由中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院主辦，中國(guó)科學(xué)院學(xué)部工作局、中國(guó)工程院辦公廳、中國(guó)科學(xué)報(bào)社承辦，中國(guó)科學(xué)院院士和中國(guó)工程院院士投票評(píng)選的2022年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞、世界十大科技進(jìn)展新聞?dòng)?023年1月12日在京揭曉。

01

首個(gè)完整人類基因組序列公布

由美國(guó)國(guó)家人類基因組研究所、加利福尼亞大學(xué)圣克魯斯分校、華盛頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員領(lǐng)銜的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)3月31日公布了首個(gè)完整、無間隙的人類基因組序列。與這項(xiàng)重大成果相關(guān)的6篇論文當(dāng)天發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志上。

美國(guó)國(guó)家人類基因組研究所在一份公報(bào)中表示，人類基因組含有約30億個(gè)DNA（脫氧核糖核酸）堿基對(duì)，完成這些堿基對(duì)的完整、無間隙測(cè)序?qū)τ诹私馊祟惢蚪M變異全譜、掌握基因?qū)δ承┘膊〉挠绊懼陵P(guān)重要。

據(jù)悉，人類基因組測(cè)序項(xiàng)目的重要意義被視為與阿波羅登月計(jì)劃相當(dāng)。人類基因組蘊(yùn)藏人類遺傳信息，破譯它能夠?yàn)榧膊≡\斷、新藥研發(fā)、新療法探索等帶來革命性進(jìn)步。

早在2001年，由包括中國(guó)在內(nèi)的6國(guó)科學(xué)家共同參與了國(guó)際“人類基因組計(jì)劃”，并在英國(guó)《自然》雜志上發(fā)布了人類基因組草圖及初步分析。但由于當(dāng)時(shí)的測(cè)序技術(shù)所限，這份人類基因組草圖中留有許多空白。

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人造心臟研究取得重要進(jìn)展

為了從頭開始構(gòu)建人類心臟，研究人員需要復(fù)制構(gòu)成心臟的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。這包括重建螺旋幾何形狀——當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)，螺旋幾何形狀會(huì)產(chǎn)生扭曲的運(yùn)動(dòng)。這種扭曲運(yùn)動(dòng)對(duì)大量泵血至關(guān)重要，但由于制造具有不同幾何形狀和排列的心臟難度較大，這項(xiàng)工作極具挑戰(zhàn)性。

如今，美國(guó)哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）生物工程師使用一種新的增材紡織品制造方法（FRJS），開發(fā)了第一個(gè)具有螺旋排列跳動(dòng)心臟細(xì)胞的人類心室生物雜交模型，并證明其肌肉排列確實(shí)會(huì)顯著增加每次收縮時(shí)心室泵出的血液量。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于7月7日出版的《科學(xué)》雜志。

研究的目標(biāo)是建立一個(gè)模型，測(cè)試心臟的螺旋結(jié)構(gòu)是否對(duì)達(dá)到大的射血分?jǐn)?shù)（即每次收縮時(shí)心室泵送的血液百分比）至關(guān)重要，并研究心臟螺旋結(jié)構(gòu)的相對(duì)重要性。這項(xiàng)工作是朝著器官生物制造邁出的重要一步，使人們更接近于建立用于移植的人體心臟的最終目標(biāo)。

03

銀河系中心黑洞的首張照片面世

5月12日，包括中國(guó)在內(nèi)的全球多地天文學(xué)家同步公布了一個(gè)超大質(zhì)量黑洞——人馬座 A* （Sgr A*）的照片。相關(guān)研究成果以特刊形式發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》上。這是人類“看見”的第二個(gè)黑洞，也是銀河系中心超大質(zhì)量黑洞真實(shí)存在的首個(gè)直接視覺證據(jù)。

這個(gè)超大質(zhì)量黑洞距離太陽系約2.7萬光年，質(zhì)量超過太陽質(zhì)量的400萬倍。這張銀河系中心黑洞的照片，與人類看到的第一張黑洞照片的拍攝者和拍攝時(shí)間均相同，都是由“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）合作組織在2017年通過分布在地球上由8個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡組成的一個(gè)等效于地球般口徑大小的“虛擬望遠(yuǎn)鏡”所拍攝。

