科技导报杂志

科技导报杂志2025年第5期

• 海洋负排放国际大科学计划助力人类命运共同体建设

  焦念志

  过去10年，全球平均温度连续刷新记录，给人类社会可持续发展敲响了警钟。

• 《中国科协2035行动计划纲要》发布

  （综合中国科学技术协会官网、《中国科学报》、中国政府网）

• 新一代脑机接口技术让意念操纵无人机6小时

  脑机接口能实现大脑与机器直接信息交流，促进生物智能与机器智能融合，被公认为是新一代人机交互和人机混合智能的核心技术。该团队首创“双环路脑机协同演进框架”，并通过忆阻器（具有类似生物突触的仿生特性，被称为“电子突触”）加以实现。在这一框架下，脑与机的学习环路相互协同，像跳双人舞般协同进化。面对4自由度无人机精准控制（含起降、悬停、旋转及六向移动）的测试，该系统连续6 h维持85% 以上准确率，效率远超传统技术。天津大学脑机海河实验室教授许敏鹏透露，团队计划将这一系统拓展至更多便携式或可穿戴设备中，以满足不同场景下的智能人机交互需求。

• 史上最大开源AI基因模型将改写生命底层代码

  作为首个覆盖多层级生命系统的通用生物模型，Evo2将加速精准医疗、药物开发及合成生物学革命，官方数据已排除病原体序列以规避生物安全风险，标志着AI从基因解码迈向生命编程的新纪元。

• 大数据揭示22亿年前大陆岩石圈的增厚事件

  中国科学院海洋研究所孙卫东团队基于全球51522组玄武岩地球化学数据，通过大数据分析，创新性建立玄武岩熔融深度定量反演方法。采用移动平均法和蒙特卡洛模拟分析，首次揭示22亿年前与陆内玄武岩喷发有关的岩石圈增厚现象：熔融压力从小于2.5 GPa跃升至大于3 GPa，对应岩浆源区石榴石残留比例从小于5% 剧增至大于20%。地幔的持续冷却和休伦期冰川的融化可能促使地球构造样式在22亿年前左右从间歇式俯冲转变为持续式俯冲。稳定的俯冲作用推动了Nuna超大陆（也称为哥伦比亚超大陆，是地球历史上最早形成的超大陆之一）的聚合，从而引起全球大陆岩石圈板块的水平挤压和垂向增厚。

• 科技战略咨询的综合集成路径探讨

  李培楠, 万劲波*

  当今世界，发展和变革风起云涌，新一轮科技革命和产业变革加速孕育，不断改变着国家的综合国力和核心竞争力，同时也对世界经济结构和竞争格局产生着重大影响，甚至决定世界格局的走向。在世界百年未有之大变局影响下，科技战略作为新的重要战略术语开始在科学技术领域流行，世界主要科技强国纷纷成立专门的战略研究机构，涌现出一批关于科技战略方面的重要研究成果，为国家提供科技领域重大的、全局性或决定全局的谋划和战略咨询，为抢占全球科技竞争主动权和先机起到了重要作用。

• 更小、更自由的基因编辑系统TIGR-Tas问世

  TIGR-Tas是一种全新的RNA引导系统，由2部分组成：TIGR阵列（一种短重复间隔的RNA序列）和Tas蛋白（负责切割DNA的酶）。TIGR阵列首先被转录为长链RNA前体，随后在Tas蛋白的协助下被加工成向导RNA——tigRNA。一个重要发现是，每个tigRNA包含2个间隔序列，分别与目标DNA的2条链互补。相比上一代CRISPR的单链靶向，该机制具有更高的靶向灵活性，理论上可以靶向基因组上的任何DNA序列。TIGR-Tas系统结构紧凑（Tas蛋白平均仅为Cas蛋白大小的1/4），在用于基因编辑疗法时更容易递送。TIGRTas含有3种功能蛋白，其模块化的特点可以促进基因编辑工具的开发。

• 第3类镍基超导体助力破解“高温超导”之谜

  团队采取自主研发的“强氧化原子逐层外延”技术，在纳米尺度上实现了原子层的逐层生长，最终构建出晶体质量趋于完美的镍氧化物薄膜。

• 鼠小弟为昏迷同伴提供“急救”

  触发这种救助行为的关键是大脑杏仁核与下丘脑释放的催产素，这种激素在多数脊椎动物的照料行为中起核心作用。张砺和同事认为，这种行为是与生俱来而不是后天习得的，部分原因是所有接受测试的动物只有2~3个月大，以前从未见过这种行为或被麻醉的同伴。这种本能行为有助于增强群体凝聚力，可能广泛存在于社会性动物中。

