(xiàng)量子力學(xué)重磅突破：其中一項(xiàng)研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宏觀物體量子糾纏的直接證據(jù)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)使用微波脈沖讓兩張小的鋁片膜進(jìn)入量子糾纏狀態(tài)。該鋁片膜的尺寸為每張長(zhǎng)20微米，寬14微米，厚100納米，質(zhì)量為70皮克，相當(dāng)于大約1萬億個(gè)原子的質(zhì)量。盡管非常微小，但以量子的標(biāo)準(zhǔn)而言，它們已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)大的尺度。

另一項(xiàng)研究中，芬蘭阿爾托大學(xué)等機(jī)構(gòu)在8毫開爾文的溫度下，讓兩個(gè)鋁鼓膜進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間、相對(duì)穩(wěn)定的糾纏態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不確定性原理的“規(guī)避”，而這正是量子力學(xué)的基本定律之一。

這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都以確鑿的證據(jù)證明了宏觀物體也可以實(shí)現(xiàn)量子糾纏，不但有望在未來量子網(wǎng)絡(luò)中提供長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，還能極大地推動(dòng)暗物質(zhì)與引力波探測(cè)相關(guān)技術(shù)研發(fā)。

天問一號(hào)探測(cè)器成功登陸火星

烏托邦平原，科幻中經(jīng)常出現(xiàn)的大本營(yíng)、太空船的建造基地以及超級(jí)太空艦隊(duì)駐守的基地。

今年5月15日，中國(guó)天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，中國(guó)成為第二個(gè)成功著陸火星的國(guó)家。

美國(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》刊登標(biāo)題為《成功登陸火星，中國(guó)的加冕時(shí)刻》的報(bào)道，文章稱：“中方向世界發(fā)出信號(hào)，已在星際探索能力上趕上美國(guó)，并可取代其太空領(lǐng)導(dǎo)地位?！庇?guó)《自然》雜志評(píng)論稱：中國(guó)的一次火星計(jì)劃，就做到了美國(guó)幾十年才完成的三件事：進(jìn)入火星軌道、在火星表面著陸以及運(yùn)行火星車。西班牙《國(guó)家報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道稱，作為由中國(guó)自主進(jìn)行的火星探測(cè)任務(wù)，天問一號(hào)探測(cè)器獲得的成功是引人注目的。英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道指出，中國(guó)的太空計(jì)劃近年來加速發(fā)展，在幾十年的追趕后逐漸向美國(guó)靠攏。

天問一號(hào)探測(cè)器著陸火星首批科學(xué)影像圖，已于6月11日公布，這標(biāo)志著中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)取得圓滿成功。

LHC揭秘宇宙誕生瞬間的“第一種物質(zhì)”

很久很久以前——在大約140億年前，宇宙從遠(yuǎn)比現(xiàn)在更熱、更稠密的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧眲∨蛎?，科學(xué)家將這一過程命名為“大爆炸”。盡管已經(jīng)知道這種快速膨脹創(chuàng)造了粒子、原子、恒星、星系以及生命，但一切是如何發(fā)生的，細(xì)節(jié)依然未知。

現(xiàn)在，科學(xué)家想告訴你們這一切是如何開始的。

丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所科學(xué)家利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC），揭示了宇宙大爆炸第一個(gè)0.000001秒內(nèi)發(fā)生的新細(xì)節(jié)，即第一個(gè)微秒內(nèi)一種特殊的等離子體發(fā)生了什么。

這是“最開始”的故事?？茖W(xué)家們研究了一種叫做夸克—膠子等離子體的物質(zhì)，它是在大爆炸第一個(gè)微秒內(nèi)存在的唯一物質(zhì)，它的獨(dú)特經(jīng)歷是：首先，等離子體被宇宙熱膨脹所分離；然后，夸克碎片重組為所謂的強(qiáng)子；一個(gè)有3個(gè)夸克的強(qiáng)子組成一個(gè)質(zhì)子，是原子核的一部分，這些也是構(gòu)成地球、人類和現(xiàn)今包容著我們的宇宙的基礎(chǔ)核心。

科學(xué)家現(xiàn)在能夠看到夸克—膠子等離子體是如何從原來的物質(zhì)狀態(tài)，演變?yōu)樵拥暮诵暮蜕幕?，其相關(guān)細(xì)節(jié)無疑為我們今天所知的宇宙演變提供了一塊重要“拼圖”。

CRISPR基因編輯對(duì)人類療效首次證明

能被稱為里程碑的科學(xué)事件不多，但今年首個(gè)人體內(nèi)CRISPR基因編輯臨床試驗(yàn)結(jié)果公布，且療法安全有效，這就被認(rèn)為是一個(gè)里程碑式的事件。

