由中國科學院、中國工程院主辦，中國科學院學部工作局、中國工程院辦公廳、中國科學報社承辦，騰訊集團發展研究辦公室協辦的中國科學院院士和中國工程院院士投票評選的2020年世界十大科技進展新聞，2021年1月20日在京揭曉。

1、科學界完成迄今最全面癌症基因組分析

人乳腺癌細胞。圖源/CECIL H. FOX

2月5日，英國韋爾科姆基金會桑格研究所宣佈，一個國際團隊完成了迄今覆蓋面最廣泛的癌症全基因組分析，這有助於加深研究人員對癌症的認識，為開發出更高效的治療方案鋪平道路。

這個被稱為“泛癌症計劃”的專案由來自37個國家的1300多名科學家合作開展，旨在研究可導致癌症的變異基因，繪製出這些基因的全圖譜，團隊分析了38種不同型別腫瘤的2658個全基因組，為癌症研究獲取了豐富的基因資料。

相關成果在當天以20多篇系列報告的形式發表在《自然》雜誌及子刊上。

2、人造葉綠體研製成功

在這些90微米的液滴中，葉綠體中的類囊體利用陽光將二氧化碳轉化為有機化合物。圖源/T. MILLER

德國馬克斯·普朗克陸地微生物研究所和法國波爾多大學的研究人員5月8日在《科學》上發文，他們透過將菠菜的“捕光器”與9種不同生物體的酶結合起來，製造了人造葉綠體。這種葉綠體可在細胞外工作、收集陽光，並利用由此產生的能量將二氧化碳轉化成富含能量的分子。

研究人員希望他們製造的加強版光合作用系統，最終能將二氧化碳直接轉化成有用的化學物質，或者使轉基因植物吸收大氣中二氧化碳的量達到普通植物的10倍。

這種新的光合作用將為轉基因作物開啟新大門，創造出比現有品種生長速度更快的新品種。在世界人口激增的背景下，這對農業發展是一個福音。

3、人工智慧首次成功解析蛋白質結構

藍色為計算機預測的蛋白質結構，綠色為實驗驗證結果，二者相似度非常高。

生物學界最大的挑戰之一——蛋白質三維結構解析如今有望被破解。谷歌旗下人工智慧公司DeepMind開發的深度學習程式AlphaFold能夠精確預測其三維形狀。

長久以來，人們需要藉助實驗確定完整的蛋白質結構，這些方法往往需要數月甚至數年時間。而現在，人工智慧也有能力給出精確預測的計算方法，可能只要幾天甚至半個小時。

11月30日，在蛋白質預測結構挑戰賽CASP上，AlphaFold程式在百餘支隊伍中脫穎而出。將深度學習與張力控制演算法結合，並應用於結構和遺傳資料，該深度學習網路利用目前已知的17萬種解析完畢的蛋白質進行了訓練。

DeepMind有關研發團隊表示，還將繼續對AlphaFold展開訓練，以便更好地解析更復雜的蛋白質結構。

4、新型催化劑將二氧化碳變為甲烷

一種新的催化劑增加了利用可再生能源產生甲烷的希望。圖源/MEHMETCAN

研究人員一直試圖模仿光合作用，利用太陽的能量製造化學燃料。現在，美國科學家開發出一種新型銅-鐵基催化劑，可藉助光將二氧化碳轉化為天然氣主要成分甲烷，這一方法是迄今最接近人造光合作用的方法。

5、腦-機介面技術助癱瘓男子重獲觸覺

在2010年遭受嚴重脊髓損傷後，伊恩·伯克哈特在他的運動皮層植入了微型晶片，將大腦電訊號轉到電腦上控制手臂，使其能夠再次抓住和感覺物體。圖源/Battelle Memorial Institute

