近日，由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办，中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2021年中国十大 科技 进展新闻（the top 10 news stories of scientific and technological progress）于2022年1月18日在京揭晓。
此项年度评选活动至今已举办了28次。评选结果经新闻媒体广泛报道后，在 社会 上产生了强烈反响，使公众进一步了解国内外 科技 发展的动态，对普及科学技术起到了积极作用。
此次评出的2021年中国十大 科技 进展新闻分别是：
1 我国首次火星探测任务取得圆满成功
6月11日，中国国家航天局公布了“祝融”号火星车拍摄的首批火星图像，标志着中国的火星任务取得圆满成功。三张照片是由“祝融”号的相机拍摄的，包括着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”（即着陆平台）影像图。另一张是由祝融释放出车底部的分离相机拍摄的“着巡合影”图，为火星车与着陆平台的合影。
天问一号于2020年7月23日由长征五号重型运载火箭从最南端海南省的文昌航天发射中心发射，启动了中国首次火星任务。
2 中国空间站开启有人长期驻留时代
6月17日，神舟十二号载人飞船发射升空，与中国空间站核心舱天和成功对接。3名航天员进驻核心舱，进行了为期3个月的驻留，开展了一系列空间科学实验和技术试验，在轨验证了航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、出舱活动、舱外操作、在轨维修等空间站建造和运营关键技术。
10月16日，神舟十三号发射升空，将另外三名宇航员送往天宫空间站，开启为期6个月的在轨驻留，期间将开展一系列科学实验，进一步验证在轨长期居住的情况，中国空间站有人长期驻留时代到来。
3 我国实现二氧化碳到淀粉的从头合成
淀粉是“粥饭”中最主要的碳水化合物，是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，也是重要的工业原料。其主要合成方式是由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳来进行。长期以来，科研人员一直在努力改进光合作用这一生命过程，希望提高二氧化碳的转化速率和光能的利用效率，最终提升淀粉的生产效率。
4 我国团队凭打破“量子霸权”的超算应用摘得2021年度“戈登贝尔奖”
11月18日于美国密苏里州圣路易斯举行的全球超级计算大会（SC21）上，国际计算机协会（ACM）将2021年度“戈登贝尔奖”授予中国超算应用团队。这支由之江实验室、国家超算无锡中心等单位研究人员组成的联合科研团队，基于新一代神威超级计算机的应用“超大规模量子随机电路实时模拟”（SWQSIM）获此殊荣。
量子优越性，或称量子优势，指的是一个量子设备可以在任何可行的时间内解决任何经典计算机无法解决的问题。谷歌和中国 科技 大学的研究人员都曾声称他们已经开发出了达到量子优势的设备。
确定一个设备是否在给定任务下实现量子优势，首先要对随机量子电路（RQC）中不同量子比特的相互作用进行采样。由于随机量子电路中的量子比特之间可能存在大量的相互作用，对其相互作用进行建模只能由高性能计算机解决。
在这项工作中，中国研究人员介绍了一个设计过程，涵盖了模拟所需的算法、并行化和架构。使用新一代神威超级计算机，他们有效地模拟了10x10x（1+40+1）的随机量子电路，这也被认为是模拟RQC的一个新的里程碑，远远超过了谷歌“顶点”超级计算机的表现。
5 1400万亿电子伏特 我国科学家观测到迄今最高能量光子
中国科学院高能物理研究所牵头的国际合作组依托国家重大 科技 基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”，在银河系内发现12个超高能宇宙线加速器，并记录到能量达1.4拍电子伏（PeV，拍=千万亿）的伽马射线光子，这是迄今为止能量最高的光。
研究成果突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，揭示了银河系内普遍存在能够把粒子加速到超过1PeV的宇宙线加速器，开启了“超高能伽马天文”观测时代。相关成果5月17日发表于《自然》。
6 嫦娥五号样品重要研究成果先后出炉
