万有引力常数

1687年，牛顿发现了万有引力定律。 p 　　有人说这个发现得益于一颗砸到牛顿脑袋上的苹果，也有人说这种说法纯属虚构，但无论如何，牛顿成功地让世界各地的中学课本里多了一个描述万有引力的公式：F=G(m1m2)/r2，其中G是万有引力常数。 /p p 　　万有引力定律认为，大到宇宙天体，小到看不见的粒子，任何物体之间都像苹果和地球之间一样，具有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，与它们之间距离的平方成反比。 /p p 　　定律虽好，要想派上实际用场，还得知道G的值。然而，这个值到底是多少，连牛顿本人都不清楚。 /p p 　　300多年来，不少科学家在努力测量G值并让它更精确。就在8月30日凌晨，《自然》杂志发表了中国科学家测量万有引力常数的研究，测出了截至目前最精确的G值。 /p p 　　卡文迪许的尝试 /p p 　　G值不明确，万有引力定律就算不上完美。但是，地球上一般物体的质量太小，引力几乎为零，而宇宙里的天体又太大，难以评估其质量。于是，在万有引力定律提出后的100多年里，G值一直是个未解之谜。 /p p 　　1798年，一位名叫卡文迪许的英国科学家，为了测量地球的密度，设计出一个巧妙的扭秤实验。 /p p 　　他制作了一个轻便而结实的T形框架，并把这个框架倒挂在一根细丝上。如果在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，细丝就会扭转一个角度。根据T形架扭转的角度，就能测出受力的大小。 /p p 　　接着，卡文迪许在T形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球。为了测定微小的扭转角度，他还在T形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样，万有引力的微小作用效果就被放大了。 /p p 　　根据这个实验，后人推算出了历史上第一个万有引力常数G值——6.67× 10-11N· m2/kg2。 /p p strong 　　十年十年又十年 /strong /p p 　　卡文迪许测出了常数值，但科学家们并不满足。在他们看来，万有引力常数G是人类认识的第一个基本常数，而G值的测量精度却是所有基本常数中最差的。 /p p 　　而G值的精度在天体物理、地球物理、计量学等领域有着重要意义。例如，要想精确回答地球等天体有多重，就要依赖于G值 在自然单位制中，普朗克单位定义式的精度同样受G值测量精度的限制。 /p p 　　怎么让这个数值更精确，是卡文迪许之后的科学家们努力的方向。利用现代技术完善扭秤实验，则是他们提升测量精度的办法。 /p p 　　就在牛顿万有引力定律提出后的300年，中国科学家罗俊及其团队加入了这支寻找引力常数的队伍，此后他们几乎每十年会更新一次引力常数的测量精度。 /p p 　　上世纪八十年代，华中科技大学罗俊团队开始用扭秤技术精确测量G值。十年后的1999年，他们得到了第一个G值，并被国际科学技术数据委员会(CODATA)录用。 /p p 　　又十年后，2009年，他们发表了新的结果，成为当时采用扭秤周期法得到的最高精度的G值，并且又一次被CODATA收录。 /p p 　　如今，经过又一个十年的沉淀，罗俊团队再次更新了G值。“30多年的时间里，我们不断地对完全自制的扭秤系统进行改良和优化设计。”罗俊告诉《中国科学报》记者。 /p p 　　在精密测量领域，细节决定成败。光是为了得到一个实验球体，团队成员就手工研磨了近半年时间，最后让这个球的圆度好于0.3微米。 /p p 　　不仅如此，论文通讯作者之一、华中科技大学引力中心教授杨山清告诉记者，实现相关装置设计及诸多技术细节均需团队成员自己摸索、自主研制，在此过程中，他们研发出一批高精端仪器设备，其中很多仪器已在地球重力场的测量、地质勘探等方面发挥重要作用。 /p p 　　《自然》杂志发表评论文章称，这项实验可谓“精确测量领域卓越工艺的典范”。 /p p strong 　　G的真值仍是未知 /strong /p p 　　为了增加测量结果的可靠性，实验团队同时使用了两种独立方法——扭秤周期法、扭秤角加速度反馈法，测出了两个不同的G值，相对差别约为0.0045%。 /p p 　　《自然》杂志评论称，通过两种方法测出的G值的相对误差达到了迄今最小。目前，全世界很多实验小组都在测量G值，国际科技数据委员会2014年最新收录的14个G值中，最大值和最小值的相对差别约在0.05%。 /p p 　　尽管数值的差距在缩小，但真值仍是未知。“不同小组使用相同或者不同的方法测量的G值在误差范围内不吻合，学界对于这种现象还没有确切的结论。”罗俊说。 /p p 　　科学家推测，之所以测出不同的结果，一种概率较大的可能是，实验中可能存在尚未发现或未被正确评估的系统误差，导致测量结果出现较大的偏离，另一种概率较低但不能排除的可能是，存在某种新物理机制导致了目前G值的分布。 /p p 　　罗俊告诉记者，要解决目前G值测量的问题，需要进一步研究国际上测G实验中各种可能的影响因素，也需要国际各个小组的共同努力和合作。 /p p 　　“只有当各个小组实验精度提高，趋向给出相同G值的时候，人类才能给出一个万有引力常数G的明确的真值。”罗俊说。 /p p br/ /p

