第16屆“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動由科學(xué)技術(shù)部高技術(shù)研究發(fā)展中心（基礎(chǔ)研究管理中心）牽頭舉辦，《中國基礎(chǔ)科學(xué)》《科技導(dǎo)報(bào)》《中國科學(xué)院院刊》《中國科學(xué)基金》和《科學(xué)通報(bào)》等5家編輯部參與推薦科學(xué)研究進(jìn)展，邀請中國科學(xué)院院士、中國工程院院士、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、部分國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃總體專家組專家和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人等3200余名專家學(xué)者對31項(xiàng)候選進(jìn)展進(jìn)行網(wǎng)上投票，評選出排名前十位的科學(xué)進(jìn)展。

該項(xiàng)活動旨在宣傳我國重大基礎(chǔ)研究科學(xué)進(jìn)展，激勵廣大科技工作者的科學(xué)熱情和奉獻(xiàn)精神，開展基礎(chǔ)研究科學(xué)普及，促進(jìn)公眾理解、關(guān)心和支持基礎(chǔ)研究，在全社會營造良好的科學(xué)氛圍，在科技界深具影響。

2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展

①我國科學(xué)家積極應(yīng)對新冠肺炎疫情取得突出進(jìn)展
②嫦娥五號首次實(shí)現(xiàn)月面自動采樣返回
③“奮斗者”號創(chuàng)造中國載人深潛新紀(jì)錄
④揭示人類遺傳物質(zhì)傳遞的關(guān)鍵步驟
⑤研發(fā)出具有超高壓電性能的透明鐵電單晶
⑥2020珠峰高程測定
⑦古基因組揭示近萬年來中國人群的演化與遷徙歷史
⑧大數(shù)據(jù)刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史
⑨深度解析多器官衰老的標(biāo)記物和干預(yù)靶標(biāo)
⑩實(shí)驗(yàn)觀測到化學(xué)反應(yīng)中的量子干涉現(xiàn)象

1、我國科學(xué)家積極應(yīng)對新冠肺炎疫情取得突出進(jìn)展

新型冠狀病毒滅活疫苗

面對突如其來的新冠肺炎疫情，我國科學(xué)家認(rèn)真貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于疫情防控的重要講話和一系列重要指示批示精神，在中央應(yīng)對疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組和國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制統(tǒng)籌下，團(tuán)結(jié)協(xié)作，爭分奪秒，取得了一系列突出進(jìn)展，為打贏疫情防控阻擊戰(zhàn)提供了重要的科學(xué)支撐。

在病原學(xué)和流行病學(xué)方面，第一時(shí)間分離鑒定出新冠病毒毒株并向世界衛(wèi)生組織共享了病毒全基因組序列，為診斷技術(shù)的快速推進(jìn)和藥物疫苗開發(fā)奠定基礎(chǔ)；闡明了新冠病毒入侵細(xì)胞的關(guān)鍵機(jī)制；持續(xù)深化病毒傳播途徑研究，為防控策略的優(yōu)化提供科技支撐；定量評估了我國防控措施的效果。

在檢測試劑研發(fā)和動物模型方面，在疫情之初迅速研發(fā)了新冠核酸診斷試劑，并研發(fā)了免疫檢測試劑，為病原檢測提供了強(qiáng)有力的支撐；構(gòu)建了小鼠、猴感染新冠病毒的動物模型，為藥物篩選、疫苗研發(fā)以及病毒傳播機(jī)制的研究提供支撐。

在藥物和臨床救治方面，揭示了新冠臨床特征，在沒有特效藥的情況下，實(shí)行中西醫(yī)結(jié)合，先后推出八版全國新冠肺炎診療方案，篩選出“三藥三方”等臨床有效的中藥西藥和治療辦法，被多個(gè)國家借鑒和使用；解析了新冠病毒及關(guān)鍵蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，揭示了一批中西藥的作用機(jī)制；提出了建立方艙醫(yī)院、開展大規(guī)模核酸檢測、大數(shù)據(jù)追蹤溯源等科學(xué)防控方案，提高了收治率和治愈率，降低了感染率和病亡率。

