今日，由科技日?qǐng)?bào)社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評(píng)選出的2023年國(guó)內(nèi)國(guó)際十大科技新聞揭曉。

入選的2023年國(guó)內(nèi)十大科技新聞分別是：

• 中央科技委員會(huì)組建
• 作物主效耐堿基因及其作用機(jī)制首次揭示
• 國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919完成商業(yè)首飛
• “中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波存在關(guān)鍵證據(jù)
• 51個(gè)超導(dǎo)量子比特簇態(tài)制備刷新世界紀(jì)錄
• 國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行
• 人體免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜繪制
• 新款憶阻器存算一體芯片成功研制
• 國(guó)產(chǎn)首艘大型郵輪命名交付
• 全球首座第四代核電站投產(chǎn)

入選的2023年國(guó)際十大科技新聞分別是：

• 活體組織中“長(zhǎng)出”電極
• 雄性小鼠產(chǎn)生功能性卵細(xì)胞
• 雙縫實(shí)驗(yàn)在時(shí)間維度重建
• 國(guó)際團(tuán)隊(duì)公布引力波背景輻射劃時(shí)代發(fā)現(xiàn)
• 單原子X射線信號(hào)首次探到
• 人類Y染色體組裝與分析完成
• 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出全新蛋白質(zhì)
• 中國(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行
• 迄今最全人腦細(xì)胞圖譜發(fā)布
• 大型語(yǔ)言模型不斷迭代升級(jí)

2023年國(guó)內(nèi)十大科技新聞解讀

“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)、清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制出新款憶阻器存算一體芯片、全球首座第四代核電站正式投產(chǎn)……2023年注定是中國(guó)科技史上格外閃亮的一年。這一年，基礎(chǔ)研究取得重大原創(chuàng)成果，關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)實(shí)現(xiàn)新突破，科技創(chuàng)新支撐高質(zhì)量發(fā)展交出精彩答卷。凡是過往，皆為序章。展望未來，廣大科技工作者定將踔厲奮發(fā)、勇毅前行、團(tuán)結(jié)奮斗，以高水平科技自立自強(qiáng)譜寫中國(guó)式現(xiàn)代化的嶄新篇章。

中央科技委員會(huì)組建

2023年3月，《黨和國(guó)家機(jī)構(gòu)改革方案》（以下簡(jiǎn)稱《改革方案》）印發(fā)，提出加強(qiáng)黨中央對(duì)科技工作的集中統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，組建中央科技委員會(huì)，重新組建科學(xué)技術(shù)部，聚焦科技工作前瞻性謀劃、系統(tǒng)性布局、整體性推進(jìn)，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。

科技創(chuàng)新在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)全局中居于核心地位。面對(duì)國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)和外部遏制打壓的嚴(yán)峻形勢(shì)，必須進(jìn)一步理順科技領(lǐng)導(dǎo)和管理體制，更好統(tǒng)籌科技力量在關(guān)鍵核心技術(shù)上攻堅(jiān)克難，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。

《改革方案》明確，組建中央科技委員會(huì)。加強(qiáng)黨中央對(duì)科技工作的集中統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，統(tǒng)籌推進(jìn)國(guó)家創(chuàng)新體系建設(shè)和科技體制改革，研究審議國(guó)家科技發(fā)展重大戰(zhàn)略、重大規(guī)劃、重大政策，統(tǒng)籌解決科技領(lǐng)域戰(zhàn)略性、方向性、全局性重大問題，研究確定國(guó)家戰(zhàn)略科技任務(wù)和重大科研項(xiàng)目，統(tǒng)籌布局國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等戰(zhàn)略科技力量。

《改革方案》明確，中央科技委員會(huì)辦事機(jī)構(gòu)職責(zé)由重組后的科學(xué)技術(shù)部整體承擔(dān)。

作物主效耐堿基因及其作用機(jī)制首次揭示

鹽堿地變良田，這是人類千百年的夢(mèng)。如今，我國(guó)科學(xué)家的最新成果讓人類朝這個(gè)目標(biāo)更進(jìn)一步——他們以耐鹽堿作物高粱為材料，首次發(fā)現(xiàn)主效耐堿基因AT1及其作用機(jī)制。大田實(shí)驗(yàn)證明，該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等作物在鹽堿地的產(chǎn)量，有望大幅提升鹽堿地綜合利用水平。

該研究由中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授于菲菲、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授歐陽(yáng)亦聃等領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)與多家合作單位共同完成。相關(guān)成果3月24日在《科學(xué)》和《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》發(fā)表。