p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/06fa5019-ed03-4918-b95a-46e845253b12.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p style=" text-indent: 2em " 第14届“中国科学十大进展”遴选活动由科技部基础研究管理中心举办，《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》和《科学通报》五家编辑部参与推荐科学研究进展，经两院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任、部分国家重点研发计划负责人等专家学者进行两轮投票，评选出排名前十位的科学进展。该项活动旨在宣传我国重大基础研究科学进展，激励广大科技工作者的科学热情和奉献精神，开展基础研究科普宣传，促进公众理解、关心和支持基础研究，在全社会营造良好的科学氛围，在科技界深具影响。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/86bc6f17-4961-4af6-b442-26dbe1b09c2c.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 2018年度中国科学十大进展 /span /strong /p p 　　1 基于体细胞核移植技术成功克隆出猕猴 /p p 　　2 创建出首例人造单染色体真核细胞 /p p 　　3 揭示抑郁发生及氯胺酮快速抗抑郁机制 /p p 　　4 研制出用于肿瘤治疗的智能型DNA纳米机器人 /p p 　　5 测得迄今最高精度的引力常数G值 /p p 　　6 首次直接探测到电子宇宙射线能谱在1TeV附近的拐折 /p p 　　7 揭示水合离子的原子结构和幻数效应 /p p 　　8 创建出可探测细胞内结构相互作用的纳米和毫秒尺度成像技术 /p p 　　9 调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展 /p p 　　10 将人类生活在黄土高原的历史推前至距今212万年 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 1 基于体细胞核移植技术成功克隆出猕猴 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/91ce9d70-5139-4b36-a339-ceeeca461b48.jpg" title=" 3.jpg" alt=" 3.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　非人灵长类动物是与人类亲缘关系最近的动物。因可短期内批量生产遗传背景一致且无嵌合现象的动物模型，体细胞克隆技术被认为是构建非人灵长类基因修饰动物模型的最佳方法。自1997年克隆羊“多莉”报道以来，虽有多家实验室尝试体细胞克隆猴研究，却都未成功。 /p p 　　中国科学院神经科学研究所/脑科学与智能技术卓越创新中心孙强和刘真研究团队经过五年攻关最终成功得到了两只健康存活的体细胞克隆猴。他们研究发现，联合使用组蛋白H3K9me3去甲基酶Kdm4d和TSA可以显著提升克隆胚胎的体外囊胚发育率及移植后受体的怀孕率。在此基础上，他们用胎猴成纤维细胞作为供体细胞进行核移植，并将克隆胚胎移植到代孕受体后，成功得到两只健康存活克隆猴 而利用卵丘颗粒细胞为供体细胞核的核移植实验中，虽然也得到了两只足月出生个体，但这两只猴很快夭折。遗传分析证实，上述两种情况产生的克隆猴的核DNA源自供体细胞，而线粒体DNA源自卵母细胞供体猴。 /p p 　　体细胞克隆猴的成功是该领域从无到有的突破，该技术将为非人灵长类基因编辑操作提供更为便利和精准的技术手段，使得非人灵长类可能成为可以广泛应用的动物模型，进而推动灵长类生殖发育、生物医学以及脑认知科学和脑疾病机理等研究的快速发展。 /p p 　　德国科学院院士Nikos K. Logothetis以“克隆猴：基础和生物医学研究的一个重要里程碑(Cloning NHP: A major milestone in basic and biomedical research)”为题发表评论认为，这项工作证明了利用体细胞核生殖克隆猕猴的可行性，打破了技术壁垒并开创了使用非人灵长类动物作为实验模型的新时代，是生物医学研究领域真正精彩的里程碑。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 2 创建出首例人造单染色体真核细胞 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/c4b39d40-9f7d-41a5-a531-94ed5b011bb5.jpg" title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　真核生物细胞一般含有多条染色体，如人有46条、小鼠40条、果蝇8条、水稻24条等。这些天然进化的真核生物染色体数目是否可人为改变、是否可以人造一个具有正常功能的单染色体真核生物是生命科学领域的前沿科学问题。 /p p 　　中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所覃重军和薛小莉研究组、赵国屏研究组与中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周金秋研究组等合作，以天然含有16条染色体的真核生物酿酒酵母为研究材料，采用合成生物学“工程化”方法和高效使能技术，在国际上首次人工创建了自然界不存在的简约化的生命——仅含单条染色体的真核细胞。 /p p 　　该研究表明天然复杂生命体系可以通过人工干预变简约，甚至可以人工创造全新的自然界不存在的生命。 /p p 　　Nature、The Scientist 等发表评论认为，这可能是迄今为止动作最大的基因组重构，这些遗传改造的酵母菌株是研究染色体生物学重要概念的强大资源，包括染色体的复制、重组和分离。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 3 揭示抑郁发生及氯胺酮快速抗抑郁机制 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/191210cf-818c-45ea-88be-460a160e4b4b.jpg" title=" 5.jpg" alt=" 5.jpg" width=" 600" height=" 350" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 350px " / /p p 　　抑郁症严重损害了患者的身心健康，是现代社会自杀问题的重要诱因，给社会和家庭带来巨大的损失。