科“济”周报 | 聚焦科技强国；关注“一箭八星”与珠峰科考登顶；特殊口香糖或能帮助阻隔新冠传播
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2022年5月2日-5月8日刊
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国家政策导向
“只有攥紧中国种子，才能端稳中国饭碗”——加快建设科技强国，实现高水平科技自立自强
2022年4月10日至13日，习近平总书记在海南考察调研期间，查看种业创新成果、了解海洋观测设备与信息服务系统研发应用。谆谆嘱托中，传递的是关键核心技术“靠自己”的坚定信心和战略定力。
5月1日出版的第9期《求是》杂志刊发习近平总书记重要文章《加快建设科技强国，实现高水平科技自立自强》。这是习近平总书记2021年5月28日在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会和中国科协第十次全国代表大会上的讲话。总书记鲜明强调要“加强原创性、引领性科技攻关，坚决打赢关键核心技术攻坚战”。
加强基础研究是科技自立自强的必然要求，是我们从未知到已知、从不确定性到确定性的必然选择。当前，我国经济社会发展、民生改善、国防建设等领域面临许多需要解决的现实问题，这就要求科技攻关必须坚持问题导向，奔着最紧急、最紧迫的问题去。
此外，科技成果不仅要同国家需要、人民要求、市场需求相结合，还要完成从科学研究、实验开发、推广应用的三级跳，才能真正实现创新价值、实现创新驱动发展；只有围绕产业链部署创新链、围绕创新链布局产业链，才能推动经济高质量发展迈出更大步伐。
当前，世界新一轮科技革命和产业变革正在加速重塑全球经济结构，我国既面临着千载难逢的历史机遇，又面临着差距拉大的严峻挑战。形势逼人，挑战逼人，使命逼人。新征程上，需要我们善于把握大势、积极抢占先机，直面问题、迎难而上，瞄准世界科技前沿，引领科技发展方向，努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中！
（来源：求是网 新华网 中共中央统一战线工作部）
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国际科技前沿
1. 光的力量！光敏人造分子机器可驱动单一材料构建的聚合物纤毛产生复杂运动
纤毛是生长在单细胞生物外表面的微小毛发，通过以特定模式有节奏地运动推动生物通过液体。这种节律运动遵循复杂的轨迹以实现向前推进，这是一种被称为非往复运动的特征，尽管这种运动可能很熟悉，但使用合成材料很难复制，因为这种节律运动须有一定数量的纳米级分子机器的同步操作驱动的。
近日，哈佛大学Joanna Aizenberg等人揭示了光敏人造分子机器可以用来驱动由单一材料构建的聚合物纤毛中产生复杂运动。该模型可以预测纤毛运动作为分子相对于其主轴和照明方向的错位的函数，并指导功能纤毛的设计。该成果发表在Nature上。
在该研究中，光起着至关重要的作用。当聚合物材料吸收光时，会在每个纤毛的宽度上建立照明强度梯度。当光穿过材料时，它会激活分子机器，导致它们弯曲。这会扰乱聚合物的液晶顺序并产生分子无序的梯度。结果，均质材料被转化为具有不同变形特性的两层。光照区域优先沿液晶分子的方向收缩，这也是分子机器的方向，而纤毛的“暗”区域保持不受干扰。这迫使纤毛作为一个整体弯曲和扭曲。
此外，开-关光循环可以引起纤毛节律运动，从而构成非往复运动。节律运动的纤毛阵列可以通过阴影效应相互“交流”，从而表现出集体运动：当光照导致一根纤毛弯曲时，它会阻挡其邻居的光，依此类推。这种多米诺骨牌效应导致了传播波的出现，表明光驱动分子机器的运动可以转化为集体运动。在这个系统中，集体运动是由光引起的，而不能通过热或化学反应来实现。
图|不同方向的辐射会引发微柱不同的基本变形模式
图|微柱阵列中的集体自调节变形动力学
（来源：Nature，奇物论）
2.回顾并展望NLP发展，大规模语言模型与语言边界的突破将使AI理解世界的能力更强大
在过去的十年间，由于有了人工神经网络计算的助力，自然语言处理（NLP：natural language processing）取得了巨大甚至令人意想不到的突破，而最近几年的大规模预训练语言模型（LNLM/large pretrained language model）更将自然语言处理的能力带上了新的高度。