EHT研究團(tuán)隊(duì)花了五年時(shí)間，用超級(jí)計(jì)算機(jī)合成和分析數(shù)據(jù)，編纂了前所未有的黑洞模擬數(shù)據(jù)庫(kù)，與觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格比對(duì)，并提取出不同照片平均后的效果，最終得以將銀河系中心這個(gè)超大質(zhì)量黑洞的“真實(shí)容貌”第一次呈現(xiàn)出來。

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人類首次成功改變小行星軌道

9月26日，美國(guó)宇航局（NASA）利用雙小行星重定向測(cè)試（DART）航天器，撞擊了一顆近地雙小行星系統(tǒng)中較小的小行星——Dimorphos，以期改變其運(yùn)行軌道。

這是世界上首個(gè)旨在防御地球免受小行星撞擊威脅的測(cè)試任務(wù)。10月11日，NASA證實(shí)這次任務(wù)取得成功——DART航天器的撞擊，將Dimorphos推向其伴星Didymos，并將前者近12小時(shí)的軌道周期縮短了32分鐘。

據(jù)悉，NASA在撞擊開始前表示，將軌道周期縮短73秒就代表任務(wù)成功。大多數(shù)天文學(xué)家則預(yù)測(cè)，撞擊可能導(dǎo)致軌道周期縮短10分鐘。但該撞擊造成的偏斜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期。這也在一定程度上表明，動(dòng)能撞擊是行星防御的可行方法。

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美國(guó)首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”

12月13日，美國(guó)能源部（DOE）和能源部國(guó)家核安全管理局（NNSA）宣布，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）團(tuán)隊(duì)首次在可控核聚變實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的凈能量增益，即通過核聚變產(chǎn)生的能量比激發(fā)聚變所使用的能量更多，這項(xiàng)突破將為美國(guó)國(guó)防的發(fā)展和清潔能源的未來鋪平道路。

據(jù)悉，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置團(tuán)隊(duì)用192束激光束，向一個(gè)微型燃料顆粒輸送了205萬焦耳的激光能量，點(diǎn)燃核聚變?nèi)剂?，最終產(chǎn)生了315萬焦耳的聚變能量輸出，實(shí)現(xiàn)凈能量增益，首次證實(shí)了慣性核聚變能（IFE）的基本科學(xué)原理和可行性。

06

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡順利入軌 首次傳回照片

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡是由美國(guó)宇航局與歐洲空間局、加拿大航天局聯(lián)合研究開發(fā)，是NASA建造的迄今最大、功能最強(qiáng)的空間望遠(yuǎn)鏡，其主鏡直徑6.5米，由18片巨大六邊形鏡片構(gòu)成；配有5層可展開的遮陽板，被認(rèn)為是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”。

該望遠(yuǎn)鏡于2021年12月25日從法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空，2022年1月24日順利進(jìn)入圍繞日地系統(tǒng)第二拉格朗日點(diǎn)的運(yùn)行軌道，并于7月12日正式公布了其拍攝的一批宇宙全彩色照片。

此后，韋布空間望遠(yuǎn)鏡還拍攝到距離地球約280億光年的最遙遠(yuǎn)恒星的新圖像并首次在系外行星上明確探測(cè)到二氧化碳。據(jù)悉，韋布空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)目標(biāo)主要有4個(gè)方面：尋找135億多年前的宇宙中誕生的第一批星系；研究星系演化的各階段；觀察恒星及行星系統(tǒng)的形成；測(cè)定包括太陽系行星系統(tǒng)在內(nèi)的行星系統(tǒng)的物理、化學(xué)性質(zhì)，并研究其他行星系統(tǒng)存在生命的可能性。

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世界首臺(tái)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)打破速度紀(jì)錄

5月31日，國(guó)際超算組織宣布，位于美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)“前沿”在2022年國(guó)際超算Top500榜單中拔得頭籌，成為現(xiàn)今世界上運(yùn)行速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，算力高達(dá)每秒1.1百億億次，也是目前國(guó)際上公告的首臺(tái)每秒能執(zhí)行百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。