然而传统抗抑郁药物起效缓慢(6—8周以上)，并且只在20%左右的病人中起效，这提示目前对抑郁症机制的了解还没有触及其核心。近年来在临床上意外发现麻醉剂氯胺酮在低剂量下具有快速(1小时内)、高效(在70%难治型病人中起效)的抗抑郁作用，被认为是精神疾病领域近半个世纪最重要的发现。然而，氯胺酮具有成瘾性，副作用大，无法长期使用。因此，理解氯胺酮快速抗抑郁的机制已成为抑郁症研究领域的“圣杯”，因为它将提示抑郁症的核心脑机制，并为研发快速、高效、无毒的抗抑郁药物提供科学依据。 /p p 　　2018年，浙江大学医学院胡海岚研究组在这一领域的研究取得了突破性的进展：在抑郁症的神经环路研究中，该研究组发现大脑中反奖赏中心——外侧缰核中的神经元活动是抑郁情绪的来源。 /p p 　　这一区域的神经元细胞通过其特殊的高频密集的“簇状放电”，抑制大脑中产生愉悦感的“奖赏中心”的活动。通过光遗传的技术手段，他们直接证明缰核区的簇状放电是诱发动物产生绝望和快感缺失等行为表现的充分条件。针对抑郁的分子机制，该研究组发现这种簇状放电方式是由NMDAR型谷氨酸受体介导的，作为NMDAR的阻断剂，氯胺酮的药理作用机制正是通过抑制缰核神经元的簇状放电，高速高效地解除其对下游“奖赏中心”的抑制，从而达到在极短时间内改善情绪的功效。同时，该研究组对产生簇状放电的细胞及分子机制做出了更深入的阐释。通过高通量的定量蛋白质谱技术，他们发现抑郁的形成伴随着胶质细胞中钾离子通道Kir4.1的过量表达。而Kir4.1通道对抑郁的调控植根于缰核组织中胶质细胞对神经元的致密包绕这一组织学基础。在神经元-胶质细胞相互作用的狭小界面中，Kir4.1在胶质细胞上的过表达引发神经元细胞外的钾离子浓度降低，从而诱发神经元细胞的超极化、T-VSCC钙通道活化，最终导致NMDAR介导的簇状放电。 /p p 　　上述研究对于抑郁症这一重大疾病的机制做出了系统性的阐释，颠覆了以往抑郁症核心机制上流行的 “单胺假说”，并为研发氯胺酮的替代品、避免其成瘾等副作用提供了新的科学依据。同时，该研究所鉴定出的NMDAR、Kir4.1钾通道、T-VSCC钙通道等可作为快速抗抑郁的分子靶点，为研发更多、更好的抗抑郁药物或干预技术提供了崭新的思路，对最终战胜抑郁症具有重大意义。 /p p 　　Science、Scientific American 等期刊对该工作进行了新闻报道，称“这是一项惊人的发现”。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 4 研制出用于肿瘤治疗的智能型DNA纳米机器人 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/4dadf2ab-a2ed-4929-aa17-74e1b04ce4a5.jpg" title=" 6.jpg" alt=" 6.jpg" width=" 600" height=" 350" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 350px " / /p p 　　利用纳米医学机器人实现对人类重大疾病的精准诊断和治疗是科学家们追逐的一个伟大的梦想。国家纳米科学中心聂广军、丁宝全和赵宇亮研究组与美国亚利桑那州立大学颜灏研究组等合作，在活体内可定点输运药物的纳米机器人研究方面取得突破，实现了纳米机器人在活体(小鼠和猪)血管内稳定工作并高效完成定点药物输运功能。 /p p 　　研究人员基于DNA纳米技术构建了自动化DNA机器人，在机器人内装载了凝血蛋白酶——凝血酶。该纳米机器人通过特异性DNA适配体功能化，可以与特异表达在肿瘤相关内皮细胞上的核仁素结合，精确靶向定位肿瘤血管内皮细胞 并作为响应性的分子开关，打开DNA纳米机器人，在肿瘤位点释放凝血酶，激活其凝血功能，诱导肿瘤血管栓塞和肿瘤组织坏死。这种创新方法的治疗效果在乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌及原发肺癌等多种肿瘤中都得到了验证。并且小鼠和Bama小型猪实验显示，这种纳米机器人具有良好的安全性和免疫惰性。 /p p 　　上述研究表明，DNA纳米机器人代表了未来人类精准药物设计的全新模式，为恶性肿瘤等疾病的治疗提供了全新的智能化策略。 /p p 　　Nature Reviews Cancer、Nature Biotechnology 等评论认为该工作为里程碑式的工作 美国The Scientist 期刊将该工作与同性繁殖、液体活检、人工智能一起，评选为2018年度世界四大技术进步。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 5 测得迄今最高精度的引力常数G值 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/003be084-e044-482f-99cf-a2b917592b87.jpg" title=" 7.jpg" alt=" 7.jpg" width=" 600" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 300px " / /p p 　　牛顿万有引力常数G是人类认识的第一个基本物理常数，其在物理学乃至整个自然科学中扮演着十分重要的角色。两个世纪以来，实验物理学家们围绕引力常数G值的精确测量付出了巨大而艰辛的努力，但其测量精度目前仍然是所有物理学常数中最低的。按照牛顿万有引力定律，G应该是一个固定的常数，不因测量地点和测量方法的不同而变化。但是，当前国际上不同研究小组用不同方法测得的G值却不吻合。 /p p 　　为了深入研究这一问题，华中科技大学物理学院引力中心罗俊、杨山清和邵成刚研究组自2009年开始同时采用两种相互独立的方法——扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法来测量G值。历经多年的艰苦努力，2018年两种方法均获得了迄今为止国际最高的测量精度(G值分别为6.674184?× 10?11和6.674484?× 10?11m3/kg/s2，相对标准偏差分别为百万分之11.64和11.61)，更为关键的是两个结果在3倍标准差范围内吻合。 /p p 　　Nature 期刊以“引力常数的创纪录精度测量(Gravity measured with record precision)”为题发表评论，认为这项工作是迄今为止用两种独立的方法测定引力常数的不确定度最小的结果，为揭示造成万有引力常数测量差异的原因提供了非常好的机遇，同时也为进一步测量获得引力常数的真值提供了机遇 并评价这项工作是“精密测量领域卓越工艺的典范”。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 6 首次直接探测到电子宇宙射线能谱在1TeV附近的拐折 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/92c16d55-dc29-4129-b577-dff12a8076e4.jpg" title=" 8.jpg" alt=" 8.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　高能宇宙射线中的负电子和正电子在其行进过程中会很快损失能量，因此其测量数据可以作为高能物理过程的一个探针，甚至用于研究暗物质粒子的湮灭或衰变现象。基于地基切伦科夫伽玛射线望远镜阵列的间接探测获得的电子宇宙射线能谱在1TeV(1TeV=1000GeV=1万亿电子伏特)附近存在有拐折的迹象，但其系统误差很大。 /p p 　　我国首颗天文卫星悟空号(DAMPE)的电子宇宙射线的能量测量范围比起国外的空间探测设备(如AMS-02、Fermi-LAT)有显著提高，拓展了人类在太空中观察宇宙的窗口。DAMPE合作组基于悟空号前530天的在轨测量数据，以前所未有的高能量分辨率和低本底对25GeV—4.6TeV能量区间的电子宇宙线能谱进行了精确的直接测量。悟空号所获得能谱可以用分段幂律模型而不是单幂律模型很好地拟合，明确表明在0.9TeV附近存在一个拐折，证实了地面间接测量的结果。 /p p 　　该拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力，其精确的下降行为对于判定部分电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。此外，悟空号所获得的能谱在1.4TeV附近呈现出流量异常迹象，尚需进一步的数据来确认是否存在一个精细结构。 /p p 　　瑞典皇家科学院院士、诺贝尔物理学奖评奖委员会秘书Lars Bergstrom 教授肯定了这是首次直接测量到这一拐折。美国约翰霍普金斯大学Marc Kamionkowski 教授评论认为，这是年度最令人激动的科学进展之一。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 7 揭示水合离子的原子结构和幻数效应 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/a8f925d0-c636-49fb-8717-2be3451992e2.jpg" title=" 9.jpg" alt=" 9.jpg" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 400px " / /p p 　　离子与水分子结合形成水合离子是自然界最为常见和重要的现象之一，在很多物理、化学、生物过程中扮演着重要的角色。早在19世纪末，人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究。100多年来，水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点，至今仍没有定论。究其原因，关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段以及精准可靠的计算模拟方法。 /p p 　　北京大学物理学院量子材料科学中心江颖、王恩哥和徐莉梅研究组与化学与分子工程学院高毅勤研究组等合作，开发了一种基于高阶静电力的新型扫描探针技术，刷新了扫描探针显微镜空间分辨率的世界纪录，实现了氢原子的直接成像和定位，在国际上首次获得了单个钠离子水合物的原子级分辨图像，并发现特定数目的水分子可以将水合离子的迁移率提高几个量级，这是一种全新的动力学幻数效应。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟，他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度，而且在室温条件下仍然存在，并具有一定的普适性。 /p p 　　该工作首次澄清了界面上离子水合物的原子构型，并建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联，颠覆了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。这对离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等很多应用领域都具有重要的潜在意义。 /p p 　　Nature Reviews Chemistry 期刊主编David Schilter发表评论文章认为，这项研究获得了“堪称完美的水合离子结构和动力学信息”。