“世界范圍內(nèi)存在數(shù)億公頃的鹽堿地，優(yōu)質(zhì)耐鹽堿作物品種的培育與推廣，將有效提升鹽堿地產(chǎn)能，對(duì)保障糧食安全意義重大。”謝旗介紹。目前，全球在作物耐鹽研究方面已取得大量成果，但在作物耐堿機(jī)制方面，仍知之甚少。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)高粱遺傳資源進(jìn)行了全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)一個(gè)主效耐堿基因AT1。該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源，研究團(tuán)隊(duì)還揭示了作物耐鹽堿的分子機(jī)制。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，AT1/GS3基因在主要糧食作物水稻、小麥、玉米、谷子中的調(diào)控機(jī)制也高度類似。

國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919完成商業(yè)首飛

5月28日，是一個(gè)值得載入史冊(cè)的日子。這一天，國(guó)產(chǎn)C919大型客機(jī)圓滿完成首次商業(yè)載客飛行，正式進(jìn)入民航市場(chǎng)，開啟市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展新征程。

大型客機(jī)被譽(yù)為“現(xiàn)代制造業(yè)的明珠”，是一個(gè)國(guó)家科技能力、工業(yè)水平和綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)。C919大型客機(jī)是我國(guó)首次按照國(guó)際通行適航標(biāo)準(zhǔn)自行研制、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的噴氣式干線客機(jī)，于2007年立項(xiàng)，2017年首飛，2022年9月完成全部適航審定工作后，獲中國(guó)民用航空局頒發(fā)型號(hào)合格證。

從設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造到完成數(shù)百個(gè)試飛科目、數(shù)千個(gè)小時(shí)飛行的適航取證審定工作，再到首次商業(yè)載客飛行，16年來，C919一棒接著一棒跑，闖過了一道道險(xiǎn)關(guān)難關(guān)，讓中國(guó)的“大飛機(jī)夢(mèng)”一步步照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

通過C919的設(shè)計(jì)研制，我國(guó)掌握了民機(jī)產(chǎn)業(yè)5大類、20個(gè)專業(yè)、6000多項(xiàng)民用飛機(jī)技術(shù)，帶動(dòng)新技術(shù)、新材料、新工藝群體性突破。

風(fēng)雨兼程十余載，逐夢(mèng)藍(lán)天向未來。C919首次商業(yè)載客飛行，標(biāo)志著C919的“研發(fā)、制造、取證、投運(yùn)”全面貫通，中國(guó)民航商業(yè)運(yùn)營(yíng)國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)正式“起步”，中國(guó)大飛機(jī)的“空中體驗(yàn)”正式走進(jìn)廣大消費(fèi)者。未來，C919必將在新征程上高飛遠(yuǎn)航。

“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波存在關(guān)鍵證據(jù)

搜尋納赫茲引力波是國(guó)際物理和天文領(lǐng)域備受關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。利用被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，我國(guó)脈沖星測(cè)時(shí)陣列（CPTA）研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)。這是納赫茲引力波搜尋的一個(gè)重要突破，表明我國(guó)納赫茲引力波研究與國(guó)際同步達(dá)到領(lǐng)先水平。相關(guān)研究成果6月29日在線發(fā)表于《天文與天體物理研究》。

作為一種低頻引力波，波長(zhǎng)可長(zhǎng)達(dá)幾光年的納赫茲引力波是宇宙里亙古恒久的背景噪音。比起2016年人類最早發(fā)現(xiàn)的高頻引力波，它們更難被“收聽”到，需要基于長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的數(shù)據(jù)采集。

利用大型射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)一批自轉(zhuǎn)極其規(guī)律的毫秒脈沖星進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)時(shí)觀測(cè)，是目前已知唯一的納赫茲引力波探測(cè)手段。

“利用‘中國(guó)天眼’，我們對(duì)57顆毫秒脈沖星開展了長(zhǎng)期系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)，同時(shí)將這些毫秒脈沖星組成了銀河系尺度大小的引力波探測(cè)器，以搜尋納赫茲引力波。”論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)/北京大學(xué)研究員李柯伽說，功夫不負(fù)有心人，在深入分析“中國(guó)天眼”收集的3年5個(gè)月的數(shù)據(jù)后，CPTA團(tuán)隊(duì)找到了納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)。

北京大學(xué)講席教授、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士何子山認(rèn)為，這一重大科學(xué)突破對(duì)星系演化和超大質(zhì)量黑洞研究具有深遠(yuǎn)影響，也為引力波天體物理學(xué)打開了全新的窗口。

51個(gè)超導(dǎo)量子比特簇態(tài)制備刷新世界紀(jì)錄

繼實(shí)現(xiàn)10比特、12比特、18比特的真糾纏態(tài)制備之后，來自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位的研究人員又取得了重要突破——成功實(shí)現(xiàn)51個(gè)超導(dǎo)量子比特簇態(tài)制備和驗(yàn)證，刷新了所有量子系統(tǒng)中真糾纏比特?cái)?shù)目的世界紀(jì)錄。相關(guān)成果7月12日在線發(fā)表于《自然》雜志。

