中国科学技术部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)27日在北京揭晓并发布2019年度中国科学十大进展，探测到月幔物质出露的初步证据、构架出面向人工通用智能的异构芯片等10个科研项目入选。
2019年度中国科学十大进展经过推荐、初选和终选3个环节产生，另8个项目分别是提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案、破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能、基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃、阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理、青藏高原发现丹尼索瓦人、实现对引力诱导量子退相干模型的卫星检验、揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制、首次观测到三维量子霍尔效应。
“中国科学十大进展”遴选活动由科技部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)牵头主办，至今已成功举办15届。2019年度中国科学十大进展遴选共推荐320项科学研究进展，所推荐的科学进展均是在2018年12月1日至2019年11月30日期间正式发表的研究成果。按照推荐科学进展的学科分布，分成数理和天文科学、化学和材料科学、地球和环境科学、生命和医学科学等4个学科组，从推荐的科学进展中初选出30项进展进入终选。终选采取网上投票方式，邀请中国科学院院士、中国工程院院士、国家重点实验室主任、部分国家重点研发计划总体专家组专家和项目负责人等2600余名专家学者对30项候选科学进展进行网上投票，得票数排名前10位的科学进展入选“2019年度中国科学十大进展”。
——探测到月幔物质出露的初步证据
月壳和月幔都是在月球演化的最初阶段形成的，撞击增生过程产生的能量造就了熔融的岩浆洋，较轻的富钙的斜长石组分上浮形成月壳，而诸如橄榄石、低钙辉石等较重的铁镁质矿物结晶下沉形成月幔。然而，从阿波罗(Apollo)和月神(Luna)探测任务返回的月球样品中没有发现与月幔准确物质组成有关的直接证据，关于月幔物质组成的推论至今没有被很好地证实。直径非常大的撞击坑有可能穿透月壳，使月幔物质被挖掘出来并可能被探测及取样。位于月球背面的南极-艾特肯盆地(SPA)直径约为2500公里，是月球表面最古老、最大的撞击构造，最有可能撞穿月壳。然而，从现有月球轨道器获得的遥感数据表明，虽然SPA区域的铁镁质矿物含量偏高，但并没有橄榄石广泛出露的证据。这些物质是否可能来源于月幔还存在争议。中国的嫦娥四号探测器最近成功着陆在月球背面SPA区域的冯·卡门撞击坑内，并利用搭载的月球车——玉兔2号开展了巡视探测。
——构架出面向人工通用智能的异构芯片
发展人工通用智能(AGI)的方法一般有两种：以计算机科学为导向或以神经科学为导向，将两者结合是目前公认的最佳发展AGI的路径。由于它们的构想和编码方案有着根本的不同，这两种方法依赖于截然不同且互不兼容的计算平台，非常困难构建一个二者集成的计算平台，从而阻碍了AGI的发展。因此，发展一个能够同时支持流行的基于计算机科学的人工神经网络和受神经科学启发的模型和算法的通用平台非常重要。
——提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案
病毒的种类成千上万，其感染特点和致病方式也是千变万化，但是万变不离其宗的是，当病毒入侵时，其自身的遗传物质会不可避免地被带入到宿主细胞中。机体针对这些外源遗传物质(如DNA等)迅速做出反应，甚至不惜以伤及自身为代价，这是病毒感染导致致死性炎症的主要原因。关于外源DNA诱发免疫反应的认识可以追溯到上百年之前，然而其背后的机理并不清楚。2013年，这一领域国际上取得了重要突破，科学家鉴定发现蛋白质cGAS(环鸟苷酸-腺苷酸合成酶)是胞内DNA病毒感受器。随着cGAS被揭示，科学家发现在检测病毒入侵以外，cGAS的异常激活也直接导致一类自身免疫疾病。因此，寻找有效控制cGAS活性的手段并探究其调控机理，对抵抗病毒感染及自身免疫疾病的治疗都至关重要。
——破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能
光合作用利用太阳光把二氧化碳和水转换成有机物和氧气，为地球上几乎所有生物的生存提供了能源和氧气。为了适应不同的光环境，光合生物进化出了各种不同的色素分子和色素结合蛋白，由此来最大程度地利用不同环境下的光能。硅藻是一种丰富和重要的水生光合真核生物，占水生生物原初有机物生产力的40%，或地球总原初生产力的20%，在全球的碳循环中发挥了重要作用。硅藻在水生环境下成功繁殖的重要因素之一是因为它含有岩藻黄素/叶绿素结合膜蛋白(FCPs)，该色素蛋白使硅藻具有独特的光捕获和光保护及快速适应光强度变化的能力。