10月19日，中国科学院地质与地球物理研究所和国家天文台主导，联合多家研究机构发布了围绕月球演化重要科学问题取得的突破性进展。相关研究成果发表在《自然》。
科研人员利用超高空间分辨率铀 — 铅（U-Pb）定年技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物（斜锆石、钙钛锆石、静海石）进行分析，确定玄武岩形成年龄为20亿年，表明月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年。
研究显示，嫦娥五号月球样品玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”——生热元素，嫦娥五号月球样品富集这些生热元素的特征，是由于岩浆后期经过大量矿物结晶固化后，残余部分富集而来。这一结果排除了嫦娥五号着陆区岩石的初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假说。
7 异源四倍体野生稻快速 从头驯化获得新突破
随着世界人口的快速增长，至2050年粮食产量或将增加50%才能完全满足需求。与此同时，近年来世界气候变化加剧，全球气候变暖、极端天气频发等都为粮食安全带来了巨大挑战。在此背景下，如何进一步提高作物单产成为亟待解决的严峻问题。
中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队首次提出了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略，旨在最终培育出新型多倍体水稻作物，这是一种一直令科学家渴望培育出的水稻品种，其活力和环境稳健性有助于大幅提高粮食产量并增加作物环境变化适应性。本项研究为未来应对粮食危机提出了一种新的可行策略，相关研究成果2月4日发表于《细胞》。
8 我国研发成功-271 超流氦大型低温制冷装备
液氦到超流氦温区大型低温制冷系统（模型） 图源：中国科学报 中科院理化技术研究所供图
4月15日，由中国科学院理化技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目 “液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制 ”通过验收及成果鉴定，标志着我国具备了研制液氦温度（零下269摄氏度）千瓦级和超流氦温度（零下271摄氏度）百瓦级大型低温制冷装备的能力。液氦到超流氦温区大型低温制冷系统可满足航空航天工业、氢能储运、氦资源开发等领域的迫切需要。
9 植物到动物的功能基因转移首获证实
中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队经过20年追踪研究，发现被联合国粮农组织（FAO）认定的迄今唯一“超级害虫”烟粉虱，从寄主植物那里获得了防御性基因。这是现代生物学诞生100多年来，首次研究证实植物和动物之间存在功能性基因水平转移现象。
这是我国农业害虫研究领域在《细胞》杂志的首篇论文，揭示了昆虫如何利用水平转移基因来克服宿主的防御，为 探索 昆虫适应性进化规律开辟了新的视角，也为新一代基因导向的害虫防控技术研发提供全新思路。
10 稀土离子实现多模式量子中继及1小时光存储
光纤中的光子损耗阻碍了量子信息在地面的长距离传播。量子中继器是一种解决方案，但由于量子中继器方案的系统复杂性，到目前为止，通信距离仍然有限。另一种解决方案包括可运输的量子存储器和装有量子存储器的卫星，其中长寿命的光量子存储器是实现全球量子通信的关键部件。然而，迄今为止的光存储器的最长存储时间约为1分钟。
中国 科技 大学郭光灿院士领导的研究团队开发了基于稀土离子掺杂晶体的高性能固体量子存储器，成功将光的存储时间提高至1小时，为未来基于长寿命固体量子存储器的大规模量子通信提供了方案。该成果分别于4月22日和6月2日发表于《自然通讯》和《自然》。
科学新生活2022年第34期发表时间是2022.7.18，《科学新生活》杂志创刊于1998年4月，是中国科学院主管、科学时报社主办一 份生活服务类周刊。联系方式：北京市海淀区北洼路4号院邮编 100089 它以北京市广大市民为读者对象，关注百姓，关注生活，及时报道大众需求
作者丨李晨阳
从美国俄克拉何马大学出发，开车半个多小时，就来到一片一望无际的高草草原。2009年，俄克拉何马大学教授周集中在这里建了实验站，每年收集土壤样本检测微生物，形成了一个长期的序列研究。