在疫苗和中和性抗體研發(fā)方面，同時(shí)開展了滅活疫苗、病毒載體疫苗、蛋白亞單位疫苗、核酸疫苗等的研發(fā)，腺病毒載體疫苗在全球率先開展1期臨床試驗(yàn)，滅活疫苗在全球率先開展3期臨床試驗(yàn)，并獲批附條件上市；鑒定并創(chuàng)制靶向新冠刺突蛋白S和受體結(jié)合域RBD的一系列中和單克隆抗體，形成抗病毒“雞尾酒”中國抗體組合方案。

我國科學(xué)家通過不懈努力和無私奉獻(xiàn)，通過嚴(yán)謹(jǐn)高效的科研工作，為我國取得抗擊新冠肺炎疫情斗爭重大戰(zhàn)略成果提供了強(qiáng)大科學(xué)支撐。

2、嫦娥五號首次實(shí)現(xiàn)月面自動采樣返回

嫦娥五號探測器

11月24日，嫦娥五號探測器在海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射，由長征五號運(yùn)載火箭直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道；此后，探測器經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行、月面著陸、月面采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、月地入射、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等飛行階段，歷時(shí)23天嫦娥五號返回器攜帶月球樣品在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平致電，代表黨中央、國務(wù)院和中央軍委，祝賀探月工程嫦娥五號任務(wù)取得圓滿成功。

作為我國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，嫦娥五號首次完成了地外天體采樣與封裝、首次地外天體表面起飛、首次無人月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、首次月地入射并攜帶月球樣品高速再入返回地球等我國航天史上多個(gè)重大技術(shù)突破，最終實(shí)現(xiàn)了我國首次地外天體采樣返回。嫦娥五號月面自動采樣返回任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著我國探月工程繞、落、回三步走規(guī)劃的圓滿收官，是中國航天向前邁進(jìn)的一大步，將為深化人類對月球成因和太陽系演化歷史的科學(xué)認(rèn)知做出貢獻(xiàn)。

3、“奮斗者”號創(chuàng)造中國載人深潛新紀(jì)錄

“奮斗者”號全海深載人潛水器

“奮斗者”號全海深載人潛水器研制是我國“十三五”深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備領(lǐng)域的重大攻關(guān)任務(wù)，于2016年立項(xiàng)啟動。2020年6月，“奮斗者”號完成總裝集成與水池試驗(yàn)。2020年7月，“奮斗者”號完成第一階段海試，共計(jì)下潛17次，最大下潛深度4548米。2020年10月10日，“奮斗者”號啟航赴馬里亞納海溝開展第二階段海試，期間共計(jì)完成13次下潛，其中11人24人次參與了8個(gè)超過萬米深度的深潛試驗(yàn)。11月10日8時(shí)12分，“奮斗者”號創(chuàng)造了10909米的中國載人深潛深度紀(jì)錄。

中國船舶七〇二所是“奮斗者”號研制的牽頭單位，在潛水器的總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、集成建造及試驗(yàn)驗(yàn)證等工作中發(fā)揮了核心作用，創(chuàng)建了獨(dú)立自主的全海深載人深潛裝備設(shè)計(jì)技術(shù)體系，構(gòu)建了穩(wěn)定可靠的高標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化的試驗(yàn)、檢測與應(yīng)用體系，進(jìn)一步在潛水器總體設(shè)計(jì)與優(yōu)化、系統(tǒng)調(diào)試與仿真、深海作業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大突破，國際上首次攻克高強(qiáng)高韌鈦合金材料制備和焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)萬米級浮力材料固化成型新工藝自主可控，潛水器動力、推進(jìn)器、水聲通信、智能控制等核心技術(shù)水平進(jìn)一步提升。

“奮斗者”號作為當(dāng)前國際唯一能同時(shí)攜帶3人多次往返全海深作業(yè)的載人深潛裝備，其研制及海試的成功，顯著提升了我國深海裝備技術(shù)的自主創(chuàng)新水平，使我國具有了進(jìn)入世界海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力，體現(xiàn)了我國在海洋高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力，是我國深?？萍继剿鞯缆飞系闹匾锍瘫?。