• 血液中消毒副产物或导致血脂异常

  THMs是饮用水消毒过程中产生的副产物，通过饮水、皮肤接触等途径进入人体。此前研究证实THMs具有致癌性、肝毒性，而此次研究首次将其与血脂异常联系起来。研究呼吁关注饮用水消毒副产物的长期健康影响，并建议优化水处理技术以减少THMs生成。

• 美国2024太阳和空间物理十年调查解读和对中国的启示

  王赤, 宋婷婷, 曹松

  自20世纪60年代以来，美国国家科学院（NAS）通过其下设的空间研究委员会（SSB），组建由各领域科学家构成的专家委员会，以10年为周期持续发布“十年调查”（Decadal Survey）发展战略规划报告，反映空间科学界取得共识的最重要科学问题，并提出优先实施的科学探索任务清单[1]。十年调查报告是美国国家航空航天局（NASA）制定未来空间科学卫星计划和遴选未来项目的重要依据，对美国保持世界空间科学领先地位起到了顶层策划、长远布局、持续发展的重要作用。

• 大脑中“甜品胃”真实存在

  研究发现，大脑中的前阿黑皮素原（Proopime lanocortin，POMC）神经元在饱腹状态下不仅会释放刺激饱腹感的信号分子，还会通过释放β-内啡肽操控奖赏系统，在吃饱后仍诱发糖瘾。更有趣的是，这种“糖瘾”机制仅在摄入糖分时被激活，而对普通食物或高脂肪食物没有反应。从进化角度看，该机制帮助动物尽可能多地摄入快速提供能量的稀缺“糖源”。研究人员表示，通过药物抑制神经通路，可能有助于减少不必要的糖摄取，从而改善代谢健康。

• 全球泥炭地面临严峻威胁

  （译自《Science》，2025，387（6736））

• 奶牛感染第二种禽流感病毒

  自H5N1禽流感病毒于2024年在美国奶牛群中传播以来，科学家此前仅确定了单一的病毒谱系，即进化枝2.3.4.4b，基因型B3.13。2025年1月31日，一项国家牛奶检测项目发现内华达州牛群感染了同一进化枝的基因型D1.1。这种基因型在野生鸟类中广泛传播，已导致3例人类感染，其中一人在内华达州牛奶场工作。但是，没有证据表明D1.1可导致人传人或者比其他H5N1变种更危险。科学家尚未确定，感染基因型B3.13并痊愈的牛是否会对D1.1产生免疫力。

• 迄今最高能中微子在水下发出闪光

  Clery Daniel

  2025年2月11日，《Nature》上发表的一项研究称，欧洲立方千米中微子望远镜（KM3NeT）2023年2月13日捕捉到这一事件。KM3NeT项目前发言人，马赛粒子物理研究中心物理学家Paschal Coyle表示：“我们打开了一扇宇宙能量观测新窗口。这是天文学家首次观测到这种规模的能量。”

• 建好、用好大科学装置积极推动人类知识创新—以稳态强磁场实验装置为例

  匡光力, 黄杏洁, 汪文强

  普赖斯在《小科学·大科学》一书中深刻指出，知识的创新发展呈现出指数增长的趋势，就像滚雪球一样，从缓慢的渐变发展成为雪崩式的激变，大科学就是这场激变的结果[1]。从历史的视角，现代知识创新的发展主要有2种方式：（1）小科学。由科学家个人或科学小组以追求科学真理为导向，自定问题、自由探索，经常会产生意想不到的结果，促发思想创新[2]。这种方式是19世纪知识创新的主要方式，在现代知识创新体系中依然存在，如自然科学基金。（2）大科学，是一种全新的知识生产方式[3]。相对于小科学，大科学具有科学目标宏大、资金和人员投入巨大且集中、多学科交叉融合等特征，包括工程式大科学（国际空间站计划、曼哈顿工程、欧洲核子研究中心的大型粒子对撞机计划等）和分布式大科学2类（如人类基因组图谱研究、全球变化研究等）[4]。这种方式是20世纪中叶以来知识创新发展的主要方式，其中大科学装置作为工程式大科学的主要载体，对于孕育前沿科学创新突破、取得重大原创成果、推动重大技术革新具有重大的战略意义。本文立足国内大科学装置的发展现状，以稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，SHMFF）为典型案例，阐述大科学装置对于知识创新发展的重要作用。