2月23日，周集中研究团队在《自然—气候变化》上发表论文，称气候变暖可以让土壤中的微生物生态网络变得更加稳定。这看起来是个好消息——但研究人员表示，问题没有这么简单。
天变热了，微生物变强了
气候变化的影响广泛而深远。关于全球变暖如何影响动植物和人类的生存，已经有了许多的研究。但微生物的处境怎么样？对此，人们的认识还相对匮乏。
“这很大程度上是因为技术的不足。”论文共同第一作者、清华大学助理研究员郭雪对《中国科学报》说，“2010年起，宏基因组技术逐步成熟，人们才有了研究微生物群落的有效方法。”
周集中在2009年建立实验站时，已经意识到这项技术将在未来几年发展壮大。他知道，是时候为这里的土壤微生物做一个“编年史”了。
研究人员在样地上建立了24个人工增温样地，以24个常温样地作为对照。增温样地采用红外灯不间断加热。2010年至2014年的5年间，增温样地的土壤温度持续增加，他们逐年研究了土壤样本中的微生物生态网络变化。
“生态网络是指在一定环境下，生物之间相互协作、相互拮抗的复杂关系，包括捕食、寄生、竞争和共生等。”论文共同第一作者、美国加州大学伯克利分校博士后袁梦婷向《中国科学报》解释，“具体到微生物，我们无法直接观测到它们在功能上的复杂相互作用，因此创新性地用数据模拟构建了微生物物种间的互作网络。”
那么温度究竟会怎样影响微生物生态网络的复杂性和稳定性？在开展研究前，科研人员有两种假设：一方面，根据代谢生态学理论，生物在较高温度下生长更快、更加活跃，彼此之间的相互作用也会更加密切，由此推测增温会增加物种组合的复杂性，让生态网络变得更加稳定；另一方面，根据人们对气候变暖的认识，升温会对一些物种产生破坏性影响，因此微生物生态网络也可能会削弱甚至崩溃。
经过连续5年的研究分析，他们发现增温样地上的微生物生态网络变得比对照组更加复杂和稳定。
“根据我们通常的理解，气候变暖正在降低生物多样性、破坏生态系统的稳定和功能。但这项研究显示，至少这里的土壤微生物展现出了面对环境变化时强大的缓冲和适应能力，这可能对维持草地生态系统的功能有一定的正面作用。”周集中说。
看不见的“菌团”大有可为
从人类的视角看去，微生物似乎是天生的“配角”，我们很少意识到这些数不清、看不见的小小生命，在发挥多么巨大的作用。
但近几年加速发展的微生物生态学认为，在应对全球变暖的种种“副作用”时，微生物可能是我们需要倚仗的一支强大“菌团”。
2020年《科学》发表的一篇综述文章指出，世界上许多地区干旱的发生频率和持续时间正在增加，而根系微生物的存在能大大提高植物对干旱的抵抗力，并且能帮助提升农作物产量。文章作者建议：“我们有必要将生态学与植物、微生物和分子方法相结合，这是使作物生产更能适应未来气候的关键。”
“保护微生物和微生物之间的相互作用，对减轻气候变暖引起的生物多样性丧失及生态系统功能破坏，可能是非常重要的。”周集中说，“其实现在科学家已经有了一些方法，比如通过向土壤中添加有益微生物，提高植物的生长速率和抗性，以抵消气候变化带来的减产。”
我们对气候变暖过虑了吗
“在更温暖的世界中，相关的生态系统功能可能没有那么脆弱。”周集中团队论文如此写道。
这似乎是一个比较乐观的结论，难道我们过分担心全球变暖给地球生物带来的影响了吗？
研究人员表示，这个问题比想象中复杂。首先要看到，这只是在一个区域开展的定位实验，在多大程度上适用于其他生态系统还需要更多研究。
前不久一篇发表在《全球变化生物学》上的论文就指出，在增温和干旱条件下，青藏高原高寒草地底层土壤微生物变得“又懒又低效”——“分解者”功能和“贡献者”功能均显著降低。
“这两篇论文放在一起读很有趣。”袁梦婷说，“我们研究的区域（美国中部平原和青藏高原）、对象（表层土壤微生物和底层土壤微生物）和侧重点（微生物生态网络和微生物功能）不同，得出的结论——微生物对气候变暖的响应也存在极大差异。这正说明，这是一个很复杂的研究领域，而我们了解的还很少。”
“这项研究中，最令我印象深刻的就是微生物表现出的强大适应能力。”郭雪说，“事实上，地球气候在一直变迁，总会有一些生物能适应新的环境，最终会形成新的生物群落。”
他们做研究的持续增温样地上，植被在不断演替，适应高温的植物变得越来越多，鼹鼠们越来越喜欢在这里打洞筑巢，2018年他们第一次发现了一棵仙人掌。与此同时，实验人员的工作却变得越来越辛苦，中暑的频率越来越高。
“还是那句话：地球不需要拯救，人类需要拯救的是自己。”郭雪说，“连微生物都在努力适应气候变化，我们人类更应该采取行动，积极地应对。”
相关论文信息:
《中国科学报》 (2021-02-25 第1版 要闻)