4、揭示人類遺傳物質(zhì)傳遞的關(guān)鍵步驟

DNA復(fù)制起始調(diào)控的表觀遺傳機(jī)制

DNA復(fù)制是人類遺傳物質(zhì)在細(xì)胞之間得以精確傳遞的基礎(chǔ)，人們對高等生物中識別DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的具體過程并不清楚，這在一定程度上也阻礙了人們對癌癥發(fā)生發(fā)展機(jī)制的理解。

中國科學(xué)院生物物理研究所李國紅團(tuán)隊(duì)及其合作者揭示了一種精細(xì)的DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的識別調(diào)控機(jī)制。該研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白變體H2A.Z能夠通過結(jié)合組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶SUV420H1，促進(jìn)組蛋白H4的第二十位氨基酸發(fā)生二甲基化修飾。而帶有二甲基化修飾的H2A.Z核小體能進(jìn)一步招募復(fù)制起始位點(diǎn)識別蛋白，從而幫助DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的識別。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，被H2A.Z-SUV420H1-H4K20me2通路調(diào)控的復(fù)制起始位點(diǎn)具有很強(qiáng)的復(fù)制活性，并偏向在復(fù)制期早期被激活使用。在癌細(xì)胞中破壞該調(diào)控機(jī)制后，癌細(xì)胞的DNA復(fù)制和細(xì)胞生長都受到了抑制。在T細(xì)胞中破壞該調(diào)控機(jī)制后，T細(xì)胞的免疫激活也受到了抑制。

該研究闡述了一個(gè)新穎的由H2A.Z介導(dǎo)的DNA復(fù)制表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，對理解高等生物DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的識別提供了新的視角，為解決長期存在的真核細(xì)胞DNA復(fù)制起始點(diǎn)選擇啟動問題做出了重要貢獻(xiàn)。

5、研發(fā)出具有超高壓電性能的透明鐵電單晶

高壓電性透明鐵電單晶與傳統(tǒng)鐵電單晶的對比

弛豫鐵電單晶[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, PMN－PT]具有優(yōu)異的壓電效應(yīng)，已廣泛應(yīng)用于超聲成像、聲吶裝備和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等領(lǐng)域。然而，自其發(fā)現(xiàn)20多年以來，壓電性能就再沒有新的突破，并且由于鐵電疇壁的存在，導(dǎo)致其透光率低，無法滿足當(dāng)前壓電器件多功能、高靈敏度的發(fā)展需求，急需新的理論和設(shè)計(jì)方法。

西安交通大學(xué)徐卓教授研究團(tuán)隊(duì)揭示了弛豫鐵電單晶高壓電效應(yīng)的起源，研發(fā)出了釤摻雜的PMN－PT單晶，其壓電性能超過4000pC/N，相比未摻雜單晶提高了一倍。在此基礎(chǔ)上，利用電疇結(jié)構(gòu)調(diào)控，消除了單晶中對光起散射作用的鐵電疇壁，首次在PMN－PT單晶中同時(shí)獲得了高壓電性和高透光性，突破了長期以來二者難以共存的國際難題。其壓電系數(shù)比現(xiàn)有的透明壓電單晶LiNbO3提高了100倍，電光系數(shù)最大可提高40倍，同時(shí)還具有更高的抗光損傷閾值和非線性光學(xué)效應(yīng)。

這種透明鐵電單晶可大幅提升光聲成像系統(tǒng)在乳腺癌、黑色素瘤和血液疾病診斷中的成像分辨率，也為研制高性能電光調(diào)制器、光學(xué)相控陣和量子光學(xué)器件提供了一種全新的關(guān)鍵材料。這種具有優(yōu)異電光、聲光和聲－光－電耦合效應(yīng)的單晶材料，有望進(jìn)一步開辟更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

6、2020珠峰高程測定

2020珠峰高程測量隊(duì)員在峰頂豎起測量覘標(biāo)