中国科学院植物研究所沈建仁、匡廷云研究组报道了海洋硅藻——三角褐指藻FCP的高分辨率晶体结构，揭示了蛋白支架内的7个叶绿素a、2个叶绿素c、7个岩藻黄素以及可能的1个硅甲藻黄素的详细结合位点，从而揭示了叶绿素a和c之间的高效能量传递途径。并与浙江大学医学院张兴研究组合作，解析了绿藻——莱茵衣藻完整的C2S2M2N2型PSII–LHCII超级复合体的冷冻电镜结构，分辨率为3.37埃。该结构显示，绿藻C2S2M2N2型超级复合体是一个二聚体，每个单体由位于中央的PSII核心复合体和环绕该核心的3个LHCII三聚体、1个CP26和1个CP29外围天线亚基所构成。该工作还揭示了多个与高等植物不同的绿藻PSII核心和捕光天线LHCII的结构特征。以上研究为揭示绿藻中光能的高效吸收、传递和猝灭机制提供了坚实的结构基础，并为揭示PSI–LHCI和PSII-LHCII超分子复合体在进化过程中发生的变化提供了重要线索。
上述研究进展率先破解了硅藻、绿藻光合膜蛋白超分子结构和功能之谜，不仅对揭示自然界光合作用的光能高效转化机理具有重要意义，也为人工模拟光合作用、指导设计新型作物、打造智能化植物工厂提供了新思路和新策略。
——基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃
金属玻璃具有独特的无序原子结构，使其拥有优异的机械和物理化学特性，在能源、通信、航天、国防等高技术领域有广泛应用，是现代合金材料的重要组成部分。由于金属玻璃在接近玻璃转变温度时会发生塑性流动，导致机械强度显著降低，严重限制了它们的高温应用。虽然目前已开发出玻璃转变温度大于1000K的金属玻璃，但由于其过冷液相区(介于玻璃转变温度和结晶温度之间的温度区间)很窄，导致其玻璃形成能力不足，难以形成大尺寸材料；且导致其热塑成形性能很差，难以进行零部件加工。上述挑战的关键在于金属玻璃形成成分的合理设计，迄今为止发现的具有特定性能的金属玻璃还主要是反复试验和尝试的结果。
——阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理
钙钛矿太阳能电池是广受关注的新一代光伏技术，而其工作稳定性是目前产业化的主要障碍。传统研究主要通过组分优化、封装、界面改性和紫外光过滤等来有效抑制如氧气、水分和紫外光等因素导致的性能下降，从而提升器件的稳定性。然而要进一步提高器件的寿命，需要发展一种长期有效的方法以抑制使役过程中材料的本征缺陷。
——青藏高原发现丹尼索瓦人
丹尼索瓦人是一支已经消失的神秘古人类，过去对他们的了解主要基于仅出土于西伯利亚丹尼索瓦洞的少量化石碎片以及保存在其中的高质量的古基因信息。遗传学研究显示，丹尼索瓦人对一些现代低海拔东亚人群和高海拔现代藏族人群有基因贡献，对现代藏族人群的高海拔环境适应有重要意义。由于缺乏化石形态学信息，科学家很难评估丹尼索瓦人与分散在亚洲和其他地区的丰富的古人类化石之间的联系，也很难准确理解丹尼索瓦人与现代亚洲人群的关系。此外，现代藏族等青藏高原人群特有的高海拔环境适应基因来源，特别是其是否继承自丹尼索瓦人等，是非常重要而亟待解决的科学问题。
——实现对引力诱导量子退相干模型的卫星检验
——揭示非洲猪瘟病毒结构及其组装机制
非洲猪瘟病毒(ASFV)是一个巨大而复杂的DNA病毒，能够引发家猪、野猪患急性、热性、高度传染性疾病，发病率和死亡率可高达100%，对生猪养殖产业链造成巨大经济损失，目前尚未有可用的疫苗。中国科学院生物物理研究所饶子和/王祥喜团队和中国农业科学院哈尔滨兽医研究所步志高团队联合上海科技大学等单位，在上海科技大学冷冻电镜中心连续收集了高质量数据，采用一种优化的图像重构策略，解析了非洲猪瘟病毒衣壳的三维结构，其分辨率达到4.1埃。该衣壳颗粒体型巨大且结构复杂，由17280个蛋白亚基组成，其中包括1种主要(p72)和4种次级衣壳蛋白(M1249L、p17、p49和H240R)，它们组装成五重对称体和三重对称体的复合结构。主要衣壳蛋白p72原子分辨率结构展示出非洲猪瘟病毒潜在的构象型抗原表位，与其他的核胞质大DNA病毒((NCLDV)显著不同。次级衣壳蛋白在衣壳内表面形成了一个复杂的蛋白相互作用网络，通过调控相邻的病毒壳微体之间的作用力介导衣壳的组装并稳定了衣壳的结构。作为核心的组织者，100纳米长的M1249L蛋白沿着三重对称体的每个边缘桥接了两个相邻的五重对称体，与其他衣壳蛋白形成了延伸的分子间网络，驱动了衣壳框架的形成。这些结构细节揭示了衣壳稳定性和组装的分子基础，对非洲猪瘟疫苗的研发具有十分重要的理论指导意义。
——首次观测到三维量子霍尔效应
在二维电子体系中发现量子霍尔效应使得拓扑学在凝聚态物理学中发挥了核心作用。30多年前，Bertrand Halperin等人从理论上预言可能在三维电子气体系中产生量子霍尔效应，但迄今为止，还没有从实验上观测到“三维量子霍尔效应”。
南方科技大学物理学系张立源研究组、中国科学技术大学物理学系乔振华研究组及新加坡科技设计大学杨声远等合作，在块体碲化锆(ZrTe5)晶体中首次实验实现了“三维量子霍尔效应”。研究人员对碲化锆体单晶进行了磁场下的低温电子输运测量，在一个相对低的磁场下达到了极端量子极限状态(只有最低朗道能级被占据的)。在该状态下，研究人员观测到了一个接近于零的无耗散纵向电阻，并沿着磁场方向形成了一个正比于半个费米波长的很好的霍尔电阻平台，这些是三维霍尔效应出现的确凿标志。理论分析还表明，该效应源于在极端量子极限下电子关联增强产生的电荷密度波驱动的费米面失稳。通过进一步提高磁场强度，纵向电阻和霍尔电阻都极具增加，呈现出金属-绝缘体相变。该研究进展提供了三维量子霍尔效应的实验证据，并提供了一个进一步探索三维电子体系中奇异量子相及其相变的很有前景的平台。