• 粒子加速器驱动的同步辐射光源：现状与展望

  焦毅

  大科学装置（亦被称作重大科技基础设施）集科研、技术、工程三重属性于一身，具有规模宏大、性能卓越、系统复杂、技术先进等诸多特点。自20世纪中叶以来，大科学装置在推动科学技术发展实现前沿性、原创性突破方面所起到的基础性支撑作用愈发凸显。回顾历史，1950年以前，凭借大科学装置而获得诺贝尔奖的成果只有1项；而20世纪70年代之后，有超过40% 的诺贝尔物理学奖主要是借助大科学装置取得的。由此可见，大科学装置已然成为孕育重大原创成果、实现关键核心技术突破、抢占科技竞争战略制高点的利器，亦是一个国家科研实力和创新能力的重要标志。正因如此，世界各国都不惜投入巨额资源来推动大科学装置的设计与研制。相关统计数据显示，截至目前，中国已经规划布局并建设超过70个国家重大科技基础设施（即大科学装置），其中部分设施的综合水平位列全球“第一方阵”。

• 中国天眼新视角：毫秒脉冲星与引力波探针

  周云刚, 王德华*, 张承民*, 崔翔翰, 吴鑫基, 杨智尧, 马书

  从1994年开始中国学者提出对中国天眼（500 m口径球面射电望远镜，简称“FAST”）的原初构想，到2016年9月FAST落成，FAST团队用了20多年的时间建成了世界上最大的单口径射电望远镜[1−3]（图 1）。FAST走过了30年岁月，从建设成功至今已经过去了8年时间，它取得了众多成果和突破，特别是FAST发现了超过1000颗新的脉冲星（Pulsar），约占全球发现脉冲星数量的1/4，目前国际上已发现各种类型的脉冲星有4000多颗；另外，国际上探测到600多颗毫秒脉冲星（millisecond pulsar, MSP），其中约170颗是由FAST发现的，约占全球发现MSP数量的1/4。除了FAST在脉冲星发现方面的突出进展，在快速射电暴的探测等领域也产出了一系列国际学者关注的成果[4−7]。以上成就得益于FAST的高精度和高灵敏度的观测，也归结于其独特的设计结构和创新技术[8−10]。

• 中国天眼工程升级计划—FAST核心阵设计和关键技术研究

  姜鹏, 刘彬, 于东俊, 甘恒谦, 陈如荣, 朱炜玮, 钱磊, 孙京海, 李辉, 潘高峰, 朱博勤, 柴晓明, 朱岩, 李楠, 胡浩

  射电天文学始于20世纪30年代初，在过去的90年里为人类天文学的发展作出了诸多重要贡献。然而，中国的射电天文事业起步较晚，直到新中国成立后才逐步发展。受限于当时的经济基础和技术水平，国内的射电天文观测设备长期处于落后水平。1958年，中国第一个射电观测站在沙河建成，标志着中国射电天文事业的正式起步。此后，在老一代天文学家的不懈努力下，1984年密云米波综合孔径望远镜建成，之后青海德令哈13.7米毫米波射电望远镜、上海佘山25米射电望远镜和新疆南山25米射电望远镜相继建成，中国射电天文设备逐步发展。

• 全球海洋大科学装置建设现状与启示

  魏艳红, 张涛*, 王金平*, 薛明媚, 郑军卫

  21世纪是海洋世纪，全球主要海洋国家都将大力发展海洋科技与海洋经济、保护海洋环境和维护海洋权益列为本国的重大发展战略，积极推行新一轮海洋科技政策和战略调整。海洋大科学装置作为现代海洋科学技术诸多领域取得突破的必要条件，是国家为解决重大海洋科技前沿中的战略性、基础性和前瞻性问题，谋求重大突破而投资建设的大型海洋研究设施，是国家基础设施的重要组成部分。

• 国际大洋钻探的科学成就及未来展望

  朱婵, 陈红瑾*, 杨伦庆, 韩冰

  1966年，美国国家科学基金会与斯克利普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography，SIO）签订合同，提供1260万美元资助以揭示海底地壳上层为目标的长期钻探计划，即举世瞩目的深海钻探计划正式启动。1968年，“格罗玛·挑战者”号钻探船首次出征墨西哥湾，执行深海钻探计划的第一航次[1−2]。50余年以来，从早期美国独家主导，到如今26个国家共同参与，国际大洋钻探计划先后经历了深海钻探计划（DSDP）（1966—1983年）、大洋钻探计划（ODP）（1983—2003年）、综合大洋钻探计划（IODP，也称IODP-1）（2003—2013年）和国际大洋发现计划（IODP，也称IODP-2）（2013—2024年）4个阶段（以下统一简称为IODP），发展成为地球科学领域迄今规模最大、历时最久、成效最显著的大型国际合作研究计划[3−4]，如今即将迈入新的发展阶段。IODP利用大型钻探平台获取了大量宝贵的深海沉积物和岩石的样品及数据，在地球动力学、气候演变规律、生命起源与演化和海洋自然灾害等多个领域取得突破性成果，颠覆了人类对于地球科学的传统认知[2, 5]。