珠峰高度長期以來受到全世界關(guān)注，精確測定珠峰高度并向全世界公布，彰顯國家綜合實(shí)力和科技水平。2020珠峰高程測量，中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用多種現(xiàn)代測繪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)重大技術(shù)創(chuàng)新突破，獲取了歷史上最高精度的珠峰高程成果。此次珠峰高程測量，北斗衛(wèi)星定位技術(shù)和國產(chǎn)測量裝備首次全面擔(dān)綱主力，國產(chǎn)測量裝備應(yīng)用實(shí)現(xiàn)重大突破。首次完成了峰頂?shù)孛嬷亓y量，獲取了人類歷史上第一個(gè)珠峰峰頂?shù)闹亓y量結(jié)果，有助于提升珠峰高程測量精度。科學(xué)家團(tuán)隊(duì)克服珠峰地區(qū)極端氣象和惡劣環(huán)境，首次實(shí)現(xiàn)珠峰峰頂及周邊區(qū)域1.27萬平方千米的航空重力、光學(xué)和激光遙感測量的歷史性突破，填補(bǔ)了珠峰地區(qū)重力資料空白，大幅提升了珠峰高程測量的精度。

與2005年珠峰高程測量相比，珠峰地區(qū)大地水準(zhǔn)面精度提升幅度達(dá)300%。中國和尼泊爾科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開展科技合作，首次建立了基于全球高程基準(zhǔn)的珠峰地區(qū)大地水準(zhǔn)面，歷史上首次共同確定了基于全球高程基準(zhǔn)的珠峰雪面高程8848.86米，國家主席習(xí)近平同尼泊爾總統(tǒng)班達(dá)里互致信函，共同宣布珠穆朗瑪峰最新高程，贏得國際社會廣泛贊譽(yù)。

除此之外，珠峰測量獲取的豐富觀測數(shù)據(jù)成果，將為珠峰地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)、自然資源管理、地質(zhì)研究與調(diào)查、地殼運(yùn)動監(jiān)測、氣候變化和冰川凍土研究等領(lǐng)域提供寶貴、翔實(shí)的第一手資料。

7、古基因組揭示近萬年來中國人群的演化與遷徙歷史

東亞南北方不同時(shí)期人群的遺傳特點(diǎn)變化示意

在國際古基因組學(xué)領(lǐng)域，有關(guān)東亞，尤其是中國史前人群的古基因組研究非常匱乏。中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究團(tuán)隊(duì)首次針對中國南北方史前人群展開時(shí)間跨度最大、規(guī)模性、系統(tǒng)性的古基因組研究，通過前沿實(shí)驗(yàn)方法成功獲取我國南北方11個(gè)遺址25個(gè)9500-4200年前的個(gè)體和1個(gè)300年前個(gè)體的基因組，揭示中國人群自9500年以來的南北分化格局、主體連續(xù)性與遷徙融合史。

研究發(fā)現(xiàn)中國南北方主體人群9500年前已分化，但南、北方同期人群的演化基本是連續(xù)的，沒有受到明顯的外來人群的影響，遷徙互動主要發(fā)生在東亞區(qū)域內(nèi)各人群間；此外明確以臺灣島原住民為代表、廣泛分布在太平洋島嶼的南島語系人群，起源于中國南方沿海地區(qū)且可追溯至8,400年前。

該項(xiàng)成果填補(bǔ)了東方尤其是中國地區(qū)史前人類遺傳、演化、適應(yīng)的重要信息缺環(huán)，為闡明中華民族的形成過程及修正東亞南方人群演化模式做出重要科學(xué)貢獻(xiàn)。

8、大數(shù)據(jù)刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史

古生代海洋生物多樣性曲線與重要演化事件

生命起源與演化是世界十大科學(xué)之謎之一。地球上曾經(jīng)生活過的生物99%以上已經(jīng)滅絕，通過化石記錄重建地球生物多樣性變化歷史是認(rèn)識當(dāng)今生物多樣性現(xiàn)狀與未來趨勢的最重要途徑之一。然而，地質(zhì)歷史時(shí)期地球生物多樣性變化研究的時(shí)間分辨率低、生物分類粗，無法精確識別突發(fā)性重大生物演變事件，也不能為近代地球生態(tài)系統(tǒng)演變研究提供重要參考。