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 8 创建出可探测细胞内结构相互作用的纳米和毫秒尺度成像技术 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/1810b8a7-84f6-485d-9831-2062061aef24.jpg" title=" 10.jpg" alt=" 10.jpg" / /p p 　　真核细胞内，细胞器和细胞骨架进行着高度动态而又有组织的相互作用以协调复杂的细胞功能。观测这些相互作用，需要对细胞内环境进行非侵入式、长时程、高时空分辨、低背景噪声的成像。 /p p 　　为了实现这些正常情况下相互对立的目标，中国科学院生物物理研究所李栋研究组与美国霍华德休斯医学研究所Jennifer Lippincott-Schwartz和Eric Betzig等合作，发展了掠入射结构光照明显微镜(GI-SIM)技术，该技术能够以97纳米分辨率、每秒266帧对细胞基底膜附近的动态事件连续成像数千幅。研究人员利用多色GI-SIM技术揭示了细胞器-细胞器、细胞器-细胞骨架之间的多种新型相互作用，深化了对这些结构复杂行为的理解。微管生长和收缩事件的精确测量有助于区分不同的微管动态失稳模式。内质网(ER)与其他细胞器或微管之间的相互作用分析揭示了新的内质网重塑机制，如内质网搭载在可运动细胞器上。而且，研究发现内质网-线粒体接触点可促进线粒体的分裂和融合。 /p p 　　中国科学院外籍院士、美国杜克大学Xiao-Fan Wang教授评论认为，这项工作发展了一项可视化活细胞内的细胞器与细胞骨架动态相互作用和运动的新技术，将会把细胞生物学带入一个新时代，有助于更好地理解活细胞条件下的分子事件，也提供了一个从机制上洞察关键生物过程的窗口，可对生命科学整个学科产生重大影响。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 9 调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/9889fdab-39bc-4bf0-a4e0-358ad3c16224.jpg" title=" 11.jpg" alt=" 11.jpg" width=" 600" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 300px " / /p p 　　通过增加无机氮肥施用量来提高作物的生产力，虽能保障全球粮食安全，但也加剧了对生态环境的破坏，因此提高作物氮肥利用效率至关重要。这需要对植物生长发育、氮吸收利用以及光合碳固定等协同调控机制有更深入的了解。 /p p 　　中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究组与合作者的研究显示，水稻生长调节因子GRF4和生长抑制因子DELLA相互之间的反向平衡调节赋予了植物生长与碳-氮代谢之间的稳态共调节。GRF4促进并整合了植物氮素代谢、光合作用以及生长发育，而DELLA抑制了这些过程。作为“绿色革命”品种典型特征的DELLA蛋白高水平累积使其获得了半矮化优良农艺性状，但是却伴随着氮肥利用效率降低。通过将GRF4-DELLA平衡向GRF4丰度的增加倾斜，可以在维持半矮化优良性状的同时提高“绿色革命”品种的氮肥利用效率并增加谷物产量。因此，对植物生长和代谢协同调控是未来可持续农业和粮食安全的一种新的育种策略。 /p p 　　Nature 期刊发表评论文章认为，该育种策略宣告了“一场新的绿色革命即将到来”。 /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 10 将人类生活在黄土高原的历史推前至距今212万年 /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/91f01c5b-59c8-466f-8da5-bb0146760495.jpg" title=" 12.jpg" alt=" 12.jpg" width=" 600" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 300px " / /p p 　　人类的起源和演化是重大世界前沿科学问题，国际上公认的非洲以外最老旧石器地点是格鲁吉亚的德马尼西遗址，年代为距今185万年。 /p p 　　由中国科学院广州地球化学研究所朱照宇、古脊椎动物与古人类研究所黄慰文和英国埃克塞特大学Robin Dennell领导的团队历经13年研究，在陕西省蓝田县发现了一处新的旧石器地点——上陈遗址。研究人员综合运用黄土-古土壤地层学、沉积学、矿物学、地球化学、古生物学、岩石磁学和高分辨率古地磁测年等多学科交叉技术方法测试了数千组样品，建立了新的黄土-古土壤年代地层序列，并在早更新世17层黄土或古土壤层中发现了原地埋藏的96件旧石器，包括石核、石片、刮削器、钻孔器、尖状器、石锤等，其年龄约126万年至212万年。连同该团队前期将蓝田公王岭直立人年代由原定距今115万年重新定年为163万年的结果，上陈遗址212万年前最古老石器的发现将蓝田古人类活动年代推前了约100万年，这一年龄比德马尼西遗址年龄还老27万年，使上陈成为非洲以外最老的古人类遗迹地点之一。 /p p 　　这将促使科学家重新审视早期人类起源、迁徙、扩散和路径等重大问题。此外，世界罕见的含有20多层旧石器文化层的连续黄土-古土壤剖面的发现将为已经处于世界领先地位的中国黄土研究拓展一个新研究方向，同时将对古人类生存环境及石器文化技术的演进给出年代标尺和环境标记。 /p p 　　澳大利亚国立大学Andrew P. Roberts教授评论认为，这项轰动性工作确立了非洲以外已知的最古老的与古人类相关的遗址的年龄及气候环境背景，对于我们理解人类进化有着巨大的影响，不仅是中国科学的重大成果，也是2018年全球科学的一大亮点。 /p