• “墨子号”量子科学实验卫星的工程创新与技术突破

  朱燕南, 王安轶*

  “墨子号”是中国自主研制的全球首颗量子科学实验卫星，于2011年12月14日立项，2016年8月16日发射。“墨子号”科学实验卫星项目（以下简称“墨子号”项目）最终实现了3大科学目标：星地高速量子密钥分发[1]、星地量子纠缠分发[2]和地星量子隐形传态[3]，并取得了一系列重大科学成果。“墨子号”的研制不仅促进了量子通信技术工程化的创新和突破，还通过洲际量子密钥分发等拓展实验，推动了2022年诺贝尔物理学奖对量子信息领域的认可[4]。“墨子号”项目的成功使中国在量子通信领域实现了由“跟随者”向“领跑者”身份的转换[5]，标志着中国在该领域的崛起[6]。2023年11月，中高轨道量子科学卫星成功立项，中国量子空间科学即将进入多线程开展的时代，面临新考验，也迎来发展的新机遇，在此时间节点，对“墨子号”项目的工程创新历史进行回顾和总结，对于中国量子空间科学具有重要的参考意义。

• 量子计算在轨道交通运输控制中的研究与应用探索

  柴铭, 梁嘉磊, 吴博, 张欣怡, 谢美玲

  随着人工智能、大数据、云计算、物联网等新兴技术的快速发展，轨道交通行业向着数字化、智能化、智慧化、绿色化方向发展，提升铁路智慧水平、提高路网总体效能、加强客货运服务体验成为了轨道交通行业发展的重要目标。但大量新兴技术在轨道交通上的应用，使调度运输、列车控制等所需要处理的信息量激增，从而对数据处理提出了更高的要求[1]，经典计算方法在求解上述问题时常受到维度、求解时间等限制。

• 卷积误差消除的模型驱动相位型全息图生成网络

  何泽浩, 刘珂瑄, 曹良才*, 张岩*

  真实世界中的视觉信息多为三维信息，能充分调动人类的感知和运算潜能，帮助人类认识真实世界的多样性和复杂性[1]。当前显示技术呈现的视觉内容多为二维图像，缺乏深度信息，难以充分调动人类的视觉感知和理解能力，限制了画面的真实性和沉浸感[2]。因此，研究三维显示技术，提升显示的深度表达能力，一直是显示行业的重要追求。

• 欧盟与美国的人工智能治理模式比较与对中国的政策启示

  沈鹏, 龚谨*, 龚晨

  人工智能作为新一轮科技革命的标志性技术，不断渗透进社会生产生活的各个方面，成为推动科技创新、促进经济社会发展和改善民生福祉的重要力量。然而，随着人工智能技术的不断创新，技术应用范围遍及公域和私域[1]，对监管实践带来不小的挑战：一是各国关于人工智能治理的基本概念和价值取向存在分歧，影响了人工智能的监管范围和力度；二是算法歧视和偏见问题突出、监管适应性要求日益加剧、AI对就业等社会稳定安全的冲击风险不断显现；三是各国人工智能监管的碎片化和不平衡，加剧了伦理治理跨国合作的难度。如何在鼓励创新和规范发展中找到一条人工智能治理的有效路径，既是摆在各国政府、行业组织和学术界面前的政策难题，更是实现人工智能历史使命进程中必须跨越的“陷阱”。

• 黄旭华在中国核潜艇研制中的学术成就与驱动力

  王艳明, 温大壮, 范俊

  2025年2月6日，中国第一代核潜艇工程总设计师、中国工程院院士黄旭华离世。黄旭华是“共和国勋章”、国家最高科学技术奖获得者，在中国核潜艇研究工作中取得了开创性的技术成就。笔者对其技术成就、科学思想等持续研究了12年，得知黄旭华仙逝的消息，在悲恸的同时，顿感有责任系统地介绍他取得的巨大成就、深邃的科学思想及高尚的科学精神。