橙柿互動 記者 殷軍領 邵婷
今天（2月29日）上午，國家自然科學基金委員會釋出了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。
10項重大科學研究成果是從600多項科學研究成果中遴選出的，它們到底是什麽重大發現，又將在哪些方面推進社會發展和影響我們的生活？
人工智能大模型，實作「秒級」全球氣象預測
1、人工智能大模型為精準天氣預報帶來新突破
從人類早期的占蔔預報，到後來的觀物候、查天象預報，再到現代的氣象衛星科學預報，在預報天氣的道路上，我們一直在孜孜不倦追求如何更為精準。
現在，人工智能大模型精準預報天氣，取得了全新突破。
據【科技日報】2023年8月14日訊息，7月6日，【自然】正刊發表了華為雲盤古大模型研發團隊的研究成果——【三維神經網絡用於精準中期全球天氣預報】，論文顯示，盤古氣象大模型是首個精度超過傳統數值預報方法的AI模型。
盤古氣象大模型的三維神經網絡結構
傳統數值預報方法所需計算資源規模巨大。據世界氣象組織數據，全球中期天氣預報的有效性每10年才能提高1天。
2020年時，AI預報方法在精度上仍遠遠落後於數值方法。 現在，盤古氣象大模型預測速度相比傳統數值預報提高了1萬倍，可實作「秒級」全球氣象預測。
在2018年的88個命名台風上，盤古氣象大模型對於台風眼位置的3天和5天預測的絕對誤差，比歐洲氣象中心的預報系統降低了25%以上。在2023年汛期，盤古氣象大模型成功預測了瑪娃、泰利、杜蘇芮、蘇拉等影響中國的強台風路徑。
這將大大有助於中國構建自主可控的天氣預報體系，在社會生產、人民生活、防災減災等方面具有重要意義。
「返老還童」有望成為現實
2、揭示人類基因組暗物質驅動衰老的機制
人為什麽會衰老？目前尚沒有正確答案。中國科學院動物研究所劉光慧課題組、曲靜課題組和中國科學院北京基因組研究所張維綺課題組合作發現，這或許與人類基因組中古病毒的「復活」有關。
這一成果於台北時間2023年1月7日在國際學術期刊【細胞】上線上發表。
人類與病毒是協同前進演化關系。其中，內源性逆轉錄病毒（Endogenous Retrovirus, ERV）是數百萬年前遠古逆轉錄病毒入侵整合到人類基因組的遺跡——「古病毒化石」。在漫長的歲月裏，大量ERV的遺傳資訊被人類細胞俘獲，並經過突變、缺失等變異成為人類基因組中的「暗物質」潛伏下來，占據了人類基因組序列的8%左右，成為重要的基因記憶。
它們是否與人類衰老過程有關？
古病毒復活開啟衰老的潘朵拉魔盒
中國科研人員首次發現了年輕的ERV亞家族在細胞衰老過程中被再度喚醒。 深入的機制研究表明：一方面，衰老細胞中的古病毒反轉錄產物可透過啟用天然免疫通路繼而引發細胞衰老和慢性炎癥；另一方面，衰老細胞釋放的病毒顆粒可在細胞間傳遞衰老訊號，讓被「感染」的年輕細胞加速衰老。
研究人員針對古病毒生命周期的不同階段，開發了可有效抑制古病毒「復活」及清除古病毒顆粒的方法，從而延緩甚至逆轉了細胞、器官、乃至機體的衰老行程。
這項工作為理解衰老的內在機制和發展衰老幹預策略提供了新依據，為科學評估和預警衰老、防治衰老相關疾病等提供新思路，同時也為逆轉人體衰老提供了可能。
人體生物鐘，原來由「天線」控制著
3、發現大腦「有形」生物鐘的存在及其節律調控機制
長期以來，生物鐘一直被認為是生物體內一種無形的「時鐘」，精密調控著機體重要生理功能。
軍事科學院軍事醫學研究院李慧艷研究員團隊和張學敏院士團隊發現，大腦視交叉上核（SCN）神經元的初級纖毛是調控機體節律的胞器。