4月23日，美國巴泰爾科研中心和俄亥俄州立大學韋克斯納醫學中心的研究團隊在《細胞》上發文，他們成功利用腦—機介面（BCI）系統幫一位癱瘓患者恢復了手部觸覺。

這項技術能捕捉到人所無法感知的微弱神經訊號，並透過發回受試者大腦的人工感覺反饋來增強這些訊號，從而極大地最佳化受試者的運動功能。

BCI系統在改進後成為首個同時恢復運動與觸覺功能的系統，不僅能讓受試者僅靠觸覺就能感知到物體，還能夠感知握持或撿拾物體時所需的壓力。

6、科研人員繪出迄今最大三維宇宙結構圖

右圖中2D星系經過距離測量確定後，放置入3D星圖中（左）圖源/Image: Sloan Digital Sky Survey

繪出該圖的是多國科研人員組成的“擴充套件重子振盪光譜巡天（eBOSS）”專案，它是世界最大星系巡天專案“斯隆數字巡天（SDSS）”的一部分。最新成果建立在世界各地數十家機構的數百名科研人員超過20年合作的基礎上，由eBOSS專案耗費數年完成。

目前理論認為宇宙產生於約138億年前的大爆炸。透過理論分析和天文觀測，科研人員此前對宇宙的遠古歷史和最近的膨脹史都有相當瞭解，但中間卻存在一個約110億年的認知缺口。有關研究人員表示，新成果終於填補了這一空白，是宇宙學領域的重大進展。

7、美研究人員在超高壓下實現室溫超導

一種氫、硫和碳的化合物被壓在兩顆鑽石之間，在室溫下實現超導。圖源/ADAM FENSTER

10月16日，美國的一個科研團隊在《自然》雜誌發表研究成果。該團隊在超高壓下的一種氫化物材料中觀察到室溫超導現象，這一新突破讓研究人員朝著創造出具有極優效率的電力系統邁進了一步。近年來超導研究的進展已表明，富氫材料在高壓下可將超導溫度提高至零下23攝氏度左右。點選：Nature重磅：15℃室溫超導材料問世，重新整理世界紀錄！

美國羅切斯特大學科研人員在實驗室中將可實現零電阻的溫度提高到了15攝氏度，這個效果在2670億帕斯卡壓力下的一個光化學合成三元含碳硫化氫系統中被觀察到，這個壓力約是典型胎壓的100萬倍，並且達到了實驗中實現的最高壓力值。

8、“基因魔剪”首次直接用於人體試驗

人類視網膜。CRISPR療法首次被直接用於人體，以治療一名遺傳性失明患者。

LCA10是導致兒童失明的主要原因，目前尚無治療方法。CRISPR-Cas9有“基因魔剪”之稱，在最新試驗中，這種基因編輯系統的元件將被編碼於病毒基因組中，然後直接注入患者眼睛的近光感受器細胞內。

這項最新實驗名為“光明”（BRILLIANCE），由美國俄勒岡健康與科學大學遺傳性視網膜疾病專家馬克·彭勒斯與美國Editas Medicine公司等攜手開展，他們表示，此試驗旨在測試該基因編輯技術移除導致LCA10的基因突變的能力，具有里程碑意義。

9、引力波探測器發現迄今最強黑洞合併事件

黑洞碰撞概念圖。圖源/Science Photo Library

此次黑洞合併最早被發現於2019年5月21日，合併產生的引力波被美國鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）和義大利室女座干涉儀（Virgo）探測到，合併事件被命名為GW190521。

這是上述引力波探測器今年第二次探測到非常規的黑洞合併事件。此次合併事件中，兩個黑洞的質量分別是太陽的85倍和66倍，合併後形成的新黑洞質量接近150個太陽。

10、冷凍電鏡技術突破原子解析度障礙

冷凍電鏡揭示了去鐵鐵蛋白的原子細節。圖源/PAUL EMSLEY

如果想繪製出蛋白質最微小的部分，科學家通常需要使數百萬個單個蛋白質分子排列成晶體，然後用X射線晶體學分析它們；或者快速冷凍蛋白質的副本，然後用電子轟擊它們，這是一種低解析度的方法，叫做冷凍電鏡技術。

在電子束技術、探測器和軟體進一步的幫助下，來自英國和德國的兩組研究人員將解析度縮小到1.25埃或更小，這已經足以計算出單個原子的位置。

增強的解析度或使更多的結構生物學家選擇使用冷凍電鏡技術。目前，這項技術只適用於異常堅硬的蛋白質。下一步，研究人員將努力在剛性較小、較大的蛋白質複合物（如剪接體）中達到類似清晰程度的解析度。相關論文於10月21日發表在《自然》。