治療轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白（TTR）淀粉樣變性多發(fā)性神經(jīng)病的CRISPR基因編輯療法NTLA-2001，在Ⅰ期臨床試驗(yàn)中取得積極結(jié)果：?jiǎn)蝿㎞TLA-2001導(dǎo)致血清中的TTR水平平均下降87%，最大可達(dá)96%。這是首批支持體內(nèi)CRISPR療法安全性和效果的臨床數(shù)據(jù)，被認(rèn)為有望開啟醫(yī)學(xué)新時(shí)代。

開展這項(xiàng)研究的公司之一Intellia Therapeutics，就是因CRISPR而獲諾獎(jiǎng)的詹妮弗·杜德娜創(chuàng)辦的。NTLA-2001通過非病毒脂質(zhì)納米顆粒遞送，可以特異性敲除TTR基因，從而降低TTR蛋白的表達(dá)，試驗(yàn)結(jié)果令人振奮。

也是在今年，CRISPR技術(shù)另一突破是改善了遺傳性失明，美國(guó)Cedars-Sinai醫(yī)學(xué)中心的一項(xiàng)研究首次證明，一種新技術(shù)可通過去除遺傳缺陷治療遺傳性疾病，阻止患有一種遺傳性失明的大鼠的視網(wǎng)膜變性。研究小組專注于遺傳性視網(wǎng)膜色素變性，這種退行性眼病可能導(dǎo)致失明，目前還沒有可治愈的方法，但研究人員使用了一種叫做CRISPR/Cas9的技術(shù)，刪除一個(gè)可導(dǎo)致失明的遺傳突變。雖然這項(xiàng)研究采用的是大鼠，但它依然對(duì)人類有潛在影響。

豬腎首次成功植入人體

為什么是豬？

與靈長(zhǎng)類動(dòng)物猴子、猿相比，豬在器官獲取方面更有優(yōu)勢(shì)：容易飼養(yǎng)，產(chǎn)仔數(shù)多，成熟得也快，6個(gè)月內(nèi)就可達(dá)到成人體型大小，更重要的，在器官移植倫理方面爭(zhēng)議較小。幾十年來，豬的心臟瓣膜已被成功移植到人體內(nèi)，也有豬胰島細(xì)胞注射進(jìn)人體內(nèi)治療糖尿病的成功案例。

早期的研究表明，豬的腎臟在非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物體內(nèi)可存活長(zhǎng)達(dá)一年，但這是第一次在人類患者身上進(jìn)行嘗試。

9月，在美國(guó)紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心，研究人員進(jìn)行了一場(chǎng)被稱為異種器官移植的手術(shù)。移植器官腎臟來源于一頭轉(zhuǎn)基因豬，它被移植入一位腦死亡的志愿者體內(nèi)。移植后的腎臟工作了54小時(shí)。在此期間，研究人員觀察到，志愿者的尿液和肌酐水平“正常且與人類腎臟移植手術(shù)中的水平相當(dāng)”，而且未見身體的排異反應(yīng)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的移植外科醫(yī)生亦表示，移植腎功能的測(cè)試結(jié)果正常且超出預(yù)期。

科學(xué)家其實(shí)一直在研究使用動(dòng)物器官進(jìn)行移植的可能性，但在如何防止人體立即排異的問題上一直受阻。如今，基因編輯技術(shù)讓豬的器官不被人體排異成為可能。這是一項(xiàng)潛在的重大突破，這一被稱為“變革時(shí)刻”的醫(yī)學(xué)進(jìn)步，未來可能為成千上萬需要器官移植的患者帶來新希望。

可對(duì)抗新冠病毒變異的特效藥不斷出現(xiàn)

在今年，幾個(gè)佶屈聱牙的希臘字母，每個(gè)人都能說得順溜無比。

最早在印度被發(fā)現(xiàn)的新冠病毒變異毒株德爾塔，在2021年快速傳播，這一毒株不但傳染性強(qiáng)，感染者更易發(fā)展成重癥。另一個(gè)變種奧密克戎，則最早于11月9日在南非首次檢測(cè)到，世界衛(wèi)生組織將其定義為第五種“值得關(guān)切的變異株”，其在全球總體風(fēng)險(xiǎn)被評(píng)估為“非常高”。