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “中国高等学校十大科技进展”的评选自1998年开展以来，至今已21届，对提升高等学校科技的整体水平、增强高校的科技创新能力发挥了积极作用，并产生了较大的社会影响，赢得了较高的声誉。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 教育部科技委于2018年9月中旬至12月中旬组织开展了2018年度“中国高等学校十大科技进展”评选工作。经过地方和高校遴选及公示、部门形式审查、学部初评和专家综合评议4个阶段，最终推选出10项2018年高校重大科技成果。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 现将2018年度入选项目名单（附后）予以公布。入选项目名单按申报学校拼音顺序排序，排名不分先后。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2018年度“中国高等学校十大科技进展”入选项目名单 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “中国高等学校十大科技进展”的评选自1998年开展以来，至今已21届，对提升高等学校科技的整体水平、增强高校的科技创新能力发挥了积极作用，并产生了较大的社会影响，赢得了较高的声誉。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 教育部科技委于2018年9月中旬至12月中旬组织开展了2018年度“中国高等学校十大科技进展”评选工作。经过地方和高校遴选及公示、部门形式审查、学部初评和专家综合评议4个阶段，最终推选出10项2018年高校重大科技成果。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 现将2018年度入选项目名单（附后）予以公布。入选项目名单按申报学校拼音顺序排序，排名不分先后。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " 2018年度“中国高等学校十大科技进展”入选项目名单 /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/b6ccaf6e-6d1e-4191-935d-297b76fc8dc8.jpg" title=" 屏幕快照 2018-12-27 上午6.14.41.png" / /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/e72ffb0d-fe33-4256-a9a4-9dac9262bd76.jpg" title=" 屏幕快照 2018-12-27 上午6.14.53.png" / /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/d09278de-bef3-41bb-ba08-bc97718ec2cc.jpg" title=" 屏幕快照 2018-12-27 上午6.15.03.png" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " 一、视频编码国家标准AVS2支撑中央电视台播出超高清电视 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 人类获取信息三分之二来自视觉，视频已经成为现代社会主要信息形态。视频编码也称视频压缩，是视频应用的前提。以4K超高清视频为例，分辨率3840× 2160，每秒50帧，原始视频每秒超过12G比特，必须高效压缩才能进入存储和传输系统。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 针对超高清视频高效编码问题，由北京大学高文院士牵头，以数字音视频编解码技术标准工作组为依托，通过产学研用深度协作，组织制定了第二代视频编码标准AVS2，2016年颁布为广播电视行业标准和国家标准，2018年颁布为IEEE国际标准，并被全球超高清联盟采纳。AVS2突破了时空预测、层次变换、分组熵编码和自适应环路滤波等关键技术，对电视类视频的压缩效率达300倍，在前一代标准基础上翻了一番，对监控类视频的编码效率更是达到600倍，处于国际领先水平。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 围绕AVS2标准，构建了从技术创新、专利许可、标准制定、芯片研制、系统开发和应用推广的生态圈，从技术源头上掌握了视频产业发展的主动权。2018年，中央电视台采用AVS2正式开播4K超高清电视，至今已在15个省区市有线电视网络落地，并在电信等行业得到应用，受众数亿，标志着中国正式进入超高清电视时代。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 二、炎症性免疫反应的新型分子与细胞机制 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 从新型分子及新型细胞发现的视角去研究炎症性免疫反应，将为炎症免疫疾病诊治提供候选靶标和新方法，一直以来是免疫学界重大前沿课题。北京协和医学院曹雪涛团队在天然免疫与炎症领域开展了系统性创新性研究，发现了数个调控免疫炎性启动或消退的新型分子和细胞及其作用机制：发现新型长链非编码RNA lnc-lsm3通过“分子诱饵”竞争机制使天然免疫受体不再与病毒RNA结合，提出自我免疫识别可反馈性地及时触发消炎效应、进而维持机体自身稳定的新机制新观点，为炎症疾病防治研究提供新思路；发现DNA甲基化氧化酶Tet2能够作用于免疫分子RNA，促进炎症免疫细胞数量增加，揭示Tet2参与基因表达转录后调控的新模式，为防治炎症疾病提供了新思路和潜在靶标；揭示干扰素受体IFNγR2从胞内合成至转运到细胞膜上形成功能性受体的关键途径，为巨噬细胞激活与炎症性疾病发生与治疗提出了新思路；系统分析晚期癌症宿主免疫细胞异常变化，发现炎症状态下诱导产生的新型Ter细胞并揭示了其促进癌症恶性进展机制，为癌症诊治提供了提出新靶标新观点。