4. 实现对反物质间相互作用力的测量

“科技国家队”展雄风 从年度中国基础研究十大进展看中科院科研实力

6. 发现东亚最早的现代人化石

而值得注意的是,这10项进展中有6项来自中国科学院,另有1项与中国科学院基础设施相关。由此可见,中国科学院不愧为“科技国家队”。

5. 探测到宇宙早期最亮、中心黑洞质量最大的类星体

对单个蛋白质分子的磁共振探测,被学术界称为“实现了一个崇高的目标”,“是通往活体细胞中单蛋白分子实时成像的重要里程碑”。

2014年初开始的埃博拉病毒病疫情在西非造成2万8千余人感染和1万1千余人死亡。之前的研究显示,本次埃博拉病毒进化速率比以往暴发疫情中的病毒进化平均速率有成倍的提高。该结果引起了全球疫情防控机构的恐慌,人们担心病毒的高速变异可能导致更加烈性的病毒变异株产生,同时大量变异可能对基于PCR技术的病毒检测产生漏检。军事医学科学院病原微生物生物安全国家重点实验室曹务春研究团队与中国科学院微生物研究所高福研究团队和军事医学科学院蛋白质组学国家重点实验室贺福初研究团队等合作,对2014年9月至11月间的大量病例标本进行基因组测序,获得来自塞拉利昂的175株病毒的全长基因组数据,发现在此期间埃博拉病毒在系统发生上进一步分化,遗传多样性快速增加,出现了多个新的病毒流行分支。但埃博拉病毒的变异速率约为1.23×10−3/位点/年,与先前暴发疫情中埃博拉病毒的变异速率接近。这些研究成果加深了对病毒进化特点以及传播动力学的理解,消除了国际社会对于埃博拉病毒快速变异的担忧,同时大量基因组序列的发表为现场病毒检测PCR引物设计提供了参考,并将有助于对埃博拉病毒疫苗和治疗方案的研发。相关研究论文发表在2015年8月6日Nature[524:93—96]上。Nature杂志发表专家评述,盛赞此项研究发现该病毒没有加速变异的重要意义。文章发表后受到8家国外媒体(包括《自然》杂志和纽约时报等)和多家中国媒体报道,短时间内即被《自然》、《细胞》、《新英格兰医学杂志》等国际顶级期刊引用。

在湖南道县发现的东亚最早现代人化石,则终结了“中国没有早于6万年的现代人”的国际主流观点。

9. 研制出碳基高效光解水催化剂

纳米复合材料高效光解水催化剂,被认为“是该领域的彻底变革”。

2015年度中国十大科学进展详细介绍:

这10项成果是:实现单光子多自由度量子隐形传态;理论预言并实验验证外尔半金属的存在;揭示埃博拉病毒演化及遗传多样性特征;实现对反物质间相互作用力的测量;探测到宇宙早期最亮中心黑洞质量最大的类星体;发现东亚最早的现代人化石;揭示人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征;解析细胞炎性坏死的关键分子机制;研制出碳基高效光解水催化剂;实现对单个蛋白质分子的磁共振探测。