近日，斯坦福大学机器学习、语言学和计算机科学教授，同时也是斯坦福人工智能实验室（SAIL）主任的克里斯朵夫·D·曼宁（Christopher D. Manning）发布的一篇名为《人类语言的理解与推理》（Human Language Understanding & Reasoning）的论文，对 NLP 的发展进行了综合性的回顾与展望。
自然语言处理的发展历史可以分为四个阶段：
1950 年到 1969 年这一阶段，基于二战期间使用计算机进行密码破译技术方面的巨大突破，被认为是NLP的早期雏形。
1970 年到 1992 年，NLP 系统在语言处理的许多方面，包括对句法和引用等的识别与理解等的能力，在复杂性和深度方面都得到了巨大的提升。这一阶段比较有代表性的 NLP 系统包括：斯坦福大学计算机科学教授特里·维诺格拉德（Terry Winograd）开发的 SHRDLU 系统、哈佛大学教授、美国计算语言学协会 (ACL)终身成就奖得主比尔·伍兹（Bill Woods）开发的 LUNAR 系统等。
1993 年到 2012 年间，NLP 发展的方向剧烈转变，NLP 的发展进入了第三个阶段。在这一时期，人们对于数字文本的使用巨幅增加，通过使用大量的文本来开发可以实现一定程度的语言理解的系统。
从 2013 年至今，尽管仍是延续第三个阶段的方向，但其中的单词和句子是通过几十万维的向量空间里的一个位置来表示的，意义或语法的相似性则是由这一空间中的邻近性所表示的。
曼宁认为，大规模预训练语言模型的学习意义在于，除了让系统对于词义了解更多，更重要的是让系统对于这个世界有了更多的了解。正如人类一样，机器的知识存储库的丰富对于其写作也受益匪浅。有许多国内外的企业和机构在大规模预训练语言方面取得了成就，尤其是在突破语言的界限并与其他感官相结合方面。
OpenAI 公司的 DALL·E 大规模语言模型已经具有了图像生成器的功能，他可以直接从文字描述的内容创造出类似于超现实主义的图像。
图|DALL·E 模型基于文本“牛油果形状的扶手椅”生成的图像
（来源：DEEP AI深科技）
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国内领航科技
1.一箭八星，圆满发射，成功入轨！
2022年5月5日10时38分，长征二号丁运载火箭在太原卫星发射中心点火升空，成功将吉林一号宽幅01C卫星及搭载的吉林一号高分03D（27～33）等8颗卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。
本次发射的8颗卫星均由长光卫星技术股份有限公司研制。“吉林一号”宽幅01C星充分继承了“吉林一号”宽幅01A/B星的成熟技术，其幅宽大于150km，可为用户提供分辨率全色0.5m、多光谱2m的影像产品，具有高分辨、超大幅宽、超大存储、高速数传等特点。
“吉林一号”高分03D27～33星为轻小型高分辨遥感卫星，该系列卫星幅宽大于17km，可为用户提供分辨率全色0.75m、多光谱3m的影像产品，具有低成本、低功耗、低重量、高分辨的特点。
此次发射的8颗“吉林一号”卫星入轨后，将与在轨的46颗“吉林一号”卫星组网，至此，“吉林一号”在轨卫星数量增至54颗，可对全球任意地点实现每天17～20次重访，为农业、林业、海洋、资源、环保、城市建设以及科学试验等领域提供更加丰富的遥感数据和产品服务。
直击发射现场
（来源：科技日报）
2. 珠峰科考成功登顶，架设全球海拔最高自动气象站
2022年5月4日12时22分，珠峰科考登顶第一梯队成功登顶，12时46分全球海拔最高自动气象站成功架设。
全名为“巅峰使命2022——珠峰极高海拔地区综合科学考察研究”的珠峰科考由第二次青藏科考队联合西藏登山队共同实施，来自5支科考分队的16个科考小组、共270余名科考队员参加，主要围绕西风—季风协同作用、亚洲水塔变化、生态系统与生物多样性、人类活动变化、地球动力学勘测等开展研究，是第二次青藏科考自2017年启动以来学科覆盖面最广、参加科考队员最多、采用仪器设备最先进的综合性科考。
12名登顶的科考队员们在登顶后将同时完成三项任务：在8800米架设全球海拔最高的气象站、用高精度雷达测量冰雪厚度以及进行人体极高海拔适应机制实验等。
