2024年2月29日，国家自然科学基金委员会在国家科技传播中心发布了2023年度“中国科学十大进展”： 6park.com
人工智能大模型为精准天气预报带来新突破


华为云计算技术有限公司田奇团队也取得了突破性进展。他们基于人工智能方法，构建了一个名为盘古气象大模型的三维深度神经网络模型，为解决天气预报难题提供了新的思路。 6park.com
盘古气象大模型的主要技术贡献有以下三点。首先，它采用了三维神经网络结构，更好地建模了复杂的气象过程。其次，它采用了地球位置编码技术，提升了训练过程中的精度和效率。最后，它还训练了具有不同预测时效的多个模型，从而减少了迭代误差，节省了推理时间。 6park.com
在实际应用中，盘古气象大模型在一些气象要素的预报精度上已经超越了传统的数值方法，而且推理效率提高了上万倍。在全球高分辨率再分析数据上，盘古气象大模型在温度、气压、湿度、风速等关键气象要素上都取得了更准确的预测结果，使得全球最先进的欧洲气象中心集成预报系统的预报时效提高了0.6天左右。 6park.com
此外，盘古气象大模型还可以应用于极端天气预报。在2023年的汛期，它成功地预测了多个影响我国强台风的路径，为我国防灾减灾工作做出了重要贡献。

揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制


中国科学院动物研究所刘光慧、曲静和中国科学院北京基因组研究所张维绮等利用多学科交叉手段，揭示人类基因组中沉睡的古病毒“化石”在细胞衰老过程中，可因表观遗传失稳等因素被再度唤醒、进而包装形成病毒样颗粒并驱动细胞和器官衰老的重要现象。并据此提出古病毒复活介导衰老程序性及传染性的理论以及阻断古病毒复活或扩散以实现延缓衰老的多维干预策略。通过对人类基因组中蛋白编码区域的“逆老”基因进行系统排查，发现可重启人类干细胞、运动神经元和心肌细胞活力，逆转关节软骨、脊髓及心脏衰老的新型分子靶标，并构建一系列针对器官退行的创新干预体系。以上发现为衰老生物学和老年医学研究建立了新的理论框架，为衰老及老年慢病的科学干预和积极应对人口老龄化奠定了有益的基础。 6park.com
发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制

来自军事科学院军事医学研究院的研究团队发现大脑视交叉上核(SCN)神经元的初级纤毛是调控机体节律的细胞器，揭示了“有形”生物钟的存在及其节律调控机制。该研究成果于近日发表在《Science》杂志上，题为：Rhythmic Cilia Changes Support SCN Neuron Coherence in Circadian Clock。 6park.com
研究人员通过对脑切片纤毛结构的连续观察，并建立时差动物模型，发现纤毛特异缺陷小鼠SCN神经元间的通讯能力大为减弱，不能实现同频共振，同时失去了对外界温度的抵抗能力。更深入的机制研究发现，SCN初级纤毛的节律性变化驱动了细胞命运、增殖与分化相关通路的节律性激活，进而调控多个核心生物钟基因以及神经递质等的振荡性变化。 6park.com
该研究不仅加深了对生物钟本质的认识，也为节律紊乱相关疾病的治疗开辟了全新途径，对于机体快速适应各种复杂环境的研究提供了新思路。 6park.com
农作物耐盐碱机制解析及应用


中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗、中国农业大学于菲菲、华中农业大学欧阳亦聃等研究团队联合攻关，在粮食作物耐盐碱领域取得重要突破。 6park.com
我国有15亿亩盐碱地未被有效利用，通过培育耐盐碱农作物，可提高盐渍化土地产能，将为我国粮食安全提供有效保障。尽管学术界对于植物耐盐性有较深入认知，但对植物耐碱胁迫的认识严重不足，这阻碍了耐盐碱作物的培育。通过对耐盐碱差异大的高粱资源全基因组大数据进行关联分析，研究团队发现一个主效耐碱相关基因AT1，编码G蛋白亚基。不同的AT1基因突变型在调控这一过程中发挥决定作用，为作物耐碱理论研究提供了新视角。研究还发现在水稻、玉米及小作物谷子等主要粮食作物中AT1调控机制也是类似的，为主要作物的耐盐碱分子育种奠定了理论基础。 6park.com
在取得理论突破的基础上，团队对高粱进行耐盐碱育种改良。在宁夏平罗盐碱地进行的田间实验表明，AT1基因的利用能够使高粱籽粒产量和全株生物量增加。AT1基因还可用于改善主要禾本科作物水稻、小麦、小米和玉米等的耐盐碱性。 6park.com
新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵 6park.com