超導(dǎo)量子計(jì)算被普遍認(rèn)為是最有可能率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化量子計(jì)算的方案之一，因而備受關(guān)注。作為量子計(jì)算的基本單元，量子比特不同于非0即1的經(jīng)典比特，它可以“同時(shí)”處于0和1疊加態(tài)，即量子相干疊加態(tài)。

當(dāng)人們把量子疊加拓展到多量子比特體系，自然就導(dǎo)致了量子糾纏的概念。多個(gè)量子比特一旦實(shí)現(xiàn)了相干疊加，其代表的狀態(tài)空間將會(huì)隨著量子比特的數(shù)目增多而呈指數(shù)增長(zhǎng)。這被認(rèn)為是量子計(jì)算加速效應(yīng)的根源。多年以來，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的多量子比特糾纏一直是各國(guó)科學(xué)家奮力追求的目標(biāo)。

然而，由于更大規(guī)模的真糾纏態(tài)制備要求高連通性的量子系統(tǒng)、高保真的多比特量子門以及高效準(zhǔn)確的量子態(tài)保真度表征手段，此前真糾纏比特的規(guī)模未能突破24個(gè)量子比特。

該研究將量子系統(tǒng)中真糾纏比特?cái)?shù)目的紀(jì)錄由24個(gè)大幅突破至51個(gè)，充分展示了超導(dǎo)量子計(jì)算體系優(yōu)異的可擴(kuò)展性，對(duì)研究多體量子糾纏、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子算法以及基于測(cè)量的量子計(jì)算等具有重要意義。

國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行

“天宮課堂”為我們帶來了奇妙、有趣的太空實(shí)驗(yàn)，而更多關(guān)于太空奧秘的探索正在國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室里有序開展。

在8月18日舉行的載人航天工程空間應(yīng)用與發(fā)展情況介紹會(huì)上，中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人、中國(guó)載人航天工程辦公室副主任林西強(qiáng)表示，中國(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室目前已正式運(yùn)行，并建立起獨(dú)具中國(guó)特色的近地空間科學(xué)與應(yīng)用體系，空間應(yīng)用正有序展開、成果頻現(xiàn)。

2022年底，中國(guó)空間站完成全面建造，進(jìn)入為期10年以上的應(yīng)用與發(fā)展階段。在這一階段，我國(guó)將常態(tài)化開展載人飛行，航天員將長(zhǎng)期在軌飛行，在很多領(lǐng)域開展大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。全面建成的中國(guó)空間站，是我國(guó)覆蓋空間科學(xué)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域最全、在軌支撐能力最強(qiáng)、兼?zhèn)溆腥藚⑴c和上下行運(yùn)輸?shù)泉?dú)特優(yōu)勢(shì)的國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室。

6月4日，神舟十五號(hào)順利返回地球。此次“太空出差”，神舟十五號(hào)3名航天員順利進(jìn)駐中國(guó)空間站，與神舟十四號(hào)航天員乘組首次實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”。10月29日，一場(chǎng)“太空會(huì)師”再次上演，神舟十七號(hào)與神舟十六號(hào)兩個(gè)乘組在中國(guó)空間站勝利會(huì)面。這是在我國(guó)首艘載人飛船神舟五號(hào)實(shí)現(xiàn)中華民族千年飛天夢(mèng)20周年之際，我國(guó)第一批、第二批和第三批航天員首次在中國(guó)空間站同框。

人體免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜繪制

作為防止病毒細(xì)菌等病原體入侵的“衛(wèi)士”，免疫細(xì)胞是人體免疫系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。明確免疫細(xì)胞類型、分化及功能狀態(tài)，對(duì)了解免疫力和揭示免疫相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制具有重要意義。

9月12日，《細(xì)胞》在線發(fā)表一項(xiàng)關(guān)于免疫細(xì)胞的重要進(jìn)展。來自中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等單位的科研人員成功繪制了覆蓋組織范圍最廣、時(shí)間跨度最長(zhǎng)、采樣密度最高的人體免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜，有望推動(dòng)全球免疫學(xué)和發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

在這項(xiàng)研究中，科研人員利用自動(dòng)化、高通量的合成生物研究大科學(xué)裝置，自主搭建單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序平臺(tái)，對(duì)發(fā)育中的免疫細(xì)胞開展“解碼”，并以這樣的海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)繪制人體免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜。

同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)了免疫細(xì)胞的兩個(gè)新類型：廣泛存在于多個(gè)組織臟器、促進(jìn)血管生成的巨噬細(xì)胞，以及存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外的類小膠質(zhì)細(xì)胞。