SCN區域是晝夜節律的指揮中樞，研究人員發現該區域的神經元長有初級纖毛，猶如細胞「天線」。這一「天線」結構每24小時伸縮一次，如同生物鐘的「指標」，透過其內部的大量神經元同頻共振，實作對機體節律的調整和時差的調節。
初級纖毛——生物鐘的「有形」指標
通常認為，人類有晝夜節律的睡眠、清醒和飲食行為都歸因於生物鐘的作用。隨著社會競爭和工作壓力與日俱增，全球大約1/3的人存在節律紊亂問題。節律如果發生失常，可引起睡眠障礙、代謝紊亂、免疫力下降，嚴重時還可導致腫瘤、糖尿病、精神異常等重大疾病的發生。
纖毛調控節律的發現，為節律調控新藥研發開辟了全新路徑，使機體對各種復雜環境的快速應對、快速適應成為可能。
未來每年為全球增產至少2.5億噸糧食
4、農作物耐鹽堿機制解析及套用
土壤鹽漬化問題已經成為世界性難題。據聯合國糧農組織的調查數據顯示，截至到2015年，全球有超過10億公頃的鹽漬化土壤因鹽堿程度過高而不能被有效利用，其中鹽堿化土約占鹽漬化土壤的60%。
因此，透過培育耐鹽堿農作物，提高鹽漬化土地產能，是解決未來人類糧食安全和農業發展的重要途徑。
2023年3月24日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所科研團隊，與國內八家單位合作在頂級科學雜誌【Science】上刊發重大研究成果：發現主效耐堿基因AT1及其作用機制。
研究團隊對水稻、玉米、小麥、谷子和高粱等作物的這種基因進行改造，並進行了大田實驗。 研究發現，基於耐鹽堿等位基因AT1/GS3改良的水稻、玉米、高粱和谷子，均有效提高了約20-30%的產量和生物量。
利用AT1成果培育的甜高粱在寧夏平羅鹽堿地生長情況
研究人員預測，如果全球20%鹽堿地利用上述基因相關研究成果，可每年為全球增產至少2.5億噸糧食。
作物育種和植物合成領域迎來新曙光
5、新方法實作單堿基到超大片段DNA精準操縱
基因組編輯是生命科學領域的顛覆性技術，將對醫療和農業等領域的發展產生重要影響。 但是，精準基因組編輯技術的底層專利目前被國外壟斷；另外，大片段DNA的精準操縱技術研發剛剛起步，它將是全球基因組編輯技術競爭的制高點。
單堿基編輯到大尺度DNA精準操縱
中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊與北京齊禾生科生物科技有限公司的趙天萌團隊合作，實作了基因組編輯在方法建立、技術研發和工具套用的多層次創新。
這項研究成果讓中國擁有了新型堿基編輯器和中國完全擁有自主產權的、首個在細胞核和胞器中均可實作精準堿基編輯的新型工具CyDENT。 同時，這也將為高效作物育種和植物合成生物學奠定技術基礎，助力作物種質創新。
癌癥治療有了全新道路
6、揭示人類細胞DNA復制起始新機制
DNA是遺傳資訊的「攜帶者」，細胞的DNA遺傳資訊是完全相同的，每次細胞分裂時，它都要被準確復制。
不過，DNA復制過程受到嚴格的控制。如果復制過程出現問題，會導致嚴重的疾病，比如癌癥、早衰和侏儒癥等。
中國研究人員發現，復制起點DNA被固定在MCM的中央通道裏，隨後DNA雙鏈需要被拉伸和解開，形成一個初始開口結構，為進一步復制做好準備。在啟用MCM過程中，DNA會被進一步開啟。然後，形成復制體，它們會沿著DNA模版進行復制，就像用影印機影印檔一樣。
人體MCM2-7雙六聚體（MCM-DH）冷凍電鏡結構及DNA復制起始調控步驟