图|在珠峰登山大本营，科研人员检查微波辐射计
8800米架设的全球海拔最高的气象站是世界上海拔最高的自动气象观测站，（刷新了4月20日在珠峰北坡中国自动气象观测站架设的8300米高度记录）。通过气象站的设立和覆盖，可精准实测珠峰北坡的气温、相对湿度、风速、风向和太阳辐射等数据，并进一步地研究极高海拔的气象要素变化特征，对高海拔冰川和积雪变化的监测意义重大。而8800米高度获取的实测数据填补了以往珠峰极高海拔气象记录空白，标志着中国珠峰梯度气象观测体系初步建成。
探测峰顶冰雪的厚度也是本次科考的重点和难点。登顶队员所带的设备主要是高精度探地雷达。这些雷达除了对峰顶测量，也对整个珠峰绒布冰川展开测量。登顶人员们首次在地球之巅利用高精度雷达测量冰雪厚度并钻取冰芯、采集雪样等。
科考将为认识珠峰地区大气环境和冰冻圈变化获取宝贵数据，并为极端环境下的生态文明建设提供科技支撑，揭秘气候变暖背景下珠峰极高海拔区环境变化规律，提出珠峰自然保护创新科学方案。
（来源：科技日报 环球网 中国气象 CGTN）
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校内成果突破
1.《Science》发文！生命科学与技术学院高绍荣/高亚威团队合作阐明小鼠FTO基因通过调控LINE1 RNA的m⁶A修饰调控核表观与胚胎发育
2022年5月5日，美国芝加哥大学何川教授和同济大学高亚威/高绍荣教授团队合作在Science在线发表题为《FTO在mESCs和小鼠发育中介导LINE1 m6A去甲基化和染色质调节》（FTO mediates LINE1 m6A demethylation and chromatin regulation in mESCs and mouse development）的文章。该研究发现在小鼠胚胎干细胞（mice embryonic stem cell，mESCs）和人类组织以及小鼠卵母细胞及早期发育中，FTO可以调控染色质相关RNA，特别是转录自转座子元件的重复RNAs（repeats RNAs）中的Long Interspersed Nuclear Element-1 （LINE1）RNA的m6A修饰，并参与LINE1 本身以及其附近基因和反式下游的转录活性调控，影响染色质开放与组蛋白修饰，从而影响mESC的增殖分化以及早期胚胎的正常发育。该研究对于解析哺乳动物及其发育中RNA m6A修饰动态调控的生物学功能，具有重要意义。
研究团队利用FTO敲除的杂合小鼠自交产生的胚胎，建立了FTO敲除的mESC细胞系。研究人员分析发现FTO敲除会引起mESC中caRNA 的m6A修饰水平上升，并且能够引发基因组水平的转录活性下降与染色质开放程度降低，而敲除的ES细胞在出现细胞增殖减缓的同时，其体内和体外分化能力都会出现不同程度的缺陷。这项工作鉴定了LINE1 RNA m6A是FTO在mESCs里和小鼠发育过程中主要的功能相关底物，不仅在细胞系中阐述了FTO通过调控LINE1 RNA的表观修饰实现核染色质表观修饰和LINE1下游及富集基因表达的新机制，还在体内发育中证明了这一机制。这项工作对于我们进一步解析生命过程的分子调控机制，提供了新的研究视角。这与已报道的染色质相关RNA上m6A能够介导RNA降解以及招募SETDB1等表观因子建立异染色质的模型相符。
此外，贾桂芳/何川/宋宝安教授团队利用过表达FTO使水稻和马铃薯增产50%，其分子机制可能也与植物里repeat RNA的m6A去甲基化和染色质调控相关提示了repeat RNA的m6A去甲基化可能对不同物种体系内的表观系统都具有重要调控功能。
2. 陈杰教授在非晶材料热输运领域的重要进展在线发表于npj Computational Materials
4月29日，物理科学与工程学院声子学中心陈杰教授团队及其合作者在npj Computational Materials在线发表了“How coherence is governing diffuson heat transfer in amorphous solids”的研究论文，发展了描述非晶材料中热输运的重要理论。
图| (a)非晶硅原子结构图(b)基于相干热输运理论的非晶硅热导率预测以及和其他结果的比较，其中p(particle-like)为基于粒子图像，w(wave-like)为基于波动图像