據(jù)悉，普通筆記本電腦每秒只能進(jìn)行幾萬億次運(yùn)算，而“前沿”的運(yùn)行速度是其100多萬倍。百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)也被稱為E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒計(jì)算次數(shù)超過1018，它的研制占據(jù)了國(guó)際高端信息技術(shù)創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，可用于對(duì)氣候變化、核聚變模型進(jìn)行精確建模，有助于新藥的研發(fā)以及加密技術(shù)破解，因此也將成為國(guó)家安全的重要工具。

08

豬蛋白角膜讓人重見光明

長(zhǎng)期以來，科學(xué)家一直在尋找可替代人類角膜的移植物。如今，瑞典林雪平大學(xué)和LinkoCare Life Sciences公司的研究人員通過提取豬膠原蛋白制成的人工角膜，成功使失明或視力受損的人恢復(fù)了視力，且手術(shù)兩年后，患者沒有嚴(yán)重并發(fā)癥或副作用的報(bào)告。

相關(guān)研究8月11日發(fā)表于《自然-生物技術(shù)》。林雪平大學(xué)的Mehrdad Rafat和同事通過從豬皮中提取和純化膠原蛋白，制造了一種柔韌有彈性的類似隱形眼鏡的人工角膜。

在相關(guān)實(shí)驗(yàn)成功后，研究小組開始在志愿者中對(duì)人工角膜進(jìn)行測(cè)試。在接受人工角膜移植后，每個(gè)人的視力都有所提高，其中有3名失明患者術(shù)后視力恢復(fù)到正常人水平。該研究結(jié)果有助于開發(fā)出一種符合人類植入物標(biāo)準(zhǔn)、可以大規(guī)模生產(chǎn)并儲(chǔ)存長(zhǎng)達(dá)兩年的生物材料，從而惠及更多有視力問題的人。

09

人工智能加速“原創(chuàng)”新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)

隨著人工智能（AI）的巨大進(jìn)步，美國(guó)西雅圖華盛頓大學(xué)（UW）生物化學(xué)家David Baker領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，只需幾秒鐘便可以設(shè)計(jì)出“原創(chuàng)”新蛋白質(zhì)。相關(guān)研究發(fā)表于9月15日出版的《科學(xué)》。

最初，研究人員構(gòu)想出一種新蛋白質(zhì)的形狀——通常是將其他蛋白質(zhì)的片段拼湊在一起，然后由軟件推導(dǎo)出與該形狀對(duì)應(yīng)的氨基酸序列。但在實(shí)驗(yàn)室中制作這些“草稿”蛋白質(zhì)時(shí)很少能折疊成所需的形狀，相反，它們最終被卡在不同的狀態(tài)。

而通過調(diào)整蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件AlphaFold和其他AI程序，這一耗時(shí)的步驟可以瞬間完成。在Baker團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種名為“幻覺”的方法中，研究人員將隨機(jī)的氨基酸序列輸入結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)，改變其結(jié)構(gòu)，使之變得更像蛋白質(zhì)。

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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“四中子態(tài)”存在最明確證據(jù)

由數(shù)十個(gè)國(guó)家的科學(xué)家組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了迄今“四中子態(tài)”（tetraneutron）奇異物質(zhì)存在的最明確證據(jù)，相關(guān)論文6月22日發(fā)表于《自然》。20年前，科學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)了一種奇異物質(zhì)“四中子態(tài)”的存在跡象，該物質(zhì)由4個(gè)中子組成。

此次，國(guó)際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)找到了迄今“四中子態(tài)”存在的最明確證據(jù)。德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)Roman Gernhauser等研究人員利用不同的粒子碰撞，制造出平常多出4個(gè)中子的氦原子，然后與質(zhì)子碰撞，在碰撞后，只剩下四個(gè)中子，并且可以結(jié)合成一個(gè)“四中子態(tài)”。

該實(shí)驗(yàn)旨在抑制可能干擾或被誤認(rèn)為是產(chǎn)生“四中子”的每一個(gè)反應(yīng)，因此他們以無與倫比的精度測(cè)量了缺失的能量。通過追蹤缺失的能量，他們推斷出“四中子”形成的時(shí)間非常短暫，僅有10-22秒鐘。據(jù)悉，這一發(fā)現(xiàn)將有助于物理學(xué)家對(duì)核力本質(zhì)的理論進(jìn)行微調(diào)。

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