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 以上研究成果于2018年相继在《Cell》和《Nature》等发表多篇论文，引起国际同行关注和高度评价，为探索炎症性疾病发病机制和临床治疗提供了理论依据和实践基础，进一步提升了我国免疫学研究的国际地位。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 三、世界首例无金属钙钛矿铁电体 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 由于其丰富而优异的物理和化学性质，钙钛矿类材料一直吸引着研究者的关注。除了已发现的无机钙钛矿、有机无机杂化钙钛矿以外，有机钙钛矿（无金属钙钛矿）更是科学家们一直寻找的“圣杯”材料。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 来自东南大学、南昌大学的研究者们，将多年分子铁电体的合成经验与分子设计相结合，巧妙的将金属离子用带电分子基团所取代，终于合成出了17种全新的有机钙钛矿铁电材料。这些新型材料不但具有优异的铁电性和多极轴特性，更值得一提的是，通过调控有机基团的手性，团队合成了四种有机钙钛矿铁电体的左手对映体、右手对映体，并分别获得了其外消旋化合物，完美地实现了人们对旋光性钙钛矿材料的长久期盼。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 研究成果以长文的形式发表在《Science》上，并被多家国际科技媒体报道，受到研究者的广泛关注。该成果的发表标志着世界首例无金属钙钛矿铁电体在中国诞生，使我国在分子材料领域又一次走在了世界前列。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 四、万有引力常数G的精确测量 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 万有引力常数G在物理学中扮演着十分重要的角色，它的测量在整个实验物理学中占据着特殊地位。尽管实验物理学家们围绕G值的精确测量付出了巨大努力，但截至目前其测量精度仍然是所有物理学常数中最差的。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 华中科技大学引力中心罗俊院士团队从上世纪八十年代就已开始采用扭秤技术精确测量G值，在该领域开展了大量的基础性研究工作。为了研究不同小组不同方法所测得G值不吻合这一问题，2009年开始该团队采用两种相互独立的方法同时测量引力常数G，在2018年发表的由两种独立的实验方法测得的G值，取得了目前国际上精度最高的实验结果，并且两个结果在3倍标准差范围内吻合。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 该研究成果在《Nature》上以长文发表，被国际同行评价为“精密测量领域卓越工艺的典范”，为提升我国在基本常数测量领域的话语权，并为国际上确定高精度G的推荐值做出实质性贡献。同时，在测G过程中自主研发出的一批高精端的仪器设备已在地球重力场的测量、地球物理勘探等方面发挥重要作用。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 五、“地壳一号”深部大陆科学钻探钻机关键技术及应用 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “上天不易，入地更难”，向地球深部进军，揭开地球深部奥秘，将为人类提供资源、能源和生存环境的保障。深部科学钻探工程是获取地球深部物质、了解地球内部信息最直接、最有效和最可靠的方法，是地球科学发展不可缺少的重要支撑，被誉为人类的“入地望远镜”。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 为满足我国地球深部探测工程的重大需求，在“深部探测技术与实验研究专项”等项目的资助下，吉林大学孙友宏教授团队联合四川宏华石油设备有限公司等单位，研发了我国首台“地壳一号”深部大陆科学钻探装备。先后攻克了高转速全液压顶部驱动钻井技术、高难度自动化摆排管技术、高速度钻杆柱自动拧卸和输送技术、高精度自动送进技术等四大关键技术，解决了我国科学钻探装备能力小、自动化程度低和钻探效率低等技术难题，填补了我国深部大陆科学钻探专用装备的空白。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “地壳一号”钻机成功应用于“松辽盆地大陆科学钻探工程（松科二井）”，完钻井深7018m，创造了亚洲国家大陆科学钻探井深最新纪录。相关技术和装备还推广到油气钻井装备领域，产品出口到海外，经济社会效益显著。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 六、原子尺度测量材料轨道与自旋磁矩 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 原子尺度的定量磁结构表征，测量原子的轨道与自旋磁矩，能使理解、预测与调控磁性材料的物理性能深入至原子层面。该问题是材料磁性表征领域面临的重大挑战，也是国际学界的难题。电子显微学作为材料科学的基本研究手段，可以获取原子尺度的结构信息，但在实现原子尺度磁表征方面仍存在相当困难。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 清华大学钟虓?团队多年来致力于发展分析电子显微学的基础研究，提出原子面分辨电子磁圆二色谱方法，突破性地实现了逐层原子面的磁成像，测量出原子尺度的轨道自旋磁矩比，将自旋表征磁圆二色谱的分辨率从微米纳米尺度推进到了原子尺度。通过建立原子尺度材料结构-成分-磁矩的关系，在国际上首次成功地将表征材料磁性的磁圆二色谱技术的分辨率从微米纳米尺度推进到了原子尺度。