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2023年度“中國科學十大進展”發布

 2024-03-02 18:50:41  點擊:

來源: 科技日報 作者:科技日報記者 操秀英

2月29日,國家自然科學基金委員會發布了2023年度“中國科學十大進展”。2023年度“中國科學十大進展”主要分布在生命科學和醫學、人工智能、量子、天文、化學能源等科學領域。

2023年度“中國科學十大進展”分別為:人工智能大模型為精準天氣預報帶來新突破、揭示人類基因組暗物質驅動衰老的機制、發現大腦“有形”生物鐘的存在及其節律調控機制、農作物耐鹽堿機制解析及應用、新方法實現單堿基到超大片段DNA精準操縱、揭示人類細胞DNA復制起始新機制、“拉索”發現史上最亮伽馬暴的極窄噴流和十萬億電子伏特光子、玻色編碼糾錯延長量子比特壽命、揭示光感受調節血糖代謝機制、發現鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應新機制。

人工智能大模型為精準天氣預報帶來新突破

天氣預報是國家重大戰略需求,也是國際科學前沿問題。華為云計算技術有限公司田奇團隊在天氣預報領域取得了新突破;谌斯ぶ悄芊椒,他們構建了一個三維深度神經網絡模型,稱為盤古氣象大模型。

其主要技術貢獻有三點。一是采用了三維神經網絡結構,更好地建模復雜的氣象過程。二是采用地球位置編碼技術,提升訓練過程的精度和效率。三是訓練具有不同預測時效的多個模型,減少迭代誤差、節約推理時間。

盤古氣象大模型在某些氣象要素的預報精度上超越了傳統數值方法,且推理效率提高了上萬倍。在全球高分辨率再分析數據上,盤古氣象大模型在溫度、氣壓、濕度、風速等重要天氣要素上,都取得了更準確的預測結果,將全球最先進的歐洲氣象中心集成預報系統的預報時效提高了0.6天左右。

盤古氣象大模型也可用于極端天氣預報。在2023年汛期,盤古氣象大模型成功預測了瑪娃、泰利、杜蘇芮、蘇拉等影響我國的強臺風路徑。

揭示人類基因組暗物質驅動衰老的機制

在人類基因組中,“暗物質”——非編碼序列占據了98%,其中有約8%是內源性逆轉錄病毒元件,它是數百萬年前古病毒入侵并整合到人類基因組中的殘留物,通常情況下處于沉默狀態。然而,隨著年齡的增長,這些沉睡的古病毒“化石”的封印是否會被揭開,進而加速我們身體的衰老進程尚不得而知。

中國科學院動物研究所劉光慧研究員帶領研究團隊,通過搭建生理性和病理性衰老研究體系,結合高通量、高靈敏性和多維度的多學科交叉技術,揭示在衰老過程中,表觀遺傳“封印”的松動將導致原本沉寂的古病毒元件被重新激活,并進一步驅動衰老的“程序化”和“傳染性”。

這項工作提出了古病毒的“復活”驅動衰老及相關疾病的新理論,為理解衰老的內在機制和發展衰老干預策略提供了新依據,為科學評估和預警衰老、防治衰老相關疾病以及積極應對人口老齡化提供新思路。

發現大腦有形生物鐘的存在及其節律調控機制

生物鐘的準確性和穩定性與健康息息相關。由于缺乏對生物節律調節機制的認識,當前國際上尚未能研究出基于生物節律的有效治療藥物。大腦的視交叉上核(SCN)是生物鐘的指揮中樞,但SCN如何維持機體內部節律穩定性,從而抵御外界環境的干擾,尚不清楚。

軍事醫學研究院/南湖實驗室李慧艷研究員和張學敏研究員通過合作研究發現了大腦“有形”生物鐘的存在。他們發現大腦生物鐘中樞SCN神經元長有“天線”樣的初級纖毛,每24小時伸縮一次,如同生物鐘的指針,通過它可實現對機體生物鐘的調控。

大腦SCN區域具有大約2萬個神經元。神奇的是,這2萬個神經元始終保持著“同頻共振”,維系著生物鐘的穩定性,但機理始終是個謎團。他們發現初級纖毛可能通過調控SCN區神經元的“同頻共振”調節節律,其機制與Shh信號通路密切相關。該“有形”生物鐘的發現,對于理解生物鐘的構造以及分子層面與細胞層面生物鐘的聯系具有重要意義,為節律調控新藥研發開辟了新的路徑。

農作物耐鹽堿機制解析及應用

我國有15億畝鹽堿地未被有效利用,通過培育耐鹽堿農作物,可提高鹽漬化土地產能,將為我國糧食安全提供有效保障。盡管學術界對于植物耐鹽性有較深入的認知,但對植物耐堿脅迫的認識嚴重不足,這阻礙了耐鹽堿作物的培育。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所謝旗領銜的8家單位科研團隊聯合攻關,在糧食作物耐鹽堿領域取得重要突破。

通過對耐鹽堿差異大的高粱資源全基因組大數據進行關聯分析,研究團隊發現一個主效耐堿相關基因AT1編碼G蛋白亞基。不同的AT1基因突變型在調控這一過程中發揮決定作用,為作物耐堿理論研究提供了新視角。研究還發現在水稻、玉米及小作物谷子等主要糧食作物中AT1調控機制也是類似的,為主要作物的耐鹽堿分子育種奠定了理論基礎。

在取得理論突破的基礎上,團隊對高粱進行耐鹽堿育種改良。在寧夏平羅鹽堿地進行的田間實驗表明,AT1基因的利用能夠使高粱籽粒產量和全株生物量增加。AT1基因還可用于改善主要禾本科作物水稻、小麥、小米和玉米等的耐鹽堿性。

新方法實現單堿基到超大片段DNA精準操縱