對(duì)于這項(xiàng)研究，中國(guó)科學(xué)院院士、廈門大學(xué)教授韓家淮給予了高度評(píng)價(jià)。他說：“這項(xiàng)研究拓展了人們對(duì)人體免疫發(fā)育特別是巨噬細(xì)胞多樣性、分化和功能的認(rèn)知，有助于深入理解免疫系統(tǒng)的功能和調(diào)控機(jī)制，為疾病診斷、免疫治療和新療法開發(fā)提供重要的基礎(chǔ)。”

新款憶阻器存算一體芯片成功研制

10月10日，一個(gè)消息不脛而走，沖上微博熱搜：基于存算一體計(jì)算范式，清華大學(xué)集成電路學(xué)院教授吳華強(qiáng)、副教授高濱團(tuán)隊(duì)研制出全球首款全系統(tǒng)集成、支持高效片上學(xué)習(xí)（機(jī)器學(xué)習(xí)能在硬件端直接完成）的憶阻器存算一體芯片。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

“我們研發(fā)的這款存算一體芯片，展示出高適應(yīng)性、高能效、高通用性、高準(zhǔn)確率等特點(diǎn)，能有效強(qiáng)化智能設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的學(xué)習(xí)適應(yīng)能力。”高濱在接受記者采訪時(shí)介紹。

據(jù)了解，這款芯片包含支持完整片上學(xué)習(xí)所必需的全部電路模塊，成功完成圖像分類、語(yǔ)音識(shí)別和控制任務(wù)等多種片上增量學(xué)習(xí)功能驗(yàn)證。相關(guān)成果可應(yīng)用于手機(jī)等智能終端設(shè)備，還可以應(yīng)用于邊緣計(jì)算場(chǎng)景，比如汽車、機(jī)器人等。

更重要的是，相同任務(wù)下，這款芯片實(shí)現(xiàn)片上學(xué)習(xí)的能耗僅為先進(jìn)工藝下專用集成電路系統(tǒng)的3%，展現(xiàn)出卓越的能效優(yōu)勢(shì)，具有滿足人工智能時(shí)代高算力需求的應(yīng)用潛力；它揭示了人工智能時(shí)代下邊緣學(xué)習(xí)的新范式，為突破馮·諾依曼傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu)下的能效、算力瓶頸提供了一種創(chuàng)新發(fā)展路徑。

國(guó)產(chǎn)首艘大型郵輪命名交付

建造中國(guó)人自己的大型郵輪，是中國(guó)幾代造船人的夙愿。今年，造船人夙愿得償。11月4日，我國(guó)首艘國(guó)產(chǎn)大型郵輪“愛達(dá)·魔都號(hào)”正式命名交付。這標(biāo)志著我國(guó)從此實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)大型郵輪制造“零的突破”。

據(jù)悉，“愛達(dá)·魔都號(hào)”總噸位13.55萬(wàn)噸，長(zhǎng)323.6米，寬37.2米，最大高度72.2米；全船搭載107個(gè)系統(tǒng)、5.5萬(wàn)個(gè)設(shè)備，包含2500萬(wàn)個(gè)零部件，完工敷設(shè)4750公里電纜；船上有客房2125間，可容納乘客5246人……這艘龐然大物猶如一座“海上現(xiàn)代化城市”。

大型郵輪與大型液化天然氣運(yùn)輸船、航空母艦并稱為造船工業(yè)“皇冠上的三顆明珠”，設(shè)計(jì)、建造難度極高，是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家工業(yè)實(shí)力和科技水平的標(biāo)志性工程。此次“愛達(dá)·魔都號(hào)”的設(shè)計(jì)建造成功，標(biāo)志著我國(guó)造船業(yè)自主實(shí)現(xiàn)了大型郵輪重量控制、減震降噪等主要核心技術(shù)的突破。

全球首座第四代核電站投產(chǎn)

12月6日，山東榮成傳來好消息：華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程在穩(wěn)定電功率水平上正式投產(chǎn)，轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行。這是我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球首座第四代核電站，標(biāo)志著我國(guó)在高溫氣冷堆核電技術(shù)領(lǐng)域已處于全球領(lǐng)先地位。

這座核電站由中國(guó)華能牽頭，聯(lián)合清華大學(xué)、中核集團(tuán)共同建設(shè)，于2012年12月開工，2021年12月首次并網(wǎng)發(fā)電。目前，石島灣高溫氣冷堆核電站首臺(tái)（套）設(shè)備達(dá)2200多臺(tái)（套），創(chuàng)新型設(shè)備有600余臺(tái)（套），設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到93.4%。