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 七、海上大型绞吸疏浚装备的自主研发与产业化 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 海上大型绞吸疏浚装备是远海大规模快速填海造岛的国之重器，也是岛礁建设、一带一路港口建设等国家战略任务的紧迫需求，但其核心技术长期被国外公司垄断和封锁。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 上海交通大学“船舶与海洋工程设计团队”发明和研制了双螺旋刀臂载荷均化重型绞刀、变刚度顺应式双扼架钢桩台车和大过流通道扭曲叶片疏浚泵等核心装备，解决了海底坚硬岩礁高效挖掘、恶劣海况精确定位和大块物料远距离高浓度输送的世界性技术难题；提出负载平衡运行动力配置理念，研制实景集成疏浚监控系统；构建大型绞吸疏浚装备设计开发体系，研制了56座系列化绞吸疏浚装备，使我国形成绞吸疏浚装备的自主设计和制造能力，建成完整的产业链，实现了从“被封锁”到“出口管制”的跨越发展。2018年3月，该团队领衔研发的世界最大非自航绞吸疏浚装备“新海旭”正式开始疏浚作业，其总装机功率、绞刀功率和疏浚泵总功率等均大大超过国内外同类船，是我国自主设计和建造的大型绞吸疏浚装备的一个里程碑，标志着我国海上大型绞吸疏浚装备总体达到国际领先水平。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 八、新能源悬挂式空铁关键技术与试验线工程 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 针对我国城市交通拥堵的社会难题和旅游景区观光需求，考虑到地铁、轻轨建设投资大、周期长的客观现实，以构建“分层次、多制式、功能互补”的综合轨道交通系统为出发点，实现地下、地面、空中立体化交通发展目标，西南交通大学翟婉明院士领衔“产学研用”协同创新团队，联合中唐空铁集团、中车、中铁等轨道交通企业，全新研发出一种占地少、投资小、工期短、安全性高、绿色环保的新能源悬挂式空中铁路交通成套技术，并在成都建成1.41公里长的世界首条新能源空铁试验线，经过3万余公里的实车运行试验及系统优化，获得成功，为缓解城市交通拥堵问题提供了一种创新性解决方案。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 该团队在国际上首创以锂电池为动力源的新能源悬挂式空铁系统，自主设计、制造了悬挂式空铁列车，构建了悬挂式列车－轨道梁桥空间耦合动态仿真设计平台，研发出新能源空铁关键装备—整体平移式道岔和轨道梁系统。主编的我国第一部工程建设地方标准《悬挂式单轨交通设计标准》于2018年正式颁布实施。应用本项目成套技术的我国第一条悬挂式空铁商业运营示范线在四川大邑开工建设。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 九、土壤-作物系统综合管理技术研究与应用 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 绿色可持续发展是当今时代科技革命和产业变革的主要方向，践行农业绿色发展既是保障国家粮食和环境安全的迫切需求，更是落实党中央率先落实联合国可持续发展目标的重要举措。中国农业大学张福锁院士及其研究团队通过全国跨学科、跨部门的交叉研究，以高效利用光温资源的高产群体定量设计挖掘高产潜力、以定量调控根层水肥供应支撑高产群体实现资源高效，地上/地下协同突破绿色增产增效难题，创新了绿色种植理论与技术。全国玉米、水稻和小麦试验表明，技术增产20.6%、节肥14.5%、降低活性氮损失34.8%。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 该团队创建了以扎根农村的“科技小院”为核心、覆盖全国的“科教专家--政府推广--校企合作”的技术应用平台和组织新模式，解决了小农户技术应用的“最后一公里”难题。先后有1152名研究人员、20万名推广和企业人员，2090万农民参与了技术应用，10年累计推广3770万公顷，增加粮食生产3300万吨，减少氮肥用量120万吨。该团队创建了我国粮食主产区土壤-作物系统综合管理技术模式，创造了“可能会养活地球”的农业奇迹。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 十、靶向肿瘤微环境的抗肿瘤治疗新策略 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 肿瘤微环境与恶性肿瘤的发生、治疗后复发及远处转移密切相关，靶向微环境开发肿瘤治疗新策略对改善恶性肿瘤疗效至关重要。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 宋尔卫团队根据其多年的保乳和术前新辅助治疗乳腺癌的经验，围绕抗肿瘤治疗对肿瘤微环境的改造作用和机制进行探索。发现了肿瘤微环境经历化疗后，富集出一群能耐受化疗并促进肿瘤复发的成纤维细胞，靶向干预该亚群成纤维细胞显著抑制肿瘤生成并提高化疗敏感性；治疗单抗介导的巨噬细胞吞噬作用可通过上调PDL1抑制抗肿瘤淋巴细胞的功能，导致免疫耐受，证实联合使用免疫节点抑制剂能明显增强单抗的治疗效果，从而提出联合单抗和免疫节点抑制的肿瘤治疗新策略；抗肿瘤淋巴细胞激活可上调长非编码RNANKILA，使其对死亡敏感，导致肿瘤免疫逃逸，在淋巴细胞回输治疗模型中沉默NKILA可提高免疫治疗效果，首次揭示lncRNA可作为免疫检查点分子。以上系列研究提示，肿瘤微环境决定着恶性肿瘤对化疗、单抗治疗以及免疫治疗的敏感性。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 研究成果发表在相关领域的重要学术刊物上，得到了国内外同行的高度认可，研究工作为研制新型肿瘤免疫治疗方法提供了理论依据和技术准备。 /p