但也是在今年，抗新冠強(qiáng)效藥出現(xiàn)，人們看到了疫苗之后的另一線曙光。

數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)默克公司的抗病毒藥物莫奈拉韋，可將未接種疫苗的高危人群的住院或死亡風(fēng)險(xiǎn)降低30%。如果在出現(xiàn)癥狀的3天內(nèi)開始服用，輝瑞公司的抗病毒藥物PF-07321332將使住院率降低89%。科學(xué)家們強(qiáng)調(diào)，抗病毒藥物不能取代疫苗接種，但它們?nèi)匀恢陵P(guān)重要。如果新的奧密克戎變體導(dǎo)致突破性感染激增，它們的重要性將更加突出。

12月8日，中國(guó)首家自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)新冠病毒中和抗體聯(lián)合治療藥物獲批。最新披露的三期臨床試驗(yàn)最終結(jié)果顯示，聯(lián)合治療將門診患者的住院和死亡風(fēng)險(xiǎn)降低了80%。更為獨(dú)特的是，該聯(lián)合用藥給出了長(zhǎng)達(dá)10天的黃金救治期（國(guó)際上其他新冠治療用藥臨床試驗(yàn)多設(shè)計(jì)為5天內(nèi)救治）。

首個(gè)可自我繁殖活體機(jī)器人問世

為圖永續(xù)生存，生命必須繁衍。

數(shù)十億年來，生物體為了延續(xù)生命已經(jīng)進(jìn)化出多種繁衍方式。但在12月，美國(guó)佛蒙特大學(xué)和塔夫茨大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種全新的生物繁殖方式，并利用這一發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了有史以來第一個(gè)可自我繁殖的活體機(jī)器人——Xenobots 3.0。

去年，該研究團(tuán)隊(duì)用非洲爪蟾早期胚胎中的皮膚和心臟細(xì)胞組裝成一種全新的生命形式，創(chuàng)造出全球首個(gè)活體機(jī)器人“Xenobots”。此次全新升級(jí)的Xenobots 3.0僅有毫米寬度，既不是傳統(tǒng)的機(jī)器人，也不是一種動(dòng)物，而是活的、可編程的有機(jī)體。如果將足夠多的異種機(jī)器人放置在培養(yǎng)皿中彼此靠近，它們會(huì)聚集并開始將其他漂浮在溶液中的單個(gè)干細(xì)胞堆疊起來。于是，多達(dá)數(shù)百個(gè)干細(xì)胞在它們?nèi)缤远谷诵螤畹摹白臁敝薪M裝了“嬰兒”異種機(jī)器人。幾天后，這些“嬰兒”就會(huì)變成外觀和動(dòng)作都跟母體一樣的新異種機(jī)器人。然后，這些新的Xenobots可再次出去尋找細(xì)胞，并建立自己的“副本”，就這樣周而復(fù)始，不斷復(fù)制。

它完全打破了人們對(duì)于機(jī)器人這一詞的理解。但這種機(jī)器人未來或可為外傷、先天缺陷、癌癥、衰老等提供更直接、更個(gè)性化的藥物治療。

AI能“構(gòu)想”新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

使用人工智能（AI）預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，在今年非?；鸨?。但這里我們說的不是預(yù)測(cè)，而是構(gòu)想。

半個(gè)世紀(jì)以來，科學(xué)家一直在尋找解決“蛋白質(zhì)折疊問題”的方法。這是生物學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，難倒了幾代科學(xué)家。但現(xiàn)在，AI解決了這一問題。

包括美國(guó)華盛頓大學(xué)、倫斯勒理工學(xué)院和哈佛大學(xué)研究人員在內(nèi)的小組，于12月份描述了一種升級(jí)的阿爾法折疊系統(tǒng)，其由深度思維公司開發(fā)，會(huì)“構(gòu)想”出具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的新蛋白質(zhì)。研究人員向AI提供了完全隨機(jī)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的氨基酸序列，并向其中引入一些突變，直到AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)到它們能將其折疊成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)為止，最終共產(chǎn)生了2000種全新的蛋白質(zhì)序列。

全程中，科學(xué)家都沒有引導(dǎo)AI得出特定結(jié)果，這些新的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)完全是計(jì)算機(jī)“構(gòu)想”出來的。這是AI網(wǎng)絡(luò)在根據(jù)氨基酸序列確定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)方面取得的巨大飛躍，極大地促進(jìn)了人們對(duì)細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)的理解。

同樣是在今年，“阿爾法折疊2”還宣布其預(yù)測(cè)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)能達(dá)到原子水平的準(zhǔn)確度，這一精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)算法可以讓蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析技術(shù)跟上基因組革命的發(fā)展步伐。

參考資料：http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2021-12/27/content_1242023.shtml