7. 揭示人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征

2月25日,科技部在京发布2015年度中国基础研究十大进展。

生殖细胞是生命繁衍、物种延续、世代相传的种子和纽带。生殖细胞来自于个体发育早期形成的原始生殖细胞。这类特殊的原始生殖细胞的基因表达调控与其他体细胞有何不同?除了遗传序列本身,亲本还把哪些表观遗传记忆留在了原始生殖细胞中?
哪些表观遗传记忆信息需要被擦除?这些关键问题一直没有解决。北京大学生物动态光学成像中心汤富酬研究组和北京大学第三医院乔杰研究组采用最新的单细胞转录组高通量测序等关键技术,深度解析了人类原始生殖细胞多个发育阶段的转录组和DNA甲基化组的动态变化,揭示了人类原始生殖细胞基因表达调控的一系列关键特征。该项研究显示,处于发育早期的人类原始生殖细胞协同表达一系列多能性基因以及生殖系特异基因。基因组DNA甲基化作为一种关键的表观遗传修饰方式,是调控细胞分化过程中基因表达的关键机制之一。他们的研究首次发现女性原始生殖细胞中X染色体重新激活明显早于小鼠,而且SOX15
仅特异性高表达于人类早期原始生殖细胞,推测其是调控原始生殖细胞发育与性别分化的重要基因。此外,该项研究发现人类原始生殖细胞在发育过程中会经历大规模的表观遗传记忆的擦除,在胚胎第11周时原始生殖细胞中仅有6%至7%的DNA甲基化得以保留;但另外一方面,基因组中的一些特殊的重复序列元件上仍然残留大量甲基化,这为研究人类隔代遗传现象的表观遗传学基础提供了重要线索。相关研究论文发表在2015年6月4日Cell[161:1437—1452]上。Cell杂志邀请国际表观遗传学专家Meyenn和Reik教授在同期发表的述评认为,该项研究为人类提供了详尽的人类原始生殖细胞发育过程中基因表达网络及其表观遗传调控景观图,这是理解基因组潜能重置、表观遗传记忆擦除、人类生殖细胞建立的基础。这方面的知识有助于更好地理解人类生殖细胞和早期胚胎发育特征与规律。

除了众所周知的已斩获国家自然科学一等奖的多自由度量子体系的隐形传态外,另9项亦非凡。如隐身80多年的“幽灵”粒子——外尔费米子,终于在2015年被中国科学家成功预言并在实验中证实。

1. 实现单光子多自由度量子隐形传态

科技部基础研究管理中心副主任耿建东介绍,本次遴选被推荐的256项科学进展,均为2014年12月1日至2015年11月30日间正式发表的研究成果。

德国科学家外尔1929年指出,当质量为零时,狄拉克方程描述的是一对能量相同但具有相反手性的新粒子,即外尔费米子。80多年过去了,人们一直未能观测到这种神奇的粒子。中微子曾经被认为是外尔费米子的候选者,但后来发现中微子其实具有质量。近年来,拓扑绝缘体尤其是拓扑半金属等领域研究的快速发展为寻找外尔费米子提供了新的思路,它们可以作为准粒子存在于外尔半金属材料中。寻找外尔半金属材料是一个非常具有挑战性的科学问题,也是该领域国际竞争的焦点之一。2015年,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室方忠研究组通过理论计算预言,TaAs家族材料就是要寻找的外尔半金属体系[Physical
Review X
(5,
011029)];陈根富研究组合成出了该材料的晶体,并观察到理论预测到的因手征反常导致的负磁阻效应[Physical
Review X
(5,
031023)];丁洪研究组与合作者用角分辨光电子能谱证实了理论预言的三维电子能谱和费米弧[Physical
Review X
(5, 031013); Nature Physics:724—727); Physical Review
Letters
(115,217601)]。中国科学家的该系列工作终于“找到”了外尔费米子这样一个隐身80多年的“幽灵”粒子。此外,美国普林斯顿大学的Z.
Hasan研究组和清华大学的陈宇林研究组及合作者[Nature
Physics
:728—732)]也得到类似的结果。外尔半金属的发现提出了很多新的科学问题,同时也为开发低能耗电子器件等变革性技术提供了新的思路。该研究成果也入选英国物理学会“2015年度国际物理学十大突破”。

对于反物质相互作用力的测量,Nature审稿人给予中国科学家高度赞赏:“这是首例反质子-反质子作用的直接测量。文章宣布了一个重要发现,反质子作用与质子作用等同。这个测量是对反物质作用力的重要原创性贡献。”

2. 理论预言并实验验证外尔半金属的存在

这些进展充分展示了中国科学家在国际科技舞台的风采,个个都是货真价实的原始创新。要么取得“重大突破”,要么具备“里程碑”意义,被国际同行发自内心给与点赞。

10. 实现对单个蛋白质分子的磁共振探测

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