這一發現對癌癥治療有重要的套用價值。 因為癌細胞在生長過程中必須進行DNA復制。在不影響正常細胞運作的情況下，透過阻止癌細胞在DNA上組裝MCM雙六聚體，將會是一種全新的、有效的、而且非常精準的抗癌療法，為抗癌藥物的研發開辟了新的道路。
中國開啟「超高能Gamma天文學」觀測時代
7、「拉索」發現史上最亮Gamma暴的極窄噴流和十萬億電子伏特光子
約20億年前，一顆比太陽重20多倍的「超級太陽」——大質素恒星燃燒完其核聚變燃料，瞬間塌縮引發巨大的爆炸火球，發出了一個持續幾百秒的巨大「宇宙煙花」——Gamma射線暴。
火球與星際物質碰撞產生的大量萬億電子伏特高能Gamma光子穿過茫茫宇宙，徑直飛向地球。此次亮度空前的爆發，正好發生在「拉索」視場的中心附近，它目睹了這一切。
拉索觀測到的Gamma暴GRB 221009A高能光子爆發的全過程
拉索（LHAASO）是全球最大、靈敏度最高的宇宙線觀測站——國家重大科技基礎設施高海拔宇宙線觀測站，位於四川省稻城縣海拔4410米的海子山，主體工程於2021年7月完成建設並投入科學執行， 開啟了「超高能Gamma天文學」觀測時代 。
拉索高海拔宇宙觀測站俯瞰
這次觀測中，拉索探測到了大量的高能光子，最高光子能量達到18萬億電子伏（TeV），在國際上首次開啟了10萬億電子伏波段的Gamma射線暴觀測視窗。而在過去半個多世紀探測到的數千個Gamma射線暴中，最高能量光子僅為1TeV。
量子電腦實用化向前邁出關鍵一步
8、玻色編碼糾錯延長量子位元壽命
這是中國科學家在量子糾錯領域的最新研究成果，相關學術文章於台北時間2023年3月23日在國際著名學術期刊【自然】網站上刊登。
量子糾錯過程
研發團隊透過開發高相幹效能的量子系統，設計和實作了錯誤率低的錯誤探測方法，以及改進和最佳化量子糾錯技術等實驗手段，最終在玻色模式中實作了基於離散變量的二項式編碼的邏輯量子位元，並透過即時重復的量子糾錯過程，延長了量子資訊的儲存時間。
這一研究成果推動向實用化可延伸通用量子計算邁出了關鍵一步。
夜間遠離光源，可抑制肥胖和糖尿病
9.揭示光感受調節血糖代謝機制
大量公共衛生調查顯示，夜間過多光源暴露顯著增加肥胖和糖尿病等代謝疾病風險。作為最重要的外部環境因素，光是否直接調控血糖代謝、其中涉及哪類感光的細胞、何種神經環路以及外周靶器官等問題一直沒有得到解答。
中國科學技術大學生命科學與醫學部薛天教授研究團隊發現，光直接透過啟用視網膜上特殊的感光細胞，經視神經至下丘腦和延髓的系列神經核團傳遞訊號，最終透過交感神經作用於外周的棕色脂肪組織，直接抑制了機體的血糖代謝能力。
「眼-腦-棕色脂肪軸」介導光調節血糖代謝神經機制
進一步研究表明，光同樣可利用該機制降低人體的血糖代謝能力 。這一研究成果可廣泛存在於哺乳動物界，對於現代人來說，在生活上應關註健康的光線環境，控制夜間光線的波長、強度和暴露時長。
下一代最具套用潛力電池體系要來了
10、發現鋰硫電池界面電荷儲存聚集反應新機制
高能量密度、低成本鋰硫電池發展潛力巨大，但因條件受限，其原子、納米尺度上的界面反應過程至今難以明確，從而制約了高效能鋰硫電池發展。這一反應過程也被學界及業界視作神秘的「黑匣子」。
廈門大學廖洪鋼教授、孫世剛院士團隊和北京化工大學陳建峰院士團隊合作， 首次發現了鋰硫電池中存在獨特的界面反應機制 。相關研究論文發表在【自然】上。
電化學原位透射電子顯微鏡技術研究鋰硫電池界面反應
據了解，這項突破傳統理論的研究成果，有望從全新角度推進鋰硫電池電極材料和體系的設計研發，促進高比能、高功率、快充鋰硫電池的發展，探索下一代最具套用潛力的電池體系。
責任編輯：邵婷
稽核：陳奕 殷軍領