據(jù)悉，華能山東石島灣核電站集聚了設(shè)計(jì)研發(fā)、工程建設(shè)、設(shè)備制造、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游500余家單位，先后攻克多項(xiàng)世界級(jí)關(guān)鍵技術(shù)。核電站的商運(yùn)投產(chǎn)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)核電安全發(fā)展、提升我國(guó)核電科技創(chuàng)新能力等具有重要意義和積極影響。

依托這一工程，我國(guó)系統(tǒng)掌握了高溫氣冷堆設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)維技術(shù)，中國(guó)華能和清華大學(xué)共同研發(fā)了高溫氣冷堆特有的調(diào)試運(yùn)行六大關(guān)鍵核心技術(shù)，培養(yǎng)了一批具備高溫氣冷堆建設(shè)和運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才隊(duì)伍，形成一套可復(fù)制、可推廣的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，并建立起以專利、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、軟件著作權(quán)為核心的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。

2023年國(guó)內(nèi)十大科技新聞解讀

2023年，科學(xué)的地平線上燃起了新的曙光。從活體中的電極，到引力波的“歌聲”；從單原子水平的探索，到廣袤太空里中國(guó)人自己的實(shí)驗(yàn)室；從人類對(duì)自身細(xì)胞級(jí)的了解，到人工智能真正走入我們的生活……2024年即將開啟，前行不輟的科學(xué)家們，向著科技新紀(jì)元一步步邁進(jìn)。

活體組織中“長(zhǎng)出”電極

生物體和技術(shù)之間的物理界限正在變得模糊。

瑞典研究人員通過注入以酶作為“組裝分子”的凝膠，再利用人體分子作為觸發(fā)器，首次成功地在活體組織中培育出電極。2023年2月發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這項(xiàng)成果，為在生物體中形成完全集成的電子電路鋪平了道路。

瑞典林雪平大學(xué)、隆德大學(xué)和哥德堡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將神經(jīng)組織與電子設(shè)備連接了起來。通常來說，剛性電子設(shè)備和軟組織之間的不匹配，可能會(huì)損害脆弱的生命系統(tǒng)。但該團(tuán)隊(duì)使用可注射凝膠直接在體內(nèi)制造出軟電極。注射到活體組織后，凝膠中的酶分解體內(nèi)的內(nèi)源代謝物，從而引發(fā)凝膠中有機(jī)單體的酶聚合，將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、柔軟的導(dǎo)電電極。研究人員通過將凝膠注射到斑馬魚和藥用水蛭中，驗(yàn)證了這一過程。凝膠在兩種生物體中聚合并在組織內(nèi)“生長(zhǎng)”出了電極。

這種直接在活體組織內(nèi)創(chuàng)建電子電路的方法，提供了通過神經(jīng)系統(tǒng)電信號(hào)或調(diào)節(jié)神經(jīng)回路就能治療疾病的途徑。

雄性小鼠產(chǎn)生功能性卵細(xì)胞

這是一項(xiàng)能啟發(fā)或推動(dòng)未來生育力的研究。

《自然》雜志3月發(fā)表的論文報(bào)告了一項(xiàng)干細(xì)胞研究重磅成果：將雄性小鼠干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為雌性細(xì)胞并產(chǎn)生功能性卵細(xì)胞。這些卵細(xì)胞在受精后得到的胚胎中，約有1%能產(chǎn)生健康的后代。

雄配子和雌配子——分別為精子和卵母細(xì)胞（卵子），由名為原生殖細(xì)胞的一類干細(xì)胞產(chǎn)生。這些干細(xì)胞分化成配子，需要性染色體發(fā)揮正常功能。

此前有研究探索過改變?cè)臣?xì)胞性別的可能性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)配子的產(chǎn)生或是減少，只能產(chǎn)生生育力很低的細(xì)胞。但這一次，日本九州大學(xué)林克彥團(tuán)隊(duì)報(bào)告了利用多能干細(xì)胞有可能產(chǎn)生更健全的卵細(xì)胞。團(tuán)隊(duì)使用了成熟雄性小鼠尾巴的皮膚細(xì)胞（攜帶XY染色體），并把這些細(xì)胞轉(zhuǎn)化成誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。他們將這些干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生一部分罕見缺失Y染色體的細(xì)胞（約占6%的培養(yǎng)細(xì)胞），即XO細(xì)胞。

這些XO細(xì)胞在培養(yǎng)基中的繼續(xù)發(fā)育能誘導(dǎo)X染色體的復(fù)制。使用干擾細(xì)胞分裂的逆轉(zhuǎn)素藥物處理細(xì)胞，能提高X染色體的復(fù)制效率。最后得到的雙X染色體的細(xì)胞被誘導(dǎo)分化為原生殖細(xì)胞樣細(xì)胞，再分化成卵細(xì)胞，這些卵細(xì)胞經(jīng)過受精并植入一個(gè)小鼠的子宮后，產(chǎn)生了可存活的后代。