南京大學(xué)沈樹忠、樊雋軒團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外專家創(chuàng)建國際大型數(shù)據(jù)庫，自主研發(fā)人工智能算法，利用“天河二號”超算取得突破，獲得了全球第一條高精度的古生代3億多年的海洋生物多樣性演化曲線，時(shí)間分辨率較國際同類研究提高400多倍。新曲線精準(zhǔn)刻畫出地球生物多樣性演變過程中的多次重大生物滅絕、復(fù)蘇和輻射事件，揭示了當(dāng)時(shí)生物多樣性變化與大氣CO2含量以及全球性氣候劇變的協(xié)同關(guān)系。該研究將推動整個(gè)演化古生物學(xué)研究的變革。

9、深度解析多器官衰老的標(biāo)記物和干預(yù)靶標(biāo)

卡路里限制延緩多器官衰老的系統(tǒng)生物學(xué)研究

隨著人口老齡化程度的日益加劇，深入研究衰老、科學(xué)應(yīng)對人口老齡化是新時(shí)代的國家重大需求。

圍繞衰老的機(jī)制和干預(yù)等核心科學(xué)問題，中國科學(xué)院動物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組，中國科學(xué)院北京基因組研究所張維綺研究組，同北京大學(xué)湯富酬研究組聯(lián)合攻關(guān)，利用多學(xué)科交叉的方法，在系統(tǒng)水平上揭示了哺乳動物多器官衰老的新型生物學(xué)標(biāo)記物和可調(diào)控靶標(biāo)。在衰老機(jī)制解析方面，發(fā)現(xiàn)氧化還原通路穩(wěn)態(tài)失衡是靈長類卵巢衰老的主要分子特征，為評價(jià)卵巢衰老及女性生殖力下降提供了新型生物學(xué)標(biāo)志物，也為尋找延緩卵巢衰老的措施及開發(fā)相關(guān)疾病的干預(yù)策略提供了新思路。在衰老干預(yù)方面，闡明熱量限制（“七分飽”）可通過調(diào)節(jié)機(jī)體各組織的免疫炎癥通路，延緩多器官衰老的新型分子機(jī)制，揭示了代謝干預(yù)、免疫反應(yīng)與健康壽命之間的科學(xué)聯(lián)系。

這些研究成果加深了人們對器官衰老異質(zhì)性和復(fù)雜性的理解，為建立針對衰老及衰老相關(guān)疾病的早期預(yù)警和科學(xué)應(yīng)對策略奠定了重要基礎(chǔ)。

10、實(shí)驗(yàn)觀測到化學(xué)反應(yīng)中的量子干涉現(xiàn)象

H + HD反應(yīng)的兩條途徑

化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程伴隨著復(fù)雜的量子力學(xué)現(xiàn)象，但其通常難以被直接觀測到，因而化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)亦難以得到透徹的理解。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所楊學(xué)明院士、張東輝院士、孫志剛和肖春雷研究團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)研究范例。他們研究發(fā)現(xiàn)，在H + HD→H2 + D反應(yīng)中，在碰撞能量為1.9～2.2電子伏的范圍內(nèi)，產(chǎn)物H2（v'= 2，j'= 3）的后向散射呈現(xiàn)顯著的振蕩（其中v'是振動量子數(shù)，j'是轉(zhuǎn)動量子數(shù)）。通過拓?fù)淅碚摲治?，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)存在兩條迥然不同的反應(yīng)路徑，振蕩是由這兩條路徑之間的量子力學(xué)干涉所產(chǎn)生的。該研究揭示了該反應(yīng)在較低能量處，量子幾何相位效應(yīng)仍然存在，并可以被觀測到。這非常類似于眾所周知的Aharonov-Bohm效應(yīng)，清晰地揭示了化學(xué)反應(yīng)的量子性。