作者:倪思洁 来源:中国科学报 发布时间:2021/12/22 20:54:31
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2021,中科院交出“牛气”成绩单

 

年终岁尾,国内外各大媒体、学术期刊纷纷发布年度科技成果盘点,这其中有一支队伍的名字格外耀眼——中国科学院。例如,在近日中央广播电视总台发布的2021年度国内十大科技新闻中,有6项由中科院主导完成。

2021,中科院坚守着国家战略科技力量的职责定位,在牛年尾声交出了一份“牛气满满”的成绩单。

揭开自然奥秘,挑战原有认知

2021年,中科院人一次次用重磅科研成果向原有认知发起冲击。

5月17日,《自然》杂志刊发了来自高海拔宇宙线观测站(LHAASO)最新成果。中国科学院高能物理研究所科研团队利用LHAASO,在银河系内发现大量超高能宇宙线加速器,并发现了能量达1.4拍电子伏(PeV,拍=千万亿)的伽马光子。这是人类迄今观测到的最高能量光子,突破了对银河系粒子加速的传统认知,开启了“超高能伽马天文学”时代。

这一研究结果表明,科学家们需要重新认识银河系高能粒子的产生、传播机制,进一步研究极端天体现象及其相关的物理过程,并在极端条件下检验基本物理规律。

10月15日和10月19日,《国家科学评论》和《自然》前后发表多项“月壤”研究成果。中国科学院地质与地球物理研究所、国家天文台的科研团队证明“嫦娥五号”月球样品为一类新的月海玄武岩。通过研究月球样品,他们对着陆区岩浆年龄、源区性质给出全新的认识,提出月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年,其晚期岩浆活动的源区并不富集放射性元素,并且月幔源区几乎没有水。

这些成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题,即月球冷却如此之慢的原因并不清楚,需要全新的理论框架和演化模型。美国新墨西哥大学月球与行星科学研究所高级研究员查尔斯·席勒、卡内基研究所研究员理查德·加尔森等国际同行认为,该系列成果“提供了迄今为止月球上确定的最年轻的玄武岩的证据”,“改变了我们对月球的热历史和岩浆历史的认识”,“对我们认识月球起源和演化具有重要的意义”。

3月11日,《自然》以封面文章形式发表了中国科学院动物研究所詹祥江实验室团队的一项研究。科研人员通过整合多年卫星追踪数据和种群基因组信息,建立起一套北极游隼迁徙系统,揭秘了其迁徙路线的主要形成原因和长距离迁徙关键基因。而迁徙生物迁徙路线的形成维持和未来变化趋势以及迁徙策略的遗传基础,一直是学界的研究热点和难点。这一成果也被《自然—生态与进化》 杂志评为 12 项年度回顾工作之一。

突破技术极限,引领国际前沿

2021年,中科院人继续向着更高、更快、更强冲刺。

东方超环创亿度百秒世界新纪录。5月28日凌晨,中国科学院合肥物质科学研究院全超导托卡马克装置东方超环(EAST)控制大厅传来捷报,正在开展的第16轮EAST装置物理实验实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行,再次创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录,标志着我国在稳态高参数磁约束聚变研究领域引领国际前沿。

量子计算原型机刷新世界纪录。10月25日,《物理评论快报》刊发中国科学技术大学潘建伟院士团队关于量子计算的两大成果。一个是他们成功构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”,实现对“随机线路取样”问题的快速求解,比目前最快的超级计算机快数万倍,使得我国首次在超导量子体系达到“量子计算优越性”里程碑。另一个是他们在“九章”光量子计算原型机的基础上,研制出113个光子144模式的“九章二号”,实现了相位可编程功能,对“高斯玻色取样”问题的求解速度比目前最快的超级计算机快亿亿亿倍,再次刷新世界纪录。

“海斗一号”无人潜水器跨入万米科考应用新阶段。10月,由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器(以下简称“海斗一号”), 在国际上首次实现对“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖声学巡航探测,其成功应用表明我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考应用新阶段。

-271°C的超流氦大型低温制冷装备成功研发。4月15日,由中国科学院理化技术研究所承担的“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”通过验收,从此,我国具备了研制液氦温度(零下269摄氏度)千瓦级和超流氦温度(零下271摄氏度)百瓦级大型低温制冷装备的能力。

“台式化自由电子激光”实现原理验证。中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,利用自行研制的具有国际领先综合性能的超强超短激光装置,实验上首次实现了基于激光加速器的自由电子激光放大输出,在国际上率先完成了台式化自由电子激光原理的实验验证,对于发展小型化、低成本自由电子激光器具有重要意义。

牵挂国计民生,保障国家安全

2021年,中科院人为国计民生尽心竭力。

淀粉是“粥饭”中最主要的碳水化合物,是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分,也是重要的工业原料。

9月24日,中国科学院天津工业生物技术研究所在《科学》杂志发表重大研究成果,在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成。研究团队利用化学催化剂,将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一化合物,然后通过设计构建碳一聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三化合物,最后通过生物途径优化,将碳三化合物又聚合成碳六化合物,再进一步合成直链和支链淀粉。这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍,为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础,有望对粮食生产产生革命性影响,对生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。

一株自生自灭的野生稻成为农民伯伯手中的粮食,需要经历7000年到1万年。面对快速增长的世界人口、不断变化的全球环境气候,如此久的驯化时间不可能满足现实需求。

为解决这一难题,中国科学院种子创新研究院/中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队,首次提出了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略,旨在最终培育出新型多倍体水稻作物,从而大幅提升粮食产量并增加环境变化适应性。相关研究成果2月4日发表于《细胞》。审稿人认为,本研究对未来应对粮食危机提出了一种新的可行策略,是该领域的一项重大突破性进展,未来四倍体水稻新作物的成功培育,有望给世界粮食生产带来颠覆性的革命。

此外,2021年,中科院在新冠肺炎疫苗、抗体和药物研发,耕地保护和可持续发展研究等方面也都取得诸多重要进展。

回顾是为了更好地出发,在创新的道路上,中科院这支“国家队”,这群“国家人”,扛起“国家事”,担起“国家责”,仍在全力以赴、加速奔跑。

 
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