盡管仍需更嚴(yán)格地評(píng)估將雄性細(xì)胞變成雌性細(xì)胞對(duì)于基因組穩(wěn)定性的影響，但這一重磅成果對(duì)于未來的研究和應(yīng)用十分重要。

雙縫實(shí)驗(yàn)在時(shí)間維度重建

英國(guó)科學(xué)家托馬斯·楊在19世紀(jì)對(duì)光波干涉的觀察是物理學(xué)史上最具標(biāo)志性的實(shí)驗(yàn)之一，對(duì)量子物理學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響?，F(xiàn)在，它有了新進(jìn)展。

2023年4月，英國(guó)科學(xué)家借助一種能在飛秒（千萬(wàn)億分之一秒）內(nèi)改變特性的“超材料”，在時(shí)間而非空間維度重現(xiàn)了著名的雙縫實(shí)驗(yàn)。最新實(shí)驗(yàn)揭示了更多光的基本性質(zhì)，也為創(chuàng)造出能在空間和時(shí)間尺度上精細(xì)控制光的終極材料奠定了基礎(chǔ)。

這一實(shí)驗(yàn)原本涉及光通過空間中的一對(duì)“狹縫”的衍射，但新研究表明，使用雙縫在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)等效效果是可能的。倫敦帝國(guó)理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中用到了氧化銦錫薄膜，在飛秒這樣超快的時(shí)間尺度上，這種材料的反射率會(huì)被激光改變，為光創(chuàng)造出“狹縫”。研究人員通過快速連續(xù)兩次打開和關(guān)閉半導(dǎo)體鏡的反射率并沿著從鏡反射的光的頻譜記錄干涉條紋，實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。他們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，干擾發(fā)生在不同頻率的波之間，而不是不同的空間位置之間。

這項(xiàng)成果未來或有多種應(yīng)用，例如用于信號(hào)處理和通信或光計(jì)算的光開關(guān)。

國(guó)際團(tuán)隊(duì)公布引力波背景輻射劃時(shí)代發(fā)現(xiàn)

如果將引力波背景比喻成古老而神秘的歌聲，那么“合唱團(tuán)”每天都在以不同的頻率演出?，F(xiàn)在，通過對(duì)脈沖星的監(jiān)測(cè)，科學(xué)家終于聽到了歌聲，換句話說，拿到了引力波背景的第一個(gè)證據(jù)。

經(jīng)過15年的數(shù)據(jù)收集，2023年6月，科學(xué)家們第一次“聆聽”到了在宇宙中蕩漾著的引力波永恒合唱，聲音比預(yù)期要大得多。這是針對(duì)引力波背景的劃時(shí)代重大發(fā)現(xiàn)。

引力波背景輻射是由許多不同的引力波源疊加而成的，它們的頻率和強(qiáng)度都不相同，但都很低，它們應(yīng)該存在于我們周圍，并可能會(huì)告訴我們它恒久隱藏著的重要信息。但遺憾的是，關(guān)于其存在和組成，一直只是理論化的產(chǎn)物。

6月發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上的一系列新論文中，科學(xué)家報(bào)告了他們的成果。此次探測(cè)到的引力波背景最可能的來源是陷入“死亡螺旋”的一對(duì)超大質(zhì)量黑洞。這些黑洞龐大到能達(dá)到數(shù)十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。由于幾乎所有星系，包括銀河系中心都盤踞著這樣一個(gè)黑洞怪物。因此當(dāng)兩個(gè)星系合并時(shí)，它們的超大質(zhì)量黑洞會(huì)相遇并開始相互繞轉(zhuǎn)。一旦兩個(gè)黑洞足夠接近，就有可能被脈沖星計(jì)時(shí)陣列觀測(cè)到。

北美納赫茲引力波天文臺(tái)團(tuán)隊(duì)表示，目前他們還只能測(cè)量整體引力波背景，而不能測(cè)量單個(gè)“歌手”或“樂器”的輻射。即便如此，也足以令整個(gè)天文物理學(xué)界驚喜，因?yàn)?ldquo;引力波背景的聲音大約是預(yù)期的兩倍”。美國(guó)耶魯大學(xué)助理教授明加雷利稱，這是人們能從超大質(zhì)量黑洞中創(chuàng)建的模型的上限。

單原子X射線信號(hào)首次探到

讓材料檢測(cè)方式發(fā)生歷史性突破，并不是僅僅依靠設(shè)備升級(jí)就可以，科學(xué)家們需要從原子水平進(jìn)行革新。

6月，來自美國(guó)俄亥俄大學(xué)、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校等的科學(xué)家，首次拍攝到了單原子X射線信號(hào)，這一突破性的成就有望徹底改變?nèi)藗儥z測(cè)材料的方法。