面向“大片段DNA精准操纵”的世界科技前沿和“关键生物技术自主可控”的国家重大需求，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队与北京齐禾生科生物科技有限公司的赵天萌团队合作，利用新方法开发了新型碱基编辑器。他们首次运用人工智能辅助的结构预测建立了蛋白聚类新方法，率先将基于结构分类的理念引入工具酶挖掘领域，并基于此开发了系列具有重要应用价值的新型碱基编辑器和我国完全拥有自主产权的、首个在细胞核和细胞器中均可实现精准碱基编辑的新型工具CyDENT。 6park.com
研究团队开发了首个植物大片段DNA精准定点插入技术。他们通过结合引导编辑和重组酶系统，首次在植物中实现了10Kb以上大片段DNA的精准定点插入，突破了植物大尺度DNA精准操纵的技术瓶颈，为高效作物育种和植物合成生物学奠定了技术基础。研究团队还利用基因组编辑实现了作物性状的精准调控。他们通过从头设计或延长基因上游开放阅读框，开发了精细下调蛋白表达的新方法和新体系，实现了对作物性状的精细微调。该成果有望进一步拓宽基因组编辑的育种应用，助力作物种质创新。
 
揭示人类细胞DNA复制起始新机制


联合研究团队成员包括港大生物科学学院翟元梁助理教授、科大生命科学部党尚宇助理教授与科大高等研究院（IAS）资深成员戴杨碧瓘教授。团队发现人体MCM2至MCM7蛋白复合体（Minichromosome Maintenance 2-7，微小染色体维持蛋白2-7）调控DNA 复制起始的新机制，有望被应用于研发新型、高效及更具针对性的抗癌药物，有望能选择性地杀死癌细胞。 6park.com
“拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子

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伽马射线暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，万亿电子伏特以上辐射观察对揭示其爆炸成过程、辐射机制和探索新物理前沿都具有重要意义。中科院天文学系戴子高教授作为共同通讯作者，提出最亮伽马暴的高能辐射起源于极窄的喷流并解释了观测到的光变曲线；核探测与核电子学国家重点实验室（联合）唐泽波教授参与建设的KM2A阵列中的缪子探测器在高能伽玛射线的鉴别上起到了关键作用。 6park.com
玻色编码纠错延长量子比特寿命


南方科技大学和深圳量子研究院的俞大鹏院士以及徐源副研究员带领的研究团队，联合福州大学郑仕标教授、清华大学孙麓岩教授等团队取得的“玻色编码纠错延长量子比特寿命”成果入选。该成果是国际上首次通过实时重复的量子纠错技术延长了量子信息的存储时间，超越盈亏平衡点，展示了量子纠错优势，具有里程碑式的意义。 6park.com
揭示光感受调节血糖代谢机制


对栖息于这颗蓝色星球上的生命而言，光是一切生命产生的源动力，也是生命体最重要的感知觉输入之一。同时生命体根据外界环境条件控制体内营养物质的代谢平衡是生存的必须，而代谢紊乱会产生严重疾病，哺乳动物已经进化出了精确和复杂的调控网络用于持续动态调控血糖代谢。大量公共卫生调查显示夜间过多光源暴露显著增加肥胖和糖尿病等代谢疾病风险，那么光作为最重要的外部环境因素，其是否直接调控血糖代谢？其中涉及哪类感光的细胞、何种神经环路以及外周靶器官，这些方面的问题一直没有得到解答。 6park.com
中国科学技术大学生命科学与医学部薛天教授团队在《细胞》杂志在线发表了一项研究成果。他们发现光通过激活视网膜上特殊的感光细胞，经视神经至下丘脑和延髓的系列神经核团传递信号，最终通过交感神经作用于外周的棕色脂肪组织，直接压抑了机体的血糖代谢能力。 6park.com
发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制


锂硫电池具有极高的能量密度（理论值：2600 Wh kg-1）和较低的成本，然而受限于传统原位表征工具的时空分辨率及锂硫体系的不稳定性和环境敏感性等因素，在原子/纳米尺度上对锂硫电池界面反应的理解尚不深入。 6park.com
厦门大学廖洪钢、孙世刚和北京化工大学陈建峰等开发高时空分辨电化学原位液相透射电镜技术，耦合真实电解液环境和外加电场，实现对锂硫电池界面反应原子尺度动态实时观测和研究。发现电池活性材料表面分子聚集成为分子团进行反应，电荷转移可以首先存储在聚集分子团中，分子团得到电子但不会发生转化，直到获得足够电子后瞬时结晶转化。而没有活性的材料表面遵循经典的单分子反应途径，多硫化锂分子逐步转化为Li2S。模拟计算表明，活性中心与多硫化锂之间的静电作用促进了Li+和多硫分子的聚集，证实分子聚集体中的电荷可以自由转移。  6park.com
此成果发现了锂硫电池全新的界面反应过程。不同于传统GCS模型所涉及的单个分子的扩散、吸附和转化等过程，锂硫电池电荷储存聚集反应新机制从原子/分子尺度揭示了金属活性中心与LiPSs之间的长程相互作用、LiPSs聚集体的形态、集体电荷储存和Li2S瞬时结晶等过程。 6park.com
近百年来，电化学界面反应通常被认为仅存在“内球反应”和“外球反应”单分子途径。该研究揭示了电化学界面反应存在第三种“电荷存储聚集反应”机制，加深了对多硫化物演变及其对电池表界面反应动力学影响的认识，为下一代锂硫电池设计提供指导。

贴主:MMPPKK于2024_04_22 12:51:34编辑