在不同固态物质中，伴随着不同类型晶格振动模式的出现，热传导也表现出了多样的特性。非晶材料由于失去了长程有序即晶格周期性（如图1(a)所示），声子的概念在非晶材料中已经失效，因此基于声子图像的声子-气体模型也不再适用。在过去的几十年中，许多物理学家尝试提出了描述非晶材料中热振动及其输运性质的理论框架。
物理科学与工程学院声子学中心陈杰教授和东京大学Sebastian Volz教授团队，基于他们近期发展的相干热输运理论，在该工作中深入揭示了非晶材料中的热输运机理。
研究发现，不同于晶体材料中由声子图像主导的热输运，非晶材料中热输运由低频传播子（propagon）和高频扩散子共同主导，而热振动之间的波动相干图像在扩散子输运中起着重要作用（如图1(b)所示）。本工作预测的非晶硅热导率（p+w）能够与实验测量结果很好地吻合，同时也为AF模型和QHGK模型的预测结果提供了关于扩散子输运图像的清晰解释。通过将非晶体系中不同热振动模式当作集体激发态，波动相干性的显著输运贡献进一步揭示了由扩散子导致的非晶热导率对温度和长度奇异依赖性背后的物理机制。
本研究中发现的扩散子奇异波动行为，揭示了许多现有热输运理论模型中尚未全面理解的“振动模式相关性”这一物图像，并进一步阐明了它们对热能输运的贡献。这项工作不仅引入了一个新的理论框架用于理解非晶材料中热振动和热输运机理，同时也证实了热声子波动相干性对包括晶体和非晶材料在内的多种固体热输运产生着重要影响。
（来源：同济大学新闻网）
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趣味科技速递
口香糖也能对抗新冠病毒？
最近的一项研究表明，含有一种特定蛋白质的口香糖有助于阻止新冠病毒的传播，且成本低廉。
血管紧张素转化酶2（ACE2）分布在许多人体细胞的表面，是新冠病毒感染细胞之“门”（表面受体）。不过，如果将含有ACE2的蛋白质通过口香糖送入口中，反而能通过结合新冠病毒表面用于感染细胞的刺突蛋白来“捕获”病毒。此外，这种蛋白质还能和细胞表面受体结合，从而阻断感染位点，起到阻止新冠病毒感染口腔细胞的作用。值得注意的是，这种蛋白质是由ACE2和一种叫做霍乱毒素B亚基（CTB，能与ACE2特异性结合）的载体融合而成的，而被称作CTB-ACE2。相关研究结果发表于《分子疗法》（Molecular Therapy）。
美国宾夕法尼亚大学的药学家亨利·丹尼尔（Henry Daniell）带领的团队对莴苣进行了基因改造，使它们能表达出这种融合蛋白——CTB-ACE2，随后，莴苣被磨成粉末，并与肉桂味的口香糖混合在一起。
研究人员测试了这种口香糖中的CTB-ACE2对改造后仓鼠细胞的有效性，这些仓鼠细胞能产生人类ACE2受体。他们发现，样品中CTB-ACE2的含量降低，相应地，表面有新冠病毒刺突蛋白的模拟病毒侵入细胞的数量也下降了95%。而且，这种口香糖也能使同一种模拟病毒侵入未经改造的猴子细胞的数量下降85%。此外，在将这种口香糖加入一些新冠病毒感染者的唾液样本和鼻咽拭子样本后，病毒的数量下降了至少95%。
有一个关键的问题是，如果新冠病毒最先感染的是口腔以外的部位，那么这种口香糖策略是否还有效。“新冠病毒主要是通过鼻子侵入人体，”英国帝国理工学院的免疫学家丹尼·奥尔特曼（DannyAltmann，未参与这项研究）说，“因此，这款口香糖对于阻断这种入侵途径可能没有什么效果，除非它也能为咽喉后方的部位提供保护。”
病毒学家朱利安·唐（Julian Tang，未参与这项研究）表示，虽然咀嚼这款口香糖不能完全使他们免受感染，但是也能减少新冠病毒的传播。这主要是通过减少受感染者口中病毒的数量，以及减少可传播病毒的数量来实现的。
（来源：环球科学）
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文 案丨王远嘉（综合整理自求是网、新华网、中共中央统一战线工作部、中国科学报、中国生物科技网、环球网、同济大学新闻网、环球科学、中国气象 CGTN、DEEP AI深科技、奇物论、杂志《Nature》、科技日报等）
编 辑丨王 璐
校 审丨郭宇婷、程雁翔
责 编丨孙羽捷、张绣宇
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