因?yàn)閱蝹€(gè)原子產(chǎn)生的X射線信號(hào)極其微弱，傳統(tǒng)探測(cè)器的靈敏度不足以檢測(cè)到它。為解決這個(gè)問題，該團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)的X射線探測(cè)器上添加了一個(gè)鋒利的金屬尖端，該探測(cè)器放置在待研究樣品上方僅1納米處。當(dāng)銳利的尖端在樣品表面移動(dòng)時(shí)，電子穿過尖端和樣品之間的空間產(chǎn)生電流，這本質(zhì)上檢測(cè)到每個(gè)元素獨(dú)特的“指紋”，從而使該研究人員將掃描隧道顯微鏡的超高空間分辨率與強(qiáng)X射線照明提供的化學(xué)靈敏度結(jié)合了起來。

人類Y染色體組裝與分析完成

這是第一個(gè)真正完整的人類Y染色體序列，也是最后一個(gè)被完全測(cè)序的人類染色體。

《自然》雜志8月發(fā)表的兩篇論文公布了人類Y染色體的組裝和分析。這項(xiàng)全球100多名科學(xué)家參與的研究，填補(bǔ)了當(dāng)前Y染色體參考的諸多空白，帶來了對(duì)不同人群演化和變異的見解。

人類Y染色體由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜一直很難測(cè)序和組裝。超過一半的Y染色體在當(dāng)前的人類參考基因組組裝中缺失，導(dǎo)致人們對(duì)Y染色體的認(rèn)識(shí)很不全面，限制了對(duì)其組成、復(fù)雜性以及在不同人群間差異的理解。作為“端粒到端粒”聯(lián)盟的一部分，由美國(guó)國(guó)家人類基因組研究所領(lǐng)導(dǎo)、包括約翰斯·霍普金斯大學(xué)、加州大學(xué)圣克魯斯分校等多家機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，此次報(bào)道了完整的人類Y染色體的62460029個(gè)堿基對(duì)序列。這次的組裝糾正了當(dāng)前人類參考基因組組裝中關(guān)于Y染色體的多個(gè)錯(cuò)誤，同時(shí)還向參考基因組中添加了逾3000萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，揭示了多個(gè)基因家族的完整結(jié)構(gòu)，并確認(rèn)了41個(gè)新的蛋白質(zhì)編碼基因。

在另一篇論文中，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)組裝了代表世界21個(gè)不同人群的43名男性的人類Y染色體。這些組裝結(jié)果更詳細(xì)闡釋了Y染色體在18.3萬(wàn)年的人類演化歷史中的遺傳差異。研究人員將此次的新見解整合到靈長(zhǎng)類動(dòng)物的研究中，以更深入地挖掘Y染色體的進(jìn)化，并分析可能影響癌癥和其他多種疾病的臨床相關(guān)基因，進(jìn)而助力個(gè)性化醫(yī)療。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出全新蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)一直難以建模，尤其是人們想要“反向操作”——將所需的功能轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，更是一個(gè)高難度挑戰(zhàn)。

美國(guó)麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)8月宣布將注意力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，以更好地理解和設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)。該方法將幾何深度學(xué)習(xí)與語(yǔ)言模型的兩種優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，不僅可預(yù)測(cè)現(xiàn)有蛋白質(zhì)特性，還可設(shè)想自然界尚未設(shè)計(jì)出的新蛋白質(zhì)。此次新模型通過對(duì)基本原理建模，將大自然發(fā)明的一切作為基礎(chǔ)，重新組合了這些自然構(gòu)建塊。團(tuán)隊(duì)在訓(xùn)練模型時(shí)，根據(jù)不同蛋白質(zhì)的功能來預(yù)測(cè)它們的序列、溶解度和氨基酸組成部分。然后，在收到新蛋白質(zhì)功能的初始參數(shù)后，模型發(fā)揮出創(chuàng)造力并生成了全新的結(jié)構(gòu)。

無(wú)獨(dú)有偶，“深度思維”公司也在今年公布了新一代“阿爾法折疊”，其不僅準(zhǔn)確性顯著提高，預(yù)測(cè)范圍還從蛋白質(zhì)擴(kuò)展到其他生物分子，包括配體。該模型已可預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）中的幾乎所有分子，精度則可達(dá)到原子級(jí)。

中國(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行

2023年是中國(guó)首次載人飛行任務(wù)成功20周年。8月18日，中國(guó)載人航天工程辦公室傳來喜訊：中國(guó)國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行，空間應(yīng)用正有序展開、成果頻現(xiàn)。

中國(guó)載人航天工程新聞發(fā)言人、中國(guó)載人航天工程辦公室副主任林西強(qiáng)說，當(dāng)前空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施基本完成在軌測(cè)試，在軌運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具備了大規(guī)模開展空間科學(xué)研究的能力。截至目前，空間站已開展了60余個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、上萬(wàn)次在軌實(shí)驗(yàn)，獲得了近60TB原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，下行了300余個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品。

作為中國(guó)航天史上規(guī)模最大、長(zhǎng)期有人照料的空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，運(yùn)行后的國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室將利用太空中的環(huán)境優(yōu)勢(shì)展開科研，其中多數(shù)在地球上都無(wú)法模擬。而問天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙、天和核心艙部署的多個(gè)實(shí)驗(yàn)柜將開展上千項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，探索宇宙中的奧秘，并將孵化的科技成果，轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的應(yīng)用，惠及地球上普通人的生活。

迄今最全人腦細(xì)胞圖譜發(fā)布

生物醫(yī)學(xué)發(fā)展至今，我們要憑借什么才能對(duì)人類這一物種身份有新的認(rèn)識(shí)？答案之一就是腦科學(xué)。

10月份同時(shí)刊發(fā)在美國(guó)《科學(xué)》《科學(xué)進(jìn)展》和《科學(xué)·轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上的21篇論文，公布并闡釋了迄今最全的人類大腦細(xì)胞圖譜。多國(guó)科學(xué)家參與的這一系列研究，揭示了3000多種腦細(xì)胞類型的特征，將有助于深入理解人類大腦的獨(dú)特之處并推進(jìn)腦部疾病和認(rèn)知能力等研究?！蹲匀弧肪W(wǎng)站援引澳大利亞弗洛里神經(jīng)科學(xué)與心理健康研究所專家安東尼·漢南的話說，這一系列研究首次在單細(xì)胞水平上繪制了人類大腦圖譜，顯示其復(fù)雜的分子相互作用，為更好理解人腦奠定了基礎(chǔ)。

其中，荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)科學(xué)家金伯莉·西萊蒂團(tuán)隊(duì)對(duì)覆蓋人類大腦106個(gè)位置的300多萬(wàn)個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了RNA（核糖核酸）測(cè)序，分析記錄了461個(gè)腦細(xì)胞大類，包含3000多個(gè)亞型。研究顯示，神經(jīng)元作為大腦和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)送和接收信號(hào)的細(xì)胞，在大腦不同部位具有很大差異，尤其連接大腦和脊髓的腦干區(qū)域含有特別多神經(jīng)元類型，這種差異揭示了不同的功能和發(fā)育歷史。這是從單細(xì)胞層面以前所未有的顆粒度解析了人腦的組織結(jié)構(gòu)，包括成年人腦和胚胎期正在發(fā)育的人腦，識(shí)別和描繪出了人腦細(xì)胞類型的驚人多樣性，為認(rèn)識(shí)人類精神和神經(jīng)疾病機(jī)制提供了線索。

大型語(yǔ)言模型不斷迭代升級(jí)

2023年是“生成式人工智能之年”。

今年，GPT-4的表現(xiàn)被認(rèn)為“可與人類相媲美”。在聊天機(jī)器人ChatGPT發(fā)布約4個(gè)月后，ChatGPT背后的OpenAI宣布正式發(fā)布為ChatGPT提供支持的更強(qiáng)大的下一代技術(shù)GPT-4，其擁有圖像識(shí)別功能、高級(jí)推理技能，以及處理25000個(gè)單詞的能力，在某些測(cè)試中的表現(xiàn)不輸于人類。

而在12月6日，谷歌公司則宣布推出一種名為Gemini的新人工智能模型，并聲稱該模型在一系列智力測(cè)試中的表現(xiàn)優(yōu)于GPT-4模型和“專家級(jí)”人類。谷歌聲稱，Gemini的中檔Pro版本擊敗了其他一些模型，例如OpenAI的GPT3.5，但更強(qiáng)大的Ultra超過了所有現(xiàn)有AI模型的能力。它在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MMLU基準(zhǔn)上的得分為90%，而“專家級(jí)”的人類預(yù)計(jì)能達(dá)到89.8%。這是人工智能首次在測(cè)試中擊敗人類，也是現(xiàn)有模型中得分最高的。

該測(cè)試涉及一系列棘手的問題，包括邏輯謬誤、日常場(chǎng)景中的道德問題、醫(yī)療問題、經(jīng)濟(jì)和地理問題。在同一測(cè)試中，GPT-4的得分為87%，LLAMA-2的得分為68%，Claude 2的得分為78.5%。Gemini在其他9項(xiàng)常見基準(zhǔn)測(cè)試中的8項(xiàng)中擊敗了所有這些模型。

 

信息來源 | 科技日?qǐng)?bào)

編